基于虛擬仿真技術(shù)的電子電路實驗教學(xué)探索

孫丹丹 張曉磊 趙同剛 文福安

摘? 要：將虛擬仿真技術(shù)及多種輔助教學(xué)功能教學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，應(yīng)用到電子電路實驗教學(xué)中。以“差分放大電路”為例，在虛擬仿真實驗平臺上進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，電路設(shè)計和實驗數(shù)據(jù)獲取及分析，探討了基于虛擬仿真技術(shù)的電子電路實驗課程改革。利用虛擬仿真實驗平臺的實時性和易操作性，學(xué)生可以不受時間地點的約束，隨時隨地的進(jìn)行實踐，加深了學(xué)生對電路設(shè)計、故障分析和儀表應(yīng)用等知識點的認(rèn)知程度，提高學(xué)生對實驗課程的興趣和實際動手的能力。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);電子電路實驗;實驗教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）35-0108-04

Abstract： Combining virtual simulation technology with various auxiliary teaching function teaching systems， it is applied to electronic circuit experiment teaching. Taking "differential amplifier circuit" as an example， the experiment preview， circuit design and experimental data acquisition and analysis are carried out on the virtual simulation experiment platform， and the electronic circuit experiment curriculum reform based on virtual simulation technology is discussed. By using the openness and sharing of virtual simulation experiment， students can practice anytime and anywhere without the constraints of time and place， deepen the students' cognition of knowledge points such as circuit design， fault analysis and instrument application， and improve the students' professional interest and ability to combine theory with practice.

Keywords： virtual simulation technology; electronic circuit experiment; experimental teaching

電子電路實驗是電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，但是課程在開展過程中經(jīng)常受到實驗課時和實驗場地的限制，以及實驗教師人力的不足，常常導(dǎo)致難以實現(xiàn)預(yù)定的實驗教學(xué)目標(biāo)，為了解決所面臨的實驗教學(xué)條件等一系列問題，我們在原有課下實驗課程的基礎(chǔ)上增加了線上虛擬仿真實驗，在電子信息類實驗教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建多種輔助實踐教學(xué)的管理系統(tǒng)，面向在校學(xué)生開放的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，實現(xiàn)了在課堂上進(jìn)行理論教學(xué)，在課下進(jìn)行虛擬實驗教學(xué)以及在實驗室里進(jìn)行實物實驗相結(jié)合的實驗教學(xué)方法和實驗教學(xué)模式的改革，對更新實驗教學(xué)內(nèi)容、提高實驗教學(xué)水平起到了積極的作用[1-3]。

電子電路虛擬仿真實驗在原有的基礎(chǔ)型和設(shè)計型實驗的基礎(chǔ)上，增加虛擬仿真環(huán)節(jié)，突破了原有實驗的時間和空間的界限，提高了實驗的趣味性、自主性、設(shè)計性及創(chuàng)新性。實驗方法靈活多樣、實驗手段不受局限，有助于學(xué)生提出具有典型性的、創(chuàng)新性的問題，加深學(xué)生對理論課知識的理解，激發(fā)實驗的興趣和動手能力，增強學(xué)生的創(chuàng)新思維。虛擬仿真實驗為學(xué)生獨立自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)與實踐創(chuàng)造良好的條件，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和解決實際應(yīng)用問題的綜合素質(zhì)[4-7]。

一、電子電路虛擬仿真實驗教學(xué)平臺

（一）電子電路虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的功能

電子電路虛擬仿真實驗平臺實現(xiàn)了對實驗課程相關(guān)實驗內(nèi)容及要求和教學(xué)管理的有機(jī)整合，全流程包括：實驗課程安排與學(xué)生預(yù)約選課、實驗需要預(yù)習(xí)的相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)、虛擬仿真實驗操作平臺、實驗中遇到相關(guān)問題的智能答疑與智能指導(dǎo)、實驗數(shù)據(jù)的在線提交、實驗報告可以線上批改和對取得的實驗教學(xué)效果進(jìn)行評估等[8]。

該虛擬仿真實驗教學(xué)平臺可以在學(xué)生做實驗的過程中采集各類行為數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生的實驗結(jié)果，提供實驗指導(dǎo)并有針對性的做出實驗評價，通過采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)，實驗過程以及實驗效果的詳實和客觀的分析，從而為科學(xué)地開展實驗教學(xué)評估及教學(xué)改革提供了有力可靠的數(shù)據(jù)支持，并減輕了實驗教師的負(fù)擔(dān)。一次實驗的過程如圖1所示。

（二）電子電路虛擬仿真實驗平臺的優(yōu)勢

目前北京郵電大學(xué)電子信息類虛擬仿真實驗中心初步完成了電子電路實驗的實驗教學(xué)體系建設(shè)，采用了“講解理論知識-虛擬仿真實驗-實踐操作”線上線下混合實驗教學(xué)的新模式。在線上實驗教學(xué)平臺上，學(xué)生根據(jù)實驗題目要求，自主設(shè)計實驗電路圖，選擇和配置元器件參數(shù)，撰寫實驗步驟，搭建實驗電路，調(diào)節(jié)虛擬儀器儀表設(shè)置，根據(jù)實驗指標(biāo)要求模擬真實的實驗過程，最后對電路仿真的結(jié)果進(jìn)行觀察及分析[9-10]。整個流程下來，學(xué)生對實驗操作過程及重點有了深刻的認(rèn)識和理解，再和理論課知識進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，既鞏固所學(xué)知識又增強了實驗主動性，提高了對設(shè)計實驗的興趣和實踐的動手能力。利用虛擬仿真實驗平臺可以解決：