虛擬仿真技術在“模擬電子技術”課程中的應用與實踐

韓靜 葉劍春

【摘 要】 文章介紹了模擬電子技術課程的教學現狀，分析了虛擬仿真軟件在該課程中的優勢和實踐意義。課題組在精煉和優化課堂教學內容的基礎上，探索了一種借助proteus軟件進行虛擬仿真教學的模式，并引入到課堂教學和實驗教學中，收到了良好的效果。

【關鍵詞】 虛擬仿真技術;proteus;模擬電子技術

【中圖分類號】 TN710.2 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）05-0051-02

“模擬電子技術”是電子專業的一門專業基礎課，具有很強的工程性和實踐性。因此，該課程的教學不僅要重視理論知識的傳授，還要注重培養學生的實踐操作能力、排除故障能力和創新能力。

一、“模擬電子技術”課程的教學現狀

“模擬電子技術”這門課程對學生的基礎知識要求很高，加上課程內容枯燥、晦澀難懂、不直觀、公式復雜，導致學生初學時常常不知所措，因理解深度不夠而無法靈活運用，更談不上獨立分析問題、解決問題了。因此，學生都把這門課稱為“魔電”。

另一方面，傳統的“模擬電子技術”課程教學一般采用“理論教學+實驗教學”的形式。理論教學基本上采用多媒體課件加教師講授的形式，難以創設具體的學習環境，學生沒有參與感，使得本就深奧難懂的理論知識更加枯燥乏味。實驗教學通常先由教師演示，再由學生操作，最后撰寫實驗報告。由于實驗電路都是現成的電路板，學生只能驗證輸出信號與輸入信號的關系，所得到的認識還是浮于表面。

最后，學生在校學習時缺乏工程實踐方面的培養，等到了工作單位自然不具備工程實踐設計的能力，還得重新培訓。

二、“模擬電子技術”課程教學改革的措施

為適應當前學生的基礎和能力，課題組對這門課程進行了全方位的改革。從內容到形式，從理論到操作，刪掉了難以理解的深層理論，加強了學生動手操作的環節。

（一）精煉教學內容，采用項目驅動法

“模擬電子技術”的教學內容經過了重新整合，章節安排采用項目驅動法。每個項目都以一個設計性實驗為統領，先講授必要的理論知識，并讓學生完成基礎電路的仿真，即驗證性實驗;然后進入設計性實驗的學習和操作，包括教師講授和學生自主仿真。此過程中遇到的問題和困惑就構成了師生間的互動，相互啟發，排除故障，最終完成設計題目。

（二）虛擬仿真技術在“模擬電子技術”教學中的應用

“模擬電子技術”的學習最好能采用理實一體化的形式。但在實際教學中，受各方面條件的制約，常常無法實現。即使能采用理實一體化的形式，由于學生操作所需時間太長，會影響整門課的進度。所以，在計算機上用軟件來仿真電路的工作過程是一個折衷的、效果顯著的辦法。

下面通過幾個例子說明proteus軟件在教學中的作用。

1.教學演示功能

單管共射放大電路如圖1所示。調節圖1中的RV1，就能調節基極電流，進而調節靜態工作點的位置。將RV1從最大值調節到最小值，放大電路依次工作在截止區、放大區、飽和區，通過示波器可以看到截止失真、正常放大、飽和失真的波形。

2.分析比較功能

若想比較不同放大電路的性能，還可以更換三極管的型號。假設圖1電路的輸入信號為us=5sinωtmV，RV1的取值為80kΩ，此時的ui和uo波形如圖2所示。根據圖示波形可以算出電壓放大倍數約為Au===50。更換三極管型號后，輸入信號還是us=5sinωtmV，RV1的取值還是80kΩ，此時的ui和uo波形如圖3所示。根據圖示波形可以算出電壓放大倍數約為Au==≈47。

實踐證明，相對于過去“填鴨式”的教學方式而言，學生的參與度和成就感大大提高。他們必須主動思考、討論、嘗試才能完成仿真任務，收獲自然要大得多。學生普遍反映，仿真軟件使課堂教學更加有趣，他們不走神了，愿意鉆研電路了。

3.系統建模與仿真功能

學生積累了一定經驗后，可以自行設計有實用價值的電路，比如：模擬運算電路、濾波電路、振蕩電路，等等。在實訓階段，可視學生水平布置不同的設計題目，鼓勵學生創新并做出電路板。

實用電路的設計需要經過“系統分析與建模”“模型仿真”“調試測試”三個步驟。這個過程雖然艱苦，但是能鍛煉學生多方面的能力：分析問題解決問題的能力，鉆研教材、理論聯系實際的能力，排除故障的能力，溝通合作的能力。

（三）對虛擬仿真技術的補充說明

引入虛擬仿真技術的優勢還體現在：

1.學生學習不受時間和空間的限制。以往學生想要做實驗只能去實驗室，而實驗室是公用的，并且周末和下班時間都不可能對學生開放。有了仿真軟件，學生就可以在自己的電腦上隨時隨地學習。

以教師講解為主的“注入式”教學模式轉變為以學生操作為主的“探究式”教學模式以后，能夠極大地調動學生的積極性。學生從剛開始的“照貓畫虎”，到后來的舉一反三、觸類旁通，一步步深入到模擬電路中去，有反思、有比較、有改進。嘗到成功喜悅的學生更有自信了。

2.引入虛擬仿真技術進行實驗教學，對于實現零安全事故、降低實驗成本有極大好處。過去，學生由于對原理吃不透，擔心引起安全事故，做實驗時總是畏手畏腳、不敢嘗試。現在，既不必為每個實驗制作電路板，也不用擔心損壞設備和元件，學生就敢大膽嘗試更多的電路設計。

值得注意的是，虛擬仿真技術有這么多優勢，但是并不代表用真實元器件進行操作的實驗室實驗被摒棄了。實驗室實驗才是最真實的實踐環境，電路工作時出現的各種故障才是最真實的實踐效果。實際動手操作的過程能讓學生體會到實踐和理論之間的距離，領悟到的經驗和教訓才是提高自身能力的根本。

三、總結

在優化整合教學內容的同時，將虛擬仿真技術適當地引入到“模擬電子技術”課程中，非常有效地提高了學生的學習興趣，激發了學生的主動性和創造力，有利于培養高素質應用型人才。

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