浅谈电子技术实践教学中虚拟仿真技术的应用

王正

摘 要：为了保证学员学习电子技术课程的连贯性，充分利用课余时间，提高实践动手能力，文章首先对电子技术信息化教学进行了概述，接着介绍了Multisim仿真软件，最后提出了虚拟仿真技术在电子技术信息化实践教学中的具体应用。

关键词：虚拟仿真;电子技术;Multisim仿真软件

目前大多数高校的多个专业都开设有电子技术课程，该课程是一门理论性和实践性都非常强的课程，需要学员扎实掌握电路原理和分析方法，具备模拟和数字电路的分析设计能力。面对日新月异的新技术和新知识，转变教育思想和教育观念，用新的理念改革教学内容和教学方法，特别是在新工科背景下推进实践教学改革[1]，从而培养工程实用型人才，一项重要的举措就是增加实践教学环节的学时，锻炼学员的实践能力。但是，一方面，受到教学条件和课程设置的限制，无法保证学员能够随时进入实验室;另一方面，传统实验不够灵活，固化的实验项目限制了学员的创造性。因此，很多学校引入了虚拟仿真技术，如电力电子实验仿真平台[2]。还有学校将虚拟仿真技术与教学平台相结合，建立了虚拟仿真实验中心，如林业技术装备虚拟仿真实验中心[3]、电子信息技术虚拟仿真实验平台[4]。本文对如何充分利用信息化教学手段，结合虚拟电子仿真技术进行研究，以期达到提高学员实践能力的目标。

1 电子技术信息化教学概述

电子技术一般分为模拟部分和数字部分，其中模拟部分理论性较强，数字部分实践性较强。很显然，如果学员想牢固掌握知识内容，仅靠课上教学是不够的，学员还需要课下预习、复习和动手实操。为了更好地指导学员进行课下的学习，笔者建设了电子技术网络课程，方便学员自学和复习。笔者针对教学中的重点和难点，录制微课，上传至网络平台，并与学员在线交流。架设实验教学管理服务器，方便学员提交实验报告和结果。在实验教学管理系统中提交的实验结果需要学员在课下完成，引入虚拟仿真技术，学员即可灵活地利用课余时间完成实验预习和实验练习任务。

2 Multisim仿真软件

Multisim是一款非常优秀的仿真软件，利用该软件能够进行板级的模拟和数字电路仿真。该软件比SPICE简单，容易上手，并且该软件功能强大，提供了主流电子器件商生产的超过17000种电子元件。最重要的是，在学员预习和复习阶段，引入Multisim仿真软件不仅能节省大量的电气元器件、实验器材，还为实验提供了安全保障[5]。

3 虚拟仿真技术在电子技术信息化实践教学中的具体应用

在教学中引入虚拟仿真软件，一方面能够让学员拓宽知识面，锻炼其自主学习能力;另一方面满足了学员课程学习的需求。通过网络平台布置预习和练习任务，学员在实验管理服务器上提交结果，达到提高实践动手能力的目的。如图1所示，为虚拟仿真技术在信息化实践教学中的应用场景。下面，笔者以Multisim为例，通过两个实验说明虚拟仿真技术在信息化实践教学中发挥的作用。例如，在进行模拟部分的集成运算放大器实验时，封闭的实验箱仅能锻炼连线等操作，参数调整不方便直观。学员在实验过程中不理解原理，一节实验课变成了实验仪器练习使用课。笔者首先将放大器实验发布给学员，让其利用Multisim设计仿真电路进行预习，这只需花费很少的时间。通过更换信号源V1，可实现多种直流信号、交流信号的反向放大。改变反向比例参数的值，学员可以直观地验证反向比例系数。在输出端，学员可以通过示波器、万用表等多种虚拟分析仪器，对结果进行分析和显示。又如，数字电路的实验安排在模拟电路实验之后，传统实验方法是使用不同实验箱分别完成模拟和数字实验，学员还没有完全熟悉一项实验设备就要更换另一种。利用虚拟仿真软件则可以非常容易地实现数字电路结构的仿真，有很好的连贯性。再如，为使用Multisim实现六十进制计数器电路，该级联计数器实验需要较多的连线操作，学员不熟悉实验设备和原理很容易造成课上时间的浪费。如果通过设计虚拟仿真电路，学员就可以充分理解电路原理，学员再进行实物实验时，就可以加快连线速度，取得较好的实验效果，大幅提高学员的实验效率和質量。

4 结语

信息化教学在高校中越来越普及，在慕课、微课、网络化教学等新的教学手段极大冲击着传统教学手段的同时，也为教师提供了更多课堂改革的机遇和手段。为提高学员的实践能力，帮助学员理解课堂内容，借助信息化教学手段，将虚拟仿真技术引入学员的预习、复习和自学过程中，有极高的实际意义。从课堂教学效果来看，学员对电子技术课程产生了兴趣。在引入虚拟仿真以前，学员对于一些电路的效果没有直观的概念，仅凭教师的描述和图片不足以吸引学员。引入虚拟仿真以后，教师在课堂上只需讲透原理，把仿真任务以作业的形式留给学员，通过信息化平台提交，充分利用了学员的课余时间。在进行仿真作业的过程中，学员既获得了成就感，又将课上的原理转换为实际任务，极大调动了他们的积极性。从实践教学效果来看，学员对实际电路的理解有了较大提高。笔者要求学员课前在仿真软件上进行实验电路预习实验。学员通过仿真提前了解了实验效果，做实验时事半功倍。根据实验室反馈的结果，芯片和实验设备的损坏情况都有所好转。通过信息化教学手段，在电子技术教学中引入虚拟仿真技术，调动了学员的学习兴趣，提高了学员的实践能力，教学也逐渐向“授之以渔”的方向发展。

参考文献

[1]郭慧，杨少川，张松炜，等.面向“新工科”建设的嵌入式系统实验教学改革[J].西部素质教育，2019，5（18）：164-165.

[2]杨婷，杨厂.基于Matlab的电力电子虚拟仿真实验平台研究[J].实验技术与管理，2018，35（7）：152-154，158.

[3]刘英，马晨波，赵茂程.现代林业技术装备虚拟仿真实验教学中心的建设实践[J].实验技术与管理，2019，36（7）：210-213.

[4]马学条，程知群，郑雪峰，等.电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的建设与实践[J].实验技术与管理，2018，35（11）：130-133.

[5]王开宇，卢诚，姜艳红，等.基于Multisim和LabVIEW的虚实结合数字电路实验教学[J].实验室研究与探索，2019，38（2）：140-143，159.