仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用
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摘 要: 本文介紹了仿真軟件在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的一些做法,通過仿真虛擬實(shí)驗(yàn)平臺與理論有機(jī)結(jié)合的教學(xué)手段,對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力,改善了教學(xué)手段,豐富了教學(xué)內(nèi)容,提高了課堂教學(xué)效率,具有極其重要的作用,使大家認(rèn)識到仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:仿真軟件 模擬電子技術(shù) 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺 應(yīng)用
電子課程教學(xué)是以理論課教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學(xué)實(shí)踐過程中,如果結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程,利用仿真軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬電子電路實(shí)驗(yàn)和電路設(shè)計(jì)的仿真,作為教學(xué)的補(bǔ)充,既幫助學(xué)生更好地理解電子技術(shù)的理論知識,又能確保課程實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)的正確性,還為設(shè)計(jì)者免去了重復(fù)“制作—修改—再制作—再修改”的重復(fù)勞動,可以取得良好的教學(xué)效果。實(shí)踐證明,這種教學(xué)、設(shè)計(jì)手段的運(yùn)用,有助于增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)際動手能力。我現(xiàn)介紹我院將仿真軟件應(yīng)用于模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的實(shí)際做法。
1.將虛擬仿真引入課堂,進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),提高課堂教學(xué)效率
過去主要是理論課教學(xué),過于注重原理分析、公式推導(dǎo),學(xué)生聽起來枯燥無味,難于理解。為了提高教學(xué)效率,需要配合演示實(shí)驗(yàn)。但準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn),需要花費(fèi)較多時(shí)間;將多種儀器搬到教室,使用不便;演示操作過程,會占用過多時(shí)間,影響教學(xué)進(jìn)度。
現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂,在講解理論的同時(shí),利用多媒體同步演示,顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化,彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來仿真的兩個(gè)實(shí)例。
在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí),三極管具有放大和反相的作用,學(xué)生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路的實(shí)際效果。學(xué)生先有了感性認(rèn)識后,理論的講解聽起來就更輕松了,其仿真圖形如圖1所示。從圖形中可以看出,輸入信號的正半周,在輸出端放大的同時(shí),還存在著失真。
在模擬電路中講授振蕩電路的起振時(shí),通過電路的正反饋?zhàn)饔茫敵鲂盘柧蜁饾u由小變大,當(dāng)振蕩幅度增大到一定的程度后,由于三極管的限幅作用,最后使得輸出的波形穩(wěn)定。學(xué)生很難理解,用現(xiàn)有的儀器根本就不能顯示出起振的波形來,現(xiàn)在利用Protel仿真顯示出波形(圖2),振蕩器起振的過程非常直觀,還能看出這種振蕩電路的波形存在較大的失真,但振蕩波形較穩(wěn)定。如果對波形失真要求較高,則需要采用改進(jìn)型號振蕩電路,即克拉潑或者西勒振蕩電路。這種教學(xué)模式生動活潑,學(xué)生自始至終保持著極高的學(xué)習(xí)興趣,加深了理解和記憶,有效地提高了課堂教學(xué)效率。
2.開設(shè)仿真實(shí)驗(yàn),改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量
電子技術(shù)課是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,理論學(xué)習(xí)必須緊密地與實(shí)踐結(jié)合起來。以往,實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是上實(shí)驗(yàn)課,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)較少。
我們的做法:在學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的過程中,抽幾節(jié)課講解仿真軟件的使用方法。在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課之前,學(xué)生必須先將電路進(jìn)行仿真,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果以后,再進(jìn)行實(shí)際的安裝、焊接、調(diào)試。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣提高,信心加強(qiáng),實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量大大提高,特別是在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,可以隨時(shí)修改元件參數(shù),并能馬上獲得仿真結(jié)果,直到滿足電路設(shè)計(jì)要求。學(xué)生可提出各種設(shè)計(jì)方案,從而大大提高了分析問題、解決問題的能力,激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識,也大大提高了學(xué)生電子電路的設(shè)計(jì)水平。這樣很好地解決了原來設(shè)計(jì)電路的缺陷:先設(shè)計(jì)出電路,買回元件后,在面包板或印制電路板上安裝調(diào)試,需要連接很多的電位器,當(dāng)調(diào)試好以后,必須重新買元件,重新安裝調(diào)試,將損耗浪費(fèi)大量的電子元器件。
3.虛擬仿真在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
對于課程設(shè)計(jì),我們的做法:將模擬電子技術(shù)的內(nèi)容分成幾個(gè)單元,每一個(gè)單元搞一個(gè)課程設(shè)計(jì)。第一次在老師的帶領(lǐng)下,講電路設(shè)計(jì)的步驟,完成課程設(shè)計(jì)。上完下一個(gè)單元電路以后,老師布置一個(gè)課程設(shè)計(jì)題目,學(xué)生自己查找資料,自己設(shè)計(jì)好電路以后,交給老師檢查,在檢查學(xué)生設(shè)計(jì)方案時(shí),要求學(xué)生陳述自己的設(shè)計(jì)思路,學(xué)生在講述的過程中就會進(jìn)行再次思維。這種虛實(shí)結(jié)合的方法,既發(fā)揮了虛擬實(shí)驗(yàn)高效、經(jīng)濟(jì)的長處,又培養(yǎng)了學(xué)生電子制作的能力、分析問題和解決問題的能力。
4.虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的問題
雖然采用虛擬仿真輔助教學(xué),改善了教學(xué)手段,豐富了教學(xué)內(nèi)容,也能更形象生動地將難于理解的知識用仿真的形式表現(xiàn)出來,也更能激發(fā)出學(xué)生設(shè)計(jì)電路的創(chuàng)新意識。但如果完全用虛擬實(shí)驗(yàn)取代實(shí)物實(shí)驗(yàn),就只會在電腦上仿真,學(xué)生對真實(shí)元器件的封裝、檢測等認(rèn)知程度大大降低,對使用儀器的操作能力大大削弱,缺少對實(shí)際電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的布局能力、布線能力、安裝調(diào)試能力。為了避免其弊端,使之與傳統(tǒng)的教學(xué)相得益彰,融于一體,更好地為現(xiàn)代教學(xué)服務(wù),我們采用虛實(shí)結(jié)合的方式,一方面強(qiáng)調(diào)仿真實(shí)驗(yàn)對教學(xué)的輔助作用,另一方面認(rèn)識到實(shí)際動手能力的重要性,兩者相輔相成,有機(jī)結(jié)合。既合理安排仿真實(shí)驗(yàn)課時(shí),主要以學(xué)生課后自己上機(jī)實(shí)驗(yàn)為主,課堂上進(jìn)行實(shí)際電路的安裝調(diào)試工作;又精心選擇仿真實(shí)驗(yàn)課題,為學(xué)生提供科學(xué)、合理的仿真實(shí)驗(yàn)題目,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn),掌握知識,提高興趣。還讓學(xué)生做一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)、制作安裝調(diào)試,使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)變成看得見摸得著的電子產(chǎn)品。
總之,將仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中,不僅可以把許多抽象和難以理解的內(nèi)容變得生動有趣,動態(tài)地演示一些現(xiàn)象,化難為易,而且能模擬一些用語言難以清楚表述的,以及現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)不易進(jìn)行的內(nèi)容。它不僅提高了教學(xué)質(zhì)量,改善了教學(xué)手段,豐富了教學(xué)內(nèi)容,提高了課堂教學(xué)效率,而且對于培養(yǎng)學(xué)生的自主能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力都起到了潛移默化的作用。當(dāng)然,也要注意仿真教學(xué)的輔助作用和實(shí)際工程能力的重要性,兩者必須相輔相成,相互結(jié)合,而不能以仿真來完全代替實(shí)際操作訓(xùn)練。
參考文獻(xiàn):
?。?]王正謀主編.Protel99se電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)[M].福建科學(xué)技術(shù)出版社,2005-1.
?。?]朱定華主編.模擬電子技術(shù)[M].北京交通大學(xué)出版社,2008-10.
關(guān)鍵詞:仿真軟件 模擬電子技術(shù) 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺 應(yīng)用
電子課程教學(xué)是以理論課教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學(xué)實(shí)踐過程中,如果結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程,利用仿真軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬電子電路實(shí)驗(yàn)和電路設(shè)計(jì)的仿真,作為教學(xué)的補(bǔ)充,既幫助學(xué)生更好地理解電子技術(shù)的理論知識,又能確保課程實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)的正確性,還為設(shè)計(jì)者免去了重復(fù)“制作—修改—再制作—再修改”的重復(fù)勞動,可以取得良好的教學(xué)效果。實(shí)踐證明,這種教學(xué)、設(shè)計(jì)手段的運(yùn)用,有助于增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)際動手能力。我現(xiàn)介紹我院將仿真軟件應(yīng)用于模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的實(shí)際做法。
1.將虛擬仿真引入課堂,進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),提高課堂教學(xué)效率
過去主要是理論課教學(xué),過于注重原理分析、公式推導(dǎo),學(xué)生聽起來枯燥無味,難于理解。為了提高教學(xué)效率,需要配合演示實(shí)驗(yàn)。但準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn),需要花費(fèi)較多時(shí)間;將多種儀器搬到教室,使用不便;演示操作過程,會占用過多時(shí)間,影響教學(xué)進(jìn)度。
現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂,在講解理論的同時(shí),利用多媒體同步演示,顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化,彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來仿真的兩個(gè)實(shí)例。
在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí),三極管具有放大和反相的作用,學(xué)生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路的實(shí)際效果。學(xué)生先有了感性認(rèn)識后,理論的講解聽起來就更輕松了,其仿真圖形如圖1所示。從圖形中可以看出,輸入信號的正半周,在輸出端放大的同時(shí),還存在著失真。
在模擬電路中講授振蕩電路的起振時(shí),通過電路的正反饋?zhàn)饔茫敵鲂盘柧蜁饾u由小變大,當(dāng)振蕩幅度增大到一定的程度后,由于三極管的限幅作用,最后使得輸出的波形穩(wěn)定。學(xué)生很難理解,用現(xiàn)有的儀器根本就不能顯示出起振的波形來,現(xiàn)在利用Protel仿真顯示出波形(圖2),振蕩器起振的過程非常直觀,還能看出這種振蕩電路的波形存在較大的失真,但振蕩波形較穩(wěn)定。如果對波形失真要求較高,則需要采用改進(jìn)型號振蕩電路,即克拉潑或者西勒振蕩電路。這種教學(xué)模式生動活潑,學(xué)生自始至終保持著極高的學(xué)習(xí)興趣,加深了理解和記憶,有效地提高了課堂教學(xué)效率。
2.開設(shè)仿真實(shí)驗(yàn),改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量
電子技術(shù)課是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,理論學(xué)習(xí)必須緊密地與實(shí)踐結(jié)合起來。以往,實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是上實(shí)驗(yàn)課,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)較少。
我們的做法:在學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的過程中,抽幾節(jié)課講解仿真軟件的使用方法。在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課之前,學(xué)生必須先將電路進(jìn)行仿真,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果以后,再進(jìn)行實(shí)際的安裝、焊接、調(diào)試。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣提高,信心加強(qiáng),實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量大大提高,特別是在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,可以隨時(shí)修改元件參數(shù),并能馬上獲得仿真結(jié)果,直到滿足電路設(shè)計(jì)要求。學(xué)生可提出各種設(shè)計(jì)方案,從而大大提高了分析問題、解決問題的能力,激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識,也大大提高了學(xué)生電子電路的設(shè)計(jì)水平。這樣很好地解決了原來設(shè)計(jì)電路的缺陷:先設(shè)計(jì)出電路,買回元件后,在面包板或印制電路板上安裝調(diào)試,需要連接很多的電位器,當(dāng)調(diào)試好以后,必須重新買元件,重新安裝調(diào)試,將損耗浪費(fèi)大量的電子元器件。
3.虛擬仿真在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
對于課程設(shè)計(jì),我們的做法:將模擬電子技術(shù)的內(nèi)容分成幾個(gè)單元,每一個(gè)單元搞一個(gè)課程設(shè)計(jì)。第一次在老師的帶領(lǐng)下,講電路設(shè)計(jì)的步驟,完成課程設(shè)計(jì)。上完下一個(gè)單元電路以后,老師布置一個(gè)課程設(shè)計(jì)題目,學(xué)生自己查找資料,自己設(shè)計(jì)好電路以后,交給老師檢查,在檢查學(xué)生設(shè)計(jì)方案時(shí),要求學(xué)生陳述自己的設(shè)計(jì)思路,學(xué)生在講述的過程中就會進(jìn)行再次思維。這種虛實(shí)結(jié)合的方法,既發(fā)揮了虛擬實(shí)驗(yàn)高效、經(jīng)濟(jì)的長處,又培養(yǎng)了學(xué)生電子制作的能力、分析問題和解決問題的能力。
4.虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的問題
雖然采用虛擬仿真輔助教學(xué),改善了教學(xué)手段,豐富了教學(xué)內(nèi)容,也能更形象生動地將難于理解的知識用仿真的形式表現(xiàn)出來,也更能激發(fā)出學(xué)生設(shè)計(jì)電路的創(chuàng)新意識。但如果完全用虛擬實(shí)驗(yàn)取代實(shí)物實(shí)驗(yàn),就只會在電腦上仿真,學(xué)生對真實(shí)元器件的封裝、檢測等認(rèn)知程度大大降低,對使用儀器的操作能力大大削弱,缺少對實(shí)際電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的布局能力、布線能力、安裝調(diào)試能力。為了避免其弊端,使之與傳統(tǒng)的教學(xué)相得益彰,融于一體,更好地為現(xiàn)代教學(xué)服務(wù),我們采用虛實(shí)結(jié)合的方式,一方面強(qiáng)調(diào)仿真實(shí)驗(yàn)對教學(xué)的輔助作用,另一方面認(rèn)識到實(shí)際動手能力的重要性,兩者相輔相成,有機(jī)結(jié)合。既合理安排仿真實(shí)驗(yàn)課時(shí),主要以學(xué)生課后自己上機(jī)實(shí)驗(yàn)為主,課堂上進(jìn)行實(shí)際電路的安裝調(diào)試工作;又精心選擇仿真實(shí)驗(yàn)課題,為學(xué)生提供科學(xué)、合理的仿真實(shí)驗(yàn)題目,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn),掌握知識,提高興趣。還讓學(xué)生做一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)、制作安裝調(diào)試,使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)變成看得見摸得著的電子產(chǎn)品。
總之,將仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中,不僅可以把許多抽象和難以理解的內(nèi)容變得生動有趣,動態(tài)地演示一些現(xiàn)象,化難為易,而且能模擬一些用語言難以清楚表述的,以及現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)不易進(jìn)行的內(nèi)容。它不僅提高了教學(xué)質(zhì)量,改善了教學(xué)手段,豐富了教學(xué)內(nèi)容,提高了課堂教學(xué)效率,而且對于培養(yǎng)學(xué)生的自主能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力都起到了潛移默化的作用。當(dāng)然,也要注意仿真教學(xué)的輔助作用和實(shí)際工程能力的重要性,兩者必須相輔相成,相互結(jié)合,而不能以仿真來完全代替實(shí)際操作訓(xùn)練。
參考文獻(xiàn):
?。?]王正謀主編.Protel99se電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)[M].福建科學(xué)技術(shù)出版社,2005-1.
?。?]朱定華主編.模擬電子技術(shù)[M].北京交通大學(xué)出版社,2008-10.