虛擬仿真實驗在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

鐘海麗

摘 要 將虛擬技術(shù)應(yīng)用到電子技術(shù)教學(xué)中，是目前高校電子技術(shù)改革的熱點。教師在計算機上用Multisim軟件對所講部分電路進行仿真，可演示課堂上和實驗室無法做到的實驗，化解學(xué)習(xí)中的難點，很好地體現(xiàn)理論和實際相結(jié)合的教學(xué)原則。故而本文將針對目前電子技術(shù)教學(xué)改革中虛擬仿真實驗的應(yīng)用進行探索，對其實際應(yīng)用措施提出相應(yīng)建議，從而更好地完成電子技術(shù)教學(xué)。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真實驗 電子技術(shù) 教學(xué)改革 應(yīng)用

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.041

Abstract The application of virtual technology to the teaching of electronic technology is a hot topic in the reform of electronic technology in Colleges and universities. On the computer， the Multisim software is used to simulate some of the circuits. It can demonstrate the experiments that cannot be done in the classroom and laboratory， and solve the difficulties in learning， so as to embody the teaching principles of combining theory with practice. Therefore， this paper will explore the application of virtual simulation experiment in the current electronic technology teaching reform， and put forward corresponding suggestions for its practical application measures， so as to better accomplish the teaching of electronic technology.

Keywords virtual simulation experiment； electronic technology； teaching reform； application

相對于傳統(tǒng)的電子線路實驗，虛擬仿真實驗的演示結(jié)果與理論值之間的誤差更小，參數(shù)修改更方便，且電路構(gòu)造靈活，擴展性非常強，故目前高校電子技術(shù)教學(xué)改革中不約而同地引入了虛擬仿真技術(shù)，本文將針對虛擬仿真實驗在高校電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用進行分析與探討，從而增強虛擬仿真實驗在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用效果，提高高校電子技術(shù)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量及滿足培養(yǎng)電子技術(shù)專業(yè)的人才的需要。[1]

1 虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點及應(yīng)用現(xiàn)狀

電子技術(shù)是一門實踐性非常強的學(xué)科，而在課堂上，由于在實驗箱上進行實驗繁瑣且實驗數(shù)據(jù)誤差大，教師無法在課堂上演示所有實驗?，F(xiàn)在一般學(xué)校采用的方法是老師講授完相關(guān)理論知識后再由學(xué)生在實驗室驗證，這樣容易面造成了理論和實際的分離；另外電子技術(shù)高速發(fā)展，新電路、新器件不斷涌現(xiàn)，而實驗室受條件限制無法及時滿足各種電路的設(shè)計和調(diào)試要求，實踐環(huán)節(jié)的缺失影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效果。

為解決此問題，一味地依靠教師的理論教學(xué)是不夠的，只有課堂教學(xué)與實驗結(jié)合，才能夠從根本上解決。虛擬仿真技術(shù)是把Multisim仿真軟件運用在PC平臺上，作為圖形操作的界面，與相似的現(xiàn)實中電子實驗工作臺連接，工作臺能夠完成與現(xiàn)實一樣的實驗操作。[2]由于虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)中的應(yīng)用范圍主要是電子電路分析、設(shè)計及仿真方面，所以普遍采用的是一種EDA軟件，因為其實踐效果強，環(huán)境模擬逼真，教師對這類軟件的操作也比較便利，學(xué)生在實驗課中也能夠靈活地對實驗參數(shù)、電路改造等進行模擬，能夠滿足學(xué)生的實踐操作欲望，對其動手能力進行有效鍛煉。

2 Multisim軟件的介紹

Multisim軟件是目前高校引進虛擬仿真實驗的重要工具，實質(zhì)上Multisim軟件是在windows系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)出的電路仿真軟件，能進行電路瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、噪聲分析、直流分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析、電路容差分析等，且可以完成故障模擬及數(shù)據(jù)儲存等要求，其功能十分完善。Multisim軟件優(yōu)點：能為用戶提供直觀的操作界面，便于原理圖的設(shè)計輸入，能夠幫助學(xué)生進行元件放置及連接、任意拖動引線和進行微調(diào)，有利于教師對學(xué)生的實踐能力評價；元件的劃分系列有序，便于學(xué)生在數(shù)量眾多、型號豐富、器件模型繁瑣等情況下，快速尋找到所需的元件，節(jié)省了實驗時間，便于實驗的高效進行；豐富了電子設(shè)備種類，由于學(xué)校對電子實驗室的投入限制，電子實驗室能夠提供的實際設(shè)備是有限的，故而很多實驗都要因?qū)嶋H原因進行調(diào)整，但Multisim軟件能夠提供與實際功能相同的函數(shù)發(fā)生器、波特圖儀字信號、頻率計發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀、失真度儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等18種虛擬儀器，以及與實際完全相同的示波器、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器，既節(jié)省了實驗室投入成本又便于學(xué)生的實踐操作； Multisim軟件的仿真電路的準(zhǔn)確性非常高，比如對比傳統(tǒng)的SPICE模型的高頻仿真實驗， Multisim軟件采用了高頻電路仿真元件模型庫及儀表搭建高頻電路所進行的高頻電路仿真實驗，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SPICE模型，加之Multisim軟件能夠從計算機上直接進行實驗數(shù)據(jù)曲線、電路原理圖、元件庫清單等打印，縮短了實驗的時間，能夠讓學(xué)生更為直觀地了解到自身實驗操作的情況。

3 虛擬仿真實驗在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究

基于虛擬仿真技術(shù)的各類優(yōu)點，高校的教學(xué)情況及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況等實際情況，虛擬仿真實驗在電子技術(shù)教學(xué)改革中的應(yīng)用可以從教學(xué)模式及學(xué)習(xí)組織形態(tài)這兩方面進行，能夠更好地加強其應(yīng)用效果。

3.1 情景式教學(xué)

從學(xué)習(xí)共同體的構(gòu)建及學(xué)生認(rèn)知特點這兩個角度來看，目前電子技術(shù)教學(xué)所缺乏的是情景式的教學(xué)氛圍。情景式的教學(xué)能夠使得學(xué)生更快地融入到學(xué)習(xí)狀態(tài)、工作環(huán)境中，虛擬教學(xué)能夠較好地營造情景式教學(xué)氛圍，使得學(xué)生在逼真的教學(xué)環(huán)境中，進行實驗操作。學(xué)習(xí)情景與真實世界的結(jié)合，能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果 。[3]其具體的應(yīng)用方式是，在電子技術(shù)課堂教學(xué)中，使用虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)出一個虛擬的真實環(huán)境，將實驗室操作臺，圖形等難以表達(dá)的事物虛擬變化呈現(xiàn)出來，例如在電路實驗中，通過電路仿真模擬呈現(xiàn)出現(xiàn)實的電路工作狀態(tài)，將電路輸出結(jié)果轉(zhuǎn)化為一個變化的動態(tài)過程，使得學(xué)生可以直觀地觀察整個變化過程。教師通過合理的引導(dǎo)將復(fù)雜難懂的理論知識形象化，如此學(xué)生既能夠得到學(xué)習(xí)的滿足感又能更加深入地投入到學(xué)習(xí)中，教師通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用也能夠?qū)㈦y解的理論知識通過圖形展示、實踐操作，逐步展示給學(xué)生，解決學(xué)生知識難消化的難題。

3.2 探究式小組學(xué)習(xí)

新時代背景下教師不僅要注重學(xué)生的理論知識教學(xué)，還要對鍛煉學(xué)生的實踐能力，探究式的小組學(xué)習(xí)，能有效地提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。單個學(xué)生對于問題的思考總是有局限性，而多個學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，共同探究問題的解決方法，能夠有效地進行創(chuàng)新思維培養(yǎng)，尤其是在電子技術(shù)課程中，大部分的知識都需要學(xué)生通過實踐來驗證。例如在模擬電子線路教學(xué)中有“三種基本的放大電路分析”的教學(xué)內(nèi)容，教師可以把學(xué)生分成三個小組，分別仿真出三種放大電路的輸出波形，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)仿真出來的結(jié)果對三種組態(tài)電路特點進行比較，總結(jié)每種電路的優(yōu)缺點，然后教師提出問題：怎樣利用三種基本放大電路構(gòu)成多級放大電路來改善電路的性能？這樣通過對問題探討的層層深入及師生及學(xué)生之間的互動，能夠讓學(xué)生對所學(xué)知識的理解更加深刻。

3.3 虛擬仿真實驗在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用舉例

振蕩電路是電子線路教學(xué)中的重點也是難點，要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的fo，且在合閘通電時對于f=fo信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。利用仿真電路圖能夠很好地模擬從起振到穩(wěn)福的過程。

4 結(jié)語

總之，目前虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，可以從情景式教學(xué)創(chuàng)新及探究式小組學(xué)習(xí)兩者著手，虛擬仿真的應(yīng)用突出了教學(xué)以學(xué)生為中心的開放性教學(xué)模式，不僅加深了學(xué)生對所學(xué)知識的印象，教學(xué)的效率得到了提高，而且在訓(xùn)練學(xué)生掌握正確的測量方法和電路的綜合分析能力和創(chuàng)新能力上都有比較明顯的成效。

參考文獻

[1] 邢德勝.虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報，2014.4.

[2] 曾令國.仿真實驗在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用與探討[M].浙江：高等教育出版社，2014.3.

[3] 李松湘.虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[D]湖南師范大學(xué)，2012.