仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

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　摘要：本文介绍了仿真软件在模拟电子技术课程教学环节中的一些做法，通过仿真虚拟实验平台与理论有机结合的教学手段，对培养学生创造性思维能力，改善了教学手段，丰富了教学内容，提高了课堂教学效率，具有极其重要的作用，使大家认识到仿真软件在模拟电子技术教学中有着广阔的应用前景。
　　关键词：仿真软件模拟电子技术虚拟实验平台应用
　　
　　电子课程教学是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成。我们在教学实践过程中，如果结合理论教学的进程，利用仿真软件在计算机上进行模拟电子电路实验和电路设计的仿真，作为教学的补充，既帮助学生更好地理解电子技术的理论知识，又能确保课程实验电路参数的正确性，还为设计者免去了重复“制作—修改—再制作—再修改”的重复劳动，可以取得良好的教学效果。实践证明，这种教学、设计手段的运用，有助于增强学生感性认识，培养学生创新能力、计算机应用能力和实际动手能力。我现介绍我院将仿真软件应用于模拟电子技术课程教学中的实际做法。
　　1.将虚拟仿真引入课堂，进行演示实验，提高课堂教学效率
　　过去主要是理论课教学，过于注重原理分析、公式推导，学生听起来枯燥无味，难于理解。为了提高教学效率，需要配合演示实验。但准备演示实验，需要花费较多时间；将多种仪器搬到教室，使用不便；演示操作过程，会占用过多时间，影响教学进度。
　　现在我们将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在讲解理论的同时，利用多媒体同步演示，显示实验结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论上的抽象性。下面是我们具体应用仿真软件来仿真的两个实例。
　　在模拟电路中讲授三极管共发射极放大电路时，三极管具有放大和反相的作用，学生理解起来非常困难。我们利用EWB仿真软件来仿真电路的实际效果。学生先有了感性认识后，理论的讲解听起来就更轻松了，其仿真图形如图1所示。从图形中可以看出，输入信号的正半周，在输出端放大的同时，还存在着失真。
　　在模拟电路中讲授振荡电路的起振时，通过电路的正反馈作用，输出信号就会逐渐由小变大，当振荡幅度增大到一定的程度后，由于三极管的限幅作用，最后使得输出的波形稳定。学生很难理解，用现有的仪器根本就不能显示出起振的波形来，现在利用Protel仿真显示出波形（图2），振荡器起振的过程非常直观，还能看出这种振荡电路的波形存在较大的失真，但振荡波形较稳定。如果对波形失真要求较高，则需要采用改进型号振荡电路，即克拉泼或者西勒振荡电路。这种教学模式生动活泼，学生自始至终保持着极高的学习兴趣，加深了理解和记忆，有效地提高了课堂教学效率。
　　2.开设仿真实验，改革实验教学方法，提高实验教学质量
　　电子技术课是一门实践性很强的课程，理论学习必须紧密地与实践结合起来。以往，实践环节主要是上实验课，实验内容多为验证性实验，设计性、综合性实验较少。
　　我们的做法:在学习模拟电子技术的过程中，抽几节课讲解仿真软件的使用方法。在电子技术实验课之前，学生必须先将电路进行仿真，得到实验结果以后，再进行实际的安装、焊接、调试。学生做实验的兴趣提高，信心加强，实验教学质量大大提高，特别是在设计性实验中，可以随时修改元件参数，并能马上获得仿真结果，直到满足电路设计要求。学生可提出各种设计方案，从而大大提高了分析问题、解决问题的能力，激发了他们的创新意识，也大大提高了学生电子电路的设计水平。这样很好地解决了原来设计电路的缺陷：先设计出电路，买回元件后，在面包板或印制电路板上安装调试，需要连接很多的电位器，当调试好以后，必须重新买元件，重新安装调试，将损耗浪费大量的电子元器件。
　　3.虚拟仿真在课程设计实践环节中的应用
　　对于课程设计，我们的做法:将模拟电子技术的内容分成几个单元，每一个单元搞一个课程设计。第一次在老师的带领下，讲电路设计的步骤，完成课程设计。上完下一个单元电路以后，老师布置一个课程设计题目，学生自己查找资料，自己设计好电路以后，交给老师检查，在检查学生设计方案时，要求学生陈述自己的设计思路，学生在讲述的过程中就会进行再次思维。这种虚实结合的方法，既发挥了虚拟实验高效、经济的长处，又培养了学生电子制作的能力、分析问题和解决问题的能力。
　　4.虚拟实验应注意的问题
　　虽然采用虚拟仿真辅助教学，改善了教学手段，丰富了教学内容，也能更形象生动地将难于理解的知识用仿真的形式表现出来，也更能激发出学生设计电路的创新意识。但如果完全用虚拟实验取代实物实验，就只会在电脑上仿真，学生对真实元器件的封装、检测等认知程度大大降低，对使用仪器的操作能力大大削弱，缺少对实际电子产品设计的布局能力、布线能力、安装调试能力。为了避免其弊端，使之与传统的教学相得益彰，融于一体，更好地为现代教学服务，我们采用虚实结合的方式，一方面强调仿真实验对教学的辅助作用，另一方面认识到实际动手能力的重要性，两者相辅相成，有机结合。既合理安排仿真实验课时，主要以学生课后自己上机实验为主，课堂上进行实际电路的安装调试工作；又精心选择仿真实验课题，为学生提供科学、合理的仿真实验题目，让学生通过实验，掌握知识，提高兴趣。还让学生做一些设计性的实验，自己设计、制作安装调试，使虚拟仿真实验变成看得见摸得着的电子产品。
　　总之，将仿真技术应用于教学中，不仅可以把许多抽象和难以理解的内容变得生动有趣，动态地演示一些现象，化难为易，而且能模拟一些用语言难以清楚表述的，以及现实实验不易进行的内容。它不仅提高了教学质量，改善了教学手段，丰富了教学内容，提高了课堂教学效率，而且对于培养学生的自主能力、创新能力、分析和解决问题的能力都起到了潜移默化的作用。当然，也要注意仿真教学的辅助作用和实际工程能力的重要性，两者必须相辅相成，相互结合，而不能以仿真来完全代替实际操作训练。
　　参考文献：
　　［1］王正谋主编.Protel99se电路设计与仿真技术［M］.福建科学技术出版社，2005-1.
　　［2］朱定华主编.模拟电子技术［M］.北京交通大学出版社，2008-10.