虛擬仿真技術在課堂教學中的應用探析

李正東 李秀玲 洪政

摘要：虛擬仿真技術主要通過對電路系統(tǒng)原理進行仿真模擬，直觀呈現(xiàn)電路信號的運行狀態(tài)，可解決理論授課時內(nèi)容抽象、難以理解等困難。本文主要以Multisim虛擬仿真軟件對施密特觸發(fā)器電路進行仿真，分析了仿真軟件對課堂教學模式的影響。實踐表明，教師在課堂教學中應用仿真軟件，既能解決實驗教學場地的不足，也有助于學生深入理解抽象內(nèi)容，有效提升課堂教學質(zhì)量。

關鍵詞：電子技術;仿真;應用;教學

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

虛擬仿真技術是利用虛擬系統(tǒng)對現(xiàn)實生活以及真實系統(tǒng)進行模擬仿真。在進行電子技術教學中，虛擬仿真技術的使用對于提升課堂教學質(zhì)量以及教學效果有著非常積極的影響。電子技術是高等院校電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，課程專業(yè)性、實踐性較強，授課難度大。利用虛擬仿真軟件可以不受實驗場地、儀器的影響，也可以避免元器件損壞及人身傷害風險，提高了安全性。同時，通過虛擬仿真儀器，學生可以實時觀察電子電路各位置的信號波形，加深對原理的理解，從而極大提高課堂教學效果[14]。

1 Multisim仿真軟件簡介

Multisim是美國國家儀器（National Instruments）公司推出的一款電子設計自動化軟件，用來對模擬、數(shù)字電路進行仿真。Multisim軟件操作界面直觀、操作方便，元件調(diào)用便捷，元件標注直觀，仿真真實感較強，與實際的實驗平臺相似度極高。與其他仿真軟件相比，Multisim軟件界面形象直觀、儀表元件齊全、操作簡單易學，在模擬電子電路中分析仿真的效果也較好，是目前在電路分析中應用較廣的仿真軟件[56]。

2 虛擬仿真技術在電子技術教學中的應用范例——施密特觸發(fā)器

555定時器是一種非常有用且非常精確的定時器，它有三種工作模式：單穩(wěn)態(tài)模式、施密特觸發(fā)器模式、多諧振蕩器模式。本文重點以施密特觸發(fā)器為例，分析虛擬仿真技術在電子技術教學中的應用。555定時器內(nèi)部結構圖如圖1所示。

施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。其工作原理是：當輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為低電平;當輸入電壓低于負向閾值電壓，輸出為高電平;當輸入電壓在正負向閾值電壓之間時，輸出狀態(tài)不變。施密特觸發(fā)器被廣泛應用于波形整形電路，能將模擬信號波形整形為數(shù)字電路能夠處理的方波波形。另外，由于施密特觸發(fā)器具有滯回特性，所以常常用于抗干擾場合。用555定時器構成的施密特觸發(fā)器仿真電路如圖2所示。

在本電路中，6腳和2腳并接在一起，輸入信號采用三角波模擬接入到6腳和2腳，當三角波電壓信號大于23VCC時，3腳輸出低電平。當三角波電壓信號小于13VCC時，3腳輸出高電平。用模擬泰克示波器顯示輸入、輸出波形如圖3所示。

通過對555定時器構成的施密特觸發(fā)器電路仿真分析，輸入波形與輸出波形的關系非常清晰明了。利用Multisim仿真軟件進行仿真教學，能夠使學生非常直觀地看到實驗現(xiàn)象，從而加深對理論知識理解，從而有效提高課程的課堂教學效果。

3 結語

虛擬仿真技術引入電子技術課堂教學中，能夠使學生將理論知識和模擬仿真結果有效結合起來，將課堂上枯燥的知識變得生動、形象。在課堂中采用“仿真”“調(diào)試”的虛擬軟件，學生的學習興趣獲得激發(fā)，課程理論和實踐的教學條件獲得改善，課堂教學模式和方法獲得拓寬，教學內(nèi)容的局限獲得突破，學生對知識的理解程度也得到了加深，這極大地開發(fā)了學生內(nèi)在的潛力，達到優(yōu)化課堂教學效果的目的。

參考文獻：

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基金項目：2019年重慶市教育科學“十三五”規(guī)劃重點項目（2019GX185）;2019年重慶市高等教育教學改革研究項目（193561，193564）

作者簡介：李正東（1978—），男，江蘇鹽城人，碩士，副教授，研究方向：電路與系統(tǒng)、通信與信息系統(tǒng)。