VB開發平臺在模擬電路教學中的應用

摘要：針對目前模擬電路教學的現狀和改革熱點，提出在模擬電路課堂教學中引入基于VB技術開發的互動教學平臺，利用虛擬實驗室實現理論與實踐一體化、教室與實驗室的一體化教學。實現教與學、師與生之間的“零距離”互動，提高學生學習的主觀能動性。從提高型、設計綜合型應用兩個方面闡述了VB技術開發平臺在模擬電類教學改革中的應用，并以一個有源濾波器仿真軟件具體應用說明其過程。該軟件已用于教學實踐中，實際效果表明該軟件有效提高了學生領悟能力，大幅提高了教學效果。

關鍵詞：模擬電路；虛擬技術；VB技術；有源濾波器

作者簡介：魯娟娟（1980-），女，浙江余姚人，正德職業技術學院電子與信息技術系，講師；白延敏（1982-），女，江蘇泰州人，正德職業技術學院電子與信息技術系，講師。（江蘇 南京 211106）

基金項目：本文系“江蘇十二五高等教育教學改革與教學質量提升工程：電子信息技術專業群”（項目編號：123）的研究成果。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0134-02

按照“以就業為導向、以服務為宗旨”的職業教育目標，培養的學生除了具有熟練的職業技能，還應具有良好的職業道德和職業素養，具備良好的就業競爭力和可持續發展的能力。為此，高職課程的教學改革成為研究的熱點。主要從三方面入手：第一從教學內容上，精簡教學內容，以“實用、夠用”為原則，突出職業能力的培養；第二從教學方法上，以實物為載體，以項目為導向，教學做一體化；第三從教學手段上，虛擬技術與傳統教學手段相結合。[1，2]特別是虛擬技術的應用，使課程改革進入了一個新的臺階。教育部[2006]16號文指出，“要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗”。

第一，有利于提高學生的學習興趣和動力。利用虛擬技術，可以克服時間和空間的限制，把實驗室搬入課堂。教師在上課前先做仿真模擬，觀察實驗現象，調動學生積極思考，然后帶著問題聽老師講解原理，觸發學生從感官認識到理性思考。

第二，有利于教學做一體化。在教學過程中，可以利用虛擬實驗平臺，不斷地更改電路和參數，及時清晰快捷地展現實驗現象和波形，以加深學生對電路本質的理解，把實驗室與課堂有機地融為一體。

第三，有利于開展綜合性和研究性教學項目。采用傳統的教學手段，由于實驗設備和儀器的限制，多開展驗證性教學為主。采用虛擬技術學生可以任意發揮，并能及時得到驗證。

一、虛擬技術在高職電類專業課程教學中的應用

1.基于Multisim仿真軟件的應用

Multisim 電路仿真軟件是目前應用于電類專業教學中最廣泛的一種電子工作平臺，它可以實現原理圖的繪制、電路仿真、電路分析等應用。Multisim仿真應用一般分三個步驟，先是根據電路的內容繪制原理圖，并設置好元件參數；然后調用虛擬儀器，用導線將儀表與電路相連，并根據測試要求合理設定好儀表的參數；最后閉合仿真開關，仿真電路并進行調試，觀察電路某點的波形或參數。在學習過程中，還可根據需要更改電路和參數，及時觀察輸出情況，這既加深學生對電路本質的理解，取到事半功倍的教學效果，又可激發學生對更深入問題的探討，激發學生的創新能力。它的優點是在國內使用比較普遍，模型制作很容易，缺點是無MCU級仿真，因此常用于數字電路、模擬電路、高頻電路的教學中。

2.基于Proteus仿真軟件的應用

Proteus 是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統，具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS-232動態仿真、IC調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能，有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。它的優點是可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業的單片機軟件仿真系統。缺點是模擬電路方面仿真比Multisim稍顯薄弱，而且需要軟件編程支持，因此常用于單片機、嵌入式系統教學中。

3.基于Matlab仿真軟件的應用

Matlab是集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體的高性能可視化軟件，同時含有各種工具箱，已成功用于自動控制、數字信號處理、動態系統仿真。它的優點是在信號處理、自動控制方面使用比較方便，便于深入研究。缺點是人機交互性能較差，實時效率比較低，有時也需要軟件編程支持。因此常用于自動控制等教學中。

二、基于VB技術的模擬電路教學

由于模擬電路課程理論性、概念性比較強，學生普遍反映比較難學，學習積極性不高。為此，模擬電路的教學改革成為研究的熱點。Multisim軟件、Proteus軟件、Matlab軟件都是仿真軟件，學生需要花大量的時間學習其使用方法，有時可能會本末倒置，學生把重點放在學習軟件上，而不是利用仿真軟件輔助學習。

Visual Basic（簡稱VB）是美國微軟公司推出的可視化開發工具套件中的一個組件，是一種具有良好的圖形用戶界面的程序設計語言。基于VB技術開發的互動教學平臺具有以下特點：[6，7]操作簡單，互動性強，并可以脫離軟件環境；突出互動性，即教師可以用該軟件進行教學，學生亦可利用該軟件進行模擬性實驗。

根據VB技術特點和模擬電路特點，本文從兩個方面闡述VB技術在模擬電路教學環節中的應用。

第一，提高型項目。這類教學在原有的實驗箱上很難實現，必須采用專用設備，而且也很難在課堂上現場演示，而應用VB技術卻輕而易舉解決這些問題，并能有效地培養學生的分析問題和解決問題的能力。

第二，擴展型、設計型綜合性項目。該方法最適合使用在創新實驗實訓室和學生的畢業論文中，它能較好地訓練和培養學生電子產品開發能力和創性思維，從而提高學生的學習興趣和激發他們的科技創新欲望，培養具有創新能力的高技能人才。

三、教學應用實例

基于VB技術開發的有源濾波工作仿真應用軟件，如圖1。該仿真軟件只要有三大功能區組成：控制器、顯示區和設置區。控制區位于軟件左側，主要用于功能控制；顯示區占的空間最大，用于形象的顯示波形；設置區用于設置參數，以適應不同波形的需求。主要操作過程如下：第一，根據演示需要設定演示時間長短：滑動橫向滑塊，設定基波曲線的顯示范圍從2PI-20PI。第二，根據負載特點，設置負載的諧波電流（圖1右下角）：根據負載的諧波電流的各次諧波含量（相對基波幅值的相對值）。第三，點擊右邊控制按鈕，顯示模擬結果，如圖2。

該模擬有源濾波器針對不同諧波負載的工作過程，可輸出基波曲線、諧波曲線、畸變曲線和補償曲線。基波曲線：50Hz的工頻正弦曲線。諧波曲線：顯示負載中所含有的總諧波電流曲線。可根據負載特點，設置各奇次諧波的相對基波的相對幅值，進行特定負載的總諧波電流模擬。畸變曲線：模擬的特定負載的電流波形。補償曲線：有源電力濾波器針對特定負載濾波時，所輸出的電流曲線。補償電路：融合APF規格選型經驗公式，可根據變壓器額定容量、負荷率和補償系數計算補償電流，結合波形圖形化顯示，使學生對補償電流的計算更直觀。

四、結論

VB界面友好，操作簡單，顯示直觀，效果良好，把VB技術應用到模擬電路教學中，是計算機技術與先進教育理念的有機結合。該仿真軟件可用于電子類專業教學，實現虛擬技術輔助實訓教學，解決大專院校實訓設備短缺、實訓效果不理想等問題，使學生更直觀了解諧波干擾，提高學生學習積極性，培養學生動手實踐能力和創新意識，更好完成學生職業能力培養。該軟件已用于正德職業技術學院教學實踐中，實際效果表明該軟件有效提高了學生領悟能力，大幅提高了教學效果。

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（責任編輯：王意琴）