基于虛擬仿真平臺的《電路分析》課程建設規(guī)劃

張濤

1.本課題的目前情況和最新發(fā)展趨勢：

（1）高職《電路分析》課程基本情況分析

《電路分析》課程是電氣信息類專業(yè)的基礎課程，其主要任務是討論線性，非時變，集中參數(shù)電路的基本理論和分析方法，掌握電路的基本概念，基本原理，提高分析能力，是后續(xù)課程的基礎。

盡管高職教育進行了各種層面與各種形式的改革，但《電路分析》課程作為整個電氣信息類專業(yè)的基礎課程，其講授內(nèi)容與講授方式基本沒有發(fā)生太大的改變。與此同時，近年來隨著各類各級高校招生規(guī)模的擴大以及高考生源的連年下降，使得當前很多高職院校的入取分數(shù)線直線下滑，以至于高考兩百分的學生也能夠有機會參與到高等教育之中。一方面體現(xiàn)了我國當前高等教育的普及化程度逐年提高，能夠?qū)φw國民受教育程度進行提升;另一方面也出現(xiàn)了一些比較嚴峻的問題，特別是理工科相關(guān)專業(yè)的教師在授課過程中會發(fā)現(xiàn)，對于高中知識沒有掌握的學生來說，一下進入到《電路分析》這一類的課程之中，學生會出現(xiàn)很大的厭學情緒，特別是對于高中階段讀文科的同學來說，更是一個巨大的挑戰(zhàn)。

在這樣的情況之下，如何能夠在不減少教學內(nèi)容、不降低教學要求的基礎上讓學生對所學內(nèi)容能夠產(chǎn)生較大的興趣，從而完成整個教學計劃與內(nèi)容成為廣大高職教育工作者所迫切需要解決的一個問題。

（2）虛擬仿真仿真技術(shù)在《電路分析》課程中的應用現(xiàn)狀

在電路仿真中常用的軟件有：Multisim、EWB、PSPice、Proteus等。這些工具軟件都有較強的功能，很多軟件都可以進行電路設計與仿真，同時可以進行PCB自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件有第三方軟件接口，各種軟件各具優(yōu)缺點。

·Multisim

MUltisim軟件是適用于電路仿真與設計的EDA工具軟件，該軟件的計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的問題。

·EWB

Electronic Workbench簡稱EWB，專用于電子電路仿真的“虛擬電子實驗平臺”軟件工具。該軟件可以對各種電路進行仿真。EWB軟件對電路的輸入采用原理圖輸入方式;軟件提供的虛擬儀器與實際儀器外形及其操作基本一致。

·Pspice

PSpice可以繪制非電氣性質(zhì)的圖元，可以通過輸人VHDL程序來代替繪制原理（Multisim只是可以在原理圖中用VHDL器件），在原理圖中可以添加網(wǎng)絡標識，且網(wǎng)絡標識可以直接代替節(jié)點編號用于仿真，原理圖繪制完成后可以進行DRC（設計規(guī)則檢查），可以產(chǎn)生元器件之間互連關(guān)系的報表，可以對設計的電路進行優(yōu)化程序設計。

·Proteus

Proteus ISI是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路。

以上的幾種軟件都有課程講授過程中有所應用，并將軟件的使用融入到課程教材的內(nèi)容之中，在《電路分析》課程的教學過程中起到了一定的作用，特別是在實訓課程中解決了實訓資源不充足的問題，為學生對本門課程的學習提供了良好的平臺。

除此之外，北京郵電大學網(wǎng)絡教育技術(shù)研究所開發(fā)研制的“虛擬實驗教學系列（OWVlab）”中的“電路分析課程虛擬實驗教學系統(tǒng)”針對各類大中專院校《電路基礎》、《電工原理》實驗課程配套開發(fā)的可在網(wǎng)上開展的虛擬實驗課程，課程模擬真實實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境。

（3）當前研究現(xiàn)狀與本課題研究的目標的區(qū)別

首先，當前虛擬仿真技術(shù)與平臺在《電路分析》課程中更多的是應用于虛擬實訓與電路設計的相關(guān)課程模塊當中。

其次，當前使用的仿真軟件往往功能都比較強大，與之相對應的就是軟件的學習過程較為復雜;學生要想掌握其中某一種軟件的使用，都需要較長的時間進行學習，特別是對于大一新生，無論是計算機的操作能力還是應用軟件的學習能力都有所欠缺。

另外，對于非計算機專業(yè)的同學來說特別是大一的新生，個人擁有計算機的比例還是比較低，僅僅依靠上課時間的練習與使用很難使學生較好的掌握軟件的使用方法并完成一定學習任務。

為此，本課題將主要針對以上所提出的幾方面的問題進行較為系統(tǒng)的研究與分析，并做出初步的設計與開發(fā)。

2.本課題研究的目的、意義：

針對當前高職教育中所遇到的各種現(xiàn)狀與問題，對教學內(nèi)容與教學方法進行適當?shù)母母铮瑥亩玫臐M足高職教育的要求，為后續(xù)課程奠定較為扎實的基礎。

（1）在培養(yǎng)學生電路知識與計算能力的基礎上，更加重視學生的動手能力與觀察能力，將原來的分析電路與計算電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為搭建電路與觀察電路數(shù)據(jù)，降低本課程對學生的高中物理與數(shù)學知識的要求。

（2）選擇一種更加容易上手且跨平臺使用的虛擬仿真平臺，使得學生能夠比較容易掌握軟件的使用方法，而且不用局限于計算機平臺，從而讓學生能夠在課上與課下都能進行學習與練習。

（3）為學生將來進行復雜電路的設計奠定一定的軟件使用經(jīng)驗與EDA的基本設計方法。

通過本課題的研究與實施，使得當前學生的學習現(xiàn)狀進行一定改善與提高，培養(yǎng)學生的學習興趣、提高學生的學習能力，為相應后續(xù)課程的學習奠定較為扎實的基礎，從而提升學生的專業(yè)知識與專業(yè)技能，提高學生的就業(yè)競爭力。

3.具體的研究內(nèi)容和重點解決的關(guān)鍵問題：

（1）研究內(nèi)容

·根據(jù)課題的研究需要與課程的建設需要，從眾多的電路虛擬仿真軟件中選取較為合適的一種軟件平臺，擬采用基于安卓平臺的《仿真電路模擬器（Droid Tesla Pro）》軟件。

·對原有課程教學內(nèi)容進行重構(gòu)，以所選定的虛擬仿真平臺為載體，將盡量多的課程內(nèi)容移植到該平臺之上。

·對于該平臺無法仿真的一些個別知識與內(nèi)容，通過開發(fā)與應用一些較為簡便易用仿真演示軟件，從而達到提高教育效果的目的。

·開發(fā)與本課程相配套的一系列資源，包括相關(guān)的教案、教學計劃、教學資源、網(wǎng)絡資源等。

（2）重點解決的問題

·構(gòu)建合理的課程體系，使虛擬仿真平臺與課程體系相適應。

·開發(fā)配套的教學材料，使學生能夠通過各種途徑進行課堂學習與課后自學。

4.課題的特色和創(chuàng)新之處：

本課題從教學內(nèi)容的確定，到教學手段的選取以及教學方法的使用都將進行一定程度的改革。

（1）從教學內(nèi)容來說，在原有課程體系基礎上針對高職學生的學習能力與基礎知識的掌握情況，適當補充一些基礎性的知識與內(nèi)容;同時針對后續(xù)課程的需要，調(diào)整一些現(xiàn)有課程知識內(nèi)容的體系與難易程度。

（2）從教學手段來說，將原來更多的關(guān)注學生對電路的分析與計算能力培養(yǎng)，過渡到對學生使用軟件進行電路的搭建與觀察的能力。

本課題擬采用的《仿真電路模擬器（Droid Tesla Pro）》虛擬仿真平臺基于安卓系統(tǒng)，當前智能手機廣泛普及，特別是對于年輕的大學生幾乎做到了人手一部，通過使用本平臺能夠使學生充分利用自己的手機，在課上與課下都能夠進行練習與使用，同時還避免了因為沒有電腦而無法進行訓練的問題。