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）



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）.