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時(shí)間：2022-08-10 05:01:05
序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇虛擬仿真電子技術(shù)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。
電子技術(shù)是電氣類專業(yè)及自動(dòng)化專業(yè)的主要課程，電子技術(shù)課程一般將自動(dòng)化技術(shù)、電氣技術(shù)、電子技術(shù)三者融為一體，主要有以下幾個(gè)特征：（1）知識(shí)理論較深，波形變化復(fù)雜難以捉摸，教學(xué)模式單一，學(xué)生不易理解。（2）電子技術(shù)系統(tǒng)模式特征鮮明，波形變化、參數(shù)變化較為復(fù)雜，每個(gè)電路電子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目獨(dú)立性強(qiáng)。（3）電子電路設(shè)計(jì)綜合性強(qiáng)，電子技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可開(kāi)發(fā)操作案例非常完善。
考慮到電子技術(shù)課程理論知識(shí)較深，系統(tǒng)模式化明顯，所以教學(xué)一般選用EWB虛擬仿真軟件，此軟件具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）EWB具有非常強(qiáng)大的模擬仿真能力，適合教學(xué)實(shí)踐仿真，學(xué)生易于學(xué)習(xí)操作，EWB運(yùn)行簡(jiǎn)單。（2）EWB軟件采用直觀的圖形界面，易于仿真實(shí)驗(yàn)室工作平臺(tái)。（3）EWB也是一個(gè)非常專業(yè)的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，可以提供專業(yè)的門電氣系統(tǒng)模型，具有實(shí)物的所有數(shù)據(jù)與特征屬性，非常適合虛擬仿真模擬操作，并且節(jié)約經(jīng)費(fèi)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
3.電子技術(shù)課程教學(xué)應(yīng)用虛擬仿真的可靠性
隨著國(guó)家對(duì)教育事業(yè)的大力投入，眾多職業(yè)學(xué)校的教學(xué)設(shè)施以及環(huán)境都得到了改善，多媒體教學(xué)基本普及，許多學(xué)校也有了自己相應(yīng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)用室，計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的虛擬仿真平臺(tái)也得到了普及，在日常教學(xué)課程中，教師可以通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)來(lái)演示一些較難理解的知識(shí)，讓學(xué)生更好地觀測(cè)、理解這些知識(shí)點(diǎn)。虛擬仿真平臺(tái)的大力發(fā)展和普及取決于計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)的高速發(fā)展，職業(yè)學(xué)校紛紛設(shè)立自己的電子技術(shù)類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，安裝不同的先進(jìn)的虛擬仿真平臺(tái)，學(xué)生在下課時(shí)也可去多媒體教室進(jìn)行軟件學(xué)習(xí)，這讓教學(xué)不僅能在課堂上實(shí)現(xiàn)，課下也可以讓學(xué)生進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)，提升了教學(xué)質(zhì)量和效果。
二、虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用
1.在電子技術(shù)課程教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真教學(xué)
以往的電子技術(shù)課程教學(xué)中，教師由于電子技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備的缺乏，無(wú)法將理論知識(shí)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，只能將傳統(tǒng)系統(tǒng)教學(xué)分為理論知識(shí)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分。但在純理論知識(shí)的教學(xué)中，教師很難將一些較難理解知識(shí)公式教給學(xué)生，學(xué)生也難以理解。若通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，會(huì)占據(jù)大部分課程時(shí)間，如果能將虛擬仿真技術(shù)引入到教學(xué)課堂，將大大減少教學(xué)用時(shí)，也會(huì)告別傳統(tǒng)教學(xué)模式，讓學(xué)生跟著教師在虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更簡(jiǎn)潔地理解相應(yīng)的理論知識(shí)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)課程的積極性。
2.改革電子技術(shù)課程教學(xué)，增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
在一般職業(yè)學(xué)校中，電子技術(shù)專業(yè)教學(xué)多注重實(shí)踐操作，但若學(xué)生沒(méi)有很好地掌握理論知識(shí)，就很難操作好一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，電子技術(shù)專業(yè)課程需要將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合才能完善教學(xué)。這就需要應(yīng)用虛擬仿真平臺(tái)，既可以讓教師引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)來(lái)理解理論知識(shí)，也能讓學(xué)生自主進(jìn)行相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的探索，來(lái)提升學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的熱情和設(shè)計(jì)創(chuàng)作水平。
虛擬仿真技術(shù)作為一種新型的科學(xué)技術(shù)越來(lái)越為人們所關(guān)注，在中職電子技術(shù)教學(xué)中引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，是中職院校發(fā)展的需要，也是時(shí)展的必然趨勢(shì)。
一、虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中運(yùn)用的重要性
虛擬仿真技術(shù)又稱模擬技術(shù)或者虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通俗上講就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已應(yīng)用在生產(chǎn)生活的多個(gè)領(lǐng)域。近幾年，在中職電子技術(shù)教學(xué)中也引入了虛擬仿真技術(shù)，它不僅提供了新型的教學(xué)手段，優(yōu)化了教學(xué)模式，而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，給教學(xué)帶來(lái)了全新的體驗(yàn)。
二、滿足電子技術(shù)教學(xué)的需要
電子技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科。作為學(xué)生而言，首先必須要有扎實(shí)的理論知識(shí)作基礎(chǔ)，掌握各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算公式、識(shí)別各種電子元件并熟知其性能，同時(shí)還得掌握電子維修、電子技術(shù)開(kāi)發(fā)等基本理論知識(shí)，最終才能將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐。要真正提高學(xué)生的電子技術(shù)水平，必須有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，即使掌握再豐富的電子技術(shù)理論也無(wú)濟(jì)于事。而虛擬仿真技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生模擬一個(gè)仿真情境，讓學(xué)生在這個(gè)情境中進(jìn)行電子技術(shù)操作，使學(xué)生將平時(shí)所學(xué)的電子技術(shù)理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，并在實(shí)踐操作中加深對(duì)理論知識(shí)的理解和鞏固，讓學(xué)生真正做到在“學(xué)中做，做中學(xué)”，不斷提高自身的電子技術(shù)水平。
（一）創(chuàng)新教學(xué)方法
在中職電子技術(shù)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，改變了傳統(tǒng)的以教師傳授為主的枯燥乏味的教學(xué)方法，能夠有效提高教學(xué)效率。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)各種可操作的動(dòng)態(tài)實(shí)例，能夠比較有效地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營(yíng)造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生在實(shí)踐操作中發(fā)散思維，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，從而實(shí)現(xiàn)電子技術(shù)教學(xué)的真正意義。
（二）符合學(xué)情需要
中職的學(xué)生大多數(shù)文化基礎(chǔ)比較薄弱，對(duì)于課堂教師講授的理論知識(shí)的接受能力較差，學(xué)習(xí)的積極性比較低，不喜歡枯燥乏味的課堂。與學(xué)習(xí)復(fù)雜的電子技術(shù)理論相比，中職學(xué)生顯然更愿意動(dòng)手操作。而虛擬仿真技術(shù)則剛好滿足了學(xué)生這一方面的需求，給學(xué)生提供了動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，它可以幫助學(xué)生積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高操作能力，為以后的工作奠定基礎(chǔ)。
（三）減少意外情況的發(fā)生
電子技術(shù)在實(shí)踐操作的過(guò)程中，由于操作人員的粗心或者不熟練，可能會(huì)出現(xiàn)電路起火、爆炸等意外情況，容易造成相關(guān)人員受傷。而虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用，可以模擬操作情境，控制意外的發(fā)生，減少意外傷害，保障人員安全。
三、虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用現(xiàn)狀
目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)水平也在不斷提高，很多技術(shù)生產(chǎn)行業(yè)中大量引進(jìn)這種虛擬技術(shù)。而在電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中，虛擬仿真技術(shù)也逐漸成為輔助教師教學(xué)的重要工具。
（一）教師教學(xué)的得力助手
虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用，在很大程度上減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，成為教師教學(xué)的得力助手。在以往的電子技術(shù)教學(xué)中，教師僅靠課堂上的理論知識(shí)傳授讓學(xué)生掌握相應(yīng)的電子技術(shù)應(yīng)用水平，其難度較大。再加上學(xué)生消極學(xué)習(xí)的態(tài)度也讓教學(xué)效果大打折扣，而虛擬仿真技術(shù)則在很大程度上解決了這一問(wèn)題。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)模擬真實(shí)的操作情境，將靜態(tài)的知識(shí)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)的知識(shí)，讓學(xué)生更容易吸收。正所謂“說(shuō)上一百遍，不如做一遍”，有時(shí)候復(fù)雜的理論講解不如一個(gè)操作更容易讓人明白。在虛擬仿真技術(shù)的輔助下，學(xué)生學(xué)得輕松，教師教得也輕松。
（二）學(xué)生喜愛(ài)的教學(xué)手段
虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用，將學(xué)生從復(fù)雜難懂的理論知識(shí)海洋中解放出來(lái)，凸顯了學(xué)生的主體地位，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也明顯提高。虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，打破了理論知識(shí)一統(tǒng)課堂的局面，帶來(lái)了教學(xué)模式和教學(xué)手段的創(chuàng)新，營(yíng)造出更加適合學(xué)生學(xué)習(xí)的氛圍，對(duì)提高學(xué)生的電子技能水平大有裨益。
（三）教師的虛擬仿真技術(shù)的操作能力有待加強(qiáng)
隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷推廣，這項(xiàng)技術(shù)也逐漸在中職的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中得到廣泛運(yùn)用。但由于部分教師沒(méi)有經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)，對(duì)虛擬仿真技術(shù)的不熟悉和操作方面的不熟練，導(dǎo)致對(duì)虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用成效并不明顯。
（四）教師和學(xué)生過(guò)度依賴虛擬仿真技術(shù)
虛擬仿真技術(shù)擁有明顯的優(yōu)勢(shì)，深受學(xué)生的喜愛(ài)，它在中職電子技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用，給課堂教學(xué)帶來(lái)了全新的體驗(yàn)，但在虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用中仍然存在一些問(wèn)題。一些教師過(guò)度依賴虛擬仿真技術(shù)帶來(lái)的便利，完全不考慮課堂的實(shí)際需要，即使在理論性很強(qiáng)的課堂上仍然依賴虛擬仿真技術(shù)。比如，有的教師在學(xué)生沒(méi)有掌握扎實(shí)的理論知識(shí)的情況下就盲目使用虛擬仿真技術(shù)，不僅沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，反而降低了教學(xué)效率。不僅教師如此，在學(xué)生身上也存在著過(guò)度依賴虛擬仿真技術(shù)的現(xiàn)象。雖然虛擬仿真技術(shù)能夠有效地提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，但是模擬操作與實(shí)際操作仍然有區(qū)別，模擬操作并不能完全取代實(shí)際操作。畢竟現(xiàn)實(shí)生活中和以后的工作中需要的是實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是教師還是學(xué)生，在教學(xué)中絕不能用模擬操作完全取代實(shí)際操作。
四、關(guān)于虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中運(yùn)用
虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用是我國(guó)教育信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)也是提高電子課程教育教學(xué)質(zhì)量和水平的重要途徑。在中職電子技術(shù)教學(xué)中，應(yīng)該充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高教學(xué)效率和學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。
（一）利用虛擬技術(shù)模擬教學(xué)情境，提高學(xué)習(xí)效率
利用虛擬技術(shù)模擬生產(chǎn)、生活中的實(shí)際場(chǎng)景，讓學(xué)生有一種身臨其境的感覺(jué)，使學(xué)生在這種教學(xué)情境中輕松愉快地獲取知識(shí)。這種教學(xué)方法不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能使學(xué)生較快地融入到學(xué)習(xí)中，主動(dòng)思考，積極合作，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在中職電子技術(shù)教學(xué)中，教師完全可以通過(guò)虛擬仿真技術(shù)模擬一個(gè)教學(xué)情境。例如，教師可以模擬一個(gè)電路操作臺(tái)，展現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)中真實(shí)的電路數(shù)據(jù)，讓學(xué)生積極參與到操作中，在操作中獲取并鞏固知識(shí)，從而提高實(shí)踐能力。
（二）組織小組合作探究式學(xué)習(xí)
在運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)模擬操作時(shí)，可以將學(xué)生分成幾個(gè)小組，通過(guò)小組內(nèi)部的團(tuán)結(jié)協(xié)作開(kāi)展探究學(xué)習(xí)。在模擬操作時(shí)，一個(gè)人獨(dú)自操作容易出現(xiàn)紕漏，而團(tuán)體合作則可以利用集體的智慧，提高操作能力，往往能取得一加一大于二的效果。同時(shí)，為了提高小組合作的積極性，教師可以通過(guò)組織小組競(jìng)賽的方式激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)，從而有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和課堂教學(xué)效率。
（三）加強(qiáng)教師對(duì)虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用能力
虛擬仿真技術(shù)對(duì)于中職學(xué)校來(lái)說(shuō)是一種新型的教學(xué)輔助技術(shù)，許多教師對(duì)這種技術(shù)還不夠熟悉，甚至不能熟練地運(yùn)用。因此，中職學(xué)校應(yīng)該建設(shè)一支能夠熟練運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)的教師隊(duì)伍，同時(shí)，電子技術(shù)專業(yè)的教師也應(yīng)該積極地學(xué)習(xí)這項(xiàng)技術(shù)，讓課堂教學(xué)因這一新技術(shù)的應(yīng)用而變得更加生動(dòng)活潑。
（四）模擬操作與實(shí)際操作相結(jié)合
虛擬仿真技術(shù)提供的模擬操作讓學(xué)生在課堂上也能真切地體會(huì)到操作的滋味，但模擬操作并不能完全取代實(shí)際操作。模擬操作畢竟是人工模擬的，對(duì)于一些人們無(wú)法預(yù)料的情況并不能完全模擬出來(lái)，而真切實(shí)際的操作體驗(yàn)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)不僅是必要的，對(duì)于提高學(xué)生的電子技術(shù)應(yīng)用水平也更為重要。因此，在電子技術(shù)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)時(shí)，絕不能忽視實(shí)際操作的重要性，應(yīng)該將模擬操作與實(shí)際操作相結(jié)合，發(fā)揮二者的長(zhǎng)處以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。總之，在中職電子技術(shù)教學(xué)中，我們應(yīng)該充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的作用，合理利用虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高課堂教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，從而全面提高學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用水平。
參考文獻(xiàn)：
情景教學(xué)法是適合中職院校學(xué)生的一種教學(xué)方式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生可以更快的融入到課堂教學(xué)中，情景的設(shè)計(jì)可以和實(shí)際情況相結(jié)合。虛擬仿真技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)可以在課堂上給學(xué)生模擬真實(shí)環(huán)境的平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，改變目前只能進(jìn)行理論教學(xué)的現(xiàn)狀。
電子技術(shù)教學(xué)中更多是進(jìn)行電路的教學(xué)，虛擬仿真技術(shù)可以有效的將真實(shí)的電路工作情況給學(xué)生呈現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生可以親自觀察所有復(fù)雜的電路情況。使教學(xué)不再局限于苦思冥想的抽象理論教學(xué)中，而是能夠更直觀、更明了在虛擬平臺(tái)上給學(xué)生展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生直白的理解理論知識(shí)。例如利用flash動(dòng)畫將PN結(jié)的多子的擴(kuò)散和少子的漂移直觀的表現(xiàn)出來(lái)，以利于學(xué)生對(duì)PN結(jié)概念、形成過(guò)程以及導(dǎo)通條件的理解。
再如將電子技術(shù)教學(xué)中放大電路的電阻、電容、晶體管、電源通過(guò)虛擬技術(shù)multisim模擬出來(lái)，再采用multisim里模擬測(cè)量工具直觀的測(cè)出電壓、電流的關(guān)系，從而更好地理解晶體管的放大、飽和、截止，以及放大電路三種組態(tài)。有了直觀的呈現(xiàn)，學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)積極性得到提高就解決了學(xué)習(xí)的根本問(wèn)題。
2虛擬仿真技術(shù)能架起理論與實(shí)踐相結(jié)合的橋梁
課堂上學(xué)生的參與度直接影響著課堂氣氛，虛擬仿真技術(shù)可以讓學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)，讓學(xué)生更主動(dòng)的參與課堂教學(xué)，對(duì)知識(shí)的掌握更加牢固。中職院校進(jìn)行電子技術(shù)教學(xué)時(shí)的重點(diǎn)就是電路教學(xué)，可以利用虛擬技術(shù)將實(shí)際的電路操作臺(tái)在課堂上模擬出來(lái)，讓學(xué)生可以真正的動(dòng)手將電路中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行解決，從實(shí)際操作中掌握知識(shí)點(diǎn)、理解理論知識(shí)，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生畢業(yè)后更容易接手實(shí)際工作，達(dá)到出校園就有能力進(jìn)入社會(huì)的培養(yǎng)目標(biāo)。
3虛擬仿真技術(shù)中穿插小組探討式教學(xué)，更有利于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)
探討式教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和自主學(xué)習(xí)的能力，電子技術(shù)教學(xué)僅僅依靠教師是不夠的，更多的是需要學(xué)生自己進(jìn)行探索，將教師講授的知識(shí)自己實(shí)踐、驗(yàn)證之后才能更好的掌握，虛擬仿真技術(shù)在課堂上的應(yīng)用就是給學(xué)生提供一個(gè)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)探討的平臺(tái)。
電子技術(shù)教學(xué)中對(duì)電路的分辨是所有教學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)于電路的理解和學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生以小組的形式利用仿真虛擬技術(shù)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，找到各種電路圖之間的區(qū)別，加深學(xué)生的記憶，從而更好的掌握對(duì)電路圖的分辨能力。例如同一個(gè)電路各組件可以有不同的取值，讓學(xué)生一小組討論各取值之間的理論情況，通過(guò)Multisim等仿真技術(shù)加以驗(yàn)證。
再例如讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)整流電路理論的學(xué)習(xí)，各自設(shè)計(jì)整流電路，最后在Multisim實(shí)現(xiàn)出來(lái)，以小組的形式討論誰(shuí)的設(shè)計(jì)更成功，成功了，成功在哪？失敗了，錯(cuò)在什么地方。通過(guò)小組的探討，與其他同學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)果的對(duì)比，學(xué)生能找到自己的問(wèn)題所在，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。
而且虛擬仿真不需要耗材，在虛擬仿真軟件上面可以隨意設(shè)置原件參數(shù)，也不會(huì)把設(shè)備燒壞，這樣更有利于學(xué)生大膽的嘗試和創(chuàng)新。
4應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)存在一定的挑戰(zhàn)
目前虛擬仿真技術(shù)并沒(méi)有在所有院校的電子技術(shù)教學(xué)中得到應(yīng)用，主要原因就是沒(méi)有專門的教師對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，還無(wú)法完全掌握這門技術(shù)以便應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，因此，想要更好的應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，首要條件就是要在學(xué)校內(nèi)組建一支教師隊(duì)伍專門進(jìn)行該技術(shù)的研究學(xué)習(xí)，熟練掌握是基礎(chǔ)，還要有能力對(duì)其他教師進(jìn)行指導(dǎo)，使虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中得到普及。進(jìn)行電子技術(shù)教學(xué)的教師更應(yīng)該積極主動(dòng)的進(jìn)行學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)的氣氛更加輕松愉快，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到提升。
5虛擬的模擬操作應(yīng)該與實(shí)際操作結(jié)合起來(lái)進(jìn)行教學(xué)
虛擬仿真技術(shù)雖然可以在課堂上讓學(xué)生體會(huì)實(shí)際操作的感覺(jué)，但是卻不可以完全代替實(shí)際操作，因?yàn)槟M操作系統(tǒng)是人工設(shè)置的，很多實(shí)際操作中會(huì)出現(xiàn)的情況在虛擬系統(tǒng)中并不能夠完全體現(xiàn)，所以仿真虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用在電子技術(shù)教學(xué)中只是起到了輔助作用，實(shí)際的操作練習(xí)也是很重要的，絕不可以將實(shí)際操作的重要性忽略掉，而是應(yīng)該將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行綜合教學(xué)，有效的提高學(xué)生的電子技術(shù)操作水平。
6結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)科技的進(jìn)步發(fā)展在中職教學(xué)中得到了充分的體現(xiàn)，尤其在電子技術(shù)的教學(xué)上更是有著很大的意義，虛擬仿真技術(shù)在中職的電子技術(shù)教學(xué)中得到應(yīng)用是提升學(xué)生實(shí)際操作能力的途徑之一，使學(xué)生未來(lái)適應(yīng)工作的能力得到加強(qiáng)，讓學(xué)生走出校園就可以得到企業(yè)單位的認(rèn)可，增加學(xué)生的就業(yè)概率，使學(xué)生在競(jìng)爭(zhēng)力極強(qiáng)的社會(huì)上更容易站穩(wěn)腳跟，獲得更大的發(fā)展機(jī)會(huì)。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳閩蜀.虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].蘭州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（03）：111-112.
[2]徐冬冬.中職電子技術(shù)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用[J].大東方，2016（04）：195.
1 引言
數(shù)字電子技術(shù)是高等職業(yè)院校電類相關(guān)專業(yè)的一門應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程主要是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字電子技術(shù)方面的基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題的能力。在以往的教學(xué)過(guò)程中，理論抽象不夠直觀，學(xué)生難以理解掌握，影響了自主學(xué)習(xí)積極性。而一般的多媒體教學(xué)也難以從本質(zhì)上改變這種狀態(tài)。隨著計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，在課堂和實(shí)踐教學(xué)中充分利用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)將數(shù)字電子技術(shù)中枯燥抽象的理論教學(xué)以仿真動(dòng)畫、波形、指示燈等形式直觀、生動(dòng)的表現(xiàn)出來(lái)，使“數(shù)字電子技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容形象化。課堂教學(xué)不再局限與理論講解，而是與仿真實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，既豐富了教學(xué)內(nèi)容，又幫助學(xué)生更好的掌握所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)一步提高了課堂教學(xué)效果。
2 Multisim簡(jiǎn)介
Multisim是美國(guó)NI（國(guó)家儀器）公司開(kāi)發(fā)的Electronics Workbench EDA（簡(jiǎn)稱EWB）仿真軟件，是早期EWB等版本的升級(jí)換代產(chǎn)品。該軟件基于PC平臺(tái)采用圖形操作界面虛擬仿真了一個(gè)與實(shí)際情況及其相似的電子電路實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，它幾乎可以完成在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的所有的電子電路實(shí)驗(yàn)，已被廣泛地應(yīng)用于電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真等工作中，是目前世界上最為流行的EDA軟件之一，已被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的教育界和電子技術(shù)界。
3 Multisim虛擬仿真在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用
3.1 數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀
3.1.1 理論教學(xué)過(guò)程中“理論聯(lián)系實(shí)踐”有待加強(qiáng)
在以往的理論教學(xué)中，老師在黑板上一味灌輸知識(shí)那種填鴨式的教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中教師往往很難充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，按照傳統(tǒng)的教法，往往大半學(xué)期過(guò)去了，不少學(xué)生只知道各種數(shù)字器件的名稱和內(nèi)部電路原理，但不清楚學(xué)了有什么用，更不知道如何將這些器件組成所需的數(shù)字電子系統(tǒng)；又或者碰到非常抽象知識(shí)點(diǎn)，課堂教學(xué)總是難以直觀講解，學(xué)生對(duì)此類問(wèn)題總是難以理解和掌握。這是因?yàn)榻虒W(xué)中缺乏一個(gè)“展示”的平臺(tái)， 這里的“學(xué)”也僅僅是學(xué)會(huì)老師所教的知識(shí)， 而更重要的學(xué)習(xí)的方法、自主學(xué)習(xí)的能力的培養(yǎng)卻存在一定程度的缺失。
而在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是要求學(xué)生完成某些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其內(nèi)容、步驟等都是安排好的， 學(xué)生只要按照教師安排的順序就能順利完成實(shí)驗(yàn)。也許有學(xué)生有新穎的思路，但因受實(shí)驗(yàn)設(shè)備器件等限制也無(wú)法將想法實(shí)現(xiàn)。這樣更進(jìn)一步的限制了學(xué)生的設(shè)計(jì)性思維和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力難以提高。
3.1.2 課程設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)生的設(shè)計(jì)思想很難達(dá)成
在傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，要耗費(fèi)大部份時(shí)間來(lái)分析和構(gòu)建電路，然后用相應(yīng)的儀器進(jìn)行測(cè)量，這樣設(shè)計(jì)耗時(shí)較長(zhǎng)、效率較低，而且一旦出錯(cuò)，往往要重新更換元器件，參數(shù)修改也不方便，不利于設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)思路的延伸。因此數(shù)字電子技術(shù)課程改革以課堂和教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)組織形式， 根據(jù)高職數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中引入Multisim軟件，把學(xué)生的理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提高緊密結(jié)合起來(lái)。
3.2 模型搭建及電路仿真
在組合邏輯電路中，由于輸入信號(hào)傳輸?shù)捷敵龆寺窂胶蜁r(shí)間的不同，存在競(jìng)爭(zhēng)，在輸出端可能會(huì)出現(xiàn)不應(yīng)有的干擾窄脈沖，產(chǎn)生冒險(xiǎn)。該知識(shí)點(diǎn)相對(duì)抽象，學(xué)生往往難以領(lǐng)會(huì)。下面我們通過(guò)在課程教學(xué)中引入Multisim進(jìn)行仿真分析：
3.2.1 競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象分析
在Multisim11仿真平臺(tái)中，搭建如圖1（a）所示仿真電路，觀測(cè)示波器測(cè)試該電路是否存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。首先用代數(shù)法寫出該電路的邏輯表達(dá)式：。
由表達(dá)式可以看出，變量A具有競(jìng)爭(zhēng)能力，當(dāng)B=1時(shí)，，電路會(huì)產(chǎn)生負(fù)干擾脈沖，存在冒險(xiǎn)。用示波器觀測(cè)輸出波形，輸出信號(hào)確實(shí)存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的輸出信號(hào)波形，如圖1（b）所示。
3.2.2 消除冒險(xiǎn)
（1）修改邏輯設(shè)計(jì)，增加冗余項(xiàng)。理論分析：修改邏輯設(shè)計(jì)，增加一個(gè)冗余項(xiàng)B，使，則即沒(méi)有改變?cè)壿嬯P(guān)系，又消除了競(jìng)爭(zhēng)？冒險(xiǎn)現(xiàn)象。根據(jù)理論分析結(jié)果在仿真平臺(tái)中修改電路，如圖2（a）所示。用示波器觀測(cè)，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的電路輸出信號(hào)消除了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的輸出信號(hào)波形，如圖2（b）所示。
（2）輸出端接入濾波電容。根據(jù)理論分析，由于競(jìng)爭(zhēng)？冒險(xiǎn)所產(chǎn)生的毛刺脈沖寬度很窄，因此在對(duì)輸出信號(hào)波形邊沿要求不高的情況下，可以在邏輯電路的輸出端（或級(jí)間）接入一個(gè)不大的濾波電容，以濾除產(chǎn)生冒險(xiǎn)的窄干擾脈沖。我們?cè)谌鐖D1（a）中的輸出端并上電容C1（圖中R1為邏輯電路的等效輸出電阻），R1、C1量值的選取需經(jīng)調(diào)試確定。在輸出端接入濾波電容后的仿真電路，如圖3（a）所示。此時(shí)再用示波器觀測(cè)，輸出端信號(hào)果然消除了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的輸出信號(hào)波形，如圖3（b）所示。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)Multisim仿真平臺(tái)，既能克服因儀器設(shè)備、耗材損耗等因素的限制，許多試驗(yàn)不能進(jìn)行的困難，又可針對(duì)不同目的（驗(yàn)證、測(cè)試、設(shè)計(jì)、糾錯(cuò)和創(chuàng)新等）進(jìn)行訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析、應(yīng)用和設(shè)計(jì)的能力。基于Multisim的虛擬仿真系統(tǒng)也有利于教師不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)外，能更有效地發(fā)揮其自主學(xué)習(xí)能力，開(kāi)發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新潛力。但它只能輔助數(shù)字電路教學(xué)，而不能完全代替理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還需要在今后的實(shí)際教學(xué)中揚(yáng)長(zhǎng)避短，不斷完善。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)在企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，這對(duì)電子技術(shù)教育工作提出了更高要求。而職校電子技術(shù)課程作為培養(yǎng)學(xué)生電子技術(shù)實(shí)踐操作能力的重要途徑，直接關(guān)乎學(xué)生的未來(lái)發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的電子技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足新形勢(shì)下的職校教育需求，所以創(chuàng)新其應(yīng)用策略刻不容緩，以便不斷提升職校電子技術(shù)教學(xué)有效性。
1.引入虛擬仿真技術(shù)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
在當(dāng)前的職校電子技術(shù)課程教學(xué)中，教師大都注重理論知識(shí)的講解，卻忽視了實(shí)踐指導(dǎo)在提升學(xué)生電子技術(shù)操作能力方面的積極作用。但是單純地講解電子技術(shù)方面的公式、原理等理論知識(shí)，職校學(xué)生很容易感覺(jué)到枯燥、乏味，并會(huì)逐步產(chǎn)生厭學(xué)情緒，以至于無(wú)法促進(jìn)學(xué)生投入到電子技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中來(lái)。而此時(shí)如果教師可以在課堂教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，則可以徹底打破傳統(tǒng)單一教學(xué)模式的束縛，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手操作體驗(yàn)。與此同時(shí)，在學(xué)生的實(shí)踐操作過(guò)程中，學(xué)生也更加容易獲取更多的教學(xué)知識(shí)，并可以借助學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)來(lái)逐步形成科學(xué)的思維和創(chuàng)新意識(shí)。而借助虛擬仿真技術(shù)的合理運(yùn)用，學(xué)生可以更好地進(jìn)行電子電路的實(shí)驗(yàn)和操作方面的教學(xué)，從而借助實(shí)踐操作來(lái)幫助學(xué)生更好地了解相關(guān)的理論知識(shí)，提升他們的實(shí)踐操作能力。
為了進(jìn)一步提升職校電子技術(shù)課程教學(xué)有效性，教師需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)開(kāi)展理論知識(shí)方面的教學(xué)，以便深化學(xué)生對(duì)于電子技術(shù)課程方面理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，以為后續(xù)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)工作奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。但是如果教師只是一味地借助實(shí)驗(yàn)操作的方式來(lái)開(kāi)展教學(xué)，那么就會(huì)浪費(fèi)材料和時(shí)間。而此時(shí)如果可以合理運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，那么可以借助多媒體等信心技術(shù)軟件來(lái)將那些抽象的理論教學(xué)知識(shí)以更加直觀、生動(dòng)地方式展示給學(xué)生，從而可以深化學(xué)生對(duì)于職校技術(shù)課程教學(xué)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。例如，在講解“放大電路”這部分教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候，授課教師可以采用虛擬仿真技術(shù)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生探究教材上有關(guān)共射極放大電路的三種組態(tài)，深化學(xué)生對(duì)于放大電路方面知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
2.創(chuàng)設(shè)仿真電子實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)操作能力
在職校電子技術(shù)課程教學(xué)中，為了檢驗(yàn)虛擬仿真技術(shù)引入的教學(xué)效果，必須要借助實(shí)驗(yàn)開(kāi)展來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，在引入虛擬仿真技術(shù)的時(shí)候，教師可以通過(guò)電子電路的實(shí)驗(yàn)操作來(lái)幫助學(xué)生在模擬場(chǎng)景中去驗(yàn)證相關(guān)理論知識(shí)的科學(xué)性和合理性，同時(shí)也可以使職校學(xué)生更好地體驗(yàn)電子技術(shù)學(xué)習(xí)的魅力，提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力。但是必須要結(jié)合實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容或者實(shí)驗(yàn)知識(shí)等方面的知識(shí)來(lái)合理開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)，以便可以更好地開(kāi)展電子技術(shù)課程教學(xué)。此外，在職校電子技術(shù)課程教學(xué)中，授課教師需要結(jié)合職校電子技術(shù)課程教學(xué)的特點(diǎn)以及學(xué)生學(xué)習(xí)需求和性格特征來(lái)對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)方式和活動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，以便切實(shí)將虛擬仿真技術(shù)引入到中職電子技術(shù)課程教學(xué)中來(lái)，不斷提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作能力。
例如，在講解《彩色電視機(jī)原理與維修》這部分教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候，授課教師可以先借助多媒體等信息技術(shù)軟件來(lái)為學(xué)生展示電視機(jī)從上世紀(jì)七十年代末到今天的發(fā)展歷程，同時(shí)還要為學(xué)生講解全球彩色電視市場(chǎng)的現(xiàn)有特點(diǎn)。實(shí)際上，彩色電視機(jī)和學(xué)生的生活之間具有緊密聯(lián)系，其是生活中經(jīng)常接觸的一種事物，所以授課教師在開(kāi)展這部分知識(shí)授課的時(shí)候，結(jié)合生活實(shí)際來(lái)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一些富有啟發(fā)性的教學(xué)問(wèn)題。比如：“你家中所用電視機(jī)是哪種型號(hào)呢？有什么功能呢？”等，以便借此來(lái)充分加強(qiáng)師生互動(dòng)。此外，授課教師還可以借助多媒體等信息技術(shù)軟件來(lái)為學(xué)生展示一個(gè)立體化的電視機(jī)模型，使學(xué)生借助真實(shí)的模型來(lái)了解彩色電視機(jī)的整體結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成部件，同時(shí)還可以組織學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)操作來(lái)完成有關(guān)電視機(jī)零件的整合操作，從而可以提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力。
一、引言
模擬電子技術(shù)是高等職業(yè)院校電類相關(guān)專業(yè)的一門應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程主要是培養(yǎng)學(xué)生在模電方面的基本應(yīng)用能力，培養(yǎng)其解決、分析與模擬電子技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題的能力。在以往的教學(xué)模式中，理論與實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，知識(shí)點(diǎn)抽象不夠直觀，學(xué)生難以理解吸收，打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的學(xué)習(xí)積極性。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在課堂和實(shí)踐教學(xué)中充分利用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)將模擬電子技術(shù)中枯燥抽象的理論分析以仿真動(dòng)畫、波形、指示燈等形式直觀、生動(dòng)的表現(xiàn)出來(lái)，使模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容更加易于吸收。課堂教學(xué)不僅僅停留在理論分析，而是與實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，豐富了教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好的掌握所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)積極性，提高了教學(xué)效果。
二、Multisim簡(jiǎn)介
Multisim是美國(guó)NI（National Instruments）公司開(kāi)發(fā)的仿真軟件，經(jīng)過(guò)多次更新?lián)Q代，現(xiàn)在已經(jīng)在使用Multisim11版本。此軟件主要是在PC平臺(tái)上構(gòu)成一個(gè)利用圖形操作界面對(duì)一個(gè)與實(shí)際情況非常類似的電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真的工作臺(tái)，它幾乎能夠仿真在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所進(jìn)行的大部份的電子電路實(shí)驗(yàn)，因此在電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真等項(xiàng)工作中已被廣泛地應(yīng)用，是目前世界上最受歡迎的EDA軟件之一，已被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的教育界和電子技術(shù)界。
三、Multisim在差分放大電路教學(xué)中的應(yīng)用
（一）過(guò)程分析
差分放大電路又名差動(dòng)放大電路，是集成運(yùn)算放大器中重要的基本單元電路，廣泛地應(yīng)用于多級(jí)直接耦合放大電路的輸入級(jí)，主要用于擬制“溫漂”等“零點(diǎn)漂移”現(xiàn)象，這是差分放大電路的突出優(yōu)點(diǎn)，而往常的教學(xué)中該知識(shí)點(diǎn)總是較為抽象且難以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，讓學(xué)生通過(guò)溫度掃瞄儀和示波器等仿真儀器對(duì)比觀察共發(fā)射級(jí)放大電路、差分放大電路仿真測(cè)量和溫度掃描仿真分析的結(jié)果，可簡(jiǎn)單、形象地檢測(cè)放大電路的“溫漂”（“零點(diǎn)漂移”）特性。通過(guò)調(diào)節(jié)各元件的參數(shù)或調(diào)整電路結(jié)構(gòu)，觀測(cè)即時(shí)變化的波形和圖表，學(xué)生可以輕松對(duì)比出傳統(tǒng)共射放大實(shí)驗(yàn)電路和帶恒流源的差分放大電路的在不同溫度情況下的性能指標(biāo)。
（二）模型搭建及電路仿真
1. 傳統(tǒng)共射放大實(shí)驗(yàn)電路的溫度掃描分析
在Multisim11仿真平臺(tái)中，搭建如圖1（a）所示共射放大實(shí)驗(yàn)電路。單擊Multisim11 “仿真分析菜單”中的“溫度掃描分析”按鈕。在彈出的窗口設(shè)置欄中將相關(guān)參數(shù)設(shè)置好，如圖1（b）所示。單擊“仿真”按鈕開(kāi)始仿真，得到如圖1（c）所示共發(fā)射級(jí)放大電路的溫掃分析特性曲線圖及相關(guān)參數(shù)值。
通過(guò)觀測(cè)圖1（c）的曲線圖及所得數(shù)值表，可以看出：首先圖1（a）所示實(shí)驗(yàn)電路的輸出電壓負(fù)溫度系數(shù)變化現(xiàn)象明顯；然后當(dāng)測(cè)試溫度從初始值最終上升到110°C時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的輸出電壓最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，變化了大約10.78%。
2.對(duì)改進(jìn)后的差動(dòng)放大電路進(jìn)行溫度掃描分析
為了增加以上兩種電路的對(duì)比性，采用了相同的三極管組成的并按單端輸出、單端輸入接法的有恒流源（輸出交流電阻相當(dāng)于發(fā)射極電阻Re）的差分放大實(shí)驗(yàn)電路，且信號(hào)源、負(fù)載等電路參數(shù)都相同，如圖2（a）所示。在Multisim11仿真平臺(tái)中新建文件，按圖2（a）所示在平臺(tái)中構(gòu)建好新的線路，同時(shí)對(duì)示波器參數(shù)調(diào)整，最后開(kāi)啟仿真按鈕，得到新的測(cè)量波形圖，如圖2（b）所示。通過(guò)理論教學(xué)可得，在差分放大電路、特別是單端輸出接法的差分放大電路中，可以通過(guò)增大發(fā)射極電阻Re的阻值，來(lái)達(dá)到有效抑制任一邊電路的溫漂，并使得共模抑制比提高。
所以這種以工作在放大內(nèi)的三極管所組成的恒流源來(lái)代替差分電路中的射極電阻Re和集電極電阻Rc的手段在各類集成運(yùn)放電路中被廣泛運(yùn)用。既使得射極電阻Re的增大了阻值，使集成電路中難以得到大電阻及高電壓的問(wèn)題得到克服，又能夠?qū)CMR（共模抑制比）增加了1~2個(gè)級(jí)別。
再次進(jìn)行溫度分析掃描。在彈出的窗口對(duì)話欄中設(shè)置線性的掃描方式；將掃描點(diǎn)數(shù)設(shè)為兩點(diǎn)；設(shè)置好分析的起點(diǎn)溫度26°C；以及終點(diǎn)溫度110°C；調(diào)整好瞬態(tài)分析類型；然后調(diào)節(jié)起始點(diǎn)時(shí)間值為0Sec，終點(diǎn)時(shí)間值改為0.001Sec，也就是信號(hào)周期；接著在“輸出”項(xiàng)目中將待分析的輸出節(jié)點(diǎn)設(shè)置為節(jié)點(diǎn)V；單擊仿真開(kāi)始按鈕，隨即得到如圖3所示此改進(jìn)電路的溫度分析掃描特性曲線圖及所得參數(shù)值。從圖3所示的溫度分析掃描特性曲線圖及參數(shù)列表中可以觀測(cè)到，當(dāng)溫度從起點(diǎn)26°C上升到終點(diǎn)110°C時(shí)，圖2（a）所示帶恒流源的差分放大電路節(jié)點(diǎn)V[6]產(chǎn)生的輸出電壓最大偏差為：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高溫110°C時(shí)的輸出電壓最大值比低溫26°C時(shí)的輸出電壓最大值僅僅降低了約0.71%。
3. 對(duì)比、剖析、討論
由圖1所示共射放大電路的溫度掃描仿真分析及圖2所示差分放大電路的仿真測(cè)量和圖4所示溫度掃描仿真分析的結(jié)果可知：
（1）Multisim的溫度分析掃描能夠非常直觀地檢測(cè)放大電路的零點(diǎn)漂移特性。
（2）單端輸出接法的差動(dòng)放大電路的KCMR較雙端輸出接法的差動(dòng)放大電路要低；雙端輸出接法的差動(dòng)放大電路的電壓放大倍數(shù)是相應(yīng)單端輸出接法的差動(dòng)放大電路的電壓放大倍數(shù)的兩倍。
（3）無(wú)論是普通放大電路還是差動(dòng)放大電路，其輸出電壓都是按負(fù)溫度系數(shù)規(guī)律變化的。
四、結(jié)論
通過(guò)運(yùn)用Multisim仿真平臺(tái)，幫助我們緩解了因資金不足導(dǎo)致設(shè)備耗材等受限這些因素的限制，使得許多不能進(jìn)行實(shí)物講解的實(shí)驗(yàn)得以通過(guò)仿真直觀再現(xiàn)，還可進(jìn)行各種目的不同的訓(xùn)練，使學(xué)生的自主分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力得到培養(yǎng)，高效且低成本。在模電教學(xué)過(guò)程中，使用Multisim仿真對(duì)抽象的理論教學(xué)起到了推波助瀾的作用，使模電課程的理論與實(shí)踐完美融合在一起，極大的豐富模擬電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，并在后繼課程的中也有很好的延伸性。
虛擬仿真技術(shù)，是一種借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形處理，實(shí)現(xiàn)圖像再現(xiàn)的方法，將其引入電子信息類專業(yè)教學(xué)中，有助于提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生興趣，拓展學(xué)生的知識(shí)面，豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新意識(shí)與能力。
一、虛擬仿真技術(shù)及其在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
虛擬仿真技術(shù)在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是虛擬儀器，二是仿真。其中，虛擬儀器利用“軟件即儀器”的思路，借助于虛擬仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了一系列儀器的功能。仿真是指借助于模型開(kāi)展電子信息類實(shí)驗(yàn)，通過(guò)仿真軟件等的模擬功能，模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境與過(guò)程，達(dá)到教學(xué)實(shí)踐與理論相結(jié)合的目的。
虛擬仿真技術(shù)在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的以教師為中心的單項(xiàng)輸入式教學(xué)模式，通過(guò)指導(dǎo)性的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與自主學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了學(xué)生的主體地位，最大化地節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，打破了時(shí)空的限制，可在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間進(jìn)行電路仿真，便于利用便攜式硬件及虛擬儀器驗(yàn)證仿真結(jié)果，極大地提升了實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生可以借助于虛擬仿真技術(shù)迅速完成實(shí)驗(yàn)，避免了大量枯燥的反復(fù)操作，提升了教學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量、顯示精度，節(jié)約了該環(huán)節(jié)所需時(shí)間，為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)探索設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，同時(shí)，還確保了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性。
二、電子信息類專業(yè)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的典型應(yīng)用
1.Multisim軟件
該軟件是NI公司所研發(fā)的一款專業(yè)化電子仿真軟件，具有操作簡(jiǎn)便、易上手等優(yōu)勢(shì)，其元器件十分豐富，而虛擬實(shí)驗(yàn)儀器更是功能強(qiáng)大，不僅提供了萬(wàn)用表、示波器等多種常用儀器，還兼具虛擬網(wǎng)絡(luò)分析、頻譜分析等功能，操作方便。該軟件在電路類課程中的應(yīng)用十分廣泛，由于通信子線路課程具有較大的難度，理論知識(shí)過(guò)于抽象，因此，理論教學(xué)無(wú)法使學(xué)生深刻地理解。若想采用專業(yè)化通信設(shè)備，就要投入龐大的資金，這也是很多學(xué)校無(wú)法承擔(dān)的，因此，可以借助于虛擬仿真軟件模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
例如，在講解調(diào)制解調(diào)器時(shí)，為了幫助學(xué)生理解三種調(diào)制，可以利用Multisim軟件進(jìn)行二極管橋型調(diào)幅電路的繪制，借助于“虛擬示波器”XSC1，就調(diào)幅信號(hào)所觀測(cè)到的波形進(jìn)行展示，這樣學(xué)生可以清晰地看到波形變化與調(diào)載幅度變化保持一致，頻率、相位并沒(méi)有發(fā)生變化，學(xué)生可以對(duì)任意參數(shù)進(jìn)行修改，并對(duì)波形變化規(guī)律進(jìn)行觀察，無(wú)需擔(dān)心會(huì)對(duì)測(cè)試儀器造成破壞。利用該軟件幫助學(xué)生學(xué)會(huì)如何使用虛擬示波器，再碰到實(shí)物示波器時(shí)，學(xué)生就能從容地操作了。
2.Proteus軟件
該軟件包括ISIS、ARES兩個(gè)軟件，其中，ISIS是一款電子系統(tǒng)仿真軟件，能夠?qū)δM、數(shù)字、模數(shù)混合電路進(jìn)行仿真，并對(duì)微控制器系統(tǒng)及其電子元器件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了軟硬件的充分結(jié)合與實(shí)時(shí)仿真。以單片機(jī)課程中的LED點(diǎn)陣為例，其雖然結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但加上驅(qū)動(dòng)電路，要想使學(xué)生理解其顯示原理仍較困難。可以利用Proteus軟件，繪制8×8點(diǎn)陣電路圖，點(diǎn)陣行采用74LS245作為驅(qū)動(dòng)，由P2口進(jìn)行控制，點(diǎn)陣列由P1口進(jìn)行控制，并動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)，再將源代碼裝入單片機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)模擬仿真。采用該軟件仿真極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣，便于其更好地理解LED顯示原理。
3.MAX+plus II軟件
該軟件包括設(shè)計(jì)輸入、處理、校驗(yàn)、編程下載等四大部分，提供諸如VHDL、AHDL等多種硬件設(shè)計(jì)的輸入語(yǔ)言功能。該軟件為硬件編程提供了條件，實(shí)現(xiàn)了硬件的在線升級(jí)，可以根據(jù)自身需求設(shè)計(jì)出獨(dú)一無(wú)二的集成電路，因而在數(shù)字電子技術(shù)課程中有廣泛的應(yīng)用。例如，在設(shè)計(jì)一位全加器時(shí)，包括三種輸入ain、bin、cin和兩個(gè)輸出sum、cout，通過(guò)繪制其內(nèi)部原理圖，軟件可自動(dòng)生成全加器邏輯符號(hào)，并對(duì)其邏輯波形進(jìn)行觀察。通過(guò)對(duì)波形時(shí)序關(guān)系進(jìn)行分析，明確所設(shè)計(jì)全加器是否存在錯(cuò)誤，是否需要修正。若無(wú)問(wèn)題，可以選擇菜單中的芯片型號(hào)，如選取EPM7128SLC84-15芯片，并對(duì)管腳重新加以分配、定位，將編程進(jìn)行下載，完成操作過(guò)程。
三、結(jié)語(yǔ)
如今，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為創(chuàng)新型電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的必要手段。通過(guò)虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)模式，提高學(xué)生綜合應(yīng)用、工程實(shí)踐與創(chuàng)新的能力，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了電子信息類專業(yè)教學(xué)資源的開(kāi)放化與深度共享，全面提高電子通信類專業(yè)的教學(xué)效果。
1．引言
自 20世紀(jì) 9O年代以來(lái)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為特征的“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”開(kāi)始在世界各地出現(xiàn)，并逐步滲透到教學(xué)領(lǐng)域。作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，虛擬仿真教學(xué)對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)手段產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊，并引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域一系列深刻的變化。種種跡象表明，虛擬仿真教學(xué)將是今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來(lái)在航空電子裝備教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，探討在航空電子裝備教學(xué)軟件中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的方法和體會(huì)。
2．虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介
虛擬仿真技術(shù)是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。
2．1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場(chǎng)景，并能響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動(dòng)作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要有動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形 生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要側(cè)重于對(duì)真實(shí)物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真，它主要用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與展示、商業(yè)廣告、游戲設(shè)計(jì)等。
在航空電子裝備教學(xué)中，大量用 到對(duì)裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機(jī)安裝位置的展示 ，傳統(tǒng)教學(xué)大都采用實(shí)物展示 的方法 。近年來(lái)隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代，因受經(jīng) 費(fèi)、場(chǎng)地及使用壽命等因素的限制 ，傳統(tǒng)教學(xué)方法 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 ，而采 用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展示方法則 以其廉價(jià) 、無(wú)場(chǎng)地限制和效果 良好得以廣泛應(yīng)用。
目前有大量成熟的軟件平臺(tái)可以進(jìn)行視景仿 真的開(kāi)發(fā)，主流平臺(tái)Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ，在軍事 、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開(kāi)發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開(kāi)發(fā)的技術(shù)平臺(tái) ，解決物理模型的創(chuàng)建、場(chǎng)景顯示等問(wèn)題。該平臺(tái)可以達(dá)到照片級(jí) 的視景仿真效果 ．同時(shí)采用嵌入 OPENGL技術(shù)來(lái)解決物理模型 的交互問(wèn)題。
2．2系統(tǒng)仿真技術(shù)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科 ．它通過(guò)建立實(shí)際系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模 型 ，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算來(lái)達(dá)到對(duì)被仿真系統(tǒng)的分析、研究、設(shè)計(jì)等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的內(nèi)在機(jī)理、運(yùn)動(dòng)方式 的仿真，也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價(jià)格昂貴、周期長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大實(shí)際系統(tǒng)試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)等少數(shù)領(lǐng)域，后來(lái)逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機(jī)械等一些主要工業(yè)部門，并進(jìn)一步擴(kuò)大到社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。
在航空電子裝備教學(xué)中，對(duì)裝備工作原理的講解既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要通過(guò)教員的講述，配合一些靜態(tài)的圖形幫助學(xué)員理解 ．教學(xué)效果主要依賴于教員的授課水平和技巧 。近年來(lái)．我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應(yīng)用到航空電子裝備教學(xué)中，根據(jù)被仿真裝備的工作原理，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài)，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行．結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的逼真場(chǎng)景．較好地模擬實(shí)際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)、研制的教學(xué)軟件不但可供教員教學(xué)使用．也可供學(xué)員自學(xué)，并達(dá)到了較好的教學(xué)效果。
目前，有許多成熟的系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件．如 Simulink、SystemView等，這些軟件以其功能強(qiáng)大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎．但價(jià)格較為昂貴，且大多未提供對(duì)外的仿真數(shù)據(jù)接口．仿真系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、擴(kuò)展性和可變性受到很多限制。當(dāng)然也可自行開(kāi)發(fā)適用 的仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開(kāi)發(fā)中我們采用的是自行開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件。
3．虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學(xué)中的應(yīng)用方法和步驟
3．1建立仿真模型
這里所說(shuō)的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ，也包括揭示其內(nèi)在工作機(jī)理及行為的數(shù) 學(xué)模 型。對(duì)三維物理模型的建立，主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài)，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時(shí)提高逼真度。對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行取舍和優(yōu)化，本著夠用為度的原則 ，以盡量減小運(yùn)算量。建立數(shù)學(xué)模型時(shí) ，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)調(diào)整。
3．2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場(chǎng)景并驅(qū)動(dòng)
對(duì)于虛擬場(chǎng)景的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式如果進(jìn)行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示，可使用EON進(jìn)行動(dòng)作的編輯和驅(qū)動(dòng)；如果需要對(duì)裝備進(jìn)行虛擬操作仿真，則使用 GLStudio軟件先進(jìn)行操作面板、虛擬儀表的編輯和制作，然后再利用 Vega Prime驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的交互操作。
3.3系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場(chǎng)景按照教學(xué)軟件所需的形式將其有機(jī)的整合在一起，使之成為_(kāi)個(gè)完整的 、規(guī)范的教學(xué)軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的運(yùn)行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時(shí)，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。
中圖分類號(hào)：TN29
1 虛擬技術(shù)的概念
虛擬技術(shù)是一個(gè)很廣義的概念，我國(guó)著名院士汪成為教授把虛擬技術(shù)看作人類認(rèn)識(shí)世界的幫手，認(rèn)為虛擬技術(shù)是“在計(jì)算機(jī)軟硬件及各種傳感器（如高性能計(jì)算機(jī)、圖形圖像生成系統(tǒng)，以及特制服裝、特制手套、特別眼鏡等）的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的，具有一定的視、聽(tīng)、觸、嗅等感知能力的環(huán)境，使用戶在這些軟硬件設(shè)備的支持下，能以簡(jiǎn)捷、自然的方法與這一由計(jì)算機(jī)所生成的‘虛擬’的世界中對(duì)象進(jìn)行交互作用。它是現(xiàn)代高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、立體影像、立體聲響、測(cè)童控制、模擬仿真等技術(shù)綜合集成的成果。目的是建立起一個(gè)更為和諧的人工環(huán)境”。
而從工程角度定義的話，虛擬技術(shù)可看作為通過(guò)使用下列一個(gè)或幾個(gè)概念或方法：硬件和軟件分區(qū)，分時(shí)，部分或全部的硬件仿真、模擬，提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）等，把計(jì)算機(jī)資源分成多個(gè)執(zhí)行環(huán)境的系統(tǒng)框架和方法論。
上世紀(jì)60年代末期，IBM在其7044機(jī)上首次實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)（IBM M44/44X Project）[3]。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得虛擬技術(shù)成為重要的研究手段廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域的研究與實(shí)踐中。隨著電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉、綜合的程度越來(lái)越高，在以物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)為技術(shù)發(fā)展方向的現(xiàn)代電子技術(shù)中，虛擬技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
2 虛擬技術(shù)在電子技術(shù)中的應(yīng)用
電子技術(shù)中，虛擬技術(shù)的應(yīng)用可概括為三個(gè)方向：一是集成了大量虛擬儀器的軟件包的應(yīng)用，通常稱之為EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)；二是虛擬硬件技術(shù)，即借助于圖形圖像、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等一切可用的技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上虛擬出一個(gè)與實(shí)際硬件功能相近，且操作方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也相近的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境；三是VM（Virtual Machine，虛擬機(jī)）技術(shù)的應(yīng)用，比如VMware虛擬機(jī)等。
2.1 EDA技術(shù)的應(yīng)用
EDA技術(shù)是在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來(lái)的。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師從概念、算法、協(xié)議開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，從電路設(shè)計(jì)、性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成的全過(guò)程均可在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成。
作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)技術(shù)，EDA具有兩個(gè)明顯特征：即并行工程（Concurrent Engineering）設(shè)計(jì)和自頂向下（Top-down）設(shè)計(jì)。其基本思想是從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，分為行為描述（Behaviour Description）、寄存器傳輸級(jí)（RTL，Register Transfer Level）描述、邏輯綜合（Logic Synthesis）三個(gè)層次，將設(shè)計(jì)內(nèi)容逐步細(xì)化，最后完成整體設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較，這是一種全新的設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)理念。
EDA軟件包在電子技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)，最重要的是由于其提供了種類齊全、功能強(qiáng)大、界面真實(shí)、設(shè)置方式真實(shí)的虛擬儀器，諸如萬(wàn)用表，示波器，頻率計(jì)，LED顯示等，一些軟件諸如NI公司的Multisim，還包括有安捷倫示波器，安捷倫萬(wàn)用表，安捷倫信號(hào)發(fā)生器，泰克示波器等實(shí)際產(chǎn)品的虛擬界面，其操作界面和操作方式完全與實(shí)際器件一樣。這些虛擬儀器的使用，較大程度增加了學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的真實(shí)感。
目前，EDA技術(shù)更多地指數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，模擬電路以及混合電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展尚不夠成熟。尤其是射頻電路設(shè)計(jì)，因?yàn)橐婕暗綇?fù)雜的數(shù)學(xué)理論，導(dǎo)致其分析過(guò)程更加復(fù)雜，所以尚沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件。
2.2 虛擬硬件技術(shù)的應(yīng)用
虛擬硬件技術(shù)在電子技術(shù)中的應(yīng)用，則主要體現(xiàn)為虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)目前主要有純軟件仿真形式、可直接操作遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過(guò)程的虛擬實(shí)驗(yàn)室兩種形式。
2.2.1 純軟件仿真形式的虛擬實(shí)驗(yàn)室
純軟件仿真形式的虛擬實(shí)驗(yàn)室是利用仿真軟件來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，不涉及具體的實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備。
與單機(jī)版的仿真軟件相比，這類實(shí)驗(yàn)室采用C/S模式，在其服務(wù)器上設(shè)計(jì)并存儲(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的仿真代碼，用戶只需在客戶端的實(shí)驗(yàn)操作界面上操作，即可實(shí)時(shí)地發(fā)送參數(shù)信息、接收仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。這類虛擬實(shí)驗(yàn)室因其實(shí)驗(yàn)界面與仿真算法獨(dú)立，易于設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，方便操作，成為當(dāng)今虛擬實(shí)驗(yàn)室的主流。
2.2.2 直接操作遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過(guò)程的虛擬實(shí)驗(yàn)室
這種虛擬實(shí)驗(yàn)室是通過(guò)客戶端操作直接控制遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行，獲取真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
這類實(shí)驗(yàn)通常具有視頻和音頻反饋，使用者通過(guò)計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)地觀察實(shí)驗(yàn)地運(yùn)行，也可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的參數(shù)，從而遠(yuǎn)程操控實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。此類實(shí)驗(yàn)形式不但有效地利用了有限的實(shí)驗(yàn)室資源，而且具有很好的實(shí)驗(yàn)效果，成為解決遠(yuǎn)程教育中實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊缺、實(shí)驗(yàn)效果難以保證等問(wèn)題的一種很好的方法，是目前虛擬實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)主流方向。
2.3 VM技術(shù)的應(yīng)用
VM技術(shù)，是指通過(guò)軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 利用VM技術(shù)，能夠在一臺(tái)真實(shí)的計(jì)算機(jī)上虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)，還可以同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或更多的操作系統(tǒng)，比如運(yùn)行DOS、各個(gè)版本的Windows、各個(gè)版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虛擬機(jī)具有跨平臺(tái)性，裝載在硬件平臺(tái)上的虛擬機(jī)，它和宿主機(jī)好像是連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中一樣。用戶通過(guò)虛擬機(jī)提供的標(biāo)準(zhǔn)接口訪問(wèn)異構(gòu)資源，而標(biāo)準(zhǔn)接口的具體實(shí)現(xiàn)由各異構(gòu)資源提供者負(fù)責(zé)落實(shí)，因此用戶感覺(jué)不到請(qǐng)求資源的異構(gòu)性。Java VM和PVM是比較成功的采用虛擬機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、屏蔽異構(gòu)性的典型例子。
3 虛擬技術(shù)對(duì)電子技術(shù)發(fā)展的重要意義
近幾年來(lái)，虛擬技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用研究和發(fā)展都十分迅速，結(jié)合虛擬技術(shù)在電子技術(shù)三個(gè)方向的應(yīng)用，其重要意義可概述為以下幾個(gè)方面：
第一，虛擬技術(shù)給電子技術(shù)的工程實(shí)踐帶來(lái)了革命性的變革。
傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要基于自底向上的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)人員必須利用底層功能模塊的組裝，才能構(gòu)成較復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)調(diào)試難度高，設(shè)計(jì)效率低，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)。但EDA技術(shù)的出現(xiàn)，特別是自頂向下的設(shè)計(jì)思想，極大的提高了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，使得電子設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。
第二，虛擬技術(shù)給電子技術(shù)教學(xué)帶來(lái)了革命性的變革。
傳統(tǒng)電子技術(shù)的教學(xué)是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)分開(kāi)進(jìn)行的，由于電子技術(shù)的實(shí)踐性強(qiáng)，人為地把完整的教學(xué)過(guò)程分離成了兩個(gè)環(huán)節(jié)，極大地破壞了教學(xué)完整性。而EDA軟件或虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)把教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教師指導(dǎo)、學(xué)生操作等有機(jī)地融合為一體，還原了一個(gè)完整的課堂，提高了教學(xué)的有效性。
第三，虛擬技術(shù)給電子技術(shù)的應(yīng)用解決了實(shí)際問(wèn)題。
隨著物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)電子技術(shù)的發(fā)展受到了很大程度上的制約，一些諸如通信協(xié)議異構(gòu)、數(shù)據(jù)格式異構(gòu)等問(wèn)題，給電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了極大的困擾。而虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，給電子技術(shù)解決上述困難提供了最為有利的幫助，使得電子設(shè)計(jì)人員更為專注電子技術(shù)本身的功能實(shí)現(xiàn)。
虛擬電子工作臺(tái)（簡(jiǎn)稱EWB）實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境，通過(guò)建立模擬電路并對(duì)模擬電路的數(shù)據(jù)和功能進(jìn)行分析而達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和目的的一種新的實(shí)驗(yàn)方法。EWB軟件可以在計(jì)算機(jī)上建立電子元件型號(hào)及參數(shù)庫(kù)，通過(guò)選擇實(shí)驗(yàn)所需的電子元件型號(hào)、參數(shù)和虛擬測(cè)試儀器就可進(jìn)行模擬電路的連接和仿真運(yùn)行和測(cè)試，并在模擬儀器上讀出測(cè)試結(jié)果，特別易于學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，EWB使學(xué)生掌握仿真軟件技術(shù)，間接了解電子元件設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展動(dòng)向，它既繼承了實(shí)物實(shí)驗(yàn)可操作性、參與性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，凸顯了其直觀、動(dòng)態(tài)模擬、迅速準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點(diǎn)。
1. EWB的主要功能
EWB具有齊全的虛擬電子設(shè)備，在虛擬電子平臺(tái)上操作這些設(shè)備如同操作真實(shí)的設(shè)備一樣，非常真實(shí)，操作起來(lái)也更加容易。EWB提供了相當(dāng)廣泛的元器件，還提供了較大的選擇余地，學(xué)生也可以根據(jù)元器件生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中的元器件參數(shù)添加新的元件或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)。同時(shí)根據(jù)EWB提供的圖形操作界面，學(xué)生可單擊鼠標(biāo)，托放虛擬元器件或測(cè)試儀器，輕松地完成原理圖的輸入和連線，同時(shí)也允許用戶調(diào)整電路連線和元件的位置及自動(dòng)排列連線的功能，它具有如下特點(diǎn)：
（1）功能完善，實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可以做各種類型實(shí)驗(yàn)。
（2）實(shí)驗(yàn)不消耗器材，實(shí)驗(yàn)所需器材種類和數(shù)量不限制，實(shí)驗(yàn)成本低。
（3）實(shí)驗(yàn)速度快，效率高，易于開(kāi)展各種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高了電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)效率。
2.使用EWB進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的基本方法
學(xué)生可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求創(chuàng)建一個(gè)線路圖，按下電源開(kāi)關(guān)后，就可以從示波器等測(cè)試儀器上讀得電路中被測(cè)數(shù)據(jù)。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程可分成以下幾個(gè)步驟：
（1）數(shù)據(jù)輸入：將已創(chuàng)建的電路圖結(jié)構(gòu)、元器件數(shù)據(jù)讀入，選擇分析方法。
（2）參數(shù)設(shè)置：程序會(huì)檢查輸入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及電路中的闡述內(nèi)容，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
（3）電路分析：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析，它將占據(jù)CPU工作者的大部分時(shí)間，是對(duì)電路進(jìn)行仿真和分析的關(guān)鍵。它將形成電路的數(shù)值解，并將所得數(shù)據(jù)送至輸出級(jí)。
（4）數(shù)據(jù)輸出：從測(cè)試儀器如示波器或萬(wàn)用表上獲得仿真運(yùn)行的結(jié)果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測(cè)量、分析的波形圖。
3.實(shí)例分析
（1）在EWB上先創(chuàng)建需進(jìn)行分析的電路圖如圖1所示。
（2）選定“選項(xiàng)/參數(shù)”欄中的“電路選項(xiàng)（Schematic Options）”，選定“顯示節(jié)點(diǎn)名（Show Nodes Name）”，把電路的節(jié)點(diǎn)標(biāo)志（ID）顯示在電路圖2上。
（3）在“仿真/分析（Analysis）”欄內(nèi)選定“直流工作點(diǎn)（DC Operating Point）”，如圖2所示。設(shè)置要仿真的節(jié)點(diǎn)，然后運(yùn)行仿真（Simulate），EWB會(huì)自動(dòng)把電路中所選節(jié)點(diǎn)的電壓數(shù)值和電源支路的電流數(shù)值顯示在“分析圖（Analysis Graph）”（如圖3所示中）上。
由此可見(jiàn)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)加一套EWB軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。
4.充分發(fā)揮虛擬電子平臺(tái)仿真技術(shù)在教學(xué)中的作用
現(xiàn)代教育的職能已成為為學(xué)習(xí)者服務(wù)、為用人單位服務(wù)。人才需求的變化，技術(shù)發(fā)展之快更是需要有人才培養(yǎng)的超前意識(shí)。這就需要我們創(chuàng)新思維，創(chuàng)新教學(xué)手段。學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以技術(shù)為突破口，引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，將虛擬電子平臺(tái)仿真技術(shù)技術(shù)引入到各專業(yè)的教學(xué)中，利用計(jì)算加軟件功能，完善原始的教學(xué)設(shè)備，提高教學(xué)質(zhì)量，解決部分實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)難題，從而加快高素質(zhì)人才培養(yǎng)速度。
綜上所述，虛擬電子平臺(tái)仿真技術(shù)，必將引領(lǐng)今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展方向，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的改革起到推動(dòng)作用。
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