仿真軟件在模擬電子技術教學中的應用
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胡建明1由 分享
摘 要： 本文介紹了仿真軟件在模擬電子技術課程教學環(huán)節(jié)中的一些做法，通過仿真虛擬實驗平臺與理論有機結(jié)合的教學手段，對培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力，改善了教學手段，豐富了教學內(nèi)容，提高了課堂教學效率，具有極其重要的作用，使大家認識到仿真軟件在模擬電子技術教學中有著廣闊的應用前景。
關鍵詞：仿真軟件 模擬電子技術 虛擬實驗平臺 應用
電子課程教學是以理論課教學、課程實驗和課程設計等教學環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學實踐過程中，如果結(jié)合理論教學的進程，利用仿真軟件在計算機上進行模擬電子電路實驗和電路設計的仿真，作為教學的補充，既幫助學生更好地理解電子技術的理論知識，又能確保課程實驗電路參數(shù)的正確性，還為設計者免去了重復“制作—修改—再制作—再修改”的重復勞動，可以取得良好的教學效果。實踐證明，這種教學、設計手段的運用，有助于增強學生感性認識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、計算機應用能力和實際動手能力。我現(xiàn)介紹我院將仿真軟件應用于模擬電子技術課程教學中的實際做法。
1.將虛擬仿真引入課堂，進行演示實驗，提高課堂教學效率
過去主要是理論課教學，過于注重原理分析、公式推導，學生聽起來枯燥無味，難于理解。為了提高教學效率，需要配合演示實驗。但準備演示實驗，需要花費較多時間；將多種儀器搬到教室，使用不便；演示操作過程，會占用過多時間，影響教學進度。
現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。
在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時，三極管具有放大和反相的作用，學生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路的實際效果。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，其仿真圖形如圖1所示。從圖形中可以看出，輸入信號的正半周，在輸出端放大的同時，還存在著失真。
在模擬電路中講授振蕩電路的起振時，通過電路的正反饋作用，輸出信號就會逐漸由小變大，當振蕩幅度增大到一定的程度后，由于三極管的限幅作用，最后使得輸出的波形穩(wěn)定。學生很難理解，用現(xiàn)有的儀器根本就不能顯示出起振的波形來，現(xiàn)在利用Protel仿真顯示出波形（圖2），振蕩器起振的過程非常直觀，還能看出這種振蕩電路的波形存在較大的失真，但振蕩波形較穩(wěn)定。如果對波形失真要求較高，則需要采用改進型號振蕩電路，即克拉潑或者西勒振蕩電路。這種教學模式生動活潑，學生自始至終保持著極高的學習興趣，加深了理解和記憶，有效地提高了課堂教學效率。
2.開設仿真實驗，改革實驗教學方法，提高實驗教學質(zhì)量
電子技術課是一門實踐性很強的課程，理論學習必須緊密地與實踐結(jié)合起來。以往，實踐環(huán)節(jié)主要是上實驗課，實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，設計性、綜合性實驗較少。
我們的做法:在學習模擬電子技術的過程中，抽幾節(jié)課講解仿真軟件的使用方法。在電子技術實驗課之前，學生必須先將電路進行仿真，得到實驗結(jié)果以后，再進行實際的安裝、焊接、調(diào)試。學生做實驗的興趣提高，信心加強，實驗教學質(zhì)量大大提高，特別是在設計性實驗中，可以隨時修改元件參數(shù)，并能馬上獲得仿真結(jié)果，直到滿足電路設計要求。學生可提出各種設計方案，從而大大提高了分析問題、解決問題的能力，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識，也大大提高了學生電子電路的設計水平。這樣很好地解決了原來設計電路的缺陷：先設計出電路，買回元件后，在面包板或印制電路板上安裝調(diào)試，需要連接很多的電位器，當調(diào)試好以后，必須重新買元件，重新安裝調(diào)試，將損耗浪費大量的電子元器件。
3.虛擬仿真在課程設計實踐環(huán)節(jié)中的應用
對于課程設計，我們的做法:將模擬電子技術的內(nèi)容分成幾個單元，每一個單元搞一個課程設計。第一次在老師的帶領下，講電路設計的步驟，完成課程設計。上完下一個單元電路以后，老師布置一個課程設計題目，學生自己查找資料，自己設計好電路以后，交給老師檢查，在檢查學生設計方案時，要求學生陳述自己的設計思路，學生在講述的過程中就會進行再次思維。這種虛實結(jié)合的方法，既發(fā)揮了虛擬實驗高效、經(jīng)濟的長處，又培養(yǎng)了學生電子制作的能力、分析問題和解決問題的能力。
4.虛擬實驗應注意的問題
雖然采用虛擬仿真輔助教學，改善了教學手段，豐富了教學內(nèi)容，也能更形象生動地將難于理解的知識用仿真的形式表現(xiàn)出來，也更能激發(fā)出學生設計電路的創(chuàng)新意識。但如果完全用虛擬實驗取代實物實驗，就只會在電腦上仿真，學生對真實元器件的封裝、檢測等認知程度大大降低，對使用儀器的操作能力大大削弱，缺少對實際電子產(chǎn)品設計的布局能力、布線能力、安裝調(diào)試能力。為了避免其弊端，使之與傳統(tǒng)的教學相得益彰，融于一體，更好地為現(xiàn)代教學服務，我們采用虛實結(jié)合的方式，一方面強調(diào)仿真實驗對教學的輔助作用，另一方面認識到實際動手能力的重要性，兩者相輔相成，有機結(jié)合。既合理安排仿真實驗課時，主要以學生課后自己上機實驗為主，課堂上進行實際電路的安裝調(diào)試工作；又精心選擇仿真實驗課題，為學生提供科學、合理的仿真實驗題目，讓學生通過實驗，掌握知識，提高興趣。還讓學生做一些設計性的實驗，自己設計、制作安裝調(diào)試，使虛擬仿真實驗變成看得見摸得著的電子產(chǎn)品。
總之，將仿真技術應用于教學中，不僅可以把許多抽象和難以理解的內(nèi)容變得生動有趣，動態(tài)地演示一些現(xiàn)象，化難為易，而且能模擬一些用語言難以清楚表述的，以及現(xiàn)實實驗不易進行的內(nèi)容。它不僅提高了教學質(zhì)量，改善了教學手段，豐富了教學內(nèi)容，提高了課堂教學效率，而且對于培養(yǎng)學生的自主能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力都起到了潛移默化的作用。當然，也要注意仿真教學的輔助作用和實際工程能力的重要性，兩者必須相輔相成，相互結(jié)合，而不能以仿真來完全代替實際操作訓練。
參考文獻：
?。?］王正謀主編.Protel99se電路設計與仿真技術［M］.福建科學技術出版社，2005-1.
［2］朱定華主編.模擬電子技術［M］.北京交通大學出版社，2008-10.
關鍵詞：仿真軟件 模擬電子技術 虛擬實驗平臺 應用
電子課程教學是以理論課教學、課程實驗和課程設計等教學環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學實踐過程中，如果結(jié)合理論教學的進程，利用仿真軟件在計算機上進行模擬電子電路實驗和電路設計的仿真，作為教學的補充，既幫助學生更好地理解電子技術的理論知識，又能確保課程實驗電路參數(shù)的正確性，還為設計者免去了重復“制作—修改—再制作—再修改”的重復勞動，可以取得良好的教學效果。實踐證明，這種教學、設計手段的運用，有助于增強學生感性認識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、計算機應用能力和實際動手能力。我現(xiàn)介紹我院將仿真軟件應用于模擬電子技術課程教學中的實際做法。
1.將虛擬仿真引入課堂，進行演示實驗，提高課堂教學效率
過去主要是理論課教學，過于注重原理分析、公式推導，學生聽起來枯燥無味，難于理解。為了提高教學效率，需要配合演示實驗。但準備演示實驗，需要花費較多時間；將多種儀器搬到教室，使用不便；演示操作過程，會占用過多時間，影響教學進度。
現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。
在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時，三極管具有放大和反相的作用，學生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路的實際效果。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，其仿真圖形如圖1所示。從圖形中可以看出，輸入信號的正半周，在輸出端放大的同時，還存在著失真。
在模擬電路中講授振蕩電路的起振時，通過電路的正反饋作用，輸出信號就會逐漸由小變大，當振蕩幅度增大到一定的程度后，由于三極管的限幅作用，最后使得輸出的波形穩(wěn)定。學生很難理解，用現(xiàn)有的儀器根本就不能顯示出起振的波形來，現(xiàn)在利用Protel仿真顯示出波形（圖2），振蕩器起振的過程非常直觀，還能看出這種振蕩電路的波形存在較大的失真，但振蕩波形較穩(wěn)定。如果對波形失真要求較高，則需要采用改進型號振蕩電路，即克拉潑或者西勒振蕩電路。這種教學模式生動活潑，學生自始至終保持著極高的學習興趣，加深了理解和記憶，有效地提高了課堂教學效率。
2.開設仿真實驗，改革實驗教學方法，提高實驗教學質(zhì)量
電子技術課是一門實踐性很強的課程，理論學習必須緊密地與實踐結(jié)合起來。以往，實踐環(huán)節(jié)主要是上實驗課，實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，設計性、綜合性實驗較少。
我們的做法:在學習模擬電子技術的過程中，抽幾節(jié)課講解仿真軟件的使用方法。在電子技術實驗課之前，學生必須先將電路進行仿真，得到實驗結(jié)果以后，再進行實際的安裝、焊接、調(diào)試。學生做實驗的興趣提高，信心加強，實驗教學質(zhì)量大大提高，特別是在設計性實驗中，可以隨時修改元件參數(shù)，并能馬上獲得仿真結(jié)果，直到滿足電路設計要求。學生可提出各種設計方案，從而大大提高了分析問題、解決問題的能力，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識，也大大提高了學生電子電路的設計水平。這樣很好地解決了原來設計電路的缺陷：先設計出電路，買回元件后，在面包板或印制電路板上安裝調(diào)試，需要連接很多的電位器，當調(diào)試好以后，必須重新買元件，重新安裝調(diào)試，將損耗浪費大量的電子元器件。
3.虛擬仿真在課程設計實踐環(huán)節(jié)中的應用
對于課程設計，我們的做法:將模擬電子技術的內(nèi)容分成幾個單元，每一個單元搞一個課程設計。第一次在老師的帶領下，講電路設計的步驟，完成課程設計。上完下一個單元電路以后，老師布置一個課程設計題目，學生自己查找資料，自己設計好電路以后，交給老師檢查，在檢查學生設計方案時，要求學生陳述自己的設計思路，學生在講述的過程中就會進行再次思維。這種虛實結(jié)合的方法，既發(fā)揮了虛擬實驗高效、經(jīng)濟的長處，又培養(yǎng)了學生電子制作的能力、分析問題和解決問題的能力。
4.虛擬實驗應注意的問題
雖然采用虛擬仿真輔助教學，改善了教學手段，豐富了教學內(nèi)容，也能更形象生動地將難于理解的知識用仿真的形式表現(xiàn)出來，也更能激發(fā)出學生設計電路的創(chuàng)新意識。但如果完全用虛擬實驗取代實物實驗，就只會在電腦上仿真，學生對真實元器件的封裝、檢測等認知程度大大降低，對使用儀器的操作能力大大削弱，缺少對實際電子產(chǎn)品設計的布局能力、布線能力、安裝調(diào)試能力。為了避免其弊端，使之與傳統(tǒng)的教學相得益彰，融于一體，更好地為現(xiàn)代教學服務，我們采用虛實結(jié)合的方式，一方面強調(diào)仿真實驗對教學的輔助作用，另一方面認識到實際動手能力的重要性，兩者相輔相成，有機結(jié)合。既合理安排仿真實驗課時，主要以學生課后自己上機實驗為主，課堂上進行實際電路的安裝調(diào)試工作；又精心選擇仿真實驗課題，為學生提供科學、合理的仿真實驗題目，讓學生通過實驗，掌握知識，提高興趣。還讓學生做一些設計性的實驗，自己設計、制作安裝調(diào)試，使虛擬仿真實驗變成看得見摸得著的電子產(chǎn)品。
總之，將仿真技術應用于教學中，不僅可以把許多抽象和難以理解的內(nèi)容變得生動有趣，動態(tài)地演示一些現(xiàn)象，化難為易，而且能模擬一些用語言難以清楚表述的，以及現(xiàn)實實驗不易進行的內(nèi)容。它不僅提高了教學質(zhì)量，改善了教學手段，豐富了教學內(nèi)容，提高了課堂教學效率，而且對于培養(yǎng)學生的自主能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力都起到了潛移默化的作用。當然，也要注意仿真教學的輔助作用和實際工程能力的重要性，兩者必須相輔相成，相互結(jié)合，而不能以仿真來完全代替實際操作訓練。
參考文獻：
?。?］王正謀主編.Protel99se電路設計與仿真技術［M］.福建科學技術出版社，2005-1.
［2］朱定華主編.模擬電子技術［M］.北京交通大學出版社，2008-10.