电子技术在线虚拟仿真实验教学项目建设研究

王永慧 马学条 郑雪峰

摘   要：电子技术在线虚拟仿真实验教学项目建设依托电工电子国家级实验教学示范中心和电子信息技术国家级虚拟仿真实验教学中心，采用工程仿真软件进行复杂电子系统设计，解决高成本与不可及的实验难题。教学项目以工程实践内容为背景，对接行业应用，满足电子技术人才培养需要。文章对电子技术在线虚拟仿真实验教学项目建设进行研究。

关键词：虚拟仿真实验;电子技术;实验教学

电子技术在线虚拟仿真实验教学项目建设依托杭州电子科技大学电工电子国家级实验教学示范中心和电子信息技术国家级虚拟仿真实验教学中心，以满足国家战略需求和高质量学生培养为出发点，突破以往受实验条件限制只能开设传统简单硬件实验的局限性，打破跨学科的实验技术壁垒，以电子技术创新性实验课程为基础，提升实验教学效果，降低教学成本[1-2]。

电子技术在线虚拟仿真实验教学项目包含了基本电子技术验证性仿真、简单电子系统仿真、复杂电子系统仿真和虚实结合实验等与电子技术相关的实验案例[3]。实验教学项目从简单到复杂、从仿真到硬件验证，包括软件共享、仪器共享和远程控制3大类共23项实验案例。

1    实验案例设计：调幅通信系统仿真

超外差模拟调幅通信系统，开设实物整机实验电路模块多、硬件成本高、实验周期长，实验过程中难以观测检波电容的充放电过程、C类功放集电极电流波形和振荡器的起振过程等。采用仿真手段能够让学生突破电路思维的局限，建立“通信系统”的概念。单元电路采用“虚实结合”的实验形式，不仅降低了实验成本，而且大大弥补了实体仪器性能的局限性[4]。

1.1  设计思路

将AM通信系统仿真分为系统级、电路级和器件级3个层次，根据学生实际完成的层级和结果确定考核成绩。系统级仿真只需要调用PSpice器件库中的ABM模型和一些基本元器件模型即可完成;电路级要求将系统级中的ABM库模型和信号源替换成实际电路，需要完成电路设计和仿真;器件级要求至少设计优化两种基本电路元器件的模型参数，提升技术指标。

1.2  实验原理

超外差式语音AM通信系统的原理框架如图1所示，其中，每一方框内代表一个或多个单元电路模块。

发射系统由高频载波电路通路、低频调制电路通路和有相乘功能的振幅调制电路组成。接收系统经天线接收到微弱信号后，经放大、混频、检波后，再经低频放大器输出。

1.3  实验操作步骤

调幅通信系统仿真实验分为13步操作，实验操作流程如图2所示。

调幅通信系统仿真实验操作过程具有多样性，每个步骤都有多个可选的参数设置，改变电路参数或仿真设置，将影响仿真结果，有些设置甚至会决定实验成败。鼓励实验者积极探索尝试，得出有工程应用价值的实验结论。

调幅通信系统仿真实验中的单元电路可用硬件电路实现，但采用分立器件的实物整机系统设计复杂、调试难度大、实验周期长、测试成本高、成功率低。采用虚拟仿真不但可以解决上述问题，还可以观察和分析实体仪器无法测量的结果，如：振荡器起振过程、波形频谱分布、检波电容充放電过程等。用仿真工具弥补了实体实验的不足，体现了“虚实结合、能实不虚”的原则。学生可以熟练掌握当今工程界通用的软件平台进行仿真实验，毕业后可以直接从事设计工作，实现与工程应用的无缝对接。

2    实验教学方法

电子技术在线虚拟仿真实验教学项目的开发，紧密结合电子信息学科与虚拟仿真实验的特点;虚实统筹规划，虚实结合，以虚促实;把虚拟仿真实验教学作为创新能力培养的重要环节，并融入实验教学体系之中。

实验教学项目采用混合式、案例式和研讨式教学方法，如图3所示，旨在调动学生实验兴趣，培养学生主动、严谨的实验习惯，切实提升学生的实验技能和学以致用的能力，提高实验教学效果，达到实验育人的最终目的。

3    结语

电子技术在线虚拟仿真实验教学项目涵盖了软件共享、仪器共享和远程控制3大类虚拟仿真实验，每年面向校内外1 800多名学生开放，通过在线教学管理平台，远程调用云端服务器上的仿真软件完成虚拟仿真实验设计。该教学模式和教学内容已在杭州电子科技大学及兄弟院校推广使用多年，具有如下特点：（1）实验项教学目与行业应用接轨，满足复合型人才培养需要。（2）由点到面、整体推进，构建虚实结合的虚拟仿真实验教学体系。（3）具有自主知识产权的虚拟仿真实验教学成果示范作用明显，自编了虚实结合的实验教材9部、自制实验仪器4套。

该教学项目让学生使用工程软件进行复杂电子系统虚拟仿真设计、虚实结合调试、产学研项目开发等培养环节，做到实验教学与企业需求相接轨，满足复合型人才培养需要。

[参考文献]

[1]祖强，魏永军，熊宏齐.省级在线开放虚拟仿真实验教学项目建设探讨[J].实验技术与管理，2017（10）：153-158.

[2]全晓莉，周南权.基于虚拟仪器技术的数字电路实验系统研究[J].实验技术与管理，2014（4）：96-98.

[3]李林，李凤霞，兰山，等.基于MOOC的虚拟仿真实验教学方法探究[J].实验室研究与探索，2017（4）：111-113.

[4]马学条.数字电路实验课程小班化虚拟仿真教学的探索[J].杭州电子科技大学学报，2016（8）：64-67.