虚拟仿真软件在高职教学中的应用
——以应用电子技术专业为例

2016-03-01 10:32余海潮武汉铁路职业技术学院湖北武汉430062
关键词:高职教育

余海潮(武汉铁路职业技术学院 湖北武汉 430062)



虚拟仿真软件在高职教学中的应用
——以应用电子技术专业为例

余海潮
(武汉铁路职业技术学院湖北武汉430062)

摘要:本文从高职教育的特征出发,指出了高职院校在实践教学中存在的问题,并以应用电子技术专业为例,说明了该专业主干课程的主要实践教学内容,能运用EDA软件进行虚拟实验。然后介绍了世界上最常用的几种电路仿真设计软件,结合教学分析了这几种软件的特点和功能,推荐应用Multisim软件和Proteus软件,并阐述了EDA软件对教学的促进及局限,最后总结了EDA软件在实践教学中能发挥的功能。

关键词:高职教育 电路EDA软件 应用电子技术专业

一、前言

最近几年,国家制定了一系列关于发展职业教育的政策,提出了许多指导性的意见,作为当前职业教育的主体,高职教育不同于本科教育,本科教育注重深入的理论分析,实践教学环节往往以验证性实验为主,而高职教育注重实践应用,技术的运用,对理论知识的掌握要求不深。教育部曾在多种指导性文件中提出,高职教育中的实践教学课时比例不得低于50%。实践教学的突出需要巨大的资金投入,而当前的高职院校财政状况普遍不好,没有足够的资金保障充足的实践教学。而虚拟仿真软件可以帮我们缓解这一问题,随着计算机技术的进步,IT产业的的不断发展,应用软件层出不穷,在电子技术行业,运用EDA软件设计电路、程序、仿真等已是常规的开发手段,我们完全可以充分利用EDA软件促进我们的教学,解决实践教学条件不足的问题,以下以应用电子技术专业为例,说明EDA软件在实践教学起到的作用。[1]

二、应用电子技术专业的主要实践教学内容

应用电子技术专业是很多高职院校开设的专业,课程体系大同小异,《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机技术》是必有的课程。在教学中可以运用EDA软件进行实践教学的主要内容如下:

模拟电子技术:二极管的特性及应用,三极管的特性,各种集体管放大电路的特点及应用,场效应的特性,场效应管放大电路的特点及应用,负反馈电路的类型及特点,多级放大电路,电流源电路,差分电路,集成运算放大器的特性,放大器构成的运算电路,比较器,波形转换电路,振荡电路,电源电路。

数字电子技术:逻辑门电路,编码器,译码器,数码管及译码器,数据选择器,数据分配器,加法器,比较器,触发器,计数器,寄存器,AD/DA转换电路,555定时器电路。

单片机技术:计数器/定时器工作原理及其应用编程,MCS-51中断系统及其应用编程,串行通信接口及其应用编程,A/D与D/A转换接口及其应用编程,MCS-51单片机 指令系统,汇编语言程序设计方法,时钟电路与复位电路 ,并行I/O口与总线扩展。[2]

三、电路EDA软件介绍

电子技术EDA软件可以用来仿真,进行虚拟实验,验证电路分析的理论结果。在全世界范围内,电路仿真领域有很多EDA软件,有的软件是基于复杂的电子工程设计,电路软件大,操作过于复杂。还有的仿真软件,功能单一,仿真结果不够准确。在众多的EDA软件中,只有够用、适用、操作简单的软件才能作为实践教学的辅助软件。《模拟电子技术》课程和《数字电子技术》课程主要讲解基本器件的特性、功能及应用,模拟、数字电路的组成、功能及应用。美国Cadence公司的PSPice软件是最为流行的模拟电路仿真软件,最早的PSPice软件是Microsim公司开发的,后来被ORCAD公司收购,ORCAD公司又被现在的Cadence公司收购。由于PSPice软件的功能太过于强大,对于教学来说稍显复杂。而Multisim软件是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,NI公司此前收购了开发过EWB电路仿真软件的一家加拿大公司。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合模拟电路、数字电路的教学。

除了模拟/数字电路的仿真设计,还有单片机电路及程序的仿真设计。单片机C程序或汇编程序的开发在国内80%以上的人都会选择美国Keil公司(2005年被ARM公司收购)开发的Keil μVision4。把Keil μVision4生成的HEX文件植入到单片机仿真单片机电路,则需要另一款软件proteus,它是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。proteus是世界上著名单片机电路仿真软件,它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。除此以外,还有Protel99及升级版Altium Design,Quartus Ⅱ软件分别在PCB设计、VHDL逻辑设计方面的应用。

四、电路EDA软件对教学的促进

1.电路EDA软件对课堂教学的促进

由于多媒体教学的普及,现在高职院校的普通教室中,几乎都安装了多媒体,这给老师在课堂上通过多媒体运用EDA软件现场演示虚拟实验提供了帮助,大大的提高了理论教学效果。过去的普通教室只有黑板,在教授理论课的时候,很难现场通过实验来演示电路的功能或电路的输出波形,要结合实践或联系实际就要到实验室,在功能上实验室和普通教室是完全分开的。现在的多媒体教室,老师不仅能通过仿真软件演示虚拟实验,还能在机房通过中控系统,指导学生运用EDA软件边学边做。

2.提高实验效率

无论是应用电子技术专业的模拟电路和数字电路实验,还是单片机控制电路实验,电路连线都是一个主要的操作步骤。学生在连线过程中,由于随意的拔、拉、扯线,连接线内部容易断,非常隐蔽;还有连接线插头插入插孔的时候,由于没有插紧容易造成接触不良或脱线;电路搭建过程中,还会出现连接线错误的情况。一但实验中出现以上问题,就会造成实验结果错误。连线和排查连线故障会占用好多时间,或浪费老师的精力去帮学生解决问题。再加上实验室本来就很紧张,让学生的实践学习效率大打折扣。如果运用仿真软件,利用软件的便捷性、多功能性,则可以很轻松的在同样的时间内完成更多的实验,让学生有更多的时间去分析实验结果和现象。

3.节省实践教学成本

应用电子技术专业的实验设备和仪器主要包括多输出直流电源、信号发生器、示波器、各种实验箱等,一套设备至少5000元。而且模拟电路实验室、数字电路实验室和单片机技术实验室功能单

一,不能重复,由于课程的进度的基本一致,会造成实验室在有的时间会闲置,有的时候拥挤不堪。为了解决实验室紧张的问题,很多学校只有加大投入,建设多个实验室,大大的增加了实践教学成本。如果运用EDA软件做一些虚拟实验,在机房就可以开展,少了一些教学成本的投入。

五、电路EDA软件的局限

即使EDA软件能进行虚拟实验,也不能代替真的电路实验,必要的感性认识比不可少。用EDA软件进行虚拟实验,只能作为在实验设备上进行实验的补充。除此之外,电路仿真软件也不能仿真所有的真实电子工程,如音响电路,电动机控制电路,传感器电路等。软件仿真一些基本常规的电路还可以,仿真其他电路的结果也不一定准确无误,以上情况都给电路EDA软件在实践教学上的应用带来局限。

六、小结

高职教育对实践教学在教学中所占的比重要求高,高职院校的实验室建设的投入大,财政收入却比不上本科院校,让高职院校的实验室非常紧张,正因为没有充足的实践教学条件,就降低了高职院校的教学质量。仿真软件的应用,可以缓解实验室资源紧缺的状况,但是电路EDA软件并不能完全替代实验室,只能作为实验室的补充。

参考文献:

[1]邓媛媛.用虚拟现实技术优化计算机硬件设备教学的方法探析[J].中国现代教育装备,2010,(12).

[2]何静.虚拟化技术在高校计算机类课程实验教学中的应用[J].电脑迷,2014,(5).

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