【摘要】    本文主要是针对模电教学中存在的问题，探索了虚拟仿真软件在模电课程教学中的使用。借助互联网，通过虚拟仿真技术的使用，学生的工程实践能力得到了提高，课程教学质量和效果得到明显的改善。

【关键词】    互联网    Multisim    理实一体    虚实结合

引言：

模拟电子技术（下文简称模电）是本校电子科学与技术专业的一门专业基础课，理实结合非常紧密。主要介绍半导体器件及应用电路的分析、计算及设计。原有模电教学虽然说是理实一体化的课程，但由于课时以及实验场地的原因，很难真正在课堂中实现理实一体化的教学。并且由于知识点多、分析计算工程性强，导致课程学习难度系数较高，一直是学生较为畏惧的一门课。教学效果不理想，教学目标达成度也较低。基于工程教育专业认证的核心理念[1-2]（以学生为中心，以成果为导向，进行持续改进），借助互联网的便利，本课程在教学中，引入虚拟仿真软件，采用理实一体、虚实结合的教学方式，可以使理论和实践更好的结合在一起，激发学生学习兴趣，培养工程实践能力，改善教学效果[3]。

一、模电教学现状

1.1 课时分配重理论

目前本专业模电课时64课时（含实验），理论加习题、复习课52课时占比81.25%，实验12课时占比18.75%。本课程的教学目标[4]要求学生在掌握模拟电路理论知识的基础上，能分析、计算和设计。在这么少的课时内完成这些目标的难度是很大的。学生经常抱怨计算量大，也难以验证结果是否正确。

1.2 理实一体难实现

如果想要验证正确性，在课内分析计算完成后立即进行实验的教学效果是最好的，但根据经验即使提前准备好测试电路，在短短两节课的时间内也是难以保证学生全体完成任务的，并且按照这种教学模式很难保证模电课程教学任务的完成。

1.3 虚拟仿真解难题

目前电路基础课程常用的EDA虚拟仿真软件工具是Multisim，该软件是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具。它包含了电路原理图的图形输入和丰富而强大的分析测试功能，可以让使用者在完成理论分析计算后通过虚拟仿真测试指标参数、验证电路的合理性和可行性，节省时间和成本。并且该软件界面直观、操作简单，学生可以快速的掌握基本的使用方法。

二、虚拟仿真的探索与使用

2.1虚拟仿真是理论的辅助

随着招生规模的扩大，现有的实验室个数满足不了日常的教学需要，而日常教学的多媒体教室也不可能配备实验装置，虚拟仿真软件跳出了对教室的硬件设施要求，借助互联网，基于电脑云桌面端，多媒体教室的电脑就能满足要求，使用方便，不受场地限制。在教学过程中，不管是先仿真演示后理论分析还是先理论分析后仿真验证，虚拟仿真作为辅助，实时演示，结果直观，有利于知识的巩固，激发学生探究学习的兴趣。

例如在图1所示的RC正弦波振荡电路中，按起振条件，要求，即Rf>2R3，否则不会产生振荡信号。教师在课内推导了一黑板，学生看的一脸懵，这时及其需要结论的验证来赶走课堂过于沉闷的气氛。如果采用实物电路演示的方式，电位器调节困难且接入电阻测定麻烦，费时较长。而借助虚拟仿真，直接修改电阻的阻值，就能輕松的完成这一环节，快速的演示电路放大倍数对信号产生带来的影响。图2所示为通过示波器观察到的RC正弦波振荡电路产生的信号波形。

2.2 虚拟仿真是实验的铺垫

模电课的实验包括单管放大电路的研究、差分放大电路的研究和和集成运算放大器的研究。属于探究型的实验，学生在实验中需要结合理论知识做一部分的验证实验，再改变元器件参数，观察变化并做分析进而得到结论。而大多数学生只是完成了实验数据的测试，不知道实验为什么这么做，不会电路的调试，也不会做数据分析。在实验前先虚拟仿真，使学生掌握元器件的连接、仪器仪表的使用，电路参数的调节，预知实验现象和结果。基于互联网，教师在课下也可以利用QQ、微信等与学生实时沟通，指导分析测试中出现的问题，弥补课时的不足。仿真后再去实验室，与实际电路测试相结合，虚拟做铺垫，实践做强化，达到更理想的教学效果。

如图3、4所示的单管放大电路[2]的研究实验中，需要利用万用表测量电路的静态参数并判断静态工作点是否合适，并使用信号发生器和示波器对电路进行动态测试，观察输出波形、计算电路的放大倍数等。静态测试完成后需保持电位器不变连接断开导线继续进行动态测试，接着调节电位器断开部分导线重复该过程。实验内容多，过程冗长，操作复杂。学生仿真时可以准备两张电路图，一个进行静态测试（图4），另一个进行动态测试（图3）。通过精准的调节电位器可以确保两张图的参数完全相同，直接观察静态工作点变化对输出波形带来的影响，操作步骤减少了，数据对比清楚明了。

2.3虚拟仿真是作业的帮手

模电课程的作业主要是电路的分析计算和电路的设计。有些作业需要分析输出结果或波形，而学生不确定结果是否正确;有些作业在分析的时候需要做一些近似，而学生不知道，导致分析过于复杂;有些作业需要根据要求设计电路，而学生不知道设计是否合理或满足指标要求。有了虚拟仿真做帮手，学生就不再受时间、场地的限制，及时验证作业的正确性，有利于知识的巩固、个体的学习。基于互联网，学生还可以把仿真电路及结果上传至学习通平台，供其他同学借鉴讨论，形成浓厚的学习氛围。

以集成运算放大电路分析为例，已知电路如图5所示，电压U=9V，当R'=0.8R时，求图中输出电压的值。

分析的难点在集成运算放大器的输入信号Va、Vb的值是多少。有的提议应该按照基尔霍夫定律以及“虚短”、“虚断”严格的进行分析，但实际上利用multisim仿真可以快速的确定输入电压，进而去推导电路的功能和原理。

从图6测试结果可以看到a、b点的电压可以看做是左侧电路分压得到，并且改变其中一路的电阻值对另外一路的电压不产生影响，彼此相互独立。

三、结束语

基于互联网，通过在模电课程教学中引入multisim虚拟仿真软件，课堂教学手段更加多样化，实验效率提高了，作业质量改善了。激发了学生得学习兴趣，学生的实践创新能力和解决复杂工程问题能力也得到了提高，教学质量和效果得到明显的改善。

参  考  文  献

[1]吴启迪.我国工程教育的改革与发展[J].中国高等教育评估，2007（4）：3-7

[2] 陈利华等. 基于《华盛顿协议》的高等工程教育的探索与实践[J]. 北京： 中国大学教学，2017（ 10） ： 50-54.

[3]张晓红，曲晓丽，赵显红，等.电子技术课程设计教改中创新实践能力培养的探索[J].中国电力教育，2014（ 15） ： 115-116

[4]储开斌.模拟电路及其应用（第3版）[M]. 北京：清华大学出版社，2017.

基金项目：江苏省教育厅“青蓝工程”优秀教学团队资助项目（苏教师（2019）3号）

石蓝（1979.09），女，汉族，江苏无锡，硕士，讲师，研究方向：集成电路设计。