楊慶 楊太紅 朱周英 周珂宇

摘 要： 通過虛擬現實技術，將其深入應用在電子技術教學的教學輔助之中。在數字電子技術的實驗教學中，改變以往傳統實驗授課方式。將虛擬技術應用于數電實驗當中，幫助學生更加清晰直觀了解電路的運行及原理。使學生能夠應用掌握綜合實踐能力。將虛擬技術應用于教學實驗是現如今教學改革的重要向。

關鍵詞： 虛擬技術；數電實驗；教學改革

1數字電子技術實驗

1.1數字電子技術實驗現狀

數字電子技術是自動化專業(yè)中最為重要的課程之一。這類課程的教學中，對于電路當中電路的流向及電路的電路的轉換生成的數字信號的問題，通常晦澀難懂，難以想象。普通的文稿演示難以讓人感受到立體直觀。且高校擴招、實驗室無法提供最新的實驗設備、實驗設備老化等問題。

現如今各大高校的設備大多數都是屬于過去式老舊的實驗設備，以前的實驗方式和方法難以適應信息爆炸式的學習模式。一般情況下傳統教育的實驗中，實驗設備少大多數都是3-4人一臺實驗儀器。學生基本上只能勉強倉促地完成規(guī)定的實驗步驟。一般一次實驗過后，無法對于知識得到進一步的加深理解，把實驗當做任務完成，無法做到人才培養(yǎng)的。

就目前而言，數字電子技術實驗的試驗預習，都是根據試驗參考書進行課前預習，對于實驗課程的大部分相關環(huán)節(jié)該做什么都比較模糊，數字電路的實驗是對教材課本中內容的實際操作，實驗過程中只能通過表面線路的連接，邏輯的組合，最終通過示波器，顯示儀，燈的亮滅觀察圖形正確與否，一旦出現出現故障難以發(fā)現。特別是由于連接導線使用時間過長老化中間金屬絲斷裂這些故障排除起來繁瑣困難。

1.2實驗教學改革的必然性——推陳出新

數電課程實驗室的改革是必然的，根據國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要提出，要加強教育改革與制度創(chuàng)新。教改目標是要求培養(yǎng)學生動手實踐與實際制作能力。根據學科特點，堅持“創(chuàng)新綜合型”的人才培養(yǎng)目標，積極進行教改，實現教學方式和學習方式的創(chuàng)新[1]。

所以現在的數電試驗教學環(huán)境，高校還不足以培養(yǎng)出擁有實踐技能的全方位發(fā)展的綜合性人才。新的試驗教學環(huán)境和新的試驗教學方式，是實現教學改革的主要因素之一。

2 VR技術的發(fā)展與數電課程教學

虛擬技術所呈現出實驗景象與現實之中所見景象有很大區(qū)別。在實驗室中一般只能所見即所聞，看見的都是表面的實驗現象，無法透過儀器的現實看到各元器件信號之間的流動、傳輸、轉換、變化以及電路之間各部分銜接相互作用，保護器件是如何在欠壓、欠電流、過載、過壓時發(fā)揮作用保護電路；不同信號怎么樣通過與或非門進行邏輯處理。在虛擬實驗室中我們可以通過表象看到本質，在虛擬仿真當中，展現電路內部的構造?？梢栽趯嶒炗|發(fā)時一瞬間，停留、放大、拆分各部分，分析電路，更好的掌握實踐能力。

通過虛擬現實技術構建的實驗室設備不會出現磨損，而且對于學生來說可以在實驗之前預習實驗，將難點和疑點在課上詢問。在應用虛擬實驗室中除通過連接電路實現實驗的成功，還可以看內部的構造，虛擬出電流走向，不同信號的轉化，直觀立體的教學知識。普通的仿真軟件雖到實驗然也具有模擬實驗設備，但在仿真時各種元器件的選擇替換，線路的連接不能做到簡潔應用[2]。

在數字電子技術中， 數字電路的試驗中元器件的選擇和線路的連接很重要。在過去的仿真軟件和實際實驗當中，對模擬電路的放大器，數字電路中的各種芯片來說，在設計電子電路時是很難選擇的，主要由于平時學生很少接觸實驗，對于其性能不熟悉，用其他芯片無法知道其具體功能使實驗失敗。與之前所提到通過數據分享交流，可以知道在某些環(huán)節(jié)容易出錯，數據輸入多少得到的誤差最小。

3數電試驗與虛擬仿真系統

3.1數電與模電虛擬實驗流程

虛擬實驗的過程是通過授課計劃，初步了解實驗，老師給予學生虛擬實驗系統的使用，以及實驗中所需注意事項，學生通過VR實驗室相互交流合作完成實驗預習，在正式實驗課程中，與老師進行更加深層次的探討，而不僅僅停留在手把手教學模式上。完成實驗過后分析總結實驗，提出自己的想法和建議。

在使用VR實驗室時，虛擬仿真系統會提供相應的元器件庫。普通課件只會展現外部功能引腳圖，在虛擬實驗中重點強調元器件內部信號的轉變，能夠了解各部件的作用。

3.2元器件CD4081為例

我們以一個常見的元器件CD4081芯片為例，來講解虛擬實驗室所帶來不同與一般實驗所能看見的景象，簡單的說明一下。

CD4081，包含四個2輸入端與門；所以每一片CD4081芯片上都有四個獨立的二個輸入端的與門。用此芯片淺顯講述虛擬實驗中的細微景象。

如CD4081芯片中的四個與門電路：當信號流入點擊芯片可以看見其內部如何轉化，以及在后面實驗中過程的轉變。在其中一個與門電路中，輸入1和0兩種不同的信號在引腳5和引腳6中，經邏輯轉換輸出。在輸出于引腳4。此過程可以讓實驗者清晰了解實驗的每一個步驟[3]。

3.3虛擬實驗的資源共享

如在數電虛擬實驗流程當中，觀看虛擬仿真教程視頻，預習實驗?？梢园岩曨l當做一種開放性的共享資源。以及在使用時出現的問題、想法皆可提出，完善虛擬實驗。若此虛擬實驗仿真系統能夠在高校之間進行推廣，提高其資源的利用效率，實現信息以及平臺共享。

4探討虛擬技術在數電實驗中的可行性

在目前而言的虛擬技術存在著一些不可避免的缺陷，現目前的高校的技術力量還無法全方位立體的展現一個逼真的虛擬場景。其中讓體驗者能夠真實的體驗到在過去的傳統教育中無法體驗到的虛擬場景，保證體驗者身臨其境的流暢度，這是一個難點。在普通的桌面式虛擬場景中，不管場景多么真實，但還是存在差距。當人們從虛擬環(huán)境之中走出來，虛擬場景與真實環(huán)境不同所帶來的差異，長時間佩戴，學生依然會產生暈眩和不適感，可能會讓人感到莫名的不適應[4]。

數電是自動化專業(yè)的本科必修的重要科目。但目前教育師資力量薄弱，沒有足夠的實驗條件，所以我們的課程主要以理論課程為主。通過虛擬技術將課程中基礎知識通過虛擬場景進行展示，彌補圖片、文字的不足。這是對于高校近幾年來，與社會發(fā)展變化所帶來的差異造成知識變化從而進行的補充[5]。將虛擬技術應用于教學有利于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。

5結語

通過虛擬技術在數電實驗方面的應用，使用虛擬場景讓學生清楚的了解到數電實驗。數字信號在元器件中通過邏輯轉換進行轉變，知道各部分電路的作用及如何操作應用。虛擬技術逐漸應用于教育的各個方面，在實驗教學之中，虛擬技術有利于培養(yǎng)綜合實踐能力更高的人才。在教學改革之中，更加符合我國對于創(chuàng)新性與應用型人才的需要。

參考文獻

[1]江華麗，馮志斌.數電和模電課程教改研究[J].教育教學論壇.2016（20）.128-129.

[2]常文平.電子技術課程教改和實踐探索[J].河南機電高等專科學校學報. 2004（1）.75-76.

[3]李兵.基于X3D數字電路虛擬實驗的構建及教學模式研究[J].湖南第一師范學院學報.2016（5）.76-78.

[4]劉園.VR技術在教育領域的研究與應用[J].多媒體技術及用，2016（16），207-208.

[5]吳蜜.VR技術與專業(yè)教學融合研究[J].互聯網+教育.2016（14）.132.