仿真技術在《電子與信息技術應用》教學中的探索

仲崇祥+韓淑麗

摘要：針對中職生電子與信息技術專業學習中存在的困難，提出了使用仿真技術來完成教學的方法。通過實例，介紹了如何在電子信息技術專業教學中進行電路仿真。詳細地從橋式整流電路的教學過程中，巧妙引入仿真的具體操作步驟，對比了傳統教學模式與引入仿真技術后教學法的不同。

關鍵詞：仿真技術 電路仿真 橋式整流電路 職教改革

在過去的一百年，發展最迅速，對人類世界影響最為深遠的技術就是電子計算機技術，如今人類社會步入了信息時代，人們的工作、生活、學習、娛樂等活動都發生了翻天覆地的變化。計算機仿真技術就是以多種學科和理論為基礎，以計算機及其相應的軟件為工具，通過虛擬試驗的方法來分析和解決問題的一門綜合性技術，它是隨著計算機技術的發展而發展起來的一門新興技術。

早期的仿真技術是作為對實際系統進行試驗的輔助工具而應用的，而后又用于訓練目的，現在仿真系統的應用包括：系統的可行性研究、系統的分析與設計、系統測試與評估、系統操作人員的培訓、系統預測、系統的使用與維護等各個方面。從具體的應用領域來說，在機械制造、航空航天、交通運輸、經濟管理、軍事模擬以及醫療衛生等領域，仿真技術都已得到了廣泛的應用。例如，在制造業方面，在仿真技術技術的支撐下，“虛擬制造”得以發展與應用，根據虛擬制造的概念，整個產品的設計和制造首先在計算機上進行，這樣可以發現并解決該產品在制造之前可能出現的各種問題。

職業教育是直接服務于社會生產，擔負著為社會培養高素質技能人才的使命，進一步提高教學質量，更好地服務于社會是每一個職業教育工作者最大的心愿。我多年的教學實踐證實，在職業教育教學過程中引入仿真技術、廣泛地應用仿真技術，是提高教學質量的一個事半功倍的方法。

如今我們身處信息化時代，人們接受信息的渠道是多樣的，信息量是巨大的，信息的形式也是五花八門，這些信息無論是內容上，還是從形式上，對人的聽覺、視覺、乃致心理的沖擊是巨大的，如今單一的聲音信號、色彩不夠豐富的視覺信號對人的吸引力大副下降，特別是對于從小就在這種環境下成長起來的“00后”更是如此。現在，職業學校的學生大多是“00后”，而且還是多多少少存在一些學習障礙的“00后”，他們中的大多數邏輯分析、抽象思維能力欠缺，但多數好動，喜歡動手實踐。傳統的一支粉筆，一塊黑板，一張嘴從頭講到尾的教學模式是很難激發學生的學習興趣。因此，我們需要一種形式多樣、色彩豐富、能滿足學生動手欲望的教學方式，在教學中引入仿真技術就是一個很有效的途徑。

在職業教育眾多專業的眾多課程中，電子線路教學中的困難有一定代表性，現在就以電子線路課程的教學為例，來探討一下在教學過程中引入仿真技術，給教學帶來的變化。目前能夠實現電子線路仿真的軟件很多，但在教學中應用最多的還是Protel 99 SE和Multisim 10，我就以NI公司推出的Multisim 10為例，談一談我是如何做的？

NI Multisim 10是美國NI公司推出的軟件中一個重要組成部分，它可以實現原理圖的捕獲、電路分析、交互式仿真、電路板設計、仿真測試等高級應用。它有著直觀的操作界面、豐富的元器件庫、豐富的測試儀器儀表、完備的分析手段、強大的仿真能力、完美的兼容能力，將虛擬儀器技術的靈活性擴展到了電子設計者的工作平臺，彌補了測試與設計功能之間的缺口，縮短了產品的研發周期，強化了電子實驗教學。

現在假設要完成電子線路中的橋式整流及電容濾波線路的教學工作，在傳統的教學模式中，教學的過程一般是這樣進行的，首先由教師先將原理圖畫在黑板上，或用投影儀投射在屏幕上，再由教師口頭分析講解，然后學生做一點習題加深一下理解，有條件的組織學生做做實驗。這種教學方式多數情況下會出現下列一些問題：

1.電路的特性、工作曲線等十分抽象，學生在學習這些內容時，感到十分困難，很難培養學生的學習興趣。

2.在實驗過程中，通常的方法是將電路圖接成面包板、萬用板或PC板，然后使用電源、信號發生器、示波器等電子儀器來進行測試。首先，制作電路板的過程既耗時、費力又浪費材料。其次，學生實在實驗過程中，由于都是第一次做，因此出問題的占大多數，如果出現問題，就得花費相當長的時間，才能弄清是器件本身有誤還是制作過程有誤，教師常常為解決一些和教學過程無關的困擾而大傷腦筋。最后，往往由于上課時間有限，在學生很多問題都還沒有得到很好的解決的情況下，就不得不草草結束，很難達到預期的效果。

3.對于一些原理比較復雜的課題，實物器件成本很高，學生操作過程中元件損壞率非常的高，這對于經濟相對較落后的地區的學校來講，這是一筆難以承受的巨大成本支出，在這部分內容的教學過程中要做實驗都是不太現實的，最后就只能是教師嘴上講講就完了，其教學效果可想而知。

現在我們引入仿真技術，首先要求教學場地必須具備多媒體教學設備和學生實驗（實習）設備，具體的操作步驟是：

教學的第一步：教師在教師機上操作，通過投影儀將操作過程投射在屏幕上，學生在學生機上跟著教師操作。開啟軟件，先將所需要的元件從元件庫中拖到軟件的工作界面上，然后就像畫圖一樣按照原理圖接好連線，再將要用到的儀表也從元件庫中拖到軟件的工作界面，接好線，總共用時不會超過5分鐘。

教學的第二步：讓學生自己動手，分別在不同的條件下啟動仿真，讀取萬用表、電壓表和電流表的數值，并計算表中相關的值。同時觀察不同狀態下示波器的顯示波形，并比較各狀態下波形的差異。

教學的第三步：讓學生自己分析討論所得數據和波形圖，回答下面幾個問題。

（1）交流電經過橋式整流電路后發生了什么變化，變化的原因是什么？

（2）橋式整流電路加上濾波電容后，對線路的功能有什么影響，為什么？

（3）改變負載電阻的大小，對線路的功能有什么影響，為什么？

（4）在不同狀態下，輸出電壓與輸入電壓的比值大致在什么范圍內變化？

教學的第四步：由老師歸納總結，給學生們分析線路的工作原理，把需要學生掌握的知識要點給學生強調和梳理。

教學的第五步：調試軟件，原理圖中所有的元件都已經放在工作窗口中下方的工作臺上，將元件拖到虛擬面包板上，就可以進行虛擬接線練習。

第六步：如果有條件的可以用實物將上述操作過程重新做一次，用真實元件做成真實電路，再用真實儀表去測試相關的數據。然后可以比對仿真結果與實際操作所得結果之間的差異。

從上述教學流程可以看出，引入仿真技術進行教學之后，課堂不再是以教師的傳聲筒，而是真正的把課堂還給了學生，學生成了學習的主人，整個教學活動主要是以學生在教師引導下的實踐、總結、分析、討論。抽象的電路特性和工作曲線變得具體形象，沉悶的課堂變得生動，學生的動手欲望得到滿足，學生的學習熱情被充分的調動起來了。有了這樣的課堂教學，我相信教學的效果必然煥然一新。要敢于把新的技術手段應用到實際的教學活動中，仿真技術就是一項非常值得在實踐教學工作中推廣的新技術，對于提高學生的技能水平具有立竿見影的效果，同時也是當前理實一體化課堂中必不可少的一筆。

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