虛擬仿真軟件在高職教學中的應用

余海潮

摘要：本文從高職教育的特征出發，指出了高職院校在實踐教學中存在的問題，并以應用電子技術專業為例，說明了該專業主干課程的主要實踐教學內容，能運用EDA軟件進行虛擬實驗。然后介紹了世界上最常用的幾種電路仿真設計軟件，結合教學分析了這幾種軟件的特點和功能，推薦應用Multisim軟件和Proteus軟件，并闡述了EDA軟件對教學的促進及局限，最后總結了EDA軟件在實踐教學中能發揮的功能。

關鍵詞：高職教育 電路EDA軟件 應用電子技術專業

一、前言

最近幾年，國家制定了一系列關于發展職業教育的政策，提出了許多指導性的意見，作為當前職業教育的主體，高職教育不同于本科教育，本科教育注重深入的理論分析，實踐教學環節往往以驗證性實驗為主，而高職教育注重實踐應用，技術的運用，對理論知識的掌握要求不深。教育部曾在多種指導性文件中提出，高職教育中的實踐教學課時比例不得低于50%。實踐教學的突出需要巨大的資金投入，而當前的高職院校財政狀況普遍不好，沒有足夠的資金保障充足的實踐教學。而虛擬仿真軟件可以幫我們緩解這一問題，隨著計算機技術的進步，IT產業的不斷發展，應用軟件層出不窮，在電子技術行業，運用EDA軟件設計電路、程序、仿真等已是常規的開發手段，我們完全可以充分利用EDA軟件促進我們的教學，解決實踐教學條件不足的問題，以下以應用電子技術專業為例，說明EDA軟件在實踐教學起到的作用。

二、應用電子技術專業的主要實踐教學內容

應用電子技術專業是很多高職院校開設的專業，課程體系大同小異，《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《單片機技術》是必有的課程。在教學中可以運用EDA軟件進行實踐教學的主要內容如下：

模擬電子技術：二極管的特性及應用，三極管的特性，各種集體管放大電路的特點及應用，場效應的特性，場效應管放大電路的特點及應用，負反饋電路的類型及特點，多級放大電路，電流源電路，差分電路，集成運算放大器的特性，放大器構成的運算電路，比較器，波形轉換電路，振蕩電路，電源電路。

數字電子技術：邏輯門電路，編碼器，譯碼器，數碼管及譯碼器，數據選擇器，數據分配器，加法器，比較器，觸發器，計數器，寄存器，AD/DA轉換電路，555定時器電路。

單片機技術：計數器/定時器工作原理及其應用編程，MCS-51中斷系統及其應用編程，串行通信接口及其應用編程，A/D與D/A轉換接口及其應用編程，MCS-51單片機指令系統，匯編語言程序設計方法，時鐘電路與復位電路，并行I/O口與總線擴展。

三、電路EDA軟件介紹

電子技術EDA軟件可以用來仿真，進行虛擬實驗，驗證電路分析的理論結果。在全世界范圍內，電路仿真領域有很多EDA軟件，有的軟件是基于復雜的電子工程設計，電路軟件大，操作過于復雜。還有的仿真軟件，功能單一，仿真結果不夠準確。在眾多的EDA軟件中，只有夠用、適用、操作簡單的軟件才能作為實踐教學的輔助軟件。《模擬電子技術》課程和《數字電子技術》課程主要講解基本器件的特性、功能及應用，模擬、數字電路的組成、功能及應用。美國Cadence公司的PSPice軟件是最為流行的模擬電路仿真軟件，最早的PSPice軟件是Mierosim公司開發的，后來被ORCAD公司收購，ORCAD公司又被現在的Cadence公司收購。由于PSPice軟件的功能太過于強大，對于教學來說稍顯復雜。而Multisim軟件是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，NI公司此前收購了開發過EWB電路仿真軟件的一家加拿大公司。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合模擬電路、數字電路的教學。

除了模擬傲字電路的仿真設計，還有單片機電路及程序的仿真設計。單片機C程序或匯編程序的開發在國內80%以上的人都會選擇美國Keil公司（2005年被ARM公司收購）開發的Keil μVision4。把KeilμVision4生成的HEX文件植入到單片機仿真單片機電路，則需要另一款軟件proteus，它是英國Lab Center Electronics公司出版的EDAT具軟件。proteus是世界上著名單片機電路仿真軟件，它不僅具有其它EDAT具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。除此以外，還有Protel99及升級版Alfium Design，QuartusⅡ軟件分別在PCB設計、VHDL邏輯設計方面的應用。

四、電路EDA軟件對教學的促進

1.電路EDA軟件對課堂教學的促進

由于多媒體教學的普及，現在高職院校的普通教室中，幾乎都安裝了多媒體，這給老師在課堂上通過多媒體運用EDA軟件現場演示虛擬實驗提供了幫助，大大的提高了理論教學效果。過去的普通教室只有黑板，在教授理論課的時候，很難現場通過實驗來演示電路的功能或電路的輸出波形，要結合實踐或聯系實際就要到實驗室，在功能上實驗室和普通教室是完全分開的。現在的多媒體教室，老師不僅能通過仿真軟件演示虛擬實驗，還能在機房通過中控系統，指導學生運用EDA軟件邊學邊做。

2.提高實驗效率

無論是應用電子技術專業的模擬電路和數字電路實驗，還是單片機控制電路實驗，電路連線都是一個主要的操作步驟。學生在連線過程中，由于隨意的拔、拉、扯線，連接線內部容易斷，非常隱蔽；還有連接線插頭插入插孔的時候，由于沒有插緊容易造成接觸不良或脫線；電路搭建過程中，還會出現連接線錯誤的情況。一但實驗中出現以上問題，就會造成實驗結果錯誤。連線和排查連線故障會占用好多時間，或浪費老師的精力去幫學生解決問題。再加上實驗室本來就很緊張，讓學生的實踐學習效率大打折扣。如果運用仿真軟件，利用軟件的便捷性、多功能性，則可以很輕松的在同樣的時間內完成更多的實驗，讓學生有更多的時間去分析實驗結果和現象。

3.節省實踐教學成本

應用電子技術專業的實驗設備和儀器主要包括多輸出直流電源、信號發生器、示波器、各種實驗箱等，一套設備至少5000元。而且模擬電路實驗室、數字電路實驗室和單片機技術實驗室功能單一，不能重復，由于課程的進度的基本一致，會造成實驗室在有的時間會閑置，有的時候擁擠不堪。為了解決實驗室緊張的問題，很多學校只有加大投入，建設多個實驗室，大大的增加了實踐教學成本。如果運用EDA軟件做一些虛擬實驗，在機房就可以開展，少了一些教學成本的投入。

五、電路EDA軟件的局限

即使EDA軟件能進行虛擬實驗，也不能代替真的電路實驗，必要的感性認識比不可少。用EDA軟件進行虛擬實驗，只能作為在實驗設備上進行實驗的補充。除此之外，電路仿真軟件也不能仿真所有的真實電子工程，如音響電路，電動機控制電路，傳感器電路等。軟件仿真一些基本常規的電路還可以，仿真其他電路的結果也不一定準確無誤，以上情況都給電路EDA軟件在實踐教學上的應用帶來局限。

六、小結

高職教育對實踐教學在教學中所占的比重要求高，高職院校的實驗室建設的投入大，財政收入卻比不上本科院校，讓高職院校的實驗室非常緊張，正因為沒有充足的實踐教學條件，就降低了高職院校的教學質量。仿真軟件的應用，可以緩解實驗室資源緊缺的狀況，但是電路EDA軟件并不能完全替代實驗室，只能作為實驗室的補充。