淺析計算機模擬仿真技術在電子實驗教學中的應用
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【摘 要】針對傳統電子實驗教學中存在的問題，結合計算機模擬仿真技術，在電子實驗教學中的改革和創新。 闡明了計算機模擬仿真技術在該課程實驗教學中的應用特點，該技術能激發學生的創造力，是一種很好的教學手段
【關鍵詞】電子實驗;模擬仿真;探究性學習
中圖分類號： G642;TP3-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）05-0094-002
作為新時代的大學生，伴隨著科學技術的發展，他們是未來社會的主流力量和決定因素。現代高等教育的重要目標之一就是培養具有創新思維和實踐能力的人才，為了緊跟現代教育發展的趨勢，教育工作者需在傳統的教學實驗方法和實驗環境的基礎上，進行積極的創新和教育技術水平的提高，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中強調，“強化信息技術應用。提高教師應用信息技術水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果。鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習，增強運用信息技術分析解決問題能力”[1]。
以電路分析，模擬電路，數字電路這三電課為主要內容開設的電子實驗課程，是大多數理工科各專業必修的基礎課程。為提升學生的創新思維和實踐能力，理應在有限的實驗設備條件下，多開展一些能增強學生創新思維和實踐能力的綜合性設計性實驗。因為實驗設備價格昂貴，而且新技術更新速度快，很多普通院校的實驗室很難做到配套齊備，這樣就會導致學生創新能力及科研能力無法得到鍛煉提高，自身的潛能不能得到激發，培養高層次電子人才的遠大目標更無法談及，這就需要各高校積極在現有的實驗條件下，利用計算機模擬仿真軟件來實現實驗教學。新時代下電子技術突飛猛進，新技術日新月異，為新時代對大學生能力培養的需求，我們需改革和優化統的電子實驗。
目前電子實驗教學現狀
?。?）實驗設備老化，實驗指導教師人員不足
作為基礎實驗室，電工電子實驗室每年承擔教學工作量大，儀器使用率高，近些年，更由于高校擴招，導致學生人數翻倍，而各學校對實驗室投入資金有限，導致很多實驗儀器設備老化，更新率低，很多儀器設備屬于帶病工作。因為上課班級多，人數多，而實驗室和實驗儀器數量一定，使得實驗課很難小班教學，有時候得幾個學生合用一套教學儀器，造成實驗室教師在實驗中不敢讓學生大膽放開使用實驗儀器設備，使得學生對實驗的積極性不高，從而影響教學質量。
?。?）實驗內容和實驗方法教條
目前大多數實驗教學內容都是以驗證性內容為主，加上儀器設備陳舊老化等原因，為了保證實驗的順利進行，實驗教師會選定幾個易于操作的實驗項目給學生進行，在開始實驗之前會講解實驗內容并加以演示，為了順利拿到學分，大部分學生會按照教師講授或者實驗指導書的要求按部就班的進行操作，然后將得到的實驗現象和結果一一記錄。實話來說，這樣的實驗教學方式讓課堂進展非常順利，但縱觀整個實驗過程，學生沒有發揮自我主動性，只是被動的機械的完成操作，雖然也順利完成實驗內容，得到了實驗結果，但是整個實驗過程缺乏自己觀點與創新性意識的培養。
模擬仿真技術在電子實驗教學中應用
仿真是對現實系統的某一層次抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現實世界的某一層次的問題做出決策[2] 。隨著計算機應用的廣泛普及，電路中的計算機輔助分析已經成為電路理論分析的重要組成部分。所以利用計算機對電路性能進行分析和仿真成為培養電氣工程技術人員必需的基本訓練。
使用計算機模擬仿真技術，電子實驗的整個過程都可以利用電腦軟件來模擬，在電子實驗過程中，高壓部件和強電流接觸都是不可避免的。作為實驗初學者，出現操作失誤或錯誤操作也是較常見的，例如電路連接時候出現短路或者短路，導致某些電子元件出現強電擊穿、過熱起火甚至爆炸等現象。這種情況非常危險，不僅容易讓師生受傷，更會引起火災或出現漏電風險。而如果采用模擬仿真試驗系統，學生在實驗中并不需要直接接觸高危實驗部件，就能夠得出有效的實驗結果，就能避免上述危險情況，還能詳細演示如果出現電子元件安裝錯誤或者操作失誤帶來的嚴重后果現象，讓學生更加注意實驗安全?？梢哉f模擬仿真技術來實驗比很多傳統的教學實驗法要更安全，更便捷。
計算機模擬仿真技術的平臺計算機，相比于傳統的電子實驗教學，每一次實驗都要用到數量不等的電子元件，甚至有一些是屬于消耗性的價格昂貴的元器件。因為模擬仿真技術中的各種成熟的應用的軟件，常見電子元器件的型號和特質能被仿真軟件成功模擬。模擬仿真實驗就不會因為實際元器件在長時間實驗運行情況下而造成的元器件損害或者出現實驗誤差。模擬仿真實驗，為保證實驗的穩定性，實驗者可以自行調整軟件時間，既能節約時間成本，又可以節約了學校實驗元器件購買經費，更能通過模擬仿真試驗減少專業實驗室建設，通過計算機多媒體技術的應用，實驗指導老師首先將實驗進行示范演講，再讓學生進行仿真實驗，即節省了教學時間又提高了實驗效率。模擬仿真實驗又能保證了電子實驗得到準確操作，又避免了因為學生設計失誤或者操作失誤而損壞實際的貴重元器件，這樣學生能夠順利完成實驗又節約了學校的實驗經費。
模擬仿真實驗是用電腦軟件直接進行模擬實驗過程，這樣可讓學生在模擬過程中放慢實驗過程，從而了解實驗的每一步的運行，實驗進行過程中同時在模擬界面上顯示出實驗結果甚至可以把每個部件通電之后內部的運行流程進行顯示，這樣可以幫助學生更加直觀的了解了實驗的過程和結果。例如，在電路實驗“基本元件伏安特性的測繪”實驗中，有關于二極管的伏安特性測繪，在仿真實驗中，我們可將元件二極管先后正接和反接到特定的交流電和直流電電路中，通過記錄電流和電壓和溫度等實驗數據，繪制出相關伏安特性曲線，從而順利得到關于二極管的重要特性——單向導電。在模擬實驗中，通過不斷加大二極管兩端的負載，使得因為超過其能承受的極限導致二極管熔斷，從而起到保護電路的作用，從而理解二極管能作為過載保護器的原因。學生通過在模擬仿真系統中不斷地仿真二極管過載過程，觀察熔斷現象，從而強化印象加深實驗結論，而整個實驗過程中不需要消耗一個真實的二極管器件。 對于一些電路復雜或者危險性高的高壓電路也可以利用模擬仿真技術進行實驗。為避免實際電路運行失敗或觸電危險，可以先再模擬仿真軟件中進行調試和試運行，成功 之后再實際組裝和運行。因為模擬軟件安裝容易，學生只要將軟件中的實驗元器件通過點點鼠標就可進行電路搭建，所以不僅節省大量的教學時間且能保證師生實驗安全。在實驗運行過程中顯示運行故障，可以通過仿真軟件中的檢測系統來檢測實驗電路，及時找到故障點對相關問題進行處理從而避免給給實際的實驗電路造成真實損害。電子實驗、單片機制作以及高壓電路的實驗過程都可以通過模擬仿真來實驗，從而減少危險降低損耗。
模仿仿真實驗在提高學生的創新意識非常有益，因為模擬仿真技術讓實驗突破了時間和空間的限制，只要擁有一臺安裝上特定軟件的電腦，就相當于擁有個人工作室，不再局限于特定的時間到特定的實驗室去做電子實驗，學生可以在任何自己方便的時間進行實驗，既可以安全操作實驗又有低成本的優點，能讓學生們充分發揮自己的想象力和創造力，將不常接觸到元件或是實際操作危險性大的元件或者是昂貴的元器件都組合到實驗中來，不用害怕實驗的失敗而導致的損失，勇敢去嘗試各種實驗。在多次的實驗中一一掌握相關元器件的功用，對實驗原理理解的更透徹。
模擬仿真技術的不足
雖然計算機模擬仿真實驗有很多優點，但也還是有缺點的。第一，計算機模擬仿真試驗并不是實際操作實驗，例如線路布置、跳接、電路調試等問題在模擬仿真實驗中無法真實體驗，必需要經過實際的上機親手實驗才能扎實了解掌握。另外計算機模擬軟件里的電路圖非常的整齊劃一，而實際操作并非如此，所以模擬仿真很難完全取代傳統的手動實驗方式。
結束語
隨著科技高速進步，電子相關專業理論課程的發展雖然也很快，但因為實際知識和理論知識之間慣有的時間差，這樣就對實驗教學要求更高。學生除了需要理解掌握書本上的理論知識，還需要對相關知識點能進行自我擴充，對新技術未來發展的方向也要有所關注。在電子實驗中引入計算機模擬仿真技術，可以充分調動學生學習的積極性，除了課堂上認真跟隨老師進行實驗，課后能主動上網查詢相關資料，自行進行進一步模擬仿真實驗。從而將學習的自主性和創造性得到提升。通過模擬仿真技術的在電子實驗中的應用，電子實驗技術得到了進一步的發展。通過實際教學驗證，計算機模擬仿真技術的使用讓教學質量和教學效率得到很大提升，同時也讓學生們的計算機應用技能水平提高，為國家培養出更優秀的人才。
【參考文獻】
[1]中華人民共和國教育部.國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）.2010.
[2]赫培峰，崔建江，潘峰.《計算機仿真技術》[M]，機械工業出版社2009.
[3]翟文權，李書旗.電子技術實驗教學改革探索[J].實驗技術與管理，2010，27（10）：139-141.
[4]滑濤.計算機仿真技術的發展及應用探析[J].山東工業技術.2016（18）.
[5]劉揚武.分析計算機仿真技術在高校網絡協議實驗教學中的應用[J].電腦知識與技術.2014（15）.
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