中职电子技术教学中虚拟仿真技术的应用

罗慧玲

摘 要：随着社会的发展，市场对人才的要求越来越高，中职院校传统的人才培养手段已经不能满足教学的需要。另外，随着计算机技术的不断发展，新型手段层出不穷，计算机在生活和工作中的用处越来越多。同时，为了适应学生的心智发展规律，“在做中学，在学中做”比较符合中职学生专业课学习，所以计算机辅助教学手段在中职教学互动中的应用将会大大提升电子技术课程的授课效率。因此，研究如何将虚拟仿真技术应用到电子技术课程教学环节中就显得尤为重要了。文章在简要分析虚拟仿真技术在应用现状的基础上，重点结合具体实例对虚拟仿真技术在电子技术理论课、实践课、综合实验课3方面的具体应用进行论述。希望对中职电子技术教学工作人员有一定的帮助作用。

关键词：中职教学；电子技术；电路仿真；教学改革

随着电子技术的飞速发展，技术改革日新月异，人才竞争越来越激烈，这给中职学生带来了巨大的竞争压力。作为中职科目中较难的电子技术课程，实践性和应用型并重，对于如何提升现阶段电子技术的教学质量已经成为行业关注的问题之一。笔者经过调查发现，现阶段电子技术教学存在以下三点不足：首先，当今中职院校的教材落后，无法适应时代的发展要求；其次，教学设备较为落后，设施陈旧，经费不足是当今中职院校普遍存在的“问题”，这样的条件就使得并不是所有的学生都有亲身锻炼的机会；最后，中职学生由于客观原因的存在，其自身知识面较窄，基础知识严重不足，学习难度更大。

传统的中职课堂依旧是“照本宣科”的教学方式，教师在教学中往往过于依赖较具，忽略了学生在课堂中的主体位置，原本枯燥无聊的课堂更加变成了“刑场”。因此，要想改变电子技术的教学现状，就要从课程内容、学生年龄和知识水平三方面入手，构建新型的教学方法或者丰富现有教学方法。据此本文提出了“实践进课堂”的想法，将实验和理论结合，用时间帮助学生简化知识，在锻炼中学习、提升。

1 虚拟仿真技术的应用背景

现在大多数中职院校已经配备有足够数量的计算机，并且学校上课一般都使用计算机教学，所以中职院校是有条件进行仿真软件实践教学的；同时，中职院校一般会在二年级安排电子技术课程的学习，在此之前，学生已经有了一定的Windows经验，对Windows下的软件操作有所熟悉，这样仿真软件学习起来更为简单；除此之外，仿真软件因为其独特的功能、适用范围广、界面直观简便等优点逐渐成为主要的教学辅助工具；同时，使用计算机创建电路可以直接从元件库中选取合适的元器件以及测试仪表，并且测试仪器的虚拟操作面板同實验室仪器的真实面板相差无几，具有极高的使用价值[1]。

Multisim是加拿大最早开发的电子技术仿真软件。该软件几乎可以完成所有电子系统的设计仿真和目标芯片的编写任务，并且界面直观、操作方便，方便学生在学习的同时更加形象的了解熟悉元件，另外，实验结束后还可以直接从计算机上打印出实验结果（电路原理、原件清单等），所有显示的图形均不会有软件限制，各类微软常用办公软件均可以打开图形。因此，虚拟仿真技术在职业院校中的应用必然将会直接改善院校的教学环境和教学质量，为社会人才培养建设提供极其深远的影响。

2 虚拟仿真技术在电子技术理论教学中的应用

传统电子技术理论是教师讲授为主，学生被迫学习的过程，这样的教学方式不仅会使学生丧失学习积极性，而且还会造成学生“知其然，不知其所以然”。但是对于演示实验，大多数学校由于经费有限，并不能实现；这就在一定程度上限制了学生自主性的发挥，学生无法主动探索知识，更无法判断自己见解的正误，严重限制了教学进展。

2.1 利用虚拟仿真技术创设学习情境

根据构建筑系学习观以及中职学生的心理特点，教学情境的创造对于学生理解知识有极大的益处。在电子技术理论教学中应用虚拟仿真技术能够将图形、表格等语言和文字难以描述的变化过程直观展现在学生面前；同时，仿真实验展现的都是真实的电路变化，包括电路工作参数的变化以及参数变化对结果的影响，帮助学生更好的理解参数对真实电路的影响。

例如，对于三极管放大电路静态工作点的设置上，我们就可以运用Multisim创建电路图，然后使用Multisim中的数字万能表测量BQ、CQ、EQ在静态工作的电流以及CEQ之间的电压，万能表的连接方式以及连接位置都能狗帮主薛恒更好的认识万能表，使用万能表，并且在测量的过程中体会到静态电路的含义。最后，为了获取不失真的信号，我们一般会对静态工作点进行设置。设置范围是教授的重难点，过高或者过低的设置都会影响最终效果。这一知识点只靠教师讲授学生很难真正理解。将虚拟仿真技术同理论教学相结合，就可以帮助学生“亲眼”看到不同静态工作点的变化以及静态工作点对输出信号的影响。

如果设置不合适的静态工作点，那么受直流电源（Ucc）、电阻B和C的影响，极容易出现失真信号。如果电阻B的阻值偏低，容易产生饱和失真；如果电阻B的阻值偏高，则容易产生截止失真。在这样的教学过程中，教师可以很容易的将抽象的理论知识实际化、形象化，对于学生的知识建构和学习兴趣的提升均有很大帮助[2]。

2.2 利用虚拟仿真技术开展主动探索式教学

教学中的构建主义提倡“教师不仅要教授学生知识，更要教授学生怎样用自己的大脑构建知识”，这样学生就有底气也有欲望主动探索知识。例如，教师在讲授基本放大电路的三种形态这一知识点时，如果只对三组态电路进行理论分析，学生可能上课了解，但是课后就忘了；如果将虚拟仿真技术引进理论课堂，让学生使用仿真软件模仿三种电路的实况，既可以加强学生的学习效果，教师也可以根据软件和课堂安排引导学生进行自主实验，增加学生的课堂参与效率[3]。

在设计完成共发射极电路和共集电极放大电路后，用虚拟示波器测量输入和输出波形，然后请学生描述两种波形的不同。学生就可以直观的看到对于共发射极电路来说，其输入波形和输出波形的相位相反，同时波形幅度也较输入波形大，如上图（左）；但是对于共集电路来说，其输出波形与输出波形在相位和幅度上均一致。接着教师可以继续引导学生“为什么这两电路在波形上有不同”，学生经过互相讨论后就可以得出两种电路的电路信号发射位置不同的结论。最后，教师可以让学生自己设计共基极电路，并测量其输出波形，比较三种电路输出波形的不同。

这样的教学过程的特点是将学生当成教学的中心，学生主动利用虚拟仿真技术探索知识，自己总结自己学习，对学生的学习能动性和学习积极性均有极大的促进作用。

3 虚拟仿真技术在电子技术实验课中的应用

虚拟仿真软件在电子技术实验课中的应用要求一般为：实验前，教师要设计好实验步骤，装备好所需要的实验仪器，学生要在真正实验之前使员工仿真软件进行实验前的预习，了解实验原理和仪器使用方法。这样在真正实验的时候，学生就会游刃有余，甚至可以创新试验方法，获取新的知识；在实验过程中，学生要收集试验数据，对其中的误差进行分析，有兴趣的学生甚至可以选择使用其他方法达到同样的实验效果，提升学生的求知欲；在实验结束后，学生要利用网络将实验结果上传给教师，教师在第一时间了解到学生的试验情况，统计其中的问题，简化教师和学生的交流时间，提高效率[4-5]。但是在实际中，由于缺乏虚拟仿真技术的应用，实验课程进行的并不顺利，对此，笔者提出以下方案。

3.1 利用虚拟仿真技术提高实验教学效果

随着生活水平的提高，大多数学生都有电脑，即使部分没有电脑的学生也可以使用学校电脑完成课前预习这一步骤。众所周知，Multisim是一个不受地域、时间限制，随时可以使用的虚拟仿真软件，并且配备有几千种电子元器件。在实验开始之前，学生可以根据实验要求自己思考电路设计，在虚拟软件上进行模拟，然后在进入实验室操作，这时学生对仪器的使用已经比较熟练了，可以有效缩短实验时间。例如在进行滤波器实验时，电阻和电容的容量都会影响实验效果，人如果学生事先在虚拟软件上调试，实际实验时还需要稍加调整就可以得出正确数据。

3.2 利用虚拟仿真技术完成较为复杂的实验

笔者经过调查发现，现阶段的电子技术实验基本在集成试验箱上完成，并且试验设备有固定的参数设定，同时该集成试验箱使用时间较长，部分原件已经损坏，容易产生实验故障。尤其是在较为复杂的试验中，学生在规定时间内很难使用损坏的元件完成实验。针对这些情况，教师可以在试验中引入虚拟仿真实验，既能满足实验要求，又达到了锻炼学生实践能力的目的。例如，對于示波器验证差动放大电路特征的试验，由于要求电路完全对称，二十几损坏或者有缺陷的元件并不能完成对称，实际试验结果往往不能让人满意；若果使用虚拟仿真电路进行试验，不仅能够满足实验需求，还能帮助学生掌握恒流源差动放大电路的工作特点，一举两得。

4 虚拟仿真技术在电子技术综合性试验中的应用

中职教育的目的就是培养学生的实践能力，所以在某种程度上讲，学生实践能力的高低就是学校教学质量的反映。在电子技术教学中，我们将涉及电子课程综合知识的实验叫作综合性实验，综合性实验是验证学生学习成果，提升他们的动手能力和系统思维能力的好办法，并且能够提升学生的学习热情以及他们运用知识的综合能力，培养他们主动追求知识，主动探索事物的兴趣。但是，综合实验必然会对设备有更高的要求，有时甚至需要不同实验室之间互相联合操作，这显然同中职院校的实验设备配置现状不符，所以，将虚拟仿真技术应用于电子综合性试验中就显得尤为重要了。

例如，在设计建议交通路灯的综合性试验中，对于实验要求：

东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间均为15 s；

东西南北均亮黄灯5 s；

南北方向绿灯，东西方向红灯，时间均为10 s。

首先将任务分解为3个状态，分别标号；然后根据要求设计模块（见图1）。

然后根据设计思路从Multisim上抓取元件：时钟信号：1HZ函数发生器；时钟控制系统：两个74192集成块（一个控制十位数，一个控制个位数）；时钟选择判断：选择器74153；时序选择控制：7473集成块；输出调整电路；显示电路。然后根据不同板块进行具体设计，更具虚拟仿真软件上的示数及时调整，修改发现的问题，提升实验效率，锻炼综合能力。

5 结语

总之，将虚拟仿真技术应用于电子技术教学中确实能够提升学生的学习积极性，缓解电子技术课程枯燥无聊的固有印象。但是在实践中我们也发现了许多不足。例如，虚拟等试验有时确实不能代替真实的实验，真实实验中的某些突发状况并不能在模拟中充分体现，所以学生往往在实际动手操作实验时遇到各种各样的状况。因此，索然虚拟仿真技术侵入电子技术课程教学可以在一定程度上收到良好的效果，但是仿真软件只能作为教学辅助工具，并不能完全替代实验。故而，虚拟仿真应用于教学还需要不停探索，进一步完善，直到形成一套完整的理论体系和完整的教学方法。

[参考文献]

[1]王华燕，符庆.浅谈高等职业教育电类课程教学方法的改进[J].计算机与电信，2010（12）：66-67.

[2]于帅珍.基于Multisim在电子线路实验教学中的应用探索[J].大众科技，2010（12）：56-58.

[3]何银平.电子技术课程教学中虚拟仿真技术的应用研究[J].电子制作，2015（3）：171.

[4]陈闽蜀.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].兰州教育学院学报，2015（3）：111-112.

[5]李松湘.虚拟仿真技术在电子技术课程教学中的应用研究[D].长沙：湖南师范学院，2012.