EWB仿真实验在电路课程教学中的应用

史涛，任红格,董维超，唐瑞尹，谢锦秋

(1.华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063009；2.北华航天工业学院，河北 廊坊 065000)



EWB仿真实验在电路课程教学中的应用

史涛1，任红格1,董维超2，唐瑞尹1，谢锦秋1

(1.华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063009；2.北华航天工业学院，河北 廊坊 065000)

关键词:电路；EWB；仿真；理论教学

摘要:介绍了EWB软件的基本功能和“实时仿真”特点，结合电路课程传统教学方式的特点，对应用EWB技术辅助课堂教学及实验教学的方法进行了分析和探讨，并指出EWB仿真技术进入电路课堂教学是必然趋势。此教学方法与传统的授课方法相比较，很大程度上激发了学生的学习兴趣，有利于培养学生的创新意识和创新思维。

“电路”(或电路基础)课程是高等学校电类专业和计算机类专业的重要学科基础课[1]，是上述专业很多课程的先导启蒙课程。因此提高“电路”课程的教学质量，对于圆满实现相关专业的培养目标、培养创新人才具有重要的意义。总结我校“电路”课程传统的教学方法，存在以下的问题：

(1)多数教师特别是青年教师只侧重于理论知识的传授，无法使学生真切地感受到电路的可实现性，更不易判断理论分析方法的正确性；

(2)理论分析通常都是繁琐的公式推导及抽象的描述，难于形成电路的特性曲线，缺乏直观性，更难对电路的参数进行分析及优化设计。

(3)电路理论教学目前分为“电路-1”和“电路-2”，分别被安排在第三学期和第四学期进行，而“电路实验”单独设课却安排在第四学期进行。这种安排有一定的科学性，但是此时学生对“电路-1”教学内容的感性认识已被延迟，甚至某些学习内容，初始所产生的兴趣也会随时间的推移逐渐减弱或消失。(4)学生在学理论课时，由于跟工程实际联系不上，对理论难以理解，形成对电路“抽象、难学、不会学”的思想障碍，从而失去学习信心。

课程组成员(包括《电工学》课程组)近些年一直在探讨如何提高电路和电工学课程的教学质量问题。经过几轮的实践，我们的改革已经卓有成效，即采用“虚实结合、板书课件结合”的方法，将多种授课形式和实验方法引入到课程中。而这其中关键的一环是EWB仿真软件的使用。将EWB融入教学是当前高校电类课程教学改革的热点，一种教学手段的创新，也是提高教学质量的优选方法. 电子电路计算机仿真技术对电路课程教学理念的更新和教学手段的改革提供了条件[2]。

一、EWB简介

EWB软件，全称为ELECTRONICS WORKBENCH EDA，由加拿大Interactive Image Technologies公司设计推出的电子电路计算机设计、仿真分析软件，称为虚拟电子工作平台，它可以逼真地模拟各种电子器件以及仪器、仪表，利用该软件可在计算机平台上进行模拟电路 、数字电路等课程的各种仿真模拟实验 。相对于其它仿真软件，EWB是个较为小巧的软件，绿色免安装版本只有5M，便于教师灵活的携带。此软件尽管功能单一，但它提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对于电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用。利用EWB作为课程教学的辅助教学手段，不但可以弥补由于实验场地、仪器设备等因素带来的不足，避免因误操作而对仪器造成的损坏，而且还对于一些物理实验中不易观察到的现象，进行模拟仿真[3-6]。

二、教学方法探讨

(一)“虚实结合”，拉近理论与实践距离

“电路”课程理论性、实践性都很强。近些年的理论教学中，我们采用多媒体课件教学、示教板及实物演示等方法来加强教学的形象性、直观性、生动性，努力作到理论教学与实践的紧密结合，提高课堂教学质量。然而它们都存在相应的不足。如多媒体课件虽然图文并茂，实现一些简单的交互，在某种程度上激发学生的学习兴趣，但一方面授课速度要比单纯板书授课快很多，另一方面教师只能按照预先设计的模式去教，学生按固定方式去学，从而降低了理论教学与实践教学的结合度，制约了教学质量的进一步提高。实物演示只能将小巧的电器、电路、电子元件带进教室，局限性很小，灵活性差。基于EWB的虚拟电子电路环境(在计算机上的电子实验室)中，把多媒体技术和传统教学结合起来。在教学过程中教师可以根据教学内容的需要，把理论教学放在虚拟的电子实验室里进行，在多媒体教室中随时进行更多更全面的内容演示，由浅入深地分析各种电路的特性，了解各种参数改变对整体电路的影响。师生借助计算机软件，自然、高效地与EWB库中的电子元件、各类分析工具等进行实时交互，相互影响，使学生感觉到自己仿佛置身于一特殊的学习环境中,从而感受到亲临真实电子电路环境的体验。这种授课方法既增强了教学的直观性、形象性、生动性和时效性，又能实现理论教学与实践教学的紧密结合，从而提高课堂教学效率和教学质量。

(二)实施交互性教学，激发学生的兴趣

由于受媒体技术本身的限制，师生的实时交互性非常有限。课堂教学中多数是以教师为中心，单向教学为主,而学生只能被动地接受知识，探究、启发式的教学方法难以真正实现。由于基于EWB的功能特征，创设的开放性、情境化、高效性的学习环境，在课堂教学中能够根据实际情况和教学需要，实时调整教学内容和教学进度，并进行仿真实验，从而实现实时交互式的教与学。在基于EWB软件的课堂上，师生间或学生间在学习过程中的协作与会话能形成有效的交流，完成对电子电路参数的设置和仿真，数据、图形的分析和处理，在课堂上师生间能够充分的交流，学生的疑问、新奇的想法等都可以得到即时的验证。在教学中我们对新知识的学习都以相关问题情境的研究作为有效切入点。例如在戴维宁定理的教学中，首先由教师创设问题情境，(如：要求完成负载最大功率问题。)第二步，学生进入EWB仿真环境，调用各种元器件、电子仪器等来建构有源的复杂电路，通过反复仿真、修改和调试，学习和掌握电路类型、开路电压、短路电流、等效电阻求法等知识，最终完成教学任务。学生从中获得大量动手实践，动脑思考的机会，真正实现以学生为中心的课堂教学。通过课堂提问以及学生在EWB上的实际操作，教师从中得到课堂教学反馈信息，正确判断出学生的学习情况,从而作到有的放矢地教学。同时我们还把学生在课堂上提出及回答问题、实际操作等情况作为该门课成绩构成部分，对学生的学习也起到了督促作用[7]。

(三)建立虚拟实验室，加强实践教学

由于设备不足、老化等原因，“电路实验”课程的教学效果受到很大影响。课题组从2006年开始将EWB引入电路实验后，效果有了明细的提高。具体做法如下：

a、缩短电路实验理论教学，由12学时压缩到8学时，实践学时改为24学时。

b、为了充分利用学院现有计算机设备，我们选择在学院电工电子教学实验中心构建功能齐全的虚拟实验室。c、在实验理论学习之后，我们从实践的24学时中拿出4学时进行仿真实验。

因为在电路理论中已经给学生演示了EWB软件的使用方法，学生在“虚拟实验室(电脑软件)”中可以熟练的搭建实验平台，对理论进行验证，并可以进行综合性、创新性实验的设计。这样到实验室后学生在实验台上就能轻松的进行动手操作，即节省了教师讲解的时间，又让学生提前把实验的注意事项掌握好，效果明细提高。

四、结论

“电路”课程在采用了EWB软件之后，不仅在课堂理论教学质量上有大幅提高，在课程实验的项目上也有很大扩展，而且弥补了元器件缺乏、实验平台老化等因素带来的不足，排除了原材料消耗和仪器损坏等因素，较大的降低了实验的运行成本。在培养学生的综合分析、查找故障能力及应用开发、创新能力方面，收到了很好的教学效果。同时学生掌握一种新的实用型软件、一种有效的方法来进行电路设计和仿真，对于学生其它后续课程(如模拟电子技术、数字电子技术等)的学习、更好的适应社会发展及至日后的工作都大有裨益。仿真实验教学的引入起到了沟通理论教学与实践教学的桥梁作用，实现了教学手段的创新。特别是给学科基础课的实验教学注入了新的活力[8]。

参考文献：

[1]邱关源.电路( 第5版)[M].北京:高等教育出版社,2006.1-2.

[2]肖冬萍,李新.仿真实验在“电路原理”理论教学中的应用[J].电气电子教学学报,2009,31(2):97-98.

[3]王香婷.EWB在电子技术课程教学中的应用[J].实验室研究与探索.2004,23(10):56-58.

[4]袁小平.EWB在电子技术实验课程中的应用[J].实验室研究与探索.2000,(3):53-56.

[5]卢学英,张惠群.利用软件平台进行设计型实验的开发与研究[J].实验技术与管理,2004,23(4): 41-43.

[6]王智忠.EWB仿真实验在电工学课程理论教学中的应用[J].实验技术与管理,2006,23(8): 91-94.

[7]黄洪琼.EWB在电子类专业基础课程教学中的应用[J].实验技术与管理,2005,22(10):81-84.

[8]张颖.利用EWB仿真软件进行电路实验教学的探索[J].实验室研究与探索.2000,(3):21-24.

Application of EWB Simulation Experiment in Course Teaching of Electric Circuit

SHI Tao, REN Hong-ge, WU Bao-jiang, TANG Rui-yin, XIE Jin-qiu

(College o f Electrical Engineering, North China University of Science and Technology ,Tangshan Hebei 063009, China)

Key words:electric circuit; EWB; simulation; theory teaching

Abstract:The basic functions of the EWB software and feature of “real-time simulation” were introduced, combining with traditional teaching methods’ characteristics for course of circuit, EWB technical assistance on the application of classroom teaching and experimental teaching methods were analyzed and discussed, and pointed out that the technology of circuit simulation based on EWB into the classroom is an inevitable trend. Comparing with a tradition teaching method, study interesting of students was motivated by this simulation experiment method ,which benefits to increase innovate consciousness and thought.

收稿日期:2015-09-25

文章编号：2095-2708(2016)04-0068-03

中图分类号：G434

文献标识码：A