中職電子技術(shù)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

羅慧玲

摘 要：隨著社會的發(fā)展，市場對人才的要求越來越高，中職院校傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)手段已經(jīng)不能滿足教學(xué)的需要。另外，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型手段層出不窮，計算機(jī)在生活和工作中的用處越來越多。同時，為了適應(yīng)學(xué)生的心智發(fā)展規(guī)律，“在做中學(xué)，在學(xué)中做”比較符合中職學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)，所以計算機(jī)輔助教學(xué)手段在中職教學(xué)互動中的應(yīng)用將會大大提升電子技術(shù)課程的授課效率。因此，研究如何將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到電子技術(shù)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中就顯得尤為重要了。文章在簡要分析虛擬仿真技術(shù)在應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)結(jié)合具體實例對虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)理論課、實踐課、綜合實驗課3方面的具體應(yīng)用進(jìn)行論述。希望對中職電子技術(shù)教學(xué)工作人員有一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：中職教學(xué)；電子技術(shù)；電路仿真；教學(xué)改革

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，技術(shù)改革日新月異，人才競爭越來越激烈，這給中職學(xué)生帶來了巨大的競爭壓力。作為中職科目中較難的電子技術(shù)課程，實踐性和應(yīng)用型并重，對于如何提升現(xiàn)階段電子技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量已經(jīng)成為行業(yè)關(guān)注的問題之一。筆者經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段電子技術(shù)教學(xué)存在以下三點(diǎn)不足：首先，當(dāng)今中職院校的教材落后，無法適應(yīng)時代的發(fā)展要求；其次，教學(xué)設(shè)備較為落后，設(shè)施陳舊，經(jīng)費(fèi)不足是當(dāng)今中職院校普遍存在的“問題”，這樣的條件就使得并不是所有的學(xué)生都有親身鍛煉的機(jī)會；最后，中職學(xué)生由于客觀原因的存在，其自身知識面較窄，基礎(chǔ)知識嚴(yán)重不足，學(xué)習(xí)難度更大。

傳統(tǒng)的中職課堂依舊是“照本宣科”的教學(xué)方式，教師在教學(xué)中往往過于依賴較具，忽略了學(xué)生在課堂中的主體位置，原本枯燥無聊的課堂更加變成了“刑場”。因此，要想改變電子技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀，就要從課程內(nèi)容、學(xué)生年齡和知識水平三方面入手，構(gòu)建新型的教學(xué)方法或者豐富現(xiàn)有教學(xué)方法。據(jù)此本文提出了“實踐進(jìn)課堂”的想法，將實驗和理論結(jié)合，用時間幫助學(xué)生簡化知識，在鍛煉中學(xué)習(xí)、提升。

1 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用背景

現(xiàn)在大多數(shù)中職院校已經(jīng)配備有足夠數(shù)量的計算機(jī)，并且學(xué)校上課一般都使用計算機(jī)教學(xué)，所以中職院校是有條件進(jìn)行仿真軟件實踐教學(xué)的；同時，中職院校一般會在二年級安排電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，在此之前，學(xué)生已經(jīng)有了一定的Windows經(jīng)驗，對Windows下的軟件操作有所熟悉，這樣仿真軟件學(xué)習(xí)起來更為簡單；除此之外，仿真軟件因為其獨(dú)特的功能、適用范圍廣、界面直觀簡便等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為主要的教學(xué)輔助工具；同時，使用計算機(jī)創(chuàng)建電路可以直接從元件庫中選取合適的元器件以及測試儀表，并且測試儀器的虛擬操作面板同實驗室儀器的真實面板相差無幾，具有極高的使用價值[1]。

Multisim是加拿大最早開發(fā)的電子技術(shù)仿真軟件。該軟件幾乎可以完成所有電子系統(tǒng)的設(shè)計仿真和目標(biāo)芯片的編寫任務(wù)，并且界面直觀、操作方便，方便學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時更加形象的了解熟悉元件，另外，實驗結(jié)束后還可以直接從計算機(jī)上打印出實驗結(jié)果（電路原理、原件清單等），所有顯示的圖形均不會有軟件限制，各類微軟常用辦公軟件均可以打開圖形。因此，虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)院校中的應(yīng)用必然將會直接改善院校的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)質(zhì)量，為社會人才培養(yǎng)建設(shè)提供極其深遠(yuǎn)的影響。

2 虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)理論教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)電子技術(shù)理論是教師講授為主，學(xué)生被迫學(xué)習(xí)的過程，這樣的教學(xué)方式不僅會使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)積極性，而且還會造成學(xué)生“知其然，不知其所以然”。但是對于演示實驗，大多數(shù)學(xué)校由于經(jīng)費(fèi)有限，并不能實現(xiàn)；這就在一定程度上限制了學(xué)生自主性的發(fā)揮，學(xué)生無法主動探索知識，更無法判斷自己見解的正誤，嚴(yán)重限制了教學(xué)進(jìn)展。

2.1 利用虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境

根據(jù)構(gòu)建筑系學(xué)習(xí)觀以及中職學(xué)生的心理特點(diǎn)，教學(xué)情境的創(chuàng)造對于學(xué)生理解知識有極大的益處。在電子技術(shù)理論教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)D形、表格等語言和文字難以描述的變化過程直觀展現(xiàn)在學(xué)生面前；同時，仿真實驗展現(xiàn)的都是真實的電路變化，包括電路工作參數(shù)的變化以及參數(shù)變化對結(jié)果的影響，幫助學(xué)生更好的理解參數(shù)對真實電路的影響。

例如，對于三極管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置上，我們就可以運(yùn)用Multisim創(chuàng)建電路圖，然后使用Multisim中的數(shù)字萬能表測量BQ、CQ、EQ在靜態(tài)工作的電流以及CEQ之間的電壓，萬能表的連接方式以及連接位置都能狗幫主薛恒更好的認(rèn)識萬能表，使用萬能表，并且在測量的過程中體會到靜態(tài)電路的含義。最后，為了獲取不失真的信號，我們一般會對靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置范圍是教授的重難點(diǎn)，過高或者過低的設(shè)置都會影響最終效果。這一知識點(diǎn)只靠教師講授學(xué)生很難真正理解。將虛擬仿真技術(shù)同理論教學(xué)相結(jié)合，就可以幫助學(xué)生“親眼”看到不同靜態(tài)工作點(diǎn)的變化以及靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出信號的影響。

如果設(shè)置不合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，那么受直流電源（Ucc）、電阻B和C的影響，極容易出現(xiàn)失真信號。如果電阻B的阻值偏低，容易產(chǎn)生飽和失真；如果電阻B的阻值偏高，則容易產(chǎn)生截止失真。在這樣的教學(xué)過程中，教師可以很容易的將抽象的理論知識實際化、形象化，對于學(xué)生的知識建構(gòu)和學(xué)習(xí)興趣的提升均有很大幫助[2]。

2.2 利用虛擬仿真技術(shù)開展主動探索式教學(xué)

教學(xué)中的構(gòu)建主義提倡“教師不僅要教授學(xué)生知識，更要教授學(xué)生怎樣用自己的大腦構(gòu)建知識”，這樣學(xué)生就有底氣也有欲望主動探索知識。例如，教師在講授基本放大電路的三種形態(tài)這一知識點(diǎn)時，如果只對三組態(tài)電路進(jìn)行理論分析，學(xué)生可能上課了解，但是課后就忘了；如果將虛擬仿真技術(shù)引進(jìn)理論課堂，讓學(xué)生使用仿真軟件模仿三種電路的實況，既可以加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，教師也可以根據(jù)軟件和課堂安排引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主實驗，增加學(xué)生的課堂參與效率[3]。

在設(shè)計完成共發(fā)射極電路和共集電極放大電路后，用虛擬示波器測量輸入和輸出波形，然后請學(xué)生描述兩種波形的不同。學(xué)生就可以直觀的看到對于共發(fā)射極電路來說，其輸入波形和輸出波形的相位相反，同時波形幅度也較輸入波形大，如上圖（左）；但是對于共集電路來說，其輸出波形與輸出波形在相位和幅度上均一致。接著教師可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生“為什么這兩電路在波形上有不同”，學(xué)生經(jīng)過互相討論后就可以得出兩種電路的電路信號發(fā)射位置不同的結(jié)論。最后，教師可以讓學(xué)生自己設(shè)計共基極電路，并測量其輸出波形，比較三種電路輸出波形的不同。

這樣的教學(xué)過程的特點(diǎn)是將學(xué)生當(dāng)成教學(xué)的中心，學(xué)生主動利用虛擬仿真技術(shù)探索知識，自己總結(jié)自己學(xué)習(xí)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和學(xué)習(xí)積極性均有極大的促進(jìn)作用。

3 虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)實驗課中的應(yīng)用

虛擬仿真軟件在電子技術(shù)實驗課中的應(yīng)用要求一般為：實驗前，教師要設(shè)計好實驗步驟，裝備好所需要的實驗儀器，學(xué)生要在真正實驗之前使員工仿真軟件進(jìn)行實驗前的預(yù)習(xí)，了解實驗原理和儀器使用方法。這樣在真正實驗的時候，學(xué)生就會游刃有余，甚至可以創(chuàng)新試驗方法，獲取新的知識；在實驗過程中，學(xué)生要收集試驗數(shù)據(jù)，對其中的誤差進(jìn)行分析，有興趣的學(xué)生甚至可以選擇使用其他方法達(dá)到同樣的實驗效果，提升學(xué)生的求知欲；在實驗結(jié)束后，學(xué)生要利用網(wǎng)絡(luò)將實驗結(jié)果上傳給教師，教師在第一時間了解到學(xué)生的試驗情況，統(tǒng)計其中的問題，簡化教師和學(xué)生的交流時間，提高效率[4-5]。但是在實際中，由于缺乏虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，實驗課程進(jìn)行的并不順利，對此，筆者提出以下方案。

3.1 利用虛擬仿真技術(shù)提高實驗教學(xué)效果

隨著生活水平的提高，大多數(shù)學(xué)生都有電腦，即使部分沒有電腦的學(xué)生也可以使用學(xué)校電腦完成課前預(yù)習(xí)這一步驟。眾所周知，Multisim是一個不受地域、時間限制，隨時可以使用的虛擬仿真軟件，并且配備有幾千種電子元器件。在實驗開始之前，學(xué)生可以根據(jù)實驗要求自己思考電路設(shè)計，在虛擬軟件上進(jìn)行模擬，然后在進(jìn)入實驗室操作，這時學(xué)生對儀器的使用已經(jīng)比較熟練了，可以有效縮短實驗時間。例如在進(jìn)行濾波器實驗時，電阻和電容的容量都會影響實驗效果，人如果學(xué)生事先在虛擬軟件上調(diào)試，實際實驗時還需要稍加調(diào)整就可以得出正確數(shù)據(jù)。

3.2 利用虛擬仿真技術(shù)完成較為復(fù)雜的實驗

筆者經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段的電子技術(shù)實驗基本在集成試驗箱上完成，并且試驗設(shè)備有固定的參數(shù)設(shè)定，同時該集成試驗箱使用時間較長，部分原件已經(jīng)損壞，容易產(chǎn)生實驗故障。尤其是在較為復(fù)雜的試驗中，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)很難使用損壞的元件完成實驗。針對這些情況，教師可以在試驗中引入虛擬仿真實驗，既能滿足實驗要求，又達(dá)到了鍛煉學(xué)生實踐能力的目的。例如，對于示波器驗證差動放大電路特征的試驗，由于要求電路完全對稱，二十幾損壞或者有缺陷的元件并不能完成對稱，實際試驗結(jié)果往往不能讓人滿意；若果使用虛擬仿真電路進(jìn)行試驗，不僅能夠滿足實驗需求，還能幫助學(xué)生掌握恒流源差動放大電路的工作特點(diǎn)，一舉兩得。

4 虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)綜合性試驗中的應(yīng)用

中職教育的目的就是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，所以在某種程度上講，學(xué)生實踐能力的高低就是學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的反映。在電子技術(shù)教學(xué)中，我們將涉及電子課程綜合知識的實驗叫作綜合性實驗，綜合性實驗是驗證學(xué)生學(xué)習(xí)成果，提升他們的動手能力和系統(tǒng)思維能力的好辦法，并且能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及他們運(yùn)用知識的綜合能力，培養(yǎng)他們主動追求知識，主動探索事物的興趣。但是，綜合實驗必然會對設(shè)備有更高的要求，有時甚至需要不同實驗室之間互相聯(lián)合操作，這顯然同中職院校的實驗設(shè)備配置現(xiàn)狀不符，所以，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于電子綜合性試驗中就顯得尤為重要了。

例如，在設(shè)計建議交通路燈的綜合性試驗中，對于實驗要求：

東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間均為15 s；

東西南北均亮黃燈5 s；

南北方向綠燈，東西方向紅燈，時間均為10 s。

首先將任務(wù)分解為3個狀態(tài)，分別標(biāo)號；然后根據(jù)要求設(shè)計模塊（見圖1）。

然后根據(jù)設(shè)計思路從Multisim上抓取元件：時鐘信號：1HZ函數(shù)發(fā)生器；時鐘控制系統(tǒng)：兩個74192集成塊（一個控制十位數(shù)，一個控制個位數(shù)）；時鐘選擇判斷：選擇器74153；時序選擇控制：7473集成塊；輸出調(diào)整電路；顯示電路。然后根據(jù)不同板塊進(jìn)行具體設(shè)計，更具虛擬仿真軟件上的示數(shù)及時調(diào)整，修改發(fā)現(xiàn)的問題，提升實驗效率，鍛煉綜合能力。

5 結(jié)語

總之，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于電子技術(shù)教學(xué)中確實能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，緩解電子技術(shù)課程枯燥無聊的固有印象。但是在實踐中我們也發(fā)現(xiàn)了許多不足。例如，虛擬等試驗有時確實不能代替真實的實驗，真實實驗中的某些突發(fā)狀況并不能在模擬中充分體現(xiàn)，所以學(xué)生往往在實際動手操作實驗時遇到各種各樣的狀況。因此，索然虛擬仿真技術(shù)侵入電子技術(shù)課程教學(xué)可以在一定程度上收到良好的效果，但是仿真軟件只能作為教學(xué)輔助工具，并不能完全替代實驗。故而，虛擬仿真應(yīng)用于教學(xué)還需要不停探索，進(jìn)一步完善，直到形成一套完整的理論體系和完整的教學(xué)方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王華燕，符慶.淺談高等職業(yè)教育電類課程教學(xué)方法的改進(jìn)[J].計算機(jī)與電信，2010（12）：66-67.

[2]于帥珍.基于Multisim在電子線路實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].大眾科技，2010（12）：56-58.

[3]何銀平.電子技術(shù)課程教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用研究[J].電子制作，2015（3）：171.

[4]陳閩蜀.虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].蘭州教育學(xué)院學(xué)報，2015（3）：111-112.

[5]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].長沙：湖南師范學(xué)院，2012.