仿真软件在电工类课程教学中的应用探索

杨荣昌 黄明惠

摘要：EDA仿真软件在电子类课程教学中已得到了广泛的应用，而针对电工类课程教学尚没有专门的仿真软件应用。借助于仿真软件强大的功能，适时、有目的选择电工类课程相关重点难点内容加以应用，可以在教学实践活动中达到事半功倍的效果。

关键词：仿真软件；电工基础；教学；应用实践

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）13-0149-02

1引言

在EDA类仿真软件中，其功能强大、界面清晰直观、容易掌握、使用方便，经常受到各类电子设计开发人员的青睐。该软件用虚拟的电子元器件及各类相关的仪器仪表，依据不同的电路要求，将元器件和仪器进行合理的组合，是电路设计、电路测试和验证的一款非常实用的虚拟仿真软件。

2 在電子类课程中应用优势

在电子类（如模拟电子、数字电子、单片机等）课程教学中，实践证明仿真软件能高效的促进教学，提升了教学质量，安全直观地反映了需要在客观实验室中才能完成的项目，增加了课堂互动性，突破了客观条件对教学的限制。在教学过程中学生加深对原理性、抽象性的内容的学习、理解、消化，避免了使用现实元件和仪器而造成的消耗与损坏，激发了学生的学习兴趣，解决了教学实验时部分实验项目耗材消耗大、设备成本太高、不容易展开等许多难题。

如在讲授电子电路中的整流滤波电路时，利用软件可以很好地观察到整流滤波的输出情况，可以断开滤波电容观察整流输出波形，也可以接入不同容量的电容器观察滤波的不同效果，灵活、形象、直观的演示须在实验课堂才能达到的效果。

3 仿真软件对电工类课程教学的促进

3.1能有效地促进教学活动

在电工类课程（如电工基础、电工原理、电路分析等）的教学中，目前还没有一款针对性强的教学仿真软件，而电工类课程作为机电大类专业的主干课程，具有很强的理论性和实践性。但实际上在教学过程中，由于课程理论性太强，抽象的概念非常多，教学活动中的重点、难点等环节的教学困难非常大，如果将仿真软件能够引入到电工类课程的教学中，将抽象的理论具体化、形象化，便可以在教学活动中达到事半功倍的效果。

3.2有效的补充和完善实践环节

电工类课程教学内容广泛，实践环节多，如果全部实践环节安排在实验室完成，设备与耗材的消耗是非常大的，同时对部分要求自主设计类的实验内容，从设备要求和元器件的采购方面均存在着诸多困难，同时部分的实验还存在着一定的危险和污染，如果利用仿真软件的虚拟技术可以完美的解决传统教学环节中难以解决的问题。

通过多年的教学实践，在不同的专业年级中利用仿真软件教学辅助作用，取得了非常可喜的教学效果，对提高学生学习兴趣，增加师生互动，提高学生的动手能力、思维能力、学习能力均有突出的效果。

4仿真软件在课程教学中的应用探索

4.1在直流电路中的应用

通常的直流电路，电压电流是不随时间变化而变化的，一个电路参数一旦确定，电路中的电压电流就是一定的。由于电路中的各物理量看不见、不能摸，学生对这些电路参数通过想象很难理解。在学习基尔霍夫定律时，对节点和回路关于电流和电压的关系也是半信半疑，对叠加原理、戴维南定理等课堂理论中学到的内容同样持怀疑的态度，因为这些定理、定律理论性很强，经常需要复杂的推导才能够得出结论。

而借助仿真软件强大的功能，可以在课堂上利用多媒体手段进行引导和演示，改变了传统教学过程中由于教学内容枯燥，导致学生学习兴趣下降，不理解学习的内容，也就会无心学习的恶性循环。

由于现代教学技术和手段的不断发展和更新，在教学中充分利用专业机房，在学生每人一台计算机的条件下去完成相关的教学任务是可以实现的。如在客观现实的实验室完成实验任务前，先利用仿真软件去完成对应的项目，避免了学生实验过程中的不熟练误操作导致的客观实验室功能丧失。

4.2在交流电路中的应用

正弦交流电路是电类课程的重点内容，是学习电学的理论基础。因此，对正弦交流电路的学习与研究是十分重要的，由于正弦交流电具有大小和方向都在不断变化的特点，所以在教学中存在着理解困难。而仿真软件的引入，使得这一教学难点变得直观和形象，教学设计时，如充分利用仿真软件虚拟的信号源、示波器、各种元件和仪表，组成对应不同的电路，对相位、相位差、有效值以及不同的电路性质的学习具有非常重要的促进作用。

如在讲授功率因数的提高时，由于发电厂在发出有功功率的同时也输出无功功率，二者在总功率中各占多少不是取决于发电机，而是由负载的功率因数决定的，负载功率因数的大小是由负载的性质决定的。功率因数太低，会对供电系统产生不良影响，会引起下述两方面的问题：降低了供电设备的利用率，电源设备越得不到充分的利用；增加了供电设备和输电线路的功率损耗。负载从电源取用的电流在电路有功功率和输电电压一定的情况下，功率因数越低，电流就越大，电流流过输电导线，在输电线路上引起的功率损耗愈大，就意味着输电线路上传输电能的效率低。

为了提高发电、供电设备的利用率，减少输电线路上的能量损耗，应提高负载的功率因数。提高功率因数的方法很多，由于生产实际中大多数负载都是感性的，所以往往采用在负载两端并联合适的电容器补偿的方法来提高电路的功率因数。

利用仿真软件，在一个感性负载两端并联了合适的电容器后，电路中的总电流为会大幅减小，远远低于没有并联电容器时的电路，从而验证了提高电路功率因数所采用方法的正确性。

5结束语

通过上述几个应用实例可以看出，利用仿真软件在电工类课程教学中有着非常重要的意义，它不仅仅对课堂的教学具有一定的促进作用，同时增加了学生分析问题与解决问题的能力，在实验室设备有限和珍贵的情况下，通过虚拟仿真达到了理想的实训效果。

为了充分实现软件对教学的促进作用，实践中要利用好机房开放平台，学生可以通过平台软件提供的虚拟元件和设备组成不同电路，设置和改变电路参数，验证所学的知识。这样既加深了对学习内容的消化理解，同时达到了提前预习相关的实验电路，摆脱了课程对真实实验的硬件要求，优化了教与学的矛盾，对学生而言使学习过程变得有目的和针对性。

当然，在实际的教学中，可以根据需要选择更多的内容作为教学活动的题材，利用计算机仿真教学作为多媒体教学的重要补充手段，不能仅仅停留在课件的展示上，更应加强教学过程的互动和演示。同时也要注意不能完全依赖软件进行教学，必要的理论过程仍然是必须的。

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