陈丽霞 李 敏

河北大学电子信息工程学院 河北保定 071002

河北大学电子信息工程学院注重对学生实践能力和主观能动性的培养，在2013年我院获批的省级“电气信息虚拟仿真实验教学中心”，并在2015年12月我院组织申报的“光伏技术虚拟仿真实验教学中心”获批国家级虚拟仿真实验教学中心，学院以此为契机在传统实验教学的基础上加入虚拟仿真技术，既能够提高学生对理论知识的理解，又能够培养学生的创新能力，真正实现以学生为主体、教师为主导的实验教学模式[1]。

在实验教学中加入虚拟仿真技术能够将实验场所扩大化，学生在任何场所只要有计算机就能进行实验；并且实验过程中不消耗器材能够降低实验成本，安全性高，界面直观，能够提高电子电路的设计效率。学生可以根据自己设计的内容自主实验，激发了学生学习的主动性。通过虚拟仿真实验，加深了学生对理论知识的理解。目前教育部正在推进的大学生创新训练项目，就是要探索以问题为导向的教学模式，旨在提高学生的思考问题以及解决问题的能力，打破固有的传统教学模式，激发学生的创造力。在高等教育信息化的基础上开展虚拟仿真实验教学具有重要的现实意义。

1 实验教学现状

在传统的电气类实验教学过程中，需要很多与时俱进的仪器和设备以及一些创新实践模块，但是电气类的设备很多价格高，使用过程中难免有损坏，并且维护难度系数高。此外，随着学生人数的增多，仪器设备需要循环利用，受限于场地不足，每次教师都要重复很多组实验，无形中增大了教师的工作量。在实验过程中很多学生在实验之前只有相对抽象的理论知识，缺乏实践动手能力，对仪器及设备缺少必要的了解，导致实验过程中实验效率低下，并且仪器容易损坏。

基于虚拟仿真技术的实验教学直观生动，不受时间场地的限制，没有器材消耗，容易开展创新性实验，并且学生在实验之前可以自由设计，充分发挥学生的主观能动性及创新能力[2]。

2 教学设计

以培养学生解决问题的能力为导向性的实验教学在教学设计上突出学生的自主选择能力，学生根据教学计划及教师的教学要求选择相应的实验课程，然后在上课之前先预习实验，进行总体的实验设计。学生在前期实验设计阶段可以自主设计实验内容，只要有计算机就可以利用相应的虚拟仿真软件进行实验，不受时间场地的限制，在学生进入虚拟仿真环境后能够通过网络与教师互动交流。教师可以查看学生的完成进度，对学生的实验内容进行批改。

图1 虚拟仿真实验教学管理平台

虚拟仿真实验教学注重学生的创新能力培养，在课程体系的设置上坚持虚实结实的教学理念，制订了“一主线”“四平台”“五层次”的教学体系。建立了“专业基础实验—专业设计实验—综合设计实验—工程实训实验—工程创新实验”的开放式虚拟教学管理共享系统[3]。

3 虚拟仿真技术在电气类实验教学中的应用

3.1 Multisim12在三极管放大电路实验中的应用

Multisim12软件包含很多实验过程中常用的元器件以及信号源、万用表、示波器等常用仪器。图2是应用Multisim12绘制的三极管放大电路。示波器XSC1的通道A和B能够观察输出和输入信号波形和放大倍数，图3是输入和输出信号波形。XHH1和XHH2是用来测量输入信号电压和电流，测量放大器的输入电阻iR。

图2 三极管放大电路仿真实验

图3 输出和输入信号波形

学生在实验过程能够很直观的进行三极管放大电路仿真实验，避免了实际操作中接线混乱，输出波形失真，学生分析操作过程中查找问题困难的情况，改变不同的参数可以分析对电路各个性能指标的影响，提高学生学习的主动性和积极性。

3.2 Proteus仿真软件在电子电路设计中的应用

Proteus仿真软件本身具备硬件设计和软件仿真平台。学生在掌握了相应的理论知识后可以自行设计电路，需要硬件设计、软件设计。硬件设计需要印制电路板、焊接元器件以及硬件调试等步骤。学生在实践过程中很容易出现硬件方面的错误导致电路失败，打击学生学习的积极性。而Proteus仿真软件能够对硬件电路进行仿真，仿真的结果与实际的效果基本一致，并且在实验过程中能够实时检测判断结果是否正确。学生在设计过程中能够将自己所学知识融会贯通，提高了学生对电子电路设计的兴趣。图4是利用Proteus仿真软件对设计的八路抢答器运行仿真[4]。

图4 抢答器启动仿真图

将Proteus仿真软件应用到电气类实验教学中，可以使学生学会集成电路及接口的功能并能够进行硬件电路设计，能够辅助单片机原理教学，在整个电路设计过程中能够提高学生对整个硬件设计和软件设计的综合创新能力。

4 结语

虚拟仿真实验教学是模拟高度逼真的虚拟实验环境，使得学生在操作过程中对工程实训中的所有硬件要求、仪器设计要求以及软件要求都有很深刻的认识。国家级虚拟仿真中心秉承“学生为本、基础扎实、协调发展”的教育理念，以启发式教学为指导思想，采用讨论式、研究式等教学新方法，以学生主动参与为主体，突出创新意识的培养；注重促进学生理论基础知识水平、动手实践能力、实际工程应用能力、创新创业能力。统筹协调理论教学和实验教学，将信息化技术与实验需求相结合，以虚拟仿真实验作为实物实验的补充和延伸，通过虚拟对象与实体对象相结合，虚拟手段与实际手段相结合，强化虚拟实验与实物实验协同育人，课内课外一体化的实验教学新模式，形成基础、综合、创新的多层次实验教学体系，注重拓展学生的视野和知识结构，构建适应新形势的高校创新创业教学体系。

参考文献

[1]张敬南,张镠钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理,2013,30(12):101-104.

[2]李翠超,凌芳.虚实结合的虚拟仿真技术在工程训练中的应用[J].实验室技术与管理,2015,4(2):128-131.

[3]程思宁,耿强,姜文波.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验室技术与管理,2013,37(7):95-97.

[4]沈宗果,杨彦.基于Proteus仿真软件的电子电路设计与应用[J].江苏科技信息,2017(8):57-58.