仿真技术在实验教学中的运用

崔 娟

（甘肃省卫生学校，甘肃 兰州 730000）

仿真技术在实验教学中的运用

崔 娟

（甘肃省卫生学校，甘肃 兰州 730000）

仿真技术；实验教学；仿真实验

仿真技术是近年逐渐兴起的一门新兴科学技术。近年来，EWB、Multisim等计算机仿真软件为师生进行电子类课程传统实验及自由实验提供了平台，为实验教学提供了新的教学方法。

笔者在电工与电子技术课程的电子技术内容部分实验教学中引入Multisim仿真软件，取得了较理想的教学效果，现将开展仿真实验教学的一些具体做法和体会报告如下。

1 实验教学中引入仿真技术的意义

1.1 有利于弥补实验仪器的不足

计算机仿真软件提供了强大的虚拟仪器库和充足的虚拟元器件资源。如Multisim软件中有万用表、示波器、扫频仪、函数信号发生器、数字信号发生器、逻辑分析仪和数字逻辑转换器等仪器，并且所有仪器均可多台同时调用；同时有丰富的元器件资源，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、数字门电路芯片、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建和修改所需元件模型。在进行仿真实验时，学生使用鼠标就可以调用虚拟元器件并联接成具有实物功能的电路，再联接上虚拟电源及从仪器库中调出虚拟仪器，接通虚拟开关就可以进行与实物实验一样的测试分析。因此，仿真技术的引入，可以节省购置元器件和仪器设备的大量经费，弥补了实验仪器的不足。

1.2 有利于缩短实验时间

传统实验往往需要很多仪器设备，实验接线多，调试不方便，读数误差大，实验时间长。仿真技术的引入，学生不会因接线出错造成短路事故，不会因操作失误造成人员或仪器设备损伤，不会发生实验室常见故障。如示波器一个通道正常，另一个通道不正常；信号发生器产生的波形失真；万用表电池不足；测电阻读数不准确等。学生可以利用仿真软件自带的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、零极点分析和参数扫描分析等分析工具，及时处理数据，观察和分析实验结果，大大缩短了实验时间。

1.3 有利于学生创新能力培养

综合性实验和设计性实验的开设，可以巩固学生所学的基本理论和专业知识，培养学生综合应用、独立分析和解决实际问题能力及创新意识、创新能力。在传统设计性实验中，学生常常受到元器件的限制和固定实验设备的束缚而改变实验设计思路，不可避免地存在许多错误和不足，致使电路调试费时费力，甚至引起元器件和仪器设备损坏等问题，导致设计性实验达不到预期效果。引入仿真技术后，学生不仅可以充分利用仿真软件采集、储存、分析、处理、传输、控制数据，论证设计方案，而且可以随时改变电阻阻值、电容容量、晶体管及集成电路型号参数等进行电路调整，使之更好地符合设计要求，得出较为理想的设计电路。学生还可将要求输出电路的测试参量或波形作为真实电路调试的依据或参考。

2 仿真技术在实验教学中的运用

笔者在我校2005级高影3班医学影像电子学实验教学中引入仿真软件Multisim 8.0，综合模拟电子技术和数字电子技术实验内容，扩充了实验项目，教学内容及实验学时分配见表1。

表1 仿真实验教学内容及学时分配

其中6学时的仿真软件Multisim的教学和练习，重点讲述应用Multisim开展电子电路仿真及分析的方法，包括元器件的选取、电路的构建、虚拟仪器的使用、分析方法和步骤等内容。教学中注意体现“四结合”，即多媒体课件和仿真软件相结合，虚拟仪器使用方法和实际电子仪器操作方法演示相结合，实验电路理论分析结果与仿真波形、结果相结合，教师讲述和学生操作相结合。由于示波器是电子技术实验中最常用的测量仪器，也是初学者使用的一个难点。因此，虚拟仪器使用中重点介绍示波器，并注重阐述虚拟示波器和真实示波器使用上的异同。通过以上教学环节，使学生掌握了应用Multisim进行电子电路分析的基本方法，为开展仿真实验打下了良好基础。

3 效果分析及努力方向

3.1 问卷调查

为了更全面地了解仿真技术在实验教学中的效果，笔者于学期末对2005级高影3班29名学生进行了相关教学效果的问卷调查和评估，从回收的29份有效问卷中获得了一些很有意义的统计结果（见表2）。

表2 仿真技术在实验教学中运用效果调查

3.2 学生考核成绩（见表3）

表3 学生考核成绩统计[n（%）]

3.3 效果分析

（1）学生对在实验教学中运用仿真技术这种教学形式欢迎度高。（2）在实验教学中开展仿真实验，对实物实验过程具有较强的指导作用。（3）通过仿真实验，对理论课学习帮助较大，反映为高分学生比例较高。

3.4 努力方向

问卷调查反映出，仿真实验这种教学方式在教材建设、教学组织、教学指导等方面存在不足，制约了教学效果。（1）认为需要加强仿真实验教材建设的比例高达36.5%，尤其是要加强实例分析过程内容。（2）近一半的学生认为仿真实验和实物实验的衔接有待提高。仿真实验和实物实验结果存在差异，学生开展实物实验前，教师应对二者间存在的关键问题作必要说明，以免学生过分依赖仿真实验结果，造成实物实验偏差。（3）尽管安排了6学时专门讲解Multisim的基本使用方法并让学生练习基本操作，但受认知水平限制，学生在短期内自如运用其进行仿真实验还有一定难度，可以考虑安排课外答疑时间来解决这一问题。

总之，仿真实验和传统实验各有优势，仿真实验不能完全取代传统实验的具体操作，但传统实验也需仿真实验作补充。从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发，将仿真实验和传统实验教学有机结合，能有效提高实验教学效果，更好地满足现代实验教学需求。

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1671-1246（2011）21-0101-02