適應現代電子技術發展構建虛實結合的電子類實驗教學 張海瑞 賈家寧

摘要：本文針對傳統電工電子實驗存在的問題，提出了一種“虛實結合”的新型電工電子試驗教學方式，并對具體的實施方法做了闡述。

關鍵詞：虛擬實驗；EDA技術；實驗教改

電子類實驗教學是理論教學的深化和補充，在培養學員分析、設計和應用電子電路能力方面起到十分重要的作用。傳統電子類實驗受到實驗設備、技術手段等的制約，已很難適應現代實驗教學發展的需要。EDA技術的出現為緩解這一問題提供了很好的技術平臺。如何合理利用EDA技術改革電子類實驗系統，調整實驗內容，改變實施方式，更新考核機制，已成為眾多教育工作者思考的問題。

1、查找問題，尋找適應時代需求的電子類實驗教學模式

1.1 傳統實驗教學的弊端突出

（1）傳統實驗課程往往依附于理論課程，實驗的目的是為了輔助理論教學，實驗模式單一、內容固定，與實際聯系不緊密，難以激發學員學習興趣；

（2）實驗內容多為驗證性實驗，缺乏設計性、綜合性和開發性實驗。不利于提高分析問題、解決問題的能力，更別提鍛煉綜合運用能力和創新能力；

（3）“一鍋燴”式的教學無法滿足學生個性化的教學要求。每個學員的實驗內容、進度、要求、考核統一，沒有考慮學員的差異性，不利于提高教學質量和發現有特長的人才；

（4）與當前計算機技術和網絡技術的迅猛發展不相協調，計算機輔助教學、輔助設計手段應用不足。

1.2 基于EDA平臺的虛擬實驗優勢明顯

EDA技術是以計算機為基本工作平臺，采用高級描述語言，它包含的MulZisim軟件是常見的電工電子技術設計和實訓的工具。電工電路、電子電路等都可以通過EDA仿真軟件，進行電路圖的繪制、設計、仿真和分析。它與傳統實驗比較，具有無法比擬的優越性，具體體現在以下幾個方面：（1）基于EDA平臺的虛擬實驗把學員從繁雜的電子線路搭建、線路檢查中釋放出來，一方面避免了儀器的損壞，另一方面節省了實驗時間，提高了實驗效率。（2）利用EDA技術能夠很直觀、形象地進行實驗，讓實驗教學更加方便有趣。學員對虛擬操作環境興趣濃厚，對教員講解的課程內容非常直觀地就能理解，增加教學的互動性和學員的積極性。（3）EDA仿真軟件操作簡單，容易上手，為后續各專業根據專業特點開設的有關領域的計算機輔助軟件的學習打下基礎。

1.3 揚長避短虛實結合

基于EDA平臺的虛擬實驗教學優勢明顯，但這并不意味著傳統的實驗方式就要被拋棄。因為虛擬實驗在培養學員對真實儀器設備的感知度和操作能力、培養學員的誤差分析能力等方面存在缺憾。虛擬實驗過程對計算機而言，只是按指令要求運行相應的程序，一般實驗都能完美無缺地進行，實驗結果與理論分析可達到天衣無縫的一致，實驗過程中即使操作錯誤，也不會出現什么“意外事件”，不利于培養學員嚴謹的科學態度。實驗過程沒有分析，沒有思考，學員很難在實驗中發現新問題，禁錮了學員的思維。

由此可見，虛擬實驗與傳統實驗各有優缺點，它們本質不同，卻相互聯系。以實物作為實驗工具和對象進行實際操作的真實實驗是虛擬實驗形成和發展的基礎，而以虛擬仿真技術利用計算機進行可視化操作的虛擬實驗是傳統真實實驗的必要的有益補充和擴展，兩者互有優勢，采用虛實結合的實驗方式，不斷挖掘虛擬技術與硬件實驗各自的長處，兩者相互補充、相互促進。

2、勇于實踐，探索“虛實結合”的電子類實驗教學改革之路

在具體實驗教學實踐中，要用辯證的眼光看問題，要充分發揮虛擬實驗與真實實驗各自的特點，不可厚此薄彼。

2.1 根據實驗項目的特點選擇合理的實驗形式

教員可根據實驗項目的特點選擇是采用傳統實驗還是虛擬實驗。驗證性實驗、儀器操作訓練實驗宜采用傳統實驗形式；而觀察現象型、數據采集處理型實驗，一般采用虛擬實驗。

2.2 合理調整同一實驗項目中不同實驗形式的交替

對于同一實驗項目，可以根據實際情形在實驗進行的不同階段進行虛實交替教學。可以先做1～2次傳統實驗，對常用的實驗儀器有基本的了解，再進行虛擬實驗就能較好地掌握儀器設備的原理和性能。也可先做虛擬實驗，熟悉實驗步驟和原理，然后再做真實實驗。

2.3 利用虛擬資源，加強設計性、綜合性實驗及新型實驗的開設

傳統的實驗室出于各種因素的限制往往無法及時開出設計性、綜合性實驗。與此相比，虛擬實驗更有優勢。它能夠在低投入、無風險、大容量的情況下，在虛擬實驗環境中實現對各種實驗設備和器件的交互操作，可方便地將相應實驗資源進行整合，開發出新的實驗內容。

2.4 改革實驗考核方案

堅持教考分離，重點加強對學生能力課考核，建立多元實驗考核，統籌考核實驗過程與實驗結果。根據不同實驗課程的性質和內容，制定了不同的考試大綱和考核方法，建立了實驗教學考核與評價體系。