虛擬仿真技術在課堂教學中的應用探析

李正東 李秀玲 洪政

摘要：虛擬仿真技術主要通過對電路系統原理進行仿真模擬，直觀呈現電路信號的運行狀態，可解決理論授課時內容抽象、難以理解等困難。本文主要以Multisim虛擬仿真軟件對施密特觸發器電路進行仿真，分析了仿真軟件對課堂教學模式的影響。實踐表明，教師在課堂教學中應用仿真軟件，既能解決實驗教學場地的不足，也有助于學生深入理解抽象內容，有效提升課堂教學質量。

關鍵詞：電子技術;仿真;應用;教學

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

虛擬仿真技術是利用虛擬系統對現實生活以及真實系統進行模擬仿真。在進行電子技術教學中，虛擬仿真技術的使用對于提升課堂教學質量以及教學效果有著非常積極的影響。電子技術是高等院校電子信息類專業的一門專業基礎課程，課程專業性、實踐性較強，授課難度大。利用虛擬仿真軟件可以不受實驗場地、儀器的影響，也可以避免元器件損壞及人身傷害風險，提高了安全性。同時，通過虛擬仿真儀器，學生可以實時觀察電子電路各位置的信號波形，加深對原理的理解，從而極大提高課堂教學效果[14]。

1 Multisim仿真軟件簡介

Multisim是美國國家儀器（National Instruments）公司推出的一款電子設計自動化軟件，用來對模擬、數字電路進行仿真。Multisim軟件操作界面直觀、操作方便，元件調用便捷，元件標注直觀，仿真真實感較強，與實際的實驗平臺相似度極高。與其他仿真軟件相比，Multisim軟件界面形象直觀、儀表元件齊全、操作簡單易學，在模擬電子電路中分析仿真的效果也較好，是目前在電路分析中應用較廣的仿真軟件[56]。

2 虛擬仿真技術在電子技術教學中的應用范例——施密特觸發器

555定時器是一種非常有用且非常精確的定時器，它有三種工作模式：單穩態模式、施密特觸發器模式、多諧振蕩器模式。本文重點以施密特觸發器為例，分析虛擬仿真技術在電子技術教學中的應用。555定時器內部結構圖如圖1所示。

施密特觸發器是一種雙穩態多諧振蕩器。其工作原理是：當輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為低電平;當輸入電壓低于負向閾值電壓，輸出為高電平;當輸入電壓在正負向閾值電壓之間時，輸出狀態不變。施密特觸發器被廣泛應用于波形整形電路，能將模擬信號波形整形為數字電路能夠處理的方波波形。另外，由于施密特觸發器具有滯回特性，所以常常用于抗干擾場合。用555定時器構成的施密特觸發器仿真電路如圖2所示。

在本電路中，6腳和2腳并接在一起，輸入信號采用三角波模擬接入到6腳和2腳，當三角波電壓信號大于23VCC時，3腳輸出低電平。當三角波電壓信號小于13VCC時，3腳輸出高電平。用模擬泰克示波器顯示輸入、輸出波形如圖3所示。

通過對555定時器構成的施密特觸發器電路仿真分析，輸入波形與輸出波形的關系非常清晰明了。利用Multisim仿真軟件進行仿真教學，能夠使學生非常直觀地看到實驗現象，從而加深對理論知識理解，從而有效提高課程的課堂教學效果。

3 結語

虛擬仿真技術引入電子技術課堂教學中，能夠使學生將理論知識和模擬仿真結果有效結合起來，將課堂上枯燥的知識變得生動、形象。在課堂中采用“仿真”“調試”的虛擬軟件，學生的學習興趣獲得激發，課程理論和實踐的教學條件獲得改善，課堂教學模式和方法獲得拓寬，教學內容的局限獲得突破，學生對知識的理解程度也得到了加深，這極大地開發了學生內在的潛力，達到優化課堂教學效果的目的。

參考文獻：

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[6]張新喜.Multisim14電子系統仿真與設計[M].北京：機械工業出版社，2017：1.

基金項目：2019年重慶市教育科學“十三五”規劃重點項目（2019GX185）;2019年重慶市高等教育教學改革研究項目（193561，193564）

作者簡介：李正東（1978—），男，江蘇鹽城人，碩士，副教授，研究方向：電路與系統、通信與信息系統。