半仿真实验在电工电子学课程教学中的实践探索

陈志刚 周 明 谢贻东

北京建筑工程学院 北京 100044

半仿真实验在电工电子学课程教学中的实践探索

陈志刚 周 明 谢贻东

北京建筑工程学院 北京 100044

简要分析了传统实验教学的优势和不足，针对教学客观条件的限制，提出半仿真实验与课堂理论教学相结合教学方法，介绍了半仿真实验教学的优点及方法，利用相关软件开发半仿真实验素材库，在课堂教学中灵活应用，取得了较好的教学效果。

半仿真实验；课堂教学；课程改革

电工电子技术及其相关课程知识点多，需要理解记忆的内容也很多，仅仅依靠课堂理论讲授难以达到较好的教学效果，实验过程能够使学生更好地掌握所学知识。因此，开设电工电子相关课程的学校大多开设有相应的实验教学课程，一方面通过实验教学环节能加强学生对知识点的理解，同时也能够锻炼学生的实际动手能力。

1 传统实验教学的劣势

在传统的实验教学过程中，实验通常被安排为理论教学的辅助性环节。目前大多数高校实验教学的主要内容是仪器的使用、电路的分析以及相关参数的验证与测量，实验过程一般为学生根据教师或学校已编好的实验指导书，在事先准备好成型的实验装置上，按照规定的实验步骤，机械地测试一些数据来验证课堂上所讲理论的正确性。虽然传统实验教学在培养学生正确使用仪器仪表、正确测量、分析实验数据和理解理论内容方面起着非常重要的作用，但在发挥学生的学习主动性，培养学生独立思考、独立工作的能力和应用理论解决实际问题的能力等方面存在着明显的不足[1]。自从高校教育从精英化走向大众化后，越来越多的学生缺乏勤奋好学的求知欲望，课堂教学跟不上，实践环节不敢动手或懒于动手。因此，从某种程度上可以说，依然采用传统的实验教学来辅助课堂教学的效果往往会事倍功半。

2 半仿真实验课堂教学的主要内容

传统实验教学的目的是加强学生对知识点的理解，但在我校实际操作过程中，正如前所述，其效果不佳。一方面，由于本科课程教学总学时数在不断压缩，用于实践教学环节的学时数较为有限，实践教学不可能覆盖课堂内容；另一方面，由于课堂教学学时也在减少，而内容变化不大，相当一部分学生在课堂上对知识点没有消化好，课下复习不透彻，在这种情况下去上实验课也很难达到预期效果。为了改变传统实验教学模式所造成的被动局面，提高课程教学的质量，还必须建立实验教学与课堂教学模式相结合的教学改革体系。

随着电路仿真技术的发展，上述缺陷可迎刃而解。只要有合适并且正确的电路模型，电脑便可据此进行大量的计算，从而仿真出近乎真实的电路结果。仿真实验不受场地限制，可在课堂上进行教学演示，帮助学生加深理解理论内容。

目前，电子仿真软件已非常成熟，国内外有相当数量的高校和职业院校已将仿真实验应用于课堂教学，并取得了不错的效果。但是，大多数实验电路通常是教师课前完全设计好的，通常在课堂上只是演示一下，昙花一现，学生当时听得很清楚，时间长了，大部分内容还是很快被遗忘掉，没有达到对知识点完全理解，其主要原因是学生缺乏主动思考和解决问题的过程。

因此，我们提出采用半仿真实验应用于课堂教学的方法。所谓半仿真实验，就是将仿真实验应用于课堂教学，但是不同于简单的课堂演示，而是将实验素材设计为半开放形式，当前教学知识点的实验部分由学生来完成。半仿真实验应用于课堂教学注重加强对学生主动思考能力的培养，学生只有在课堂环节真正动脑筋去思考，才会对所学的知识印象更加深刻，记得更牢固，同时半仿真实验也培养了学生将理论知识应用于实践的能力。

3 半仿真实验教学的优势

半仿真实验教学的主要创新之处在于其课堂演示的半开放形式，在不影响正常课堂教学进度的同时，又极大提高了课堂教学的效率，其优势表现为：

(1)帮助学生理解。巩固扩展电工电子技术知识，实现学习知识向应用能力转化，牢固掌握教学大纲中的基础理论知识，是学生学习中必须达到的基本条件，实验教学的主要作用就是帮助学生加深对知识点的理解、掌握和应用，在这一点上半仿真实验教学和传统实验及仿真实验的目的是一致的。

(2)锻炼思维能力。传统实验教学的主要劣势是学生缺乏主动思考的过程，其效果仅限于学生对知识点的理解，一旦条件或者环境发生变化，学生往往还是手足无措。而半仿真实验教学设计则不同，它采取开放形式，实验素材不是全部给出，而是留有少量空白，学生需要经过思考完成实验电路，之后进行测试。这样一来，学生既复习到了已学知识，又对当前知识点增强了理解，无形中也培养了学生主动思考、积极思维的能力。

(3)节省时间。传统辅助实验教学需要占用较多的时间，对于一些较复杂的实验，学生需要投入大部分的精力和时间进行电路连接和线路的检查，而用于对实验出现的问题进行分析、解决的时间明显不足，实验效果不理想，不利于学生从实验整体上进行把握。仿真实验只需要利用计算机进行演示，素材库丰富，连线及测试简单，基本不存在线路连接不良等低级错误，可以节省大量的时间。

(4)节约成本。因受实验条件的限制，硬件实验一般不能全部进行，增加硬件实验设备不仅需要大量的资金投入，而且实验过程中还会产生大量的元器件消耗，甚至会发生仪器损坏等意外情况，实验时教师通常会提心吊胆，精神高度紧张。若教师在教学过程中根据授课需要，部分采用仿真方式，不仅可以减少实验条件不足带来的压力、避免实验与教学进度的脱节，而且不受时间和场地的限制，根据教学需要随时进行，达到事半功倍的教学效果[2]。

(5)可靠性较高。在用实际电路进行操作演示时，各种参数不易控制、元件的调换也不方便。目前电子仿真软件日趋成熟，仿真软件内部包含了数以万计的元器件和各类精度极高的虚拟仪器仪表，大大解决了实验中特别是综合与设计性实验中元器件不足以及仪器精度不够的问题[3]。实验过程通常较为简单，而实验结果也比较直观可靠。

4 半仿真实验教学方法与效果

课程改革的主要目的在于实施有利于学生学习，以学生为主体、以教师为主导的开放式教学模式；加强师生互动，采取教师指导学生自主获取知识，引导学生进行实践动手的教学模式；实现以教师授课和学生自学并重的教学方式，确立教学并重的教学结构。

半仿真实验教学的时间安排比较灵活，既可以与知识点同步进行，也可以放在理论教学之后；演示形式多种多样，可以是教师提出几种不同方案供学生选择的形式，也可以是学生填空的形式。不管哪种形式，重点是在仿真过程中教师要及时启发提问，引导学生从分析问题入手，逐步解决仿真过程中出现的不合理问题，锻炼学生的思维与创新能力，力争达到最理想的辅助教学效果。

从一个学期的课堂教学实践情况来看，将半仿真模拟实验引入课堂教学环节中，课堂教学气氛非常活跃，大多数学生都能在教师设置的实验场景中积极思考。这样不仅能使学生在较短的时间内对相关知识点有较好的理解，而且能够大大提高学生的学习兴趣，缩短传授时间，提高教学效果，明显提高学习效率。

现代高校教育中普遍提倡教育要以学生为中心，教师需要充分运用现代科学技术和先进教学手段来提高学生动手能力、思维能力与创新能力，尽可能使用各种方法解决当前教学过程中存在的不足。用计算机进行半仿真实验是解决实验器材不足，提高学生学习积极性的主要方法之一。教师只有随着科学技术的发展，不断更新实验内容、方法和手段，才能适应新形势的需要，才能培养出高素质的人才。

[1] 李艳.模拟电子技术实验与仿真教学改革探讨[J].中国新技术新产品,2008,8:172.

[2] 梁雪松,张容.Multisim仿真软件在电子电路实验教学中的运用[J].四川教育学院学报,2011,27(3):116-118.

[3] 张晓晖,杜学东.EDA仿真技术在数字逻辑实验教学中的应用[J].科技信息,2008,20:552-553.

Application research of semi-simulation experiment in electrical and electronic course teaching

Chen Zhigang, Zhou Ming, Xie Yidong
Beijing university of civil engineering and architecture, Beijing, 100044, China

The advantages and disadvantages of traditional experimental teaching were analyzed. For solving the limit of objective condition, a semi-simulation experiment teaching method was proposed. The material library of semi-simulation experiments was designed by related software and applied in course teaching. The practice showed its good effective.

semi-simulation experiment; course teaching; curriculum revolution

2011-10-16

陈志刚，博士，讲师。

北京建筑工程学院教育科学研究项目(编号：Y10-14)。