電子技術實踐教學虛擬仿真技術應用

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摘要：為了保證學生學習電子技術課程的連貫性，充分利用課余時間，提高實踐動手能力，文章首先對電子技術信息化教學進行了概述，接著介紹了Multisim仿真軟件，最后提出了虛擬仿真技術在電子技術信息化實踐教學中的具體應用。

關鍵詞：虛擬仿真技術；電子技術信息化教學；Multisim仿真軟件

大多數高校的工科專業都開設有電子技術課程，該課程是一門理論性和實踐性都非常強的課程，需要學生扎實掌握電路原理和分析方法，具備模擬和數字電路的分析設計能力。面對日新月異的新技術和新知識，轉變教育思想和教育觀念，用新的理念改革教學內容和教學方法，特別是在新工科背景下推進實踐教學改革[1]，從而培養工程實用型人才，一項重要的舉措就是增加實踐教學環節的學時，鍛煉學生的實踐能力。但是，一方面，受到教學條件和課程設置的限制，無法保證學生能夠隨時進入實驗室；另一方面，傳統實驗不夠靈活，固化的實驗項目限制了學生的創造性。因此，很多學校引入了虛擬仿真技術，如電力電子實驗仿真平臺[2]。還有學校將虛擬仿真技術與教學平臺相結合，建立了虛擬仿真實驗中心，如林業技術裝備虛擬仿真實驗中心[3]、電子信息技術虛擬仿真實驗平臺[4]。本文對如何充分利用信息化教學手段，結合虛擬電子仿真技術進行研究，以期達到提高學生實踐能力的目標。

一、電子技術信息化教學概述

電子技術一般分為模擬部分和數字部分，其中模擬部分理論性較強，數字部分實踐性較強。對于計算機專業的學生，理論教學多為52學時。很顯然，如果學生想牢固掌握知識內容，僅靠課上教學是不夠的，學生還需要課下預習、復習和動手實操。為了更好地指導學生進行課下的學習，筆者建設了電子技術網絡課程，方便學生自學和復習。筆者針對教學中的重點和難點，錄制微課，上傳至網絡平臺，并與學生在線交流。架設實驗教學管理服務器，方便學生提交實驗報告和結果。在實驗教學管理系統中提交的實驗結果需要學生在課下完成，引入虛擬仿真技術，學生即可靈活地利用課余時間完成實驗預習和實驗練習任務。

二、Multisim仿真軟件

Multisim是一款非常優秀的仿真軟件，利用該軟件能夠進行板級的模擬和數字電路仿真。該軟件比SPICE簡單，容易上手，并且該軟件功能強大，提供了主流電子器件商生產的超過17000種電子元件。最重要的是，在學生預習和復習階段，引入Multisim仿真軟件不僅能節省大量的電氣元器件、實驗器材，還為實驗提供了安全保障[5]。

三、虛擬仿真技術在電子技術信息化實踐教學中的具體應用

在教學中引入虛擬仿真軟件，一方面能夠讓學生拓寬知識面，鍛煉其自主學習能力；另一方面滿足了學生課程學習的需求。通過網絡平臺布置預習和練習任務，學生在實驗管理服務器上提交結果，達到提高實踐動手能力的目的。如圖1所示，為虛擬仿真技術在信息化實踐教學中的應用場景。下面，筆者以Multisim為例，通過兩個實驗說明虛擬仿真技術在信息化實踐教學中發揮的作用。例如，在進行模擬部分的集成運算放大器實驗時，封閉的實驗箱僅能鍛煉連線等操作，參數調整不方便直觀。學生在實驗過程中不理解原理，一節實驗課變成了實驗儀器練習使用課。筆者首先將放大器實驗給學生，讓其利用Multisim設計如圖2所示的仿真電路進行預習，這只需花費很少的時間。通過更換信號源V1，可實現多種直流信號、交流信號的反向放大。調整電阻R3和R1的值，改變反向比例參數的值，學生可以直觀地驗證反向比例系數。在輸出端，學生可以通過示波器、萬用表等多種虛擬分析儀器，對結果進行分析和顯示。又如，數字電路的實驗安排在模擬電路實驗之后，傳統實驗方法是使用不同實驗箱分別完成模擬和數字實驗，學生還沒有完全熟悉一項實驗設備就要更換另一種。利用虛擬仿真軟件則可以非常容易地實現數字電路結構的仿真，有很好的連貫性。如圖3所示，為使用Mul－tisim實現六十進制計數器電路，該級聯計數器實驗需要較多的連線操作，學生不熟悉實驗設備和原理很容易造成課上時間的浪費。如果通過設計如圖2所示的虛擬仿真電路，學生就可以充分理解電路原理，學生再進行實物實驗時，就可以加快連線速度，取得較好的實驗效果，大幅提高學生的實驗效率和質量。

四、結語

信息化教學在高校中越來越普及，在慕課、微課、網絡化教學等新的教學手段極大沖擊著傳統教學手段的同時，也為教師提供了更多課堂改革的機遇和手段。為提高學生的實踐能力，幫助學生理解課堂內容，借助信息化教學手段，將虛擬仿真技術引入學生的預習、復習和自學過程中，有極高的實際意義。從課堂教學效果來看，學生對電子技術課程產生了興趣。在引入虛擬仿真以前，學生對于一些電路的效果沒有直觀的概念，僅憑教師的描述和圖片不足以吸引學生。引入虛擬仿真以后，教師在課堂上只需講透原理，把仿真任務以作業的形式留給學生，通過信息化平臺提交，充分利用了學生的課余時間。在進行仿真作業的過程中，學生既獲得了成就感，又將課上的原理轉換為實際任務，極大調動了他們的積極性。從實踐教學效果來看，學生對實際電路的理解有了較大提高。筆者要求學生課前在仿真軟件上進行實驗電路預習實驗。學生通過仿真提前了解了實驗效果，做實驗時事半功倍。根據實驗室反饋的結果，芯片和實驗設備的損壞情況都有所好轉。通過信息化教學手段，在電子技術教學中引入虛擬仿真技術，調動了學生的學習興趣，提高了學生的實踐能力，教學也逐漸向“授之以漁”的方向發展。

參考文獻：

[1]郭慧,楊少川,張松煒,等.面向“新工科”建設的嵌入式系統實驗教學改革[J].西部素質教育,2019,5(18):164-165.

[2]楊婷,楊廠.基于Matlab的電力電子虛擬仿真實驗平臺研究[J].實驗技術與管理,2018,35(7):152-154,158.

[3]劉英,馬晨波,趙茂程.現代林業技術裝備虛擬仿真實驗教學中心的建設實踐[J].實驗技術與管理,2019,36(7):210-213.

[4]馬學條,程知群,鄭雪峰,等.電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的建設與實踐[J].實驗技術與管理,2018,35(11):130-133.

[5]王開宇,盧誠,姜艷紅,等.基于Multisim和LabVIEW的虛實結合數字電路實驗教學[J].實驗室研究與探索,2019,38(2):140-143,159.

作者：趙凱 單位：安陽工學院