虛擬仿真技術在模擬電子技術課程教學中的應用

李薇

[摘? ? ? ? ? ?要]? 模擬電子技術課程是電子類專業的一門重要的專業必修課，其知識點復雜且抽象難懂，教師授課難度大。為了激發學生的學習興趣，提高教學效果，分析了傳統模擬電子技術教學模式中存在的問題及不足，并嘗試將計算機虛擬仿真技術引入到課堂教學和實驗教學環節中。通過探討基于虛擬仿真的模擬電子技術教學模式設計架構，尋找改善教學方法的手段，并提出了具體的實施路徑。虛擬仿真技術能夠將理論授課與實驗操作進行有機結合，不僅能夠幫助學生更好地理解教學內容，還為模擬電子技術教學改革提供了新的思路。

[關? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真;模擬電子技術;教學改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）28-0048-02

模擬電子技術課程是一門以理論為基礎，最終用于指導科學實踐的基礎必修課，在電子信息類專業中有著舉足輕重的地位[1]。該課程在培養大學生電子電路的基礎理論與分析方法的同時，還以培養學生實踐能力和創新能力為要務[2]。由于該課程涉及的理論知識點較多、理解方法抽象、分析過程繁瑣[3]，雖然有前期的先修課程，如高等數學、物理、電路等基礎學科，但這些前序知識主要以理論分析為主，而模擬電子技術課程則更注重理論與實踐相結合，學生在學習過程中會感到非常吃力，這也將直接影響后續各專業課程的學習，使教學效果大打折扣。

一、傳統模擬電子技術教學模式中存在的問題

新時代高等教育的精髓在于培養大學生的科學精神和創新精神[4]，在教學過程中發揮大學生的主體能動作用，調動大學生的主動探索熱情。但傳統的模擬電子技術課程教學模式將課堂授課和實驗操作相結合，存在以下三個問題：第一，教師在課堂教學時往往花費大量的課時講解元器件特性和分析各種單元電路模塊的特性等，教學模式較單一，基本采用灌輸式教學模式，學生參與度低，難以調動學生學習的主動性;第二，理論與實際缺少聯系，由于學生缺乏實際工程經驗，知識儲備不足，教學內容讓他們缺乏感性認知，難以激發學生的學習熱情;第三，理論授課與實驗操作這兩部分往往是分開進行的，且通常實驗操作環節滯后于課堂理論教學環節，從而導致學生在理論課上體會不到電路的實際用途，失去了理論指導實踐的意義，難以激發學生的自主創新性。綜上所述，現有的模擬電子技術課程教學模式和方法，無法發揮學生的主觀能動性，很難適應現代化教育事業發展的需求。該課程只有通過有效的改革才能提高教學效果，通過在教學過程中采用創新教學手段、優化教學資源、巧用虛擬技術輔助教學實施等多種方法，才能將抽象的概念具體化，提升學生對課程的認可度，培養學生的創新能力。

二、基于虛擬仿真的模擬電子技術教學模式的設計和實施

（一）理論聯系實際的橋梁

信息技術的不斷深入和發展使得虛擬仿真逐步成為高校教師開展教學活動的一種重要支撐技術[5]。其中，Multisim、PSpice等仿真軟件憑借功能強大、運行速度快、易于學習等優勢，廣泛應用于高校的電子技術類課程教學中。這類軟件人機交互簡潔直觀，仿真測試和分析功能強大，虛擬元器件和組件的圖例與實物一致，組合使用方法也基本相同，最終得到的測量數據、波形與在真實運行結果也基本吻合，是理論聯系實際的一類仿真軟件[6-7]。電子系統的設計是一個不斷調試的過程，通過仿真軟件進行建模與仿真，能夠直觀地發現電子電路的運行情況及潛在問題，從而為深入分析、優化電子電路動態、靜態參數提供重要的技術手段。在模擬電子技術課程教學中引入虛擬仿真軟件，既改進了教學手段，又將理論與實際相結合，使得學生知其然并知其所以然，提升教學質量。

（二）實施路徑

1.虛擬仿真技術提升輔助課堂教學功能

為解決“模擬電子技術”理論知識點抽象難懂的問題，可在教學過程中綜合運用多種教學方法和手段，將虛擬仿真技術推進課堂。教師可以在理論授課過程中配合教學內容，使用虛擬仿真軟件對重點問題進行生動演示，學生可以隨時對學習重點或難點提出疑義，并及時利用虛擬仿真軟件處理、解決問題。例如，傳統教學中教師往往采用分析計算的方法講授負反饋對放大電路的影響，學生必須面對復雜抽象的知識點和繁雜的計算過程，使得他們無法直接理解這一知識點。如果在虛擬仿真軟件中分別構建未引入負反饋和引入負反饋的兩種虛擬電路，并觀察、分析這兩種電路的模擬運行效果，通過比較可以很直觀地掌握負反饋放大電路的波形、通頻帶寬度等關鍵特性，建立從感性到理性的有效認知，提升知識點的掌握程度。

將虛擬仿真技術引入理論課堂，學生通過教師的虛擬仿真演示，可以提前熟悉各種實驗元器件的外形及實驗測試設備的基本連線方式，為后續實驗教學環節的順利操作打下良好的基礎，同時可以更加有效地幫助學生直觀、感性地理解教學內容，從而顯著地提高課程教學目標的達成效果。

2.虛擬仿真技術及時解決實驗環節難題

模擬電子技術課程教學通常由理論授課與實驗操作這兩部分組成，理論授課的相關知識點需要通過實驗操作進行驗證，同時還可以進一步研究和探索理論知識，培養學生的實踐和創新能力。根據實驗教學組織形式和內容的不同，可以分為理論驗證型實驗、綜合型實驗和設計型實驗等多種類型[8]。驗證型實驗電路涉及的元器件及測試儀器不多，實驗設計相對簡單;綜合型和設計型實驗則更注重學生綜合處理問題的能力與主動思考能力，實驗電路結構相對比較復雜，大部分學生都會遇到不可預知的問題、各種各樣的麻煩和不能獨立解決的實驗難題，傳統的模擬電子技術實驗環節常常會因此而導致一些大學生失去學習熱情而中途放棄。