虚拟仿真技术在“模拟电子技术”课程中的应用与实践

韩静 叶剑春

【摘 要】 文章介绍了模拟电子技术课程的教学现状，分析了虚拟仿真软件在该课程中的优势和实践意义。课题组在精炼和优化课堂教学内容的基础上，探索了一种借助proteus软件进行虚拟仿真教学的模式，并引入到课堂教学和实验教学中，收到了良好的效果。

【关键词】 虚拟仿真技术;proteus;模拟电子技术

【中图分类号】 TN710.2 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）05-0051-02

“模拟电子技术”是电子专业的一门专业基础课，具有很强的工程性和实践性。因此，该课程的教学不仅要重视理论知识的传授，还要注重培养学生的实践操作能力、排除故障能力和创新能力。

一、“模拟电子技术”课程的教学现状

“模拟电子技术”这门课程对学生的基础知识要求很高，加上课程内容枯燥、晦涩难懂、不直观、公式复杂，导致学生初学时常常不知所措，因理解深度不够而无法灵活运用，更谈不上独立分析问题、解决问题了。因此，学生都把这门课称为“魔电”。

另一方面，传统的“模拟电子技术”课程教学一般采用“理论教学+实验教学”的形式。理论教学基本上采用多媒体课件加教师讲授的形式，难以创设具体的学习环境，学生没有参与感，使得本就深奥难懂的理论知识更加枯燥乏味。实验教学通常先由教师演示，再由学生操作，最后撰写实验报告。由于实验电路都是现成的电路板，学生只能验证输出信号与输入信号的关系，所得到的认识还是浮于表面。

最后，学生在校学习时缺乏工程实践方面的培养，等到了工作单位自然不具备工程实践设计的能力，还得重新培训。

二、“模拟电子技术”课程教学改革的措施

为适应当前学生的基础和能力，课题组对这门课程进行了全方位的改革。从内容到形式，从理论到操作，删掉了难以理解的深层理论，加强了学生动手操作的环节。

（一）精炼教学内容，采用项目驱动法

“模拟电子技术”的教学内容经过了重新整合，章节安排采用项目驱动法。每个项目都以一个设计性实验为统领，先讲授必要的理论知识，并让学生完成基础电路的仿真，即验证性实验;然后进入设计性实验的学习和操作，包括教师讲授和学生自主仿真。此过程中遇到的问题和困惑就构成了师生间的互动，相互启发，排除故障，最终完成设计题目。

（二）虚拟仿真技术在“模拟电子技术”教学中的应用

“模拟电子技术”的学习最好能采用理实一体化的形式。但在实际教学中，受各方面条件的制约，常常无法实现。即使能采用理实一体化的形式，由于学生操作所需时间太长，会影响整门课的进度。所以，在计算机上用软件来仿真电路的工作过程是一个折衷的、效果显著的办法。

下面通过几个例子说明proteus软件在教学中的作用。

1.教学演示功能

单管共射放大电路如图1所示。调节图1中的RV1，就能调节基极电流，进而调节静态工作点的位置。将RV1从最大值调节到最小值，放大电路依次工作在截止区、放大区、饱和区，通过示波器可以看到截止失真、正常放大、饱和失真的波形。

2.分析比较功能

若想比较不同放大电路的性能，还可以更换三极管的型号。假设图1电路的输入信号为us=5sinωtmV，RV1的取值为80kΩ，此时的ui和uo波形如图2所示。根据图示波形可以算出电压放大倍数约为Au===50。更换三极管型号后，输入信号还是us=5sinωtmV，RV1的取值还是80kΩ，此时的ui和uo波形如图3所示。根据图示波形可以算出电压放大倍数约为Au==≈47。

实践证明，相对于过去“填鸭式”的教学方式而言，学生的参与度和成就感大大提高。他们必须主动思考、讨论、尝试才能完成仿真任务，收获自然要大得多。学生普遍反映，仿真软件使课堂教学更加有趣，他们不走神了，愿意钻研電路了。

3.系统建模与仿真功能

学生积累了一定经验后，可以自行设计有实用价值的电路，比如：模拟运算电路、滤波电路、振荡电路，等等。在实训阶段，可视学生水平布置不同的设计题目，鼓励学生创新并做出电路板。

实用电路的设计需要经过“系统分析与建模”“模型仿真”“调试测试”三个步骤。这个过程虽然艰苦，但是能锻炼学生多方面的能力：分析问题解决问题的能力，钻研教材、理论联系实际的能力，排除故障的能力，沟通合作的能力。

（三）对虚拟仿真技术的补充说明

引入虚拟仿真技术的优势还体现在：

1.学生学习不受时间和空间的限制。以往学生想要做实验只能去实验室，而实验室是公用的，并且周末和下班时间都不可能对学生开放。有了仿真软件，学生就可以在自己的电脑上随时随地学习。

以教师讲解为主的“注入式”教学模式转变为以学生操作为主的“探究式”教学模式以后，能够极大地调动学生的积极性。学生从刚开始的“照猫画虎”，到后来的举一反三、触类旁通，一步步深入到模拟电路中去，有反思、有比较、有改进。尝到成功喜悦的学生更有自信了。

2.引入虚拟仿真技术进行实验教学，对于实现零安全事故、降低实验成本有极大好处。过去，学生由于对原理吃不透，担心引起安全事故，做实验时总是畏手畏脚、不敢尝试。现在，既不必为每个实验制作电路板，也不用担心损坏设备和元件，学生就敢大胆尝试更多的电路设计。

值得注意的是，虚拟仿真技术有这么多优势，但是并不代表用真实元器件进行操作的实验室实验被摒弃了。实验室实验才是最真实的实践环境，电路工作时出现的各种故障才是最真实的实践效果。实际动手操作的过程能让学生体会到实践和理论之间的距离，领悟到的经验和教训才是提高自身能力的根本。

三、总结

在优化整合教学内容的同时，将虚拟仿真技术适当地引入到“模拟电子技术”课程中，非常有效地提高了学生的学习兴趣，激发了学生的主动性和创造力，有利于培养高素质应用型人才。

【参考文献】

[1]瞿振元.以MOOC发展为契机促进信息技术与高等教育深度融合[J].中国高教研究，2014（6）：1-4.

[2]徐秀妮，赵丽.虚拟仿真技术在数字电路课程教学中的应用[J].陇东学院学报，2018，29（5）：26-29.

[3]刘文斐.基于虚拟仿真的“数字信号处理”课程教学改革探索与实践[J].齐鲁师范学院学报，2019，34（1）：34-41.