虚拟仿真技术在模拟电子技术课程教学中的应用

李薇

[摘           要]  模拟电子技术课程是电子类专业的一门重要的专业必修课，其知识点复杂且抽象难懂，教师授课难度大。为了激发学生的学习兴趣，提高教学效果，分析了传统模拟电子技术教学模式中存在的问题及不足，并尝试将计算机虚拟仿真技术引入到课堂教学和实验教学环节中。通过探讨基于虚拟仿真的模拟电子技术教学模式设计架构，寻找改善教学方法的手段，并提出了具体的实施路径。虚拟仿真技术能够将理论授课与实验操作进行有机结合，不仅能够帮助学生更好地理解教学内容，还为模拟电子技术教学改革提供了新的思路。

[关    键   词]  虚拟仿真;模拟电子技术;教学改革

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）28-0048-02

模擬电子技术课程是一门以理论为基础，最终用于指导科学实践的基础必修课，在电子信息类专业中有着举足轻重的地位[1]。该课程在培养大学生电子电路的基础理论与分析方法的同时，还以培养学生实践能力和创新能力为要务[2]。由于该课程涉及的理论知识点较多、理解方法抽象、分析过程繁琐[3]，虽然有前期的先修课程，如高等数学、物理、电路等基础学科，但这些前序知识主要以理论分析为主，而模拟电子技术课程则更注重理论与实践相结合，学生在学习过程中会感到非常吃力，这也将直接影响后续各专业课程的学习，使教学效果大打折扣。

一、传统模拟电子技术教学模式中存在的问题

新时代高等教育的精髓在于培养大学生的科学精神和创新精神[4]，在教学过程中发挥大学生的主体能动作用，调动大学生的主动探索热情。但传统的模拟电子技术课程教学模式将课堂授课和实验操作相结合，存在以下三个问题：第一，教师在课堂教学时往往花费大量的课时讲解元器件特性和分析各种单元电路模块的特性等，教学模式较单一，基本采用灌输式教学模式，学生参与度低，难以调动学生学习的主动性;第二，理论与实际缺少联系，由于学生缺乏实际工程经验，知识储备不足，教学内容让他们缺乏感性认知，难以激发学生的学习热情;第三，理论授课与实验操作这两部分往往是分开进行的，且通常实验操作环节滞后于课堂理论教学环节，从而导致学生在理论课上体会不到电路的实际用途，失去了理论指导实践的意义，难以激发学生的自主创新性。综上所述，现有的模拟电子技术课程教学模式和方法，无法发挥学生的主观能动性，很难适应现代化教育事业发展的需求。该课程只有通过有效的改革才能提高教学效果，通过在教学过程中采用创新教学手段、优化教学资源、巧用虚拟技术辅助教学实施等多种方法，才能将抽象的概念具体化，提升学生对课程的认可度，培养学生的创新能力。

二、基于虚拟仿真的模拟电子技术教学模式的设计和实施

（一）理论联系实际的桥梁

信息技术的不断深入和发展使得虚拟仿真逐步成为高校教师开展教学活动的一种重要支撑技术[5]。其中，Multisim、PSpice等仿真软件凭借功能强大、运行速度快、易于学习等优势，广泛应用于高校的电子技术类课程教学中。这类软件人机交互简洁直观，仿真测试和分析功能强大，虚拟元器件和组件的图例与实物一致，组合使用方法也基本相同，最终得到的测量数据、波形与在真实运行结果也基本吻合，是理论联系实际的一类仿真软件[6-7]。电子系统的设计是一个不断调试的过程，通过仿真软件进行建模与仿真，能够直观地发现电子电路的运行情况及潜在问题，从而为深入分析、优化电子电路动态、静态参数提供重要的技术手段。在模拟电子技术课程教学中引入虚拟仿真软件，既改进了教学手段，又将理论与实际相结合，使得学生知其然并知其所以然，提升教学质量。

（二）实施路径

1.虚拟仿真技术提升辅助课堂教学功能

为解决“模拟电子技术”理论知识点抽象难懂的问题，可在教学过程中综合运用多种教学方法和手段，将虚拟仿真技术推进课堂。教师可以在理论授课过程中配合教学内容，使用虚拟仿真软件对重点问题进行生动演示，学生可以随时对学习重点或难点提出疑义，并及时利用虚拟仿真软件处理、解决问题。例如，传统教学中教师往往采用分析计算的方法讲授负反馈对放大电路的影响，学生必须面对复杂抽象的知识点和繁杂的计算过程，使得他们无法直接理解这一知识点。如果在虚拟仿真软件中分别构建未引入负反馈和引入负反馈的两种虚拟电路，并观察、分析这两种电路的模拟运行效果，通过比较可以很直观地掌握负反馈放大电路的波形、通频带宽度等关键特性，建立从感性到理性的有效认知，提升知识点的掌握程度。

将虚拟仿真技术引入理论课堂，学生通过教师的虚拟仿真演示，可以提前熟悉各种实验元器件的外形及实验测试设备的基本连线方式，为后续实验教学环节的顺利操作打下良好的基础，同时可以更加有效地帮助学生直观、感性地理解教学内容，从而显著地提高课程教学目标的达成效果。

2.虚拟仿真技术及时解决实验环节难题

模拟电子技术课程教学通常由理论授课与实验操作这两部分组成，理论授课的相关知识点需要通过实验操作进行验证，同时还可以进一步研究和探索理论知识，培养学生的实践和创新能力。根据实验教学组织形式和内容的不同，可以分为理论验证型实验、综合型实验和设计型实验等多种类型[8]。验证型实验电路涉及的元器件及测试仪器不多，实验设计相对简单;综合型和设计型实验则更注重学生综合处理问题的能力与主动思考能力，实验电路结构相对比较复杂，大部分学生都会遇到不可预知的问题、各种各样的麻烦和不能独立解决的实验难题，传统的模拟电子技术实验环节常常会因此而导致一些大学生失去学习热情而中途放弃。