虛擬儀器在中職電工電子中的教學(xué)探索

梅林林

摘要：本文分析了中職電工電子專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)狀，提出虛擬儀器在教學(xué)中的作用，并以Proteus仿真平臺舉例說明虛擬儀器在“電容充放電特性”課題中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 中職電工電子 教學(xué)探索

一、中職電工電子專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

中職電工電子專業(yè)知識面廣，理論性及實踐性強，課程內(nèi)容比較抽象，但學(xué)生基礎(chǔ)差，導(dǎo)致課堂教學(xué)生態(tài)不容樂觀。基于這樣的課程及學(xué)生特點，探索新的教學(xué)手段顯得尤為迫切。

通過“做”，學(xué)生才能對所學(xué)知識加深印象，因此我們只有讓學(xué)生動手做，讓學(xué)生親身體驗并探討其規(guī)律，使抽象的知識形象化，學(xué)生也就更容易掌握知識。強有力的實訓(xùn)設(shè)備是實現(xiàn)其親身體驗的首要保障，但實訓(xùn)設(shè)備依舊存在諸多問題：大部分的中職學(xué)校沒有物理實驗室，因此電容的充放電，電磁感應(yīng)等實驗都無法真正實施。傳統(tǒng)實驗室一般以常規(guī)的實驗箱為載體，設(shè)備陳舊，更新困難，無法滿足信息時代學(xué)生對知識的渴求。

假如虛擬儀器被引入到教學(xué)中，學(xué)生既可以通過使用虛擬萬用表、虛擬示波器等掌握儀器的使用方法，也可以通過觀察數(shù)據(jù)來分析電路原理，這無形中提高了教學(xué)質(zhì)量，也實現(xiàn)了教學(xué)的現(xiàn)代化。

二、虛擬儀器簡介

所謂的虛擬儀器也就是一個虛擬電子實驗臺，是一種利用計算機進行電路仿真的實驗平臺軟件。它可以逼真地模擬各種電子元件的屬性以及各種儀器儀表的操作過程。現(xiàn)在比較常用的虛擬軟件有Multisim、Proteus等仿真軟件，學(xué)生在仿真軟件的平臺上輕松地搭建實驗電路，清晰地觀察實驗現(xiàn)象，有效地提高了教學(xué)的質(zhì)量。

Multisim軟件和Proteus軟件都具備仿真功能，前者側(cè)重分析模擬電路，后者側(cè)重數(shù)字電路分析，支持軟件的植入。筆者Proteus仿真軟件使用得比較多，因此，筆者就基于該軟件舉例說明其合理使用對教學(xué)所起的積極作用。

三、虛擬儀器應(yīng)用舉例

電工基礎(chǔ)的“電容的充放電特性”課題中，電容的充放電、充放電時間因素等知識點比較抽象，學(xué)生很難理解。假如教師能用動畫呈現(xiàn)其動態(tài)變化過程就比較直觀，但動畫的制作對一線教師是個極大挑戰(zhàn)，我們借助仿真軟件平臺就能輕而易舉地實現(xiàn)其直觀展現(xiàn)。

1.電路圖的搭建與運行

在典型的充放電電路圖中，常用的元器件存在于軟件的元件庫中，電壓表和電流表由軟件自帶，在仿真運行時能實時顯示電壓和電流。實驗中我們要展現(xiàn)電容內(nèi)部電荷的變化情況，因此在元器件的挑選時要選擇具有仿真功能的元件，如開關(guān)（SW-SPDT）、燈泡（LAMP）、電源（BATTERY）都應(yīng)該選擇（ACTIVE）屬性，而電容（CAPACITOR）應(yīng)該選擇（ASIMMDLS）屬性。電路搭建后，點擊（運行）按鈕，把SW1開關(guān)撥在“1”位置，我們可清晰地看到電容的充電過程，L1的亮度變化，電路中電流的變化。在充電完畢后，再把SW1開關(guān)撥在“2”位置，我們又可清晰地觀察到實驗現(xiàn)象，電流表中的符號表明了電流的方向。

在傳統(tǒng)實驗中，由于電路中的充放電過程比較快，電流的變化很微弱，很難觀察清楚，至于兩極板上電荷的變化就更不可能觀察到。因此虛擬實驗的引入使我們觀察到了器件內(nèi)部的變化，現(xiàn)象更直觀，也更方便學(xué)生理解實驗現(xiàn)象。

2.虛擬儀器平臺上的實驗分析

電容充放電時間因素的確定，是我們研究電容特性的又一個重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)實驗下通過改變充放電回路中元件的參數(shù)來觀察時間的變化，其存在問題是現(xiàn)象不明顯，而時間長短的觀察也比較難把握。

而在虛擬實驗中，雙擊電路圖中的元件，可以很方便地編輯元件屬性，一旦修改，電路運行時就按照修改的屬性進行工作。我們可以比較清楚地觀察到電阻和電容大小對充放電時間的影響。

四、小結(jié)

虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相比，電路的搭建更安全、更快捷，電路的展現(xiàn)形式也更直觀形象。虛擬儀器的使用不僅培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，也豐富了教學(xué)手段，實現(xiàn)了教學(xué)的現(xiàn)代化，對教師的專業(yè)成長也提出了更高的要求，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。