仿真技術在實驗教學中的運用

崔 娟

（甘肅省衛生學校，甘肅 蘭州 730000）

仿真技術在實驗教學中的運用

崔 娟

（甘肅省衛生學校，甘肅 蘭州 730000）

仿真技術；實驗教學；仿真實驗

仿真技術是近年逐漸興起的一門新興科學技術。近年來，EWB、Multisim等計算機仿真軟件為師生進行電子類課程傳統實驗及自由實驗提供了平臺，為實驗教學提供了新的教學方法。

筆者在電工與電子技術課程的電子技術內容部分實驗教學中引入Multisim仿真軟件，取得了較理想的教學效果，現將開展仿真實驗教學的一些具體做法和體會報告如下。

1 實驗教學中引入仿真技術的意義

1.1 有利于彌補實驗儀器的不足

計算機仿真軟件提供了強大的虛擬儀器庫和充足的虛擬元器件資源。如Multisim軟件中有萬用表、示波器、掃頻儀、函數信號發生器、數字信號發生器、邏輯分析儀和數字邏輯轉換器等儀器，并且所有儀器均可多臺同時調用；同時有豐富的元器件資源，包括基本元件、半導體器件、運算放大器、數字門電路芯片、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創建和修改所需元件模型。在進行仿真實驗時，學生使用鼠標就可以調用虛擬元器件并聯接成具有實物功能的電路，再聯接上虛擬電源及從儀器庫中調出虛擬儀器，接通虛擬開關就可以進行與實物實驗一樣的測試分析。因此，仿真技術的引入，可以節省購置元器件和儀器設備的大量經費，彌補了實驗儀器的不足。

1.2 有利于縮短實驗時間

傳統實驗往往需要很多儀器設備，實驗接線多，調試不方便，讀數誤差大，實驗時間長。仿真技術的引入，學生不會因接線出錯造成短路事故，不會因操作失誤造成人員或儀器設備損傷，不會發生實驗室常見故障。如示波器一個通道正常，另一個通道不正常；信號發生器產生的波形失真；萬用表電池不足；測電阻讀數不準確等。學生可以利用仿真軟件自帶的直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅立葉分析、零極點分析和參數掃描分析等分析工具，及時處理數據，觀察和分析實驗結果，大大縮短了實驗時間。

1.3 有利于學生創新能力培養

綜合性實驗和設計性實驗的開設，可以鞏固學生所學的基本理論和專業知識，培養學生綜合應用、獨立分析和解決實際問題能力及創新意識、創新能力。在傳統設計性實驗中，學生常常受到元器件的限制和固定實驗設備的束縛而改變實驗設計思路，不可避免地存在許多錯誤和不足，致使電路調試費時費力，甚至引起元器件和儀器設備損壞等問題，導致設計性實驗達不到預期效果。引入仿真技術后，學生不僅可以充分利用仿真軟件采集、儲存、分析、處理、傳輸、控制數據，論證設計方案，而且可以隨時改變電阻阻值、電容容量、晶體管及集成電路型號參數等進行電路調整，使之更好地符合設計要求，得出較為理想的設計電路。學生還可將要求輸出電路的測試參量或波形作為真實電路調試的依據或參考。

2 仿真技術在實驗教學中的運用

筆者在我校2005級高影3班醫學影像電子學實驗教學中引入仿真軟件Multisim 8.0，綜合模擬電子技術和數字電子技術實驗內容，擴充了實驗項目，教學內容及實驗學時分配見表1。

表1 仿真實驗教學內容及學時分配

其中6學時的仿真軟件Multisim的教學和練習，重點講述應用Multisim開展電子電路仿真及分析的方法，包括元器件的選取、電路的構建、虛擬儀器的使用、分析方法和步驟等內容。教學中注意體現“四結合”，即多媒體課件和仿真軟件相結合，虛擬儀器使用方法和實際電子儀器操作方法演示相結合，實驗電路理論分析結果與仿真波形、結果相結合，教師講述和學生操作相結合。由于示波器是電子技術實驗中最常用的測量儀器，也是初學者使用的一個難點。因此，虛擬儀器使用中重點介紹示波器，并注重闡述虛擬示波器和真實示波器使用上的異同。通過以上教學環節，使學生掌握了應用Multisim進行電子電路分析的基本方法，為開展仿真實驗打下了良好基礎。

3 效果分析及努力方向

3.1 問卷調查

為了更全面地了解仿真技術在實驗教學中的效果，筆者于學期末對2005級高影3班29名學生進行了相關教學效果的問卷調查和評估，從回收的29份有效問卷中獲得了一些很有意義的統計結果（見表2）。

表2 仿真技術在實驗教學中運用效果調查

3.2 學生考核成績（見表3）

表3 學生考核成績統計[n（%）]

3.3 效果分析

（1）學生對在實驗教學中運用仿真技術這種教學形式歡迎度高。（2）在實驗教學中開展仿真實驗，對實物實驗過程具有較強的指導作用。（3）通過仿真實驗，對理論課學習幫助較大，反映為高分學生比例較高。

3.4 努力方向

問卷調查反映出，仿真實驗這種教學方式在教材建設、教學組織、教學指導等方面存在不足，制約了教學效果。（1）認為需要加強仿真實驗教材建設的比例高達36.5%，尤其是要加強實例分析過程內容。（2）近一半的學生認為仿真實驗和實物實驗的銜接有待提高。仿真實驗和實物實驗結果存在差異，學生開展實物實驗前，教師應對二者間存在的關鍵問題作必要說明，以免學生過分依賴仿真實驗結果，造成實物實驗偏差。（3）盡管安排了6學時專門講解Multisim的基本使用方法并讓學生練習基本操作，但受認知水平限制，學生在短期內自如運用其進行仿真實驗還有一定難度，可以考慮安排課外答疑時間來解決這一問題。

總之，仿真實驗和傳統實驗各有優勢，仿真實驗不能完全取代傳統實驗的具體操作，但傳統實驗也需仿真實驗作補充。從培養學生運用基礎理論知識和提高實際操作能力出發，將仿真實驗和傳統實驗教學有機結合，能有效提高實驗教學效果，更好地滿足現代實驗教學需求。

G434

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1671-1246（2011）21-0101-02