虚拟仪器技术在电子线路课程中的应用

刘效勇 卢 佩 曹海滨

（1石河子大学理学院 新疆 石河子 832000；2石河子大学信息科学与技术学院 新疆 石河子 832000）

电子线路课程是高等学校本科工程类专业必修的一门应用学科基础课。它具有很强的理论性、实践性和工程应用性。然而，由于传统教学方法单一、枯燥、缺乏直观性，致使学生对抽象的电子线路理论难以理解，不能理论联系实际。针对这种情况，我们在理论教学和实践教学改革过程中引入了虚拟仪器教学，提高了学生的认知及实践能力，增加了学生的学习兴趣，充分发挥了学生的积极性和创造性，优化了教学过程，提高了教学质量。

1 虚拟仪器概述

虚拟仪器概念于20世纪80年代末由美国国家仪器公司提出，指利用计算机强大的图形环境和接口通信功能，借助开发软件平台编制可视化界面的仪器面板，通过增加相关硬件完成对仪器的控制、数据分析和显示的设备。虚拟仪器技术代表了未来仪器仪表技术发展的先进方向，虚拟仪器技术自提出以来，便成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿，国内外许多科研机构和高校也已展开了虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学。目前已广泛应用于教学、实验和科研工作，NI公司提供的教学电路和电子解决方案，通过将基于工业标准技术的教学硬件与LabVIEW、Multisim等仿真软件及课件相结合，帮助学生能够从理论无缝地过渡到仿真和实验，受到了国内外高等院校教育者的青睐。

2 虚拟仪器在电子线路教学中的应用实践

作为培养创新型、应用型、技术技能型人才的教学新手段，虚拟仪器已逐渐走进电子技术的课堂和实验室，改变着电子技术教学的传统模式。

2.1 在理论教学中的应用。电子线路课程内容繁多，理论性强，综合性高，采用非线性分析法比较抽象，尽管教师在教学过程中对课程疑难点全方位多角度的利用多媒体教学资源(PPT课件、Flash动画、动态录像等)讲解，但这些手段不能动态地演示电子测量仪器的运行情况，学生仍然感觉知识点不易理解，深奥难懂，对该课程学习感到茫然吃力，经常失去兴趣和信心，教学效果较差。针对这种情况，我们在教学过程中根据电子线路理论教学实例，选择合适的理论内容，通过虚拟仪器软件设计出课堂辅助程序，开发出相关电路演示实验，用于电子线路的理论教学中，使抽象的概念形象化，课堂教学更为直观、生动，并对理论计算与测量数据差异进行对比分析，很好地实现了理论教学与实践相结合，大大激发了学生的学习兴趣，增强了学生对理论知识的理解，提高了教学效果。

2.2 在实验教学中的应用。实验是高等院校理工科教学内容的重要组成部分，是培养学生动手能力的重要途径之一。但由于资金所限，我校电子线路实验所使用的电子学综合实验平台过于陈旧、利用率不高，实验效果不明显。因而，我们根据电子线路实验内容，在实践教学中选取部分经典实验编写了实验讲义，应用Multisim软件进行计算机仿真，建立了电子线路实验仿真程序库，借助电子学教学平台ELVISⅡ开设出部分电子线路实验，使用虚拟仪器技术代替常规仪器完成各种测试测量实验，这样，摆脱了以前功能单一、固定的现成仪器的束缚，并利用学校网络教学平台进行混合式教学，极大地提高了学生实验学习的兴趣，培养了学生的综合技能和创新能力，促进了电子线路的实验教学。同时，节省了大量仪器设备的经费投入，促进了物理系虚拟仪器实验室的建设和发展，有效地推进了实验教学改革。

2.3 在开发设计实践中的应用。为了培养学生的科学兴趣、锻炼综合素质、展现创新能力，我们在指导学生实践教学过程中应用虚拟仪器技术，组建业余科研兴趣小组，积极鼓励学生参加学校组织的“大学生研究训练计划”(SRP)，保质保量地完成了“基于虚拟仪器的电机测控研究”等项目；在指导毕业生过程中完成了“抢答器的设计与实现”、“信号交通灯的设计仿真”等毕业论文和毕业设计，部分成果被评为校级和院级优秀。此外，我们鼓励学生积极参加各类组织主办的虚拟仪器设计大赛，“互联网+”大学生创新创业大赛等实践型创新竞赛，培养学生电子设计理论和实践的能力，学生在知识和实践上收获很大，取得了良好的效果。

3 结语

根据石河子大学物理和应用物理专业的培养目标，我们在电子线路课程教学过程中运用现代化教学手段，增设新的研究方法，进行上述各方面的改革，使得教学内容更加充实丰富，教师教学水平教学技能也得以提升，学生自我训练的意识和创新能力进一步增强，教学质量显著提高。总之，引入虚拟仪器进行电子线路课程改革，既可获得直观真实的效果，增强学生学习兴趣，锻炼学生实验创新技能，又可节省教学资金，提高教学效率，更好地培养适应现代社会与科技发展需要的高素质人才。