仿真軟件在電工電子技術教學中的應用

蔣發倫

（重慶三峽職業學院 中國 重慶 404155）

0 引言

電工電子技術課程教學涉及理論課教學、實驗教學和課程實習等教學環節。 我們在教學實踐過程中，如果結合理論教學的進程，利用仿真軟件在多媒體上進行模擬電工電子電路實驗和電路設計的仿真，作為教學的補充，既幫助學生更好地理解電子技術的理論知識，又能確保課程實驗電路參數的正確性，還為設計者免去了以往實作中的“制作—修改—再制作—再修改”的繁重的電路組裝與調試過程，取得了良好的教學效果。 實踐證明，這種教學、設計手段的運用，有助于增強學生感性認識，培養學生創新能力、計算機應用能力和實際動手能力。 下面介紹我將仿真軟件應用于模擬電子技術課程教學中的實際做法。

1 將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

對于職業教育，理論夠用就行，著重培養學生的實作能力，因此在講解理論時，主要是給出一些定性知識，為了提高教學效率，需要配合演示實驗。 但準備演示實驗，需要花費較多時間；將多種儀器搬到教室，使用不便；演示操作過程，會占用過多時間，影響教學進度。

現在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。

在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用EWB 仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。 使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。 得出結論后，讓學生在理解的基礎上記定性的一些結論就容易多了。

在模擬電路中講授三極管共發射極放大電路時， 三極管具有放大和反相的作用， 學生理解起來非常困難。 我們利用EWB 仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。 學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達到了事半功倍的效果。

在模擬電路中講授振蕩電路的起振時，通過電路的正反饋作用，輸出信號就會逐漸由小變大，當振蕩幅度增大到一定的程度后，由于三極管的限幅作用，最后使得輸出的波形穩定。 學生很難理解，用現有的儀器根本就不能顯示出起振的波形來，現在利用Protel 仿真顯示出波形，振蕩器起振的過程非常直觀， 還能看出這種振蕩電路的波形存在較大的失真，但振蕩波形較穩定。 如果對波形失真要求較高，則需要采用改進型號振蕩電路，即克拉潑或者西勒振蕩電路。 這種教學模式生動活潑， 學生自始至終保持著極高的學習興趣，加深了理解和記憶，有效地提高了課堂教學效率。

2 開設仿真實驗，改革實驗教學方法，提高實驗教學質量

電工電子技術課是一門實踐性很強的課程，理論學習必須緊密地與實踐結合起來。 以往，實踐環節主要是上實驗課，實驗內容多為驗證性實驗，設計性、綜合性實驗較少。

以前設計電路思路的缺陷是：先設計出電路，買回元件后，在面包板或印制電路板上安裝調試，進行參數的不斷調整，不斷地更換元器件，而當調試好以后，又得重新買元件，重新安裝調試，將損耗浪費大量的電子元器件。

而現在我們的做法是： 在學習模擬電子技術的過程中，抽幾節課講解仿真軟件的使用方法。 在電子技術實驗課之前，學生必須先將電路進行仿真，發現電路中的一些問題，然后進行實驗的調整，直到得到仿真實驗成功以后，再進行實際電路的安裝、焊接、調試。 學生做實驗的興趣提高，信心加強，實驗教學質量大大提高，特別是在設計性實驗中，通過仿真軟件可以隨時修改元件參數， 并能馬上獲得仿真結果，直到滿足電路設計要求。 學生可提出各種設計方案，從而大大提高了分析問題、解決問題的能力，激發了他們的創新意識，也大大提高了學生電子電路的設計水平。

3 虛擬仿真在各課程設計中的應用

對于模擬電子技術課程設計，我們的做法：將模擬電子技術的內容分成幾個單元，每一個單元搞一個課程設計。第一次在老師的帶領下，講電路設計的步驟，完成課程設計。 上完下一個單元電路以后，老師布置一個課程設計題目，學生自己查找資料，自己設計好電路以后，再進行仿真，仿真后針對出現的問題再進行修改，直到解決好仿真出現的問題，然后完成交給老師檢查，在檢查學生設計方案時，要求學生陳述自己的設計思路，學生在講述的過程中就會進行再次思維。這種虛實結合的方法，既發揮了虛擬實驗高效、經濟的長處，又培養了學生電子制作的能力、分析問題和解決問題的能力。

4 虛擬實驗中應克服的問題

雖然采用虛擬仿真輔助教學，改善了教學手段，豐富了教學內容，也能更形象生動地將難于理解的知識用仿真的形式表現出來，也更能激發出學生設計電路的創新意識。 但如果完全用虛擬實驗取代實物實驗， 就只會在電腦上仿真，學生對真實元器件的封裝、檢測等認知程度大大降低，對使用儀器的操作能力大大削弱，缺少對實際電子產品設計的布局能力、布線能力、安裝調試能力。 為了避免其弊端，使之與傳統的教學相得益彰，融于一體，更好地為現代教學服務，我們采用虛實結合的方式，一方面強調仿真實驗對教學的輔助作用，另一方面認識到實際動手能力的重要性，兩者相輔相成，有機結合。 既合理安排仿真實驗課時，主要以學生課后自己上機實驗為主，課堂上進行實際電路的安裝調試工作；又精心選擇仿真實驗課題，為學生提供科學、合理的仿真實驗題目，讓學生通過實驗掌握知識，提高興趣。 還讓學生做一些設計性的實驗，自己設計、制作安裝調試，使虛擬仿真實驗變成看得見摸得著的電子產品。

總之，將仿真技術應用于教學中，不僅可以把許多抽象和難以理解的內容變得生動有趣， 動態地演示一些現象，化難為易，而且能模擬一些用語言難以清楚表述的，以及現實實驗不易進行的內容。 它不僅提高了教學質量，改善了教學手段，豐富了教學內容，提高了課堂教學效率，而且對于培養學生的自主能力、創新能力、分析和解決問題的能力都起到了潛移默化的作用。 當然，也要注意仿真教學的輔助作用和實際工程能力的重要性，兩者必須相輔相成，相互結合，而不能以仿真來完全代替實踐操作課。S

［1］顧濱.Protel99se 實用教程[M].人民郵電術出版社，2008，6.

［2］張永生.電子設計自動化技術[M].機械工業出版社，2008，7.