虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.041
Abstract The application of virtual technology to the teaching of electronic technology is a hot topic in the reform of electronic technology in Colleges and universities. On the computer， the Multisim software is used to simulate some of the circuits. It can demonstrate the experiments that cannot be done in the classroom and laboratory， and solve the difficulties 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 suggestions for its practical application measures， so as to better accomplish the teaching of electronic technology.
Keywords virtual 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足培养电子技术专业的人才的需要。[1]
1 虚拟仿真技术的优点及应用现状
电子技术是一门实践性非常强的学科，而在课堂上，由于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要求，实践环节的缺失影响了学生的学习兴趣与学习效果。
为解决此问题，一味地依靠教师的理论教学是不够的，只有课堂教学与实验结合，才能够从根本上解决。虚拟仿真技术是把Multisim仿真软件运用在PC平台上，作为图形操作的界面，与相似的现实中电子实验工作台连接，工作台能够完成与现实一样的实验操作。[2]由于虚拟仿真技术在电子技术中的应用范围主要是电子电路分析、设计及仿真方面，所以普遍采用的是一种EDA软件，因为其实践效果强，环境模拟逼真，教师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欲望，对其动手能力进行有效锻炼。
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，实质上Multisim软件是在windows系统环境下开发出的电路仿真软件，能进行电路瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、噪声分析、直流分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析、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整，但Multisim软件能够提供与实际功能相同的函数发生器、波特图仪字信号、频率计发生器、示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、失真度仪、网络分析仪等18种虚拟仪器，以及与实?H完全相同的示波器、数字万用表、信号发生器，既节省了实验室投入成本又便于学生的实践操作； Multisim软件的仿真电路的准确性非常高，比如对比传统的SPICE模型的高频仿真实验， Multisim软件采用了高频电路仿真元件模型库及仪表搭建高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SPICE模型，加之Multisim软件能够从计算机上直接进行实验数据曲线、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 。[3]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=fo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。
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。
