仿真技术在《电子与信息技术应用》教学中的探索

仲崇祥+韩淑丽

摘要：针对中职生电子与信息技术专业学习中存在的困难，提出了使用仿真技术来完成教学的方法。通过实例，介绍了如何在电子信息技术专业教学中进行电路仿真。详细地从桥式整流电路的教学过程中，巧妙引入仿真的具体操作步骤，对比了传统教学模式与引入仿真技术后教学法的不同。

关键词：仿真技术 电路仿真 桥式整流电路 职教改革

在过去的一百年，发展最迅速，对人类世界影响最为深远的技术就是电子计算机技术，如今人类社会步入了信息时代，人们的工作、生活、学习、娱乐等活动都发生了翻天覆地的变化。计算机仿真技术就是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术，它是随着计算机技术的发展而发展起来的一门新兴技术。

早期的仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而应用的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。从具体的应用领域来说，在机械制造、航空航天、交通运输、经济管理、军事模拟以及医疗卫生等领域，仿真技术都已得到了广泛的应用。例如，在制造业方面，在仿真技术技术的支撑下，“虚拟制造”得以发展与应用，根据虚拟制造的概念，整个产品的设计和制造首先在计算机上进行，这样可以发现并解决该产品在制造之前可能出现的各种问题。

职业教育是直接服务于社会生产，担负着为社会培养高素质技能人才的使命，进一步提高教学质量，更好地服务于社会是每一个职业教育工作者最大的心愿。我多年的教学实践证实，在职业教育教学过程中引入仿真技术、广泛地应用仿真技术，是提高教学质量的一个事半功倍的方法。

如今我们身处信息化时代，人们接受信息的渠道是多样的，信息量是巨大的，信息的形式也是五花八门，这些信息无论是内容上，还是从形式上，对人的听觉、视觉、乃致心理的冲击是巨大的，如今单一的声音信号、色彩不够丰富的视觉信号对人的吸引力大副下降，特别是对于从小就在这种环境下成长起来的“00后”更是如此。现在，职业学校的学生大多是“00后”，而且还是多多少少存在一些学习障碍的“00后”，他们中的大多数逻辑分析、抽象思维能力欠缺，但多数好动，喜欢动手实践。传统的一支粉笔，一块黑板，一张嘴从头讲到尾的教学模式是很难激发学生的学习兴趣。因此，我们需要一种形式多样、色彩丰富、能满足学生动手欲望的教学方式，在教学中引入仿真技术就是一个很有效的途径。

在职业教育众多专业的众多课程中，电子线路教学中的困难有一定代表性，现在就以电子线路课程的教学为例，来探讨一下在教学过程中引入仿真技术，给教学带来的变化。目前能够实现电子线路仿真的软件很多，但在教学中应用最多的还是Protel 99 SE和Multisim 10，我就以NI公司推出的Multisim 10为例，谈一谈我是如何做的？

NI Multisim 10是美国NI公司推出的软件中一个重要组成部分，它可以实现原理图的捕获、电路分析、交互式仿真、电路板设计、仿真测试等高级应用。它有着直观的操作界面、丰富的元器件库、丰富的测试仪器仪表、完备的分析手段、强大的仿真能力、完美的兼容能力，将虚拟仪器技术的灵活性扩展到了电子设计者的工作平台，弥补了测试与设计功能之间的缺口，缩短了产品的研发周期，强化了电子实验教学。

现在假设要完成电子线路中的桥式整流及电容滤波线路的教学工作，在传统的教学模式中，教学的过程一般是这样进行的，首先由教师先将原理图画在黑板上，或用投影仪投射在屏幕上，再由教师口头分析讲解，然后学生做一点习题加深一下理解，有条件的组织学生做做实验。这种教学方式多数情况下会出现下列一些问题：

1.电路的特性、工作曲线等十分抽象，学生在学习这些内容时，感到十分困难，很难培养学生的学习兴趣。

2.在实验过程中，通常的方法是将电路图接成面包板、万用板或PC板，然后使用电源、信号发生器、示波器等电子仪器来进行测试。首先，制作电路板的过程既耗时、费力又浪费材料。其次，学生实在实验过程中，由于都是第一次做，因此出问题的占大多数，如果出现问题，就得花费相当长的时间，才能弄清是器件本身有误还是制作过程有误，教师常常为解决一些和教学过程无关的困扰而大伤脑筋。最后，往往由于上课时间有限，在学生很多问题都还没有得到很好的解决的情况下，就不得不草草结束，很难达到预期的效果。

3.对于一些原理比较复杂的课题，实物器件成本很高，学生操作过程中元件损坏率非常的高，这对于经济相对较落后的地区的学校来讲，这是一笔难以承受的巨大成本支出，在这部分内容的教学过程中要做实验都是不太现实的，最后就只能是教师嘴上讲讲就完了，其教学效果可想而知。

现在我们引入仿真技术，首先要求教学场地必须具备多媒体教学设备和学生实验（实习）设备，具体的操作步骤是：

教学的第一步：教师在教师机上操作，通过投影仪将操作过程投射在屏幕上，学生在学生机上跟着教师操作。开启软件，先将所需要的元件从元件库中拖到软件的工作界面上，然后就像画图一样按照原理图接好连线，再将要用到的仪表也从元件库中拖到软件的工作界面，接好线，总共用时不会超过5分钟。

教学的第二步：让学生自己动手，分别在不同的条件下启动仿真，读取万用表、电压表和电流表的数值，并计算表中相关的值。同时观察不同状态下示波器的显示波形，并比较各状态下波形的差异。

教学的第三步：让学生自己分析讨论所得数据和波形图，回答下面几个问题。

（1）交流电经过桥式整流电路后发生了什么变化，变化的原因是什么？

（2）桥式整流电路加上滤波电容后，对线路的功能有什么影响，为什么？

（3）改变负载电阻的大小，对线路的功能有什么影响，为什么？

（4）在不同状态下，输出电压与输入电压的比值大致在什么范围内变化？

教学的第四步：由老师归纳总结，给学生们分析线路的工作原理，把需要学生掌握的知识要点给学生强调和梳理。

教学的第五步：调试软件，原理图中所有的元件都已经放在工作窗口中下方的工作台上，将元件拖到虚拟面包板上，就可以进行虚拟接线练习。

第六步：如果有条件的可以用实物将上述操作过程重新做一次，用真实元件做成真实电路，再用真实仪表去测试相关的数据。然后可以比对仿真结果与实际操作所得结果之间的差异。

從上述教学流程可以看出，引入仿真技术进行教学之后，课堂不再是以教师的传声筒，而是真正的把课堂还给了学生，学生成了学习的主人，整个教学活动主要是以学生在教师引导下的实践、总结、分析、讨论。抽象的电路特性和工作曲线变得具体形象，沉闷的课堂变得生动，学生的动手欲望得到满足，学生的学习热情被充分的调动起来了。有了这样的课堂教学，我相信教学的效果必然焕然一新。要敢于把新的技术手段应用到实际的教学活动中，仿真技术就是一项非常值得在实践教学工作中推广的新技术，对于提高学生的技能水平具有立竿见影的效果，同时也是当前理实一体化课堂中必不可少的一笔。

参考文献：

[1]杜德昌.电工电子应用技术.高等教育出版社，2001.286.

[2]李国民.电路分析基础.河北教育出版社，2005.270.

[3]秦曾边.电工学（上册、第六版）.漓江出版社，1993.345.

[4]陈联.电子技术（第一版）.中国科学技术出版社，2005.249.

[5]秦军.电工学（下册）.中央广播电视大学出版社，2003.430.