电子技术的虚拟与真实实验的互补作用

摘 要： 在电子技术教学中引入虚拟软件Mutsm1.0进行实验教学改革，建立虚拟实验室，将虚拟实验与实物实验有机地结合，利用虚拟电子实验台进行电路设计，可以克服传统实验的不足。但虚拟实验也有一定的局限性，虚拟实验只能是实验教学教学的一种辅助手段，在实验中必须虚实结合，才能得到正确的数据和结论。

关键词： Multisim 虚拟实验 真实实验

1.引言

Multisim应用于电路分析课堂教学，使抽象的概念变得具体，使枯燥的内容变得生动，加深了学生对理论知识的理解掌握。从课堂教学效果来看，既能活跃课堂气氛，又能调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。学生可以利用仿真软件进行电路仿真、电路设计，利用虚拟仪器测量验证，拓宽知识面。仿真技术引入课堂，使理论与实践得到统一。通过Multisim虚拟仿真软件，学生可利用电脑进行电路仿真及仿真分析，检验电路设计方案在功能方面的正确性和可行性，以达到熟悉电路、掌握工作原理和进行实验创新的目的，为高效率地实验打好基础。应当注意的是仿真实验教学是一种现代化的教学手段，不能代替实际操作，否则会削弱学生对真实仪器的感觉，影响实验技能的掌握。所以，仿真实验必须与传统实验教学相结合才能发挥其应有的作用。

2.电子技术课程虚拟和实际实验教学的对比

传统的电子技术实验方法是：学生在实验室根据给定的电路图和元器件搭建实验电路，甚至部分实验使用了现成的电路板，用仪器测量数据得出结论。在实际实验之前，学生要根据实验目的设计实验步骤，在实验过程中则要一边动手做实验一边仔细观察实验现象（包括借助于实验仪器来观察）、记录实验数据，并通过分析实验现象进行推理并最终得出实验结论。相对于真实实验，虚拟实验是基于虚拟现实技术实现的，在虚拟实验系统中，实验设备和实验仪器虚拟化，实验现象和实验过程虚拟化，学生在虚拟实验中通过操作鼠标、键盘及与计算机相连接的各种多媒体数据输入设备进行点击或拖放等动作，从而实现对虚拟设备的操作，完成对虚拟实验的体验。学生从虚拟实验中得到的是一种虚拟的体验，这是一种抽象的体验。在电子技术实验教学中，虚拟实验采用MultiSim1.0软件设计与仿真，即在计算机上设计搭建电子电路，并修改电路及其元件参数，用虚拟仪器测试电路性能并分析原因，完成电子电路的设计定型。仿真通过后，在实验室采用硬件电路实现，并将虚拟实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析，通过实际电子电路的设计过程，培养学生的综合分析能力和开发创新能力。通过MultiSim1.0仿真，不仅可以减少实验耗材的消耗，避免实验设备或仪器的损坏，还可以解决实验室高档仪器和元器件不足的问题，具有较强的灵活性。如果学生没有一定的知识和经验，特别是亲身体验作为基础，那么这种虚拟和抽象就不符合学生的认知发展规律，对学生学习经验的获取和意义的建构不仅不具有积极的作用，反而因过于抽象或虚拟而起阻碍作用。

3.虚拟和实际实验的互补作用

虚拟实验是根据教学模型建立的是理想化，虚拟实验包括虚拟元件和虚拟仪器两部分。在虚拟实验中会有一些因素影响其实验数据和结论，只有虚实结合才能正确分析实验结论，而虚拟实验虽能简化实验过程，提高实验的效率和安全性，但不能锻炼学生的动手能力。

（1）目前的虚拟实验系统是实验只能按照固定的、正确的操作流程或方法进行，否则实验不能得到正确的结果，这个结果是机械的，是由程序本身决定的，而不是真实情况的反映。因为程序开发人员是严格按照实验步骤和实验现象进行设计和开发的，可以说一个实验只有一个结果，实验中，不允许学生操作错误或者对实验进行一些改变，这样不利于培养学生从操作失误中发现问题和解决问题的能力，限制了学生的发散思维和创造性思维的发展。

（2）虚拟元件的阻抗通常是默认的，但有些值也可以设置，实际元件每个阻抗可能都不相同，如设置阻抗参数就和操作人员的实际经验有密切的关系，经验越丰富，设置的参数就越接近实际情况，用默认值可能就会有与实际实验不同的数据和结论。

（3）在真实条件下做实验也会因仪器的精度、操作的方法、量程的选择、实现的方法有不同的结果，这本身就是不可避免的误差产生的因素。虚拟实验的理想化和真实实验的具体情况本身就有一定的差异，在必然和理想条件下的实验数据和结果存在误差。

（4）虚拟元件中不可能存在真实实验中的一些情况。如导线会存在的分布电容、电感、电阻，对虚拟实验的结果会有一定的影响。

（5）虚拟实验在一些演示性和验证性类型的实验中发挥了较好的作用，但是在实际操作性强的实验中，则降低了学生的动手操作能力。比如，电子技术很多实验中，需要实验者根据不同的实验条件使用不同的导线连接实验线路。在虚拟实验中，只要点击相应的按钮就可以把导线连接到仪器上，学生根本体会不出不同方法所用的导线及导线连接方法有何不同，不能锻炼实际动手能力。

要使虚拟实验和实际实验的数据和结论接近，关键在于虚拟实验系统在建立虚拟仪器和元件库时，要考虑实际的环境和结论后，设置一些指标和参数，同时也要使真实实验的条件向理想情况趋近，如保证理想的室内温度，考虑参数的分散性等，这样才能使虚拟实验的数据和结果仿真到实际实验的数据和结果。电子技术虚拟实验，增强了实验课的教学效果。虚拟实验不受时间及空间的限制，学生可以自主地完成实验，具有良好的发展前景。但虚拟实验的实现是一项复杂的工作，还有许多理论和技术问题有待进一步探讨，因此，在现有条件下，虚拟实验是不可能完全代替实物实验的。在实物实验过程中，元件参数分散性、误差、噪声等现象是客观存在的，对于培养学生的和创造性思维是至关重要的，也要引起足够的重视。只有先理论后实践，先做真实实验后做虚拟实验，或先做虚拟实验后做真实实验，才能使二者有效结合，相互依存，使电子技术实验更完善。

参考文献：

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