融入EWB軟件的電工電子技術理論與實驗教學

摘要：介紹了在非電專業電工電子技術課程教學中引入EWB技術后形成的一種將教學與實驗很好融合的教學改革方法，該方法能將理論與實際有機結合，且打破實驗室與課堂的界限。通過EWB對教學內容進行仿真與模擬，可以隨時隨地地進行電路的實驗，且可以快捷準確地看到實驗結果，對培養學生的創造性思維能力、全面提高專業素質具有重要意義。

關鍵詞：電工電子教學；EWB；仿真模擬；教學實驗；卓越工程師培養

我校紡織工程系紡織品設計專業是第一批加入卓越工程師計劃的專業，學習電工電子技術這門64學時的涉及電路、模擬電子技術、數字電子技術的課程有很大的挑戰性[1]。該課程不僅要使學生獲得有關電學的基本概念理論、知識和技能，還需要在教學實驗過程中，通過虛擬實驗、開放性實驗、綜合實驗、小系統制作等，培養學生的電路分析和設計的能力、分析和解決問題的能力、實踐能力、將理論知識與實際應用相融合的能力，從而提高學生的學習興趣，鍛煉學生接受新技術的能力和創新能力，為后續其他工程類課程的學習打下基礎。在電工電子技術課程的各個教學環節中，通過EWB技術的融入，把電子仿真融入到教學的各個環節，使學生學得輕松愉快有成效，可培養學生的創造性思維能力[2]。

一、EWB軟件

EWB軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的專用于電子線路仿真的軟件工具，它被稱為電子設計工作平臺或虛擬電子實驗室。EWB的特點是：操作界面方便友好，具有和真實環境相一致的可視化界面；含有豐富的電子元件模型，能根據需要新建或擴充元件庫；虛擬電子設備齊全，包括示波器、函數信號發生器、萬用表、頻譜儀和邏輯分析儀。掌握好EWB軟件就相當于在身邊擁有一間自己的實驗室。EWB軟件模擬仿真電路很方便，且操作直觀，像一個便攜式的實驗室。平時不可能把所有的電路都去實驗室里親手連一連，尤其是對于工科基礎相對薄弱、動手能力較差的學生來說，一個電路一般都要花費比較長的一段時間。但是用EWB仿真就方便多了，就像把實驗室的各種儀器搬到寢室里一樣，而且它連接電路的方式較為清晰直觀，更重要的是不存在接觸不良的問題，比在實際動手做實驗時減少了一些不確定的因素。

二、EWB在理論學習環節中的應用

電工電子技術課堂教學要接觸到很多公式、數據、抽象的概念。在解題過程中，學生時常難以把基本概念、實際問題與習題間的關系理解清楚。在學習理論知識的同時教授學生學習EWB的相關操作，采用EWB軟件進行計算機輔助教學，可以使課堂教學與虛擬實驗室有機結合。通過實踐會對理解理論知識有一定幫助，用EWB仿真就是相當于做了一次實驗，對于不理解的抽象知識，通過仿真形象明了。學習正確地使用EWB軟件不僅有助于理解課堂理論知識，還可以在課后解答一些不會的題目，提升了自主學習能力。不懂的電路，用它仿真一下，就會出現結果。在學習邏輯電路時，針對不同的電路變換成用與非門實現，可以用EWB模擬出來，方便快捷令人陶醉。

三、EWB仿真技術引入實驗教學環節

應用EWB軟件感觸最深的就是它的簡潔省時高效。數字式電容表實驗就是一個最好的例子。對于卓越班的學生，要用6個課時完成整個數字式電容表的小系統設計、仿真和調試。課程要求在做系統實驗之前先對實驗電路進行仿真，不僅能加深對理論知識的理解，增強實際操作能力，更能避免系統實際操作的盲目性。在EWB軟件上連接電路，想要讀電壓電流的值，就從工具欄里拖出相應的表，連在電路中；想要看輸入輸出的波形，同樣找出示波器就可以了，得出的結果就可以實時清晰地顯示在屏幕上。顯示出的波形圖就很理想，方便快捷且結果令人滿意。

圖2是數字式電容表的EWB仿真電路，圖3是其相應的波形圖，分別是電容矩形波、鎖存脈沖和清零脈沖信號。可見，在EWB上仿真出的實驗結果直觀精確地反映了電路的設計目標，且調節方便，由于操作簡單又會有成就感，更增加了學生對課程學習的興趣和熱情。

仿真實驗讓學生在真正動手去做實驗之前了解了大概的實驗結果，也相當于檢驗了電路設計的正確性，到了做硬件實驗的時候就不會盲目地去調試。如果仿真中無法順利地產生波形，可以在動手實驗之前合理地修改電路，而且這種清晰的電路圖是便于檢查的，比真正的有錯綜復雜導線的電路更容易發現錯誤并及時糾正。用EWB軟件可以使實驗課程準備得更加充分，使得真正動手的實驗相對來說順利一些，大大地縮減了實驗的時間，提高學習的效率。所有這些特點對非電類學生學習有一定難度的電工電子技術課程而言，都是至關重要的。圖4是面包板實際電路及測量顯示電路（測量1微法電容）。這塊面包板看起來線并不是很多也不是特別復雜，但是為了連接和調試這個電路需要花費學生一定的時間，不斷地檢查修正電路，直到在示波器上看到預計的波形為止。從實驗中學生切身體會到，實際連接電路會遇到各種各樣的問題，諸如接線有效性、參數選擇等等。與一趟趟去實驗室真實地連電路、費時耗力且不易成功形成了鮮明的對比，EWB仿真的確效果不凡。

電工電子技術課很多知識點邏輯性強，前后聯系緊密，層層深入之后發現有些知識點難以透徹地理解，且很容易相互混淆。作為非電學專業“卓越工程師”計劃中的學生，EWB虛擬仿真的引入為學生提供了很多幫助，雖然不能說它會取代現實的實驗室，但會在教學學習中起到重要的作用。就相當是有一個實驗室隨時可以用來做電路電子實驗，仿真各種電路，使很多抽象的概念變得形象起來。這樣方便了學生的學習，可以在寢室驗證書本上的電路，成功率高，而且能很快地看到仿真出的結果，這樣既能更直觀地學習到電路的工作原理，又能培養對電工電子學科的興趣和創造性。

參考文獻：

[1]任立紅，李曉麗，劉浩.卓越工程師計劃下“電工電子技術”課程創新教學初探[J].中國電力教育，2012，（4）.

[2]張曉英，祖大鵬.EWB軟件在教學中的應用，現代電子技術，2004，（10）.

基金項目：上海市教委重點課程項目和東華大學“卓越工程師課程項目”的資助

作者簡介：任立紅（1966-），女，內蒙古赤峰人，博士，東華大學副教授，從事智能系統、電工與電子技術理論與實踐等研究。