李 純

（重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶400021）

0 引言

現(xiàn)階段，在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受傳統(tǒng)條件限制，存在人員配備不足、資金以及儀器設(shè)備短缺等問(wèn)題。這些問(wèn)題都會(huì)直接影響電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。為了促進(jìn)當(dāng)前教學(xué)改革的信息化發(fā)展，需要對(duì)電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件進(jìn)行改善，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。將虛擬仿真軟件引入電子類實(shí)驗(yàn)課程中是目前電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主要措施，開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。一般包括直接操作遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及利用虛擬仿真軟件開(kāi)展虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)。這兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)都能夠滿足電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體需求。但是利用虛擬仿真軟件可以直接跳過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使學(xué)生能夠?qū)μ摂M器件進(jìn)行操作，對(duì)提高教學(xué)效率，保證教學(xué)質(zhì)量有積極意義。

1 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用概述

目前，在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)虛擬化的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)主要包括虛擬機(jī)技術(shù)以及仿真技術(shù)兩部分。虛擬儀器主要指的是將軟件作為儀器本身利用軟件實(shí)現(xiàn)儀器的功能。在具體的應(yīng)用過(guò)程中可以編寫(xiě)虛擬儀器面板，并根據(jù)各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備和硬件仿真平臺(tái)，構(gòu)建不同的仿真系統(tǒng)。而仿真技術(shù)在利用過(guò)程中需要利用模型開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)。利用仿真軟件工具的模擬功能，可以模擬電路環(huán)境以及電路的運(yùn)行過(guò)程，從而達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一致的目的[1]。

虛擬仿真技術(shù)的主要核心是虛實(shí)結(jié)合，在具體的應(yīng)用過(guò)程中具有以下優(yōu)勢(shì)：第一，能夠在極大程度上節(jié)約教學(xué)成本，拓展電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐以及空間。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)儀器設(shè)備的要求相對(duì)較高，會(huì)導(dǎo)致教學(xué)成本增加，同時(shí)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生限制，必須保證在實(shí)驗(yàn)室才能夠完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。而利用虛擬仿真技術(shù)只需要安裝相應(yīng)的仿真軟件，學(xué)生就可以登錄計(jì)算機(jī)，在任何地點(diǎn)任何時(shí)間對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。與此同時(shí)，還可以利用便攜式的硬件設(shè)備以及虛擬儀器驗(yàn)證仿真結(jié)果。第二，利用虛擬仿真技術(shù)能夠促進(jìn)教學(xué)理論與教學(xué)實(shí)際進(jìn)行有效結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，可以充分發(fā)揮其虛實(shí)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生在掌握相關(guān)理論知識(shí)的同時(shí)，能夠動(dòng)手參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，深化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)能夠培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。此外，利用虛擬仿真技術(shù)可以將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加直觀形象地展示給學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第三，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有可重復(fù)利用的特性，能夠保證教學(xué)效果。在同一個(gè)平臺(tái)應(yīng)用過(guò)程中，除了能夠完成多門課程實(shí)驗(yàn)之外，還可以構(gòu)建集設(shè)計(jì)、研發(fā)、應(yīng)用于一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。能夠利用該虛擬仿真平臺(tái)完成從設(shè)計(jì)到系統(tǒng)部署的所有工作，促進(jìn)教學(xué)與科研、理論知識(shí)與實(shí)際工作之間的有效銜接。第四，能夠豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性。在虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，可以根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求搭建不同的實(shí)驗(yàn)電路，從而開(kāi)展綜合性以及創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及創(chuàng)新意識(shí)有積極作用。

2 虛擬仿真技術(shù)對(duì)電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)階段，在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以利用仿真軟件完成電路實(shí)驗(yàn)。在虛擬電子實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)以及分析計(jì)算，可以利用常用的虛擬電壓表、電流表以及信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字脈沖發(fā)生器、邏輯分析儀、示波器等組成虛擬儀器庫(kù)。在具體的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以對(duì)仿真軟件中的元件庫(kù)、電子電容、三極管等進(jìn)行調(diào)用，構(gòu)建單管放大電路，形成單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。并且在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以在電路輸入以及輸出端加入虛擬儀器的交流正弦信號(hào)發(fā)生器以及雙中示波器開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)。利用這一仿真教學(xué)可以使學(xué)生學(xué)會(huì)放大器動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)的具體調(diào)試方法，同時(shí)能夠準(zhǔn)確掌握靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能可能會(huì)產(chǎn)生的各種影響。此外，學(xué)生還可以正確掌握放大器電壓放大倍數(shù)的具體測(cè)量方法，對(duì)電壓波形的變化也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察[2]。

2.2 開(kāi)展定時(shí)器仿真

除此之外，還可以完成定時(shí)器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。定時(shí)器本身是一種多用途的中規(guī)模集成電路器件。在脈沖產(chǎn)生以及變換等領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。施密特觸發(fā)器可以完成波形轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)向以及幅度鑒別等各項(xiàng)工作。在具體的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以將觸發(fā)器作為主要對(duì)象，利用軟件來(lái)完成實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程。在仿真測(cè)試過(guò)程中，電路的輸入信號(hào)為正弦信號(hào)，而示波器可以對(duì)輸入輸出波形進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。從而獲取施密特觸發(fā)器的具體訪問(wèn)結(jié)果。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以使學(xué)生觀察施密特觸發(fā)器在模擬信號(hào)波形中的主要功能，同時(shí)可以將模擬的信號(hào)波形轉(zhuǎn)換為矩形波。利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行仿真，能夠更加準(zhǔn)確地驗(yàn)證細(xì)密特觸發(fā)器的應(yīng)用功能。

2.3 數(shù)字濾波器仿真

對(duì)數(shù)字濾波器進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也是虛擬仿真技術(shù)在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的主要應(yīng)用內(nèi)容之一。在數(shù)字濾波器仿真分析過(guò)程中，需要對(duì)數(shù)字濾波器的labview進(jìn)行仿真分析，labview指的是圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖像化編程語(yǔ)言。在具體的應(yīng)用過(guò)程中可以利用程序流程圖創(chuàng)建出虛擬儀器，具有較強(qiáng)的可視化效果。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)字濾波器部分內(nèi)容比較抽象，涉及的數(shù)學(xué)公式也比較多，信號(hào)分析缺乏可視化的特性。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不能將數(shù)學(xué)函數(shù)與波形進(jìn)行有效聯(lián)系，同時(shí)不能理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果與信號(hào)處理之間的應(yīng)用關(guān)系。數(shù)字濾波器可以利用硬件電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，還可以使用計(jì)算機(jī)以及軟件編程實(shí)現(xiàn)。因此，利用labview模擬濾波器能夠解決在具體教學(xué)過(guò)程中存在的難題。利用labview設(shè)計(jì)的巴特沃斯低通數(shù)據(jù)濾波器程序框圖，可以使用前面板窗口更加清晰明確地展示濾波前后的波形變化，使學(xué)生能夠通過(guò)形象直觀的展示獲取相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，理解數(shù)字濾波器的應(yīng)用功能。

3 虛擬仿真技術(shù)在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

為了能夠保證虛擬仿真技術(shù)在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中充分發(fā)揮作用，提高電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。需要采取以下措施提高虛擬仿真技術(shù)在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果：第一，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，學(xué)校可以根據(jù)軟件市場(chǎng)的具體情況及時(shí)更新軟件，確保軟件能夠與電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)。除此之外，學(xué)校還可以根據(jù)自身的條件與專業(yè)團(tuán)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)，對(duì)一些難度相對(duì)較小，并且學(xué)校具有相關(guān)技術(shù)條件的情況，可以調(diào)動(dòng)師生的創(chuàng)新精神以及積極性，鼓勵(lì)師生參與到資源拓展工作中。這樣可以對(duì)電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行擴(kuò)展和創(chuàng)新，豐富教學(xué)資源[3]。第二，需要加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)工作。在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師可以利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，將教師與學(xué)生進(jìn)行有效聯(lián)系，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中以學(xué)習(xí)任務(wù)為主線，堅(jiān)持教師引導(dǎo)的原則開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，提高學(xué)生的自學(xué)能力以及實(shí)踐能力。使學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下設(shè)計(jì)出可行的實(shí)驗(yàn)方案。在確定實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，綜合考慮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的具體目的和任務(wù)。同時(shí)要以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟和虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)為基礎(chǔ)選擇合適的虛擬仿真軟件。還要制定好實(shí)驗(yàn)流程，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)順利進(jìn)行[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，可以提高當(dāng)前電子的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和水平，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)意識(shí)以及創(chuàng)新意識(shí)有積極幫助。與此同時(shí)，利用虛擬仿真技術(shù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，對(duì)推動(dòng)電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展有積極幫助。