虚拟仿真在电子类实验教学中的应用探析

李 纯

（重庆航天职业技术学院，重庆400021）

0 引言

现阶段，在电子类实验教学中受传统条件限制，存在人员配备不足、资金以及仪器设备短缺等问题。这些问题都会直接影响电子类实验教学效果。为了促进当前教学改革的信息化发展，需要对电子类实验教学条件进行改善，提高实验教学质量。将虚拟仿真软件引入电子类实验课程中是目前电子类实验教学中的主要措施，开展虚拟实验教学。一般包括直接操作远程实验设备以及利用虚拟仿真软件开展虚拟教学实验。这两种实验教学都能够满足电子类实验教学的具体需求。但是利用虚拟仿真软件可以直接跳过实验设备，使学生能够对虚拟器件进行操作，对提高教学效率，保证教学质量有积极意义。

1 虚拟仿真技术应用概述

目前，在电子类实验教学过程中，对虚拟化的技术进行应用时主要包括虚拟机技术以及仿真技术两部分。虚拟仪器主要指的是将软件作为仪器本身利用软件实现仪器的功能。在具体的应用过程中可以编写虚拟仪器面板，并根据各种数据采集设备和硬件仿真平台，构建不同的仿真系统。而仿真技术在利用过程中需要利用模型开展仿真实验。利用仿真软件工具的模拟功能，可以模拟电路环境以及电路的运行过程，从而达到与真实实验一致的目的[1]。

虚拟仿真技术的主要核心是虚实结合，在具体的应用过程中具有以下优势：第一，能够在极大程度上节约教学成本，拓展电子类实验教学实践以及空间。在传统的实验教学过程中，对仪器设备的要求相对较高，会导致教学成本增加，同时会对实验过程产生限制，必须保证在实验室才能够完成实验过程。而利用虚拟仿真技术只需要安装相应的仿真软件，学生就可以登录计算机，在任何地点任何时间对电路进行仿真实验。与此同时，还可以利用便携式的硬件设备以及虚拟仪器验证仿真结果。第二，利用虚拟仿真技术能够促进教学理论与教学实际进行有效结合，激发学生的学习兴趣。在虚拟仿真实验平台运行过程中，可以充分发挥其虚实结合的优势，使学生在掌握相关理论知识的同时，能够动手参与到实验过程中，深化学生对理论知识的理解，同时能够培养学生的实践能力。此外，利用虚拟仿真技术可以将相应的实验内容更加直观形象地展示给学生，提高学生的学习兴趣。第三，实验平台具有可重复利用的特性，能够保证教学效果。在同一个平台应用过程中，除了能够完成多门课程实验之外，还可以构建集设计、研发、应用于一体的实验平台。能够利用该虚拟仿真平台完成从设计到系统部署的所有工作，促进教学与科研、理论知识与实际工作之间的有效衔接。第四，能够丰富实验内容，提高实验教学的创新性。在虚拟仿真技术应用过程中，可以根据具体的实验需求搭建不同的实验电路，从而开展综合性以及创新性的实验学习，对培养学生的创新能力以及创新意识有积极作用。

2 虚拟仿真技术对电子类实验教学中的应用

2.1 利用虚拟仿真技术进行电路实验

现阶段，在电子类实验教学过程中，对虚拟仿真技术进行应用，可以利用仿真软件完成电路实验。在虚拟电子实验过程中对电路进行设计以及分析计算，可以利用常用的虚拟电压表、电流表以及信号发生器、数字脉冲发生器、逻辑分析仪、示波器等组成虚拟仪器库。在具体的仿真实验教学过程中，可以对仿真软件中的元件库、电子电容、三极管等进行调用，构建单管放大电路，形成单管放大器实验电路图。并且在仿真实验过程中，学生可以在电路输入以及输出端加入虚拟仪器的交流正弦信号发生器以及双中示波器开展仿真实验。利用这一仿真教学可以使学生学会放大器动态工作点的具体调试方法，同时能够准确掌握静态工作点对放大器性能可能会产生的各种影响。此外，学生还可以正确掌握放大器电压放大倍数的具体测量方法，对电压波形的变化也可以进行动态观察[2]。

2.2 开展定时器仿真

除此之外，还可以完成定时器虚拟仿真实验。定时器本身是一种多用途的中规模集成电路器件。在脉冲产生以及变换等领域的应用比较广泛。施密特触发器可以完成波形转换、转向以及幅度鉴别等各项工作。在具体的虚拟仿真实验过程中可以将触发器作为主要对象，利用软件来完成实验仿真过程。在仿真测试过程中，电路的输入信号为正弦信号，而示波器可以对输入输出波形进行准确检测。从而获取施密特触发器的具体访问结果。对仿真结果进行分析，可以使学生观察施密特触发器在模拟信号波形中的主要功能，同时可以将模拟的信号波形转换为矩形波。利用实验平台进行仿真，能够更加准确地验证细密特触发器的应用功能。

2.3 数字滤波器仿真

对数字滤波器进行虚拟仿真实验也是虚拟仿真技术在电子类实验教学过程中的主要应用内容之一。在数字滤波器仿真分析过程中，需要对数字滤波器的labview进行仿真分析，labview指的是图标代替文本行创建应用程序的图像化编程语言。在具体的应用过程中可以利用程序流程图创建出虚拟仪器，具有较强的可视化效果。在虚拟仿真实验过程中，数字滤波器部分内容比较抽象，涉及的数学公式也比较多，信号分析缺乏可视化的特性。学生在学习过程中不能将数学函数与波形进行有效联系，同时不能理解实验结果与信号处理之间的应用关系。数字滤波器可以利用硬件电路进行实现，还可以使用计算机以及软件编程实现。因此，利用labview模拟滤波器能够解决在具体教学过程中存在的难题。利用labview设计的巴特沃斯低通数据滤波器程序框图，可以使用前面板窗口更加清晰明确地展示滤波前后的波形变化，使学生能够通过形象直观的展示获取相关的实验结果，理解数字滤波器的应用功能。

3 虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用策略

为了能够保证虚拟仿真技术在电子类实验教学过程中充分发挥作用，提高电子类实验教学水平。需要采取以下措施提高虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用效果：第一，需要对实验教学资源进行优化改进。在电子类实验教学开展教学活动时，学校可以根据软件市场的具体情况及时更新软件，确保软件能够与电子类实验教学内容相适应。除此之外，学校还可以根据自身的条件与专业团体实验教学资源开发，对一些难度相对较小，并且学校具有相关技术条件的情况，可以调动师生的创新精神以及积极性，鼓励师生参与到资源拓展工作中。这样可以对电子类实验教学资源进行扩展和创新，丰富教学资源[3]。第二，需要加强虚拟仿真实验教学设计工作。在虚拟实验教学过程中，教师可以利用任务驱动法开展教学活动，将教师与学生进行有效联系，使学生在学习中以学习任务为主线，坚持教师引导的原则开展学习活动，提高学生的自学能力以及实践能力。使学生能够在教师的引导下设计出可行的实验方案。在确定实验时，需要以传统实验教学内容为基础，综合考虑虚拟仿真实验的具体目的和任务。同时要以传统实验教学步骤和虚拟实验技术的相关特点为基础选择合适的虚拟仿真软件。还要制定好实验流程，确保实验教学活动顺利进行[4]。

4 结语

总而言之，在电子类实验教学过程中，对虚拟仿真技术进行充分应用，可以提高当前电子的实验教学效率和水平，对提高学生的学习意识以及创新意识有积极帮助。与此同时，利用虚拟仿真技术开展实验教学活动，可以培养学生的实践操作能力，对推动电子类实验教学的创新发展有积极帮助。