中職電子技術教學中虛擬仿真技術的應用

羅慧玲

摘 要：隨著社會的發展，市場對人才的要求越來越高，中職院校傳統的人才培養手段已經不能滿足教學的需要。另外，隨著計算機技術的不斷發展，新型手段層出不窮，計算機在生活和工作中的用處越來越多。同時，為了適應學生的心智發展規律，“在做中學，在學中做”比較符合中職學生專業課學習，所以計算機輔助教學手段在中職教學互動中的應用將會大大提升電子技術課程的授課效率。因此，研究如何將虛擬仿真技術應用到電子技術課程教學環節中就顯得尤為重要了。文章在簡要分析虛擬仿真技術在應用現狀的基礎上，重點結合具體實例對虛擬仿真技術在電子技術理論課、實踐課、綜合實驗課3方面的具體應用進行論述。希望對中職電子技術教學工作人員有一定的幫助作用。

關鍵詞：中職教學；電子技術；電路仿真；教學改革

隨著電子技術的飛速發展，技術改革日新月異，人才競爭越來越激烈，這給中職學生帶來了巨大的競爭壓力。作為中職科目中較難的電子技術課程，實踐性和應用型并重，對于如何提升現階段電子技術的教學質量已經成為行業關注的問題之一。筆者經過調查發現，現階段電子技術教學存在以下三點不足：首先，當今中職院校的教材落后，無法適應時代的發展要求；其次，教學設備較為落后，設施陳舊，經費不足是當今中職院校普遍存在的“問題”，這樣的條件就使得并不是所有的學生都有親身鍛煉的機會；最后，中職學生由于客觀原因的存在，其自身知識面較窄，基礎知識嚴重不足，學習難度更大。

傳統的中職課堂依舊是“照本宣科”的教學方式，教師在教學中往往過于依賴較具，忽略了學生在課堂中的主體位置，原本枯燥無聊的課堂更加變成了“刑場”。因此，要想改變電子技術的教學現狀，就要從課程內容、學生年齡和知識水平三方面入手，構建新型的教學方法或者豐富現有教學方法。據此本文提出了“實踐進課堂”的想法，將實驗和理論結合，用時間幫助學生簡化知識，在鍛煉中學習、提升。

1 虛擬仿真技術的應用背景

現在大多數中職院校已經配備有足夠數量的計算機，并且學校上課一般都使用計算機教學，所以中職院校是有條件進行仿真軟件實踐教學的；同時，中職院校一般會在二年級安排電子技術課程的學習，在此之前，學生已經有了一定的Windows經驗，對Windows下的軟件操作有所熟悉，這樣仿真軟件學習起來更為簡單；除此之外，仿真軟件因為其獨特的功能、適用范圍廣、界面直觀簡便等優點逐漸成為主要的教學輔助工具；同時，使用計算機創建電路可以直接從元件庫中選取合適的元器件以及測試儀表，并且測試儀器的虛擬操作面板同實驗室儀器的真實面板相差無幾，具有極高的使用價值[1]。

Multisim是加拿大最早開發的電子技術仿真軟件。該軟件幾乎可以完成所有電子系統的設計仿真和目標芯片的編寫任務，并且界面直觀、操作方便，方便學生在學習的同時更加形象的了解熟悉元件，另外，實驗結束后還可以直接從計算機上打印出實驗結果（電路原理、原件清單等），所有顯示的圖形均不會有軟件限制，各類微軟常用辦公軟件均可以打開圖形。因此，虛擬仿真技術在職業院校中的應用必然將會直接改善院校的教學環境和教學質量，為社會人才培養建設提供極其深遠的影響。

2 虛擬仿真技術在電子技術理論教學中的應用

傳統電子技術理論是教師講授為主，學生被迫學習的過程，這樣的教學方式不僅會使學生喪失學習積極性，而且還會造成學生“知其然，不知其所以然”。但是對于演示實驗，大多數學校由于經費有限，并不能實現；這就在一定程度上限制了學生自主性的發揮，學生無法主動探索知識，更無法判斷自己見解的正誤，嚴重限制了教學進展。

2.1 利用虛擬仿真技術創設學習情境

根據構建筑系學習觀以及中職學生的心理特點，教學情境的創造對于學生理解知識有極大的益處。在電子技術理論教學中應用虛擬仿真技術能夠將圖形、表格等語言和文字難以描述的變化過程直觀展現在學生面前；同時，仿真實驗展現的都是真實的電路變化，包括電路工作參數的變化以及參數變化對結果的影響，幫助學生更好的理解參數對真實電路的影響。

例如，對于三極管放大電路靜態工作點的設置上，我們就可以運用Multisim創建電路圖，然后使用Multisim中的數字萬能表測量BQ、CQ、EQ在靜態工作的電流以及CEQ之間的電壓，萬能表的連接方式以及連接位置都能狗幫主薛恒更好的認識萬能表，使用萬能表，并且在測量的過程中體會到靜態電路的含義。最后，為了獲取不失真的信號，我們一般會對靜態工作點進行設置。設置范圍是教授的重難點，過高或者過低的設置都會影響最終效果。這一知識點只靠教師講授學生很難真正理解。將虛擬仿真技術同理論教學相結合，就可以幫助學生“親眼”看到不同靜態工作點的變化以及靜態工作點對輸出信號的影響。

如果設置不合適的靜態工作點，那么受直流電源（Ucc）、電阻B和C的影響，極容易出現失真信號。如果電阻B的阻值偏低，容易產生飽和失真；如果電阻B的阻值偏高，則容易產生截止失真。在這樣的教學過程中，教師可以很容易的將抽象的理論知識實際化、形象化，對于學生的知識建構和學習興趣的提升均有很大幫助[2]。

2.2 利用虛擬仿真技術開展主動探索式教學

教學中的構建主義提倡“教師不僅要教授學生知識，更要教授學生怎樣用自己的大腦構建知識”，這樣學生就有底氣也有欲望主動探索知識。例如，教師在講授基本放大電路的三種形態這一知識點時，如果只對三組態電路進行理論分析，學生可能上課了解，但是課后就忘了；如果將虛擬仿真技術引進理論課堂，讓學生使用仿真軟件模仿三種電路的實況，既可以加強學生的學習效果，教師也可以根據軟件和課堂安排引導學生進行自主實驗，增加學生的課堂參與效率[3]。

在設計完成共發射極電路和共集電極放大電路后，用虛擬示波器測量輸入和輸出波形，然后請學生描述兩種波形的不同。學生就可以直觀的看到對于共發射極電路來說，其輸入波形和輸出波形的相位相反，同時波形幅度也較輸入波形大，如上圖（左）；但是對于共集電路來說，其輸出波形與輸出波形在相位和幅度上均一致。接著教師可以繼續引導學生“為什么這兩電路在波形上有不同”，學生經過互相討論后就可以得出兩種電路的電路信號發射位置不同的結論。最后，教師可以讓學生自己設計共基極電路，并測量其輸出波形，比較三種電路輸出波形的不同。

這樣的教學過程的特點是將學生當成教學的中心，學生主動利用虛擬仿真技術探索知識，自己總結自己學習，對學生的學習能動性和學習積極性均有極大的促進作用。

3 虛擬仿真技術在電子技術實驗課中的應用

虛擬仿真軟件在電子技術實驗課中的應用要求一般為：實驗前，教師要設計好實驗步驟，裝備好所需要的實驗儀器，學生要在真正實驗之前使員工仿真軟件進行實驗前的預習，了解實驗原理和儀器使用方法。這樣在真正實驗的時候，學生就會游刃有余，甚至可以創新試驗方法，獲取新的知識；在實驗過程中，學生要收集試驗數據，對其中的誤差進行分析，有興趣的學生甚至可以選擇使用其他方法達到同樣的實驗效果，提升學生的求知欲；在實驗結束后，學生要利用網絡將實驗結果上傳給教師，教師在第一時間了解到學生的試驗情況，統計其中的問題，簡化教師和學生的交流時間，提高效率[4-5]。但是在實際中，由于缺乏虛擬仿真技術的應用，實驗課程進行的并不順利，對此，筆者提出以下方案。

3.1 利用虛擬仿真技術提高實驗教學效果

隨著生活水平的提高，大多數學生都有電腦，即使部分沒有電腦的學生也可以使用學校電腦完成課前預習這一步驟。眾所周知，Multisim是一個不受地域、時間限制，隨時可以使用的虛擬仿真軟件，并且配備有幾千種電子元器件。在實驗開始之前，學生可以根據實驗要求自己思考電路設計，在虛擬軟件上進行模擬，然后在進入實驗室操作，這時學生對儀器的使用已經比較熟練了，可以有效縮短實驗時間。例如在進行濾波器實驗時，電阻和電容的容量都會影響實驗效果，人如果學生事先在虛擬軟件上調試，實際實驗時還需要稍加調整就可以得出正確數據。

3.2 利用虛擬仿真技術完成較為復雜的實驗

筆者經過調查發現，現階段的電子技術實驗基本在集成試驗箱上完成，并且試驗設備有固定的參數設定，同時該集成試驗箱使用時間較長，部分原件已經損壞，容易產生實驗故障。尤其是在較為復雜的試驗中，學生在規定時間內很難使用損壞的元件完成實驗。針對這些情況，教師可以在試驗中引入虛擬仿真實驗，既能滿足實驗要求，又達到了鍛煉學生實踐能力的目的。例如，對于示波器驗證差動放大電路特征的試驗，由于要求電路完全對稱，二十幾損壞或者有缺陷的元件并不能完成對稱，實際試驗結果往往不能讓人滿意；若果使用虛擬仿真電路進行試驗，不僅能夠滿足實驗需求，還能幫助學生掌握恒流源差動放大電路的工作特點，一舉兩得。

4 虛擬仿真技術在電子技術綜合性試驗中的應用

中職教育的目的就是培養學生的實踐能力，所以在某種程度上講，學生實踐能力的高低就是學校教學質量的反映。在電子技術教學中，我們將涉及電子課程綜合知識的實驗叫作綜合性實驗，綜合性實驗是驗證學生學習成果，提升他們的動手能力和系統思維能力的好辦法，并且能夠提升學生的學習熱情以及他們運用知識的綜合能力，培養他們主動追求知識，主動探索事物的興趣。但是，綜合實驗必然會對設備有更高的要求，有時甚至需要不同實驗室之間互相聯合操作，這顯然同中職院校的實驗設備配置現狀不符，所以，將虛擬仿真技術應用于電子綜合性試驗中就顯得尤為重要了。

例如，在設計建議交通路燈的綜合性試驗中，對于實驗要求：

東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間均為15 s；

東西南北均亮黃燈5 s；

南北方向綠燈，東西方向紅燈，時間均為10 s。

首先將任務分解為3個狀態，分別標號；然后根據要求設計模塊（見圖1）。

然后根據設計思路從Multisim上抓取元件：時鐘信號：1HZ函數發生器；時鐘控制系統：兩個74192集成塊（一個控制十位數，一個控制個位數）；時鐘選擇判斷：選擇器74153；時序選擇控制：7473集成塊；輸出調整電路；顯示電路。然后根據不同板塊進行具體設計，更具虛擬仿真軟件上的示數及時調整，修改發現的問題，提升實驗效率，鍛煉綜合能力。

5 結語

總之，將虛擬仿真技術應用于電子技術教學中確實能夠提升學生的學習積極性，緩解電子技術課程枯燥無聊的固有印象。但是在實踐中我們也發現了許多不足。例如，虛擬等試驗有時確實不能代替真實的實驗，真實實驗中的某些突發狀況并不能在模擬中充分體現，所以學生往往在實際動手操作實驗時遇到各種各樣的狀況。因此，索然虛擬仿真技術侵入電子技術課程教學可以在一定程度上收到良好的效果，但是仿真軟件只能作為教學輔助工具，并不能完全替代實驗。故而，虛擬仿真應用于教學還需要不停探索，進一步完善，直到形成一套完整的理論體系和完整的教學方法。

[參考文獻]

[1]王華燕，符慶.淺談高等職業教育電類課程教學方法的改進[J].計算機與電信，2010（12）：66-67.

[2]于帥珍.基于Multisim在電子線路實驗教學中的應用探索[J].大眾科技，2010（12）：56-58.

[3]何銀平.電子技術課程教學中虛擬仿真技術的應用研究[J].電子制作，2015（3）：171.

[4]陳閩蜀.虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用分析[J].蘭州教育學院學報，2015（3）：111-112.

[5]李松湘.虛擬仿真技術在電子技術課程教學中的應用研究[D].長沙：湖南師范學院，2012.