虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

隋曉梅 陳文卓 趙章榮

摘要：隨著教育的不斷進(jìn)步，項(xiàng)目教學(xué)法得到廣泛的應(yīng)用，其中虛擬項(xiàng)目教學(xué)法是現(xiàn)代與時(shí)俱進(jìn)的一種教學(xué)方式，其是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行模擬仿真式教學(xué)。本文簡(jiǎn)單地介紹了虛擬項(xiàng)目在教模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，在不受實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境制約的情況下幫助學(xué)生更加直觀和深刻的理解和掌握理論知識(shí)。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；模擬電子；教學(xué)法

模擬電子技術(shù)是電類專業(yè)學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。長(zhǎng)期以來(lái)，模擬電子技術(shù)理論教學(xué)并不理想，因其理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)，最理想的授課方式是邊講授理論邊實(shí)驗(yàn)演示，打破理論課與實(shí)驗(yàn)課的界限，但由于授課條件的限制，不可能將實(shí)驗(yàn)設(shè)備搬到課堂上，因此傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)是分開(kāi)進(jìn)行的，在講授理論課時(shí)，老師畫出電路圖或通過(guò)電子教案給出電路、分析工作原理、推導(dǎo)公式、得出結(jié)論，對(duì)于電路的特性，尤其對(duì)于參數(shù)發(fā)生變化對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響效果只能給予語(yǔ)言描述，無(wú)法演示，授課缺乏生動(dòng)性。學(xué)生由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)少，難以理解電路的原理和實(shí)際功能。課程枯燥乏味，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果下降。在此利用LabVIEW[1]對(duì)模擬電子技術(shù)教學(xué)中采用虛擬項(xiàng)目教學(xué)法，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及難度，利用軟件仿真和評(píng)價(jià)進(jìn)行教學(xué)，在減低教學(xué)成本的同時(shí)，還加大了學(xué)生親身對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際參與度，以此提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的興趣與積極性，提高教學(xué)效率。

1虛擬項(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)法是在老師的指導(dǎo)下，將一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生自己處理，信息的收集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及最終評(píng)價(jià)，都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過(guò)該項(xiàng)目的進(jìn)行，了解并把握整個(gè)過(guò)程及每一個(gè)環(huán)節(jié)中的基本

要求。項(xiàng)目教學(xué)法是師生共同完成項(xiàng)

目，共同取得進(jìn)步的教學(xué)方法。項(xiàng)目教學(xué)法最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”被動(dòng)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式[2]。在項(xiàng)目教學(xué)法中引入虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生采用仿真軟件根據(jù)項(xiàng)目的要求進(jìn)行一個(gè)實(shí)踐性項(xiàng)目。通過(guò)教師的指導(dǎo)，將學(xué)生分成小組對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)劃，并分工合作來(lái)完成項(xiàng)目。在現(xiàn)代的模擬電子技術(shù)教學(xué)中取得了很好的效果[3]。

2虛擬項(xiàng)目教學(xué)法的設(shè)計(jì)

模擬電路環(huán)節(jié)中，最重要的內(nèi)容就是放大電路，在進(jìn)行理論教學(xué)之后，學(xué)生對(duì)于各種放大器電路以及工作原理也有了一定的了解與掌握，比如：共射極放大電路、射極輸出器、加法運(yùn)算路等等。但模擬電子技術(shù)教學(xué)的難點(diǎn)主要集中在放大電路中元器件工作的特性、元器件的增減，以及參數(shù)變化后的工作狀態(tài)、電路模型近似處理等方面[4]。

為了幫助學(xué)生更好的掌握模擬電子電路的基本理論和實(shí)踐技術(shù)，掌握各種放大電路原理功能以及分析和設(shè)計(jì)模擬電路基本方法和步驟等。培養(yǎng)學(xué)生利用LabVIEW虛擬儀表仿真軟件搭建模擬電路虛擬系統(tǒng)平臺(tái)，利用交互功能實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的系統(tǒng)操作和參數(shù)設(shè)置，同時(shí)得到相應(yīng)的仿真結(jié)果。

平臺(tái)包含七大部分，分別是信號(hào)發(fā)生器、共射極放大電路、射極輸出器、加法運(yùn)算電路、減法運(yùn)算電路、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路。分成七個(gè)小組對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終整合到同一平臺(tái)。在此項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)新工具的過(guò)程中，學(xué)生不僅可以學(xué)到很多新知識(shí)，而且還可以更好地實(shí)踐部分實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的內(nèi)容，而當(dāng)理論和實(shí)踐完美融合在一起以后，學(xué)生也將感受到學(xué)習(xí)新知識(shí)的成功和興趣所在。

3虛擬項(xiàng)目教學(xué)成果的應(yīng)用

利用LabVIEW軟件對(duì)模擬電子電路進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)最大的優(yōu)勢(shì)在于其更為便捷和可視化的開(kāi)發(fā)環(huán)境可以增強(qiáng)儀器的可讀性和可用性。其內(nèi)置的函數(shù)庫(kù)和簡(jiǎn)易的用戶界面可以幫助實(shí)現(xiàn)利用文本、圖形或者動(dòng)畫等形式組成模擬電路，用虛擬的儀器技術(shù)將教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容形象的展示出來(lái)。使用LabVIEW虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)已經(jīng)逐漸成為高等院校模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)[5]。

無(wú)論是在模擬電子技術(shù)理論授課還是實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，總有一些現(xiàn)象和輸出結(jié)果無(wú)法看到甚至很難理解，這時(shí)運(yùn)用虛擬項(xiàng)目教學(xué)法就可以完全看到操作結(jié)果，分析結(jié)果，深化理解知識(shí)。如，在共射極放大電路的實(shí)驗(yàn)仿真中，利用LabVIEW軟件可以方便的更改某一電位器的阻值，然后觀察輸入和輸出信號(hào)波形，通過(guò)對(duì)比不同結(jié)果使學(xué)生更為深刻的理解共射極放大電路的理論知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)該電路中的不同電位器的作用的印象。

4 結(jié)束語(yǔ)

教育部發(fā)布《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知（教高函〔2018〕8號(hào)）》中明確指出加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程管理。各高校要合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量。要切實(shí)加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程考核，加大過(guò)程考核成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中的比重。項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施在一定程度上增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度、拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度，對(duì)于提高教師課程教學(xué)質(zhì)量起到積極作用。同時(shí)項(xiàng)目教學(xué)的成果可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程考核的重要依據(jù)，這將有助于提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣和重視，達(dá)到學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量雙提高的良性循環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 解璞，李瑞.LabVIEW2014基礎(chǔ)實(shí)例教程.第1版.北京：人民郵電出版社，2017.

[2] 胡慶芳著.優(yōu)化課堂教學(xué)：方法與實(shí)踐：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2014.

[3] 李淵洋.在模擬電子技術(shù)教學(xué)中虛擬項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用[J].時(shí)代教育，2012（12）：21.

[4] 梁旭.項(xiàng)目教學(xué)法在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子制作，2016（9）：63.

[5] 孫俊卿.基于虛擬實(shí)驗(yàn)的模擬電子技術(shù)教學(xué)方法研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2008（10）：106.

通訊作者：趙章榮。

基金項(xiàng)目：

華北科技學(xué)院校內(nèi)教研項(xiàng)目（HKJYZD201517、HKJYZD201516、HKJY201411）