虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用

馬洪華+丁巖巖

摘要：隨著時代的快速發展，傳統的實驗教學模式已經不能滿足當前社會的發展，對此，我國教育部門根據這種情況開展了新一輪教育改革工作。在電子類實驗教學中引入虛擬仿真技術是實驗教學主要發展趨勢。虛擬仿真技術具有開放性、靈活性的特點，將實際與理論結合，提高實現教學質量與效率，同時也是我國未來實驗教學改革主要發展方向。本文對虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用進行了簡單的分析。

關鍵詞：虛擬仿真；電子類實驗教學；應用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虛擬仿真技術的概念與優勢

虛擬仿真技術在電子類實驗教學中的應用主要有兩種方面：虛擬儀器技術和仿真。最早虛擬儀器這個概念是由美國儀器公司提出的，其主要含義就是“軟件就是儀器”通過對應的軟件來實現儀器的主要功能。在使用過程中利用LabvIEW編寫虛擬的儀器面板，將各種數據信息采集設備和軟件的仿真平臺搭建出一個不同的仿真系統。仿真則是利用模型進行實驗，對電路環境與電路過程中進行模擬，得到真正實驗的全過程。虛擬仿真技術的核心內容就是將虛擬與實際結合，從而達到最佳的實驗教學效果。同時，在虛擬仿真技術在使用過程中有以下幾種優勢

（一）節約成本

在傳統的教學模式創新中需要不斷的增加各種教學儀器設備，增加教學成本，而且要想進行實驗只能在實驗室進行。虛擬仿真技術的出現更好的解決了這些問題，在教學過程中只需要具備仿真軟件計算機就能在任意地點進行實驗，方便教師教學。

（二）理論與實際結合，激發學生興趣

虛擬仿真技術可以將虛擬與實現結合，學生在接受新知識時還鍛煉了學生的動手實踐能力。將實驗教學內容以更直觀的形象展現出來，激發學生的學習興趣，提高學習效率。

（三）實驗平臺的統一性和可恢復性

在使用虛擬仿真技術時，可以將多門課程實驗進行統一，并為學生提供一個設計、原型、科學、發布的應用平臺，這樣不會丟失原有的實驗信息，還會完成從原型設計到系統部署之前所有工作，從而將虛擬教學內容與實際教學實驗的理論、知識更好的結合起來。

（四）教學內容的靈活性與創新性

虛擬仿真技術不同于其他試驗箱數量固定的實驗內容，在使用其技術時還會根據不同的需求搭建出一個不同的實驗電路，讓學生更直觀的了解教學內容，同時還有利于教師開展一些綜合性與設計性的教學實驗，從而培養學生的創新能力。

二、虛擬仿真技術在電子類實驗教學中的應用

隨著電子技術快速發展以及教學內容不斷的更新，傳統的實驗教學模式已經跟不上社會的發展，其中還存在著一些不足，虛擬仿真技術的出現將實驗教學進行全新的完善，激發學生的學習興趣，提高學生學習效率。電子電路課程是電子類專業必修課程，其中包括了：電路分析、模擬器電子技術、數字電子技術。在這三門課程中虛擬電子技術被學生們認為是一個難度最大，理論性較強的的一門課程。一般來講，虛擬電子技術是與教學理念同步，有時也會落后于教學課堂。在傳統的實驗教學過程中，學生對實驗的電路理論不夠了解，對實驗中可能出現的問題還沒有特別清楚，因此，對于多數學生來說，在實驗過程中一旦出現問題找不到任何的突破點，從而降低學習興趣。在虛擬仿真技術中以二階段有源低通濾波器為主的教學實驗可以幫助學生加深對知識的了解，鍛煉學生的動手動腦能力。

（一）二階有源濾波器的仿真實驗

在虛擬仿真技術中，常用的仿真軟件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文對Multisim在虛擬仿真技術中的使用以二階有源濾波器電路進行了仿真。該技術操作簡單容易上手，它在使用過程中具有非常多的元器件、虛擬儀器，它的功能強大，在使用過程中還為學生提供專用的萬能表、示波器等常用儀表設備，而且還為學生提供了虛擬仿真技術的網絡分析儀、頻譜分析儀等儀器設備。二階有源濾波器在教學過程中具有仿真的電路圖，只需要在使用時輸入信號頻率和幅度，就可以通過濾波器的示波器進行觀察，并讓學生做出總結。同時，在使用時還可以利用波特圖測試儀，設定使用頻率的反問，保證學生可以更加直觀的觀看到二階有源低通濾波器的頻率響應線，學生在上課過程中就可以通過幅頻特性曲線找到濾波器的頻率。這樣，學生就可以搭建出一個更為實際的電路，進行實驗，從而總結出自己所得結果，并于教師交流。

（二）二階有源濾波器的實際電路測試

NI的ELVISⅡ是一個將軟件與硬件相結合的一套虛擬仿真技術實驗模式。它集成了12種常用儀器，在使用過程中不需要任何的編程，同時還方便學生觀察。NI的ELVIS在實驗過程中可以通過USB與PC進行連接，方便學生調試。學生在實驗過程中只需要將電路在原型實驗板上進行連接，之后在通過對應的儀器觀察軟面板，再通過計算機輸入、總結就可。同時還可以測試一些相關數據，并對這些數據進行保存。學生在實驗過程中可以大件二階有源濾波器的實際電路圖，在函數信號上發設定相應的信號，并在示波器的軟軟面板上仔細觀察總結。所以，在Multisim在使用中可以更好的觀察仿真波形與實際電路波形，便于學生更好的了解實驗新知識。學生在實驗過程中只需要把重點放在電路的連接上，并對結果進行詳細分析，而且還不需要反復測試，在一定程度上提高了實驗的效果，同時還提高了教師的教學質量與學生的學習效率。

總結：電子類學科是一個與信息技術緊密結合的一門學科，在信息技術發展的同時還為自身注入了全新的活力。虛擬仿真技術在電子類實驗教學過程中。需要結合科學理論對學生進行教育，不斷的培養學生懂理論、實踐能力超強的高素質的基本要求，并為社會的發展做出巨大的貢獻。虛擬仿真技術的出現，成功彌補了傳統實驗教學模式的不足，從而提高學生的學習效率。本文對虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用進行了簡單的研究，文中存在著一定的不足，希望專業人員加強對虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用的研究。