仿真技術在《計算機電路基礎》課程中的應用研究

李丹

摘要：對于當前的高職學生來說，《計算機電路基礎》是一門即復雜又枯燥的課程，對于任課教師來說，更是一門難以吸引學生注意，讓學生感興趣的課程。本研究基于對該課程的教學模式和教學效果研究的基礎上，將現(xiàn)在流行的計算機仿真技術引入到該課程的教學中，對該技術在教學中的應用方法進行研究，發(fā)現(xiàn)該技術對于提高教學效果和學生的學習積極性起到了重要的作用。

關鍵詞：仿真技術；計算機電路基礎；教學案例

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）01-0146-02

1 《計算機電路基礎》課程介紹

《計算機電路基礎》課程是高職計算機應用技術專業(yè)的專業(yè)基礎課，是一門理論與實踐相結合的課程。對于高職學生來說，該門課程內(nèi)容繁多，枯燥；再者，他們基礎薄弱，自控能力差，學習方法不當?shù)仍颍瑢е抡n堂聽課效率低，進而對該門課程產(chǎn)生反感。實踐課堂上，由于沒有很好的理論支持，對實踐器材和實踐內(nèi)容不清楚、不了解，只是應付老師，互相抄寫實踐報告，使得該門課程教學效果差，成為教師和學生都很頭疼的一門課程。

2 仿真技術的作用

上個世紀80年代開始，隨著信息技術的快速發(fā)展，電子電路的分析與設計方法發(fā)生了重大變革，出現(xiàn)了電路仿真軟件。通過這些軟件，對電路進行仿真分析，不必構造具體的物理電路，也不必使用實際的測試儀器，就可以基本確定電路的工作性能。

本研究將該技術引入到《計算機電路基礎》課程的課堂教學中，該技術起到如下作用：

2.1提高教學效果

通?！队嬎銠C電路基礎》課程都是以板書為載體，教師講授為主，學生記筆記，對電路分析主要基于手動計算，運算復雜枯、難懂，教學效果差。將計算機仿真技術引入到該課程的課堂教學中，可以使用多媒體教室，在課堂上直接演示電路的功能，使學生能夠對知識有個直觀的理解，能夠使得復雜難懂的電路原理變成可以看到效果的電路仿真圖及測量結果和波形圖，提高理論知識的直觀性和實用性，進而提高教學效果。

2.2節(jié)約實驗器材

仿真實驗相對于實物實驗最大的優(yōu)勢就是節(jié)約資源，在電路仿真時，可以多次嘗試多種參數(shù)的電路組合結果，可以節(jié)約時間，而且即使元件選擇不當，也不會造成元件的損毀和浪費，這樣就會在很大程度上節(jié)約了資源。對于缺少測量儀器或元器件的學院來說，仿真軟件更是一種不錯的選擇，而且可以無地點和時間限制的免費使用。

2.3輔助學生學習

當教師將仿真技術應用于課堂教學時，學生在學會電路知識的同時也學會了仿真技術，并將這種技術自覺地應用于課后作業(yè)或復習。這樣既培養(yǎng)了學生的動手能力，也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力。他們由原來的不愿意學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，極大地激發(fā)了學習的積極性，并且養(yǎng)成了獨立思考的能力和科學探索精神。

3 仿真技術在教學中的應用案例

當前比較流行的仿真技術有Multisim，Protel，Proteus等，其中Multisim有較強的模擬/數(shù)字電路的設計功能，它包含了電路原理圖的繪制，電路硬件描述語言輸入方式，各種電路檢測需要的虛擬的儀器儀表，并且有很強的仿真分析能力；Protel主要用途在于電路原理圖的輸入和PCB板的設計；Proteus側重于單片機的仿真。綜上所述，本研究決定選用Multisim，以下是教學中的應用案例，這些案例中的電路圖及儀器測量結果均使用Multisim10.0仿真軟件進行設計和研究的。

3.1基爾霍夫定律的驗證

基爾霍夫定律是分析與計算電路的基本定律，它由兩個定律組成，分別是電流定律和電壓定律。學生對這種單純的理論學習，不能很好理解定律的內(nèi)涵及作用，可通過使用仿真軟件加強學生對定律的理解深度，另外也可以從視覺上刺激學生，激發(fā)學習興趣，提高課堂教學效果。使用Multisim10.0設計基爾霍夫電壓定律驗證的仿真電路如圖1所示，仿真結果萬用表顯示如圖2所示。

圖1 基爾霍夫電壓定律仿真電路

圖2 萬用表仿真結果

3.2整流電路仿真

橋式整流電路利用四個二極管，兩兩對接。當輸入正弦波的正半部分時，其中的兩只管導通，得到正的輸出；當輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要根據(jù)不同的整流方式和負載大小加以選擇。如選擇不當，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費。該電路的仿真電路圖如圖3所示，輸入和輸入信號波形圖如圖4所示。通過該仿真波形，可以從視覺上使學生明白橋式整流電路的作用，而且即使選擇元件不當，也不會造成元件的浪費，可以多次嘗試。

圖3 橋式整流仿真電路

圖4 橋式整流電路波形

3.3數(shù)碼管顯示電路仿真

數(shù)碼管顯示器常用來顯示各種數(shù)字或符號，由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。數(shù)碼管顯示仿真電路圖如圖5所示。本仿真電路能夠將十進制數(shù)經(jīng)過74LS48譯碼，輸出數(shù)碼管字形碼驅動數(shù)碼管顯示。該電路仿真能夠加深學生對數(shù)碼管顯示原理的及74LS48譯碼器的功能的理解。

圖5 數(shù)碼管顯示仿真電路

4 結束語

通過將仿真技術應用到《計算機電路基礎》課程中，極大地活躍了課堂學習氛圍，使得計算機電路理論不再復雜、枯燥，相反變得生動有趣，學生也由原來的被動學習轉變?yōu)橹鲃訁⑴c課堂教學，積極思考。此外更重要的是，由于仿真技術沒有場地限制，也沒有實驗器材約束，學生可以在課堂外的時間里，自己使用仿真技術來探索、學習電路知識，培養(yǎng)了學生獨立解決問題的能力和創(chuàng)新探索精神。

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