虛擬仿真技術(shù)在“電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

梁忠炎

摘 要：本文首先分析了電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀，其后闡述了虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用的必要性，最后提出了虛擬仿真技術(shù)在“電子技術(shù)”課程理論教學(xué)和項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；電子技術(shù)；課程；教學(xué)；應(yīng)用

一、電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

電子技術(shù)從一定意義上而言，屬于綜合類學(xué)科，其難度是電類專業(yè)課程中最難的，但是由于課程教學(xué)的對(duì)象主要為中職學(xué)生，學(xué)生的整體素質(zhì)不高，缺乏扎實(shí)的文化理論知識(shí)，實(shí)踐能力較差，因此在開展課程教學(xué)活動(dòng)時(shí)，通常會(huì)不自覺的將重心偏向?qū)嵺`教學(xué)。但是，在實(shí)操教學(xué)開展過(guò)程中，在對(duì)電子電路進(jìn)行研究分析時(shí)，各種電子元器件都具有一定的非線性特征，加之整個(gè)線路的復(fù)雜性，導(dǎo)致實(shí)踐操作訓(xùn)練的結(jié)果缺乏可靠的依據(jù)，如果僅僅根據(jù)波形的顯示進(jìn)行衡量，是無(wú)法對(duì)電路的正確性進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)的。另外，在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)電路的測(cè)量以及相關(guān)活動(dòng)的開展都是采用220V的高壓電，有一定的安全隱患。久而久之，學(xué)生在進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)時(shí)沒有深刻理解到其中的意義和內(nèi)涵，對(duì)理論知識(shí)無(wú)法更好地理解，也不知道實(shí)訓(xùn)的結(jié)果是否正確，一旦發(fā)生故障，學(xué)生也無(wú)法對(duì)故障原因進(jìn)行排查，容易導(dǎo)致學(xué)生失去對(duì)電子技術(shù)的興趣，甚至產(chǎn)生厭煩的情緒。

二、虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用的必要性分析

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸被廣泛運(yùn)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究型技術(shù)，被運(yùn)用于各個(gè)階段的教學(xué)事業(yè)中。虛擬仿真技術(shù)得到廣泛推廣和靈活運(yùn)用，主要是由于其具有極大的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：第一，開展實(shí)踐教學(xué)的硬件設(shè)備設(shè)施要求不高，不需要專業(yè)的設(shè)備，普通計(jì)算機(jī)就能滿足實(shí)驗(yàn)需要；第二，實(shí)驗(yàn)所需的電壓電流要求不高，不涉及到過(guò)高的電壓，實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全可靠；第三，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程很短，結(jié)果清楚，并且系統(tǒng)能將結(jié)果及時(shí)有效的反映在計(jì)算機(jī)中；第四，針對(duì)故障，能夠及時(shí)進(jìn)行排查分析，找出故障點(diǎn)，并且對(duì)其的實(shí)驗(yàn)修改只需要在仿真環(huán)境中對(duì)相關(guān)元器件進(jìn)行修改。

根據(jù)虛擬仿真技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)可以看出，將虛擬仿真技術(shù)充分運(yùn)用于電子技術(shù)課程教學(xué)是非常有必要的，能夠在一定程度上提升課程教學(xué)的質(zhì)量和教學(xué)效果。在實(shí)際生活中，開展虛擬仿真技術(shù)的相關(guān)軟件主要有：Matlab，Pspise，Saber以及MuItisim等等。虛擬仿真軟件的層出不窮，為電力電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，相關(guān)系統(tǒng)設(shè)施的完善提供了高效的手段和策略，并且簡(jiǎn)化了相關(guān)的操作流程，縮短了試驗(yàn)時(shí)間。其中，Matlab軟件由于其功能效果突出顯著，能夠滿足電力系統(tǒng)分析、電路檢修管理等等多方面的需求，其界面友好，側(cè)重于模塊化建設(shè)，從而受到了大多數(shù)人的喜愛。

三、虛擬仿真技術(shù)在“電子技術(shù)”課程教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用

（一）虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)演示功能在理論教學(xué)中的應(yīng)用

一切實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的有效順利開展都必須以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，因此，在實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)開展之前，學(xué)生必須對(duì)電子電路的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)模型進(jìn)行熟練的掌握，這也是開展項(xiàng)目教學(xué)的前提和基礎(chǔ)。虛擬仿真技術(shù)在理論課程的教學(xué)中，波形的測(cè)量和分析研究是課程開展的重點(diǎn)內(nèi)容，也是難度最大，學(xué)生最難以掌握的致使內(nèi)容。如何將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗笾庇^的內(nèi)容，是當(dāng)前教師應(yīng)當(dāng)思考和關(guān)注的問(wèn)題，也是課堂教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如果將理論知識(shí)的教學(xué)融入到虛擬仿真技術(shù)中，能夠幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)更好地理解和掌握，建立起形象生動(dòng)的知識(shí)模型。

例如，在對(duì)“三相橋式全控整流電路”的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，不管是理論知識(shí)還是波形圖的分析研究都是非常復(fù)雜的，如果沒有正確有效的引導(dǎo)，學(xué)生是難以了解并掌握的。以Matlab為主要軟件進(jìn)行推導(dǎo)，在集成環(huán)境中建立起科學(xué)的電路模型，在系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)范圍和標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：三相電源、整流變壓器、多功能橋式整流電路、三相電壓電流測(cè)量、RMS、負(fù)載R、控制角a等等，對(duì)虛擬仿真方法進(jìn)行有效的設(shè)置，相關(guān)使用人員只需要打開運(yùn)行開關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)虛擬仿真的效果。

（二）虛擬仿真技術(shù)的系統(tǒng)建模與仿真功能在項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用

項(xiàng)目教學(xué)法是電子技術(shù)課程教學(xué)開展的主要教學(xué)模式和教學(xué)方法，也是課程開展的核心和重點(diǎn)，能夠幫助學(xué)生在一定程度上快速掌握相關(guān)知識(shí)和技能，不斷提升其綜合素質(zhì)和專業(yè)能力。對(duì)于虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以按照以下程序：課程教學(xué)項(xiàng)目的提出-系統(tǒng)分析與建模-模型仿真-仿真測(cè)試-撰寫報(bào)告-虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行，這也是非常標(biāo)準(zhǔn)的虛擬仿真模式，層層遞進(jìn)，幫助學(xué)生不斷優(yōu)化其路線設(shè)計(jì)能力，充分發(fā)揮出虛擬仿真技術(shù)的功能和作用。

例如，在開展“交流電機(jī)速度反饋調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)”的相關(guān)教學(xué)時(shí)，教師首先可以對(duì)項(xiàng)目的開展提出相應(yīng)的要求和規(guī)劃，明確項(xiàng)目中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，運(yùn)用Matlab軟件，讓學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)設(shè)出系統(tǒng)模型，并且進(jìn)行有效的仿真測(cè)試。在這個(gè)過(guò)程中，不斷對(duì)相關(guān)函數(shù)和速度進(jìn)行控制，從而尋求最優(yōu)的狀態(tài)。學(xué)生通過(guò)對(duì)模型的建設(shè)和分析，編寫完成項(xiàng)目報(bào)告，不斷完善相關(guān)實(shí)驗(yàn)室。

虛擬仿真系統(tǒng)的模型建立與實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)基本上是一致的，相關(guān)使用者不需要再次對(duì)其進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，也不需要對(duì)電子電路進(jìn)行推導(dǎo)，就能夠得到較為準(zhǔn)確合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)結(jié)果的對(duì)比分析，能夠找出虛擬仿真系統(tǒng)的不足之處，并且進(jìn)行有效的改進(jìn)，或者是及時(shí)對(duì)相關(guān)參數(shù)和速度進(jìn)行調(diào)整，以求達(dá)到最佳狀態(tài)。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了有效提升電力電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，院校和教師應(yīng)當(dāng)積極引入虛擬仿真技術(shù)，并且在實(shí)踐教學(xué)中不斷調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)的最優(yōu)化。

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