课程教学 Ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ Ｔｅａｃｈｉｎｇ 固 ５５｝～ 虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用 钟海丽 （长沙理工大学物理与电子科学学院摘要湖南·长沙４１００７７） 将虚拟技术应用到电子技术教学中，是目前高校电子技术改革的热点。教师在计算机上用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件对所 讲部分电路进行仿真，可演示课堂上和实验室无法做到的实验，化解学习中的难点，很好地体现理论和实际相结合的教 学原则。故而本文将针对目前电子技术教学改革中虚拟仿真实验的应用进行探索，对其实际应用措施提出相应建议， 从而更好地完成电子技术教学。 关键词虚拟仿真实验电子技术教学改革应用 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６４００／ｊ．ｃｎｋｉ．ｋｊｄｋｚ．２０１８．０３．０４１ 中图分类号：Ｇ４２４ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＯＮＧ Ｈａｉｌｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＰｈｙｓｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｌｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００７７） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｈｏｔ ｔｏｐｉｃ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｅｌｅｃ— ｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｏｌｌｅｇｅｓ ａｎｄ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｓｏｍｅ ｏｆｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ． Ｉｔ ｃａｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｄｏｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｒｏｏｍ ａｎｄ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ａｎｄ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｉｆｉｃｕｌｆｔｉｅｓ 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 ｓｕｇｇｅｓ－ ｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｂｅ￣ｅｒ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｖｉｔｒｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 相对于传统的电子线路实验，虚拟仿真实验的演示结果与 欲望，对其动手能力进行有效锻炼。 理论值之间的误差更小，参数修改更方便，且电路构造灵活，扩 展性非常强，故目前高校电子技术教学改革中不约而同地引入 ２ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件的介绍 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件是目前高校引进虚拟仿真实验的重要工具， 了虚拟仿真技术，本文将针对虚拟仿真实验在高校电子技术教 实质上Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件是在ｗｉｎｄｏｗｓ系统环境下开发出的电路 学中的应用进行分析与探讨，从而增强虚拟仿真实验在电子技 仿真软件，能进行电路瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、 术教学中的应用效果，提高高校电子技术教学的教学质量及满 噪声分析、直流分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直 足培养电子技术专业的人才的需要。… ｌ虚拟仿真技术的优点及应用现状 流灵敏度分析、电路容差分析等，且可以完成故障模拟及数据 储存等要求，其功能十分完善。Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件优点：能为用户 电子技术是一门实践性非常强的学科，而在课堂上，由于 提供直观的操作界面，便于原理图的设计输入，能够帮助学生 在实验箱上进行实验繁琐且实验数据误差大，教师无法在课堂 进行元件放置及连接、任意拖动引线和进行微调，有利于教师 上演示所有实验。现在一般学校采用的方法是老师讲授完相 对学生的实践能力评价；元件的划分系列有序，便于学生在数 关理论知识后再由学生在实验室验证，这样容易面造成了理论 量众多、型号丰富、器件模型繁琐等情况下，快速寻找到所需的 和实际的分离；另外电子技术高速发展，新电路、新器件不断涌 元件，节省了实验时间，便于实验的高效进行；丰富了电子设备 现，而实验室受条件限制无法及时满足各种电路的设计和调试 种类，由于学校对电子实验室的投入限制，电子实验室能够提 要求，实践环节的缺失影响了学生的学习兴趣与学习效果。 供的实际设备是有限的，故而很多实验都要因实际原因进行调 为解决此问题，一味地依靠教师的理论教学是不够的，只 整，但Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件能够提供与实际功能相同的函数发生器、 有课堂教学与实验结合，才能够从根本上解决。虚拟仿真技术 波特图仪字信号、频率计发生器、示波器、逻辑分析仪、频谱分 是把Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真软件运用在ＰＣ平台上，作为图形操作的界 析仪、失真度仪、网络分析仪等１８种虚拟仪器，以及与实际完 面，与相似的现实中电子实验工作台连接，工作台能够完成与 全相同的示波器、数字万用表、信号发生器，既节省了实验室投 现实一样的实验操作。 由于虚拟仿真技术在电子技术中的应 入成本又便于学生的实践操作；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件的仿真电路的准 用范围主要是电子电路分析、设计及仿真方面，所以普遍采用 确性非常高，比如对比传统的ＳＰＩＣＥ模型的高频仿真实验， 的是一种ＥＤＡ软件，因为其实践效果强，环境模拟逼真，教师 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件采用了高频电路仿真元件模型库及仪表搭建高 对这类软件的操作也比较便利，学生在实验课中也能够灵活地 频电路所进行的高频电路仿真实验，其数据的准确性远远高于 对实验参数、电路改造等进行模拟，能够满足学生的实践操作 ＳＰＩＣＥ模型，加之Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件能够从计算机上直接进行实验 ２０１８年／第８期／３月ｒ中Ｊ ８５ 课程教学 Ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ Ｔｅａｃｈｉｎｇ 数据曲线、电路原理图、元件库清单等打印，缩短了实验的时 间，能够让学生更为直观地了解到自身实验操作的情况。 ３虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用研究 基于虚拟仿真技术的各类优点，高校的教学情况及学生的 学习状况等实际情况，虚拟仿真实验在电子技术教学改革中的 应用可以从教学模式及学习组织形态这两方面进行，能够更好 地加强其应用效果。 ３．１情景式教学 从学习共同体的构建及学生认知特点这两个角度来看，目前 电子技术教学所缺乏的是情景式的教学氛围。情景式的教学能 够使得学生更快地融入到学习状态、工作环境中，虚拟教学能够 较好地营造情景式教学氛围，使得学生在逼真的教学环境中，进 行实验操作。学习情景与真实世界的结合，能够提升学生的学习 效果。 其具体的应用方式是，在电子技术课堂教学中，使用虚拟 仿真技术创设出一个虚拟的真实环境，将实验室操作台，图形等 难以表达的事物虚拟变化呈现出来，例如在电路实验中，通过电 路仿真模拟呈现出现实的电路工作状态，将电路输出结果转化为 一个变化的动态过程，使得学生可以直观地观察整个变化过程。 教师通过合理的引导将复杂难懂的理论知识形象化，如此学生既 能够得到学习的满足感又能更加深入地投入到学习中，教师通过 虚拟仿真技术的应用也能够将难解的理论知识通过图形展示、实 践操作，逐步展示给学生，解决学生知识难消化的难题。 ３．２探究式小组学习 新时代背景下教师不仅要注重学生的理论知识教学，还要对 锻炼学生的实践能力，探究式的小组学习，能有效地提升学生的 创新实践能力。单个学生对于问题的思考总是有局限性，而多个 学生组成学习小组，共同探究问题的解决方法，能够有效地进行 创新思维培养，尤其是在电子技术课程中，大部分的知识都需要 学生通过实践来验证。例如在模拟电子线路教学中有“三种基本 的放大电路分析”的教学内容，教师可以把学生分成三个小组，分 别仿真出三种放大电路的输出波形，教师引导学生根据仿真出来 的结果对三种组态电路特点进行比较，总结每种电路的优缺点， 然后教师提出问题：怎样利用三种基本放大电路构成多级放大电 路来改善电路的性能？这样通过对问题探讨的层层深入及师生 及学生之间的互动，能够让学生对所学知识的理解更加深刻。 ３＿３虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用举例 振荡电路是电子线路教学中的重点也是难点，要产生正弦 波振荡，必须有满足相位条件的ｆｏ，且在合闸通电时对于ｆ＿－ｆ０ 信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。利用仿真 电路图能够很好地模拟从起振到稳福的过程。 图１振荡电路起振时的输出波形仿真 ８６ ２０１８年｛第８瓤／３ Ａ（ ） 图２振荡电路稳定过程中的输出波形仿真 ４结语 总之，目前虚拟仿真技术在电子技术教学中的应用，可以 从情景式教学创新及探究式小组学习两者着手，虚拟仿真的应 用突出了教学以学生为中心的开放性教学模式，不仅加深了学 生对所学知识的印象，教学的效率得到了提高，而且在训练学 生掌握正确的测量方法和电路的综合分析能力和创新能力上 都有比较明显的成效。 参考文献 ［１］邢德胜．虚拟仿真技术在电子技术教学中的应用［Ｊ】ｌ山东农业工程学院学报， ２Ｏ１４．４ ［２】 曾令国．仿真实验在电子技术教学中的应用与探讨［Ｍ】．浙江：高等教育出版 社．２０１４．３． ［３】李松湘．虚拟仿真技术在电子技术课程教学中的应用研究【Ｄ】湖南师范大学， ２０１２．