浅析计算机模拟仿真技术在电子实验教学中的应用
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【摘 要】针对传统电子实验教学中存在的问题，结合计算机模拟仿真技术，在电子实验教学中的改革和创新。 阐明了计算机模拟仿真技术在该课程实验教学中的应用特点，该技术能激发学生的创造力，是一种很好的教学手段
【关键词】电子实验;模拟仿真;探究性学习
中图分类号： G642;TP3-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0094-002
作为新时代的大学生，伴随着科学技术的发展，他们是未来社会的主流力量和决定因素。现代高等教育的重要目标之一就是培养具有创新思维和实践能力的人才，为了紧跟现代教育发展的趋势，教育工作者需在传统的教学实验方法和实验环境的基础上，进行积极的创新和教育技术水平的提高，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中强调，“强化信息技术应用。提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果。鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题能力”[1]。
以电路分析，模拟电路，数字电路这三电课为主要内容开设的电子实验课程，是大多数理工科各专业必修的基础课程。为提升学生的创新思维和实践能力，理应在有限的实验设备条件下，多开展一些能增强学生创新思维和实践能力的综合性设计性实验。因为实验设备价格昂贵，而且新技术更新速度快，很多普通院校的实验室很难做到配套齐备，这样就会导致学生创新能力及科研能力无法得到锻炼提高，自身的潜能不能得到激发，培养高层次电子人才的远大目标更无法谈及，这就需要各高校积极在现有的实验条件下，利用计算机模拟仿真软件来实现实验教学。新时代下电子技术突飞猛进，新技术日新月异，为新时代对大学生能力培养的需求，我们需改革和优化统的电子实验。
目前电子实验教学现状
（1）实验设备老化，实验指导教师人员不足
作为基础实验室，电工电子实验室每年承担教学工作量大，仪器使用率高，近些年，更由于高校扩招，导致学生人数翻倍，而各学校对实验室投入资金有限，导致很多实验仪器设备老化，更新率低，很多仪器设备属于带病工作。因为上课班级多，人数多，而实验室和实验仪器数量一定，使得实验课很难小班教学，有时候得几个学生合用一套教学仪器，造成实验室教师在实验中不敢让学生大胆放开使用实验仪器设备，使得学生对实验的积极性不高，从而影响教学质量。
（2）实验内容和实验方法教条
目前大多数实验教学内容都是以验证性内容为主，加上仪器设备陈旧老化等原因，为了保证实验的顺利进行，实验教师会选定几个易于操作的实验项目给学生进行，在开始实验之前会讲解实验内容并加以演示，为了顺利拿到学分，大部分学生会按照教师讲授或者实验指导书的要求按部就班的进行操作，然后将得到的实验现象和结果一一记录。实话来说，这样的实验教学方式让课堂进展非常顺利，但纵观整个实验过程，学生没有发挥自我主动性，只是被动的机械的完成操作，虽然也顺利完成实验内容，得到了实验结果，但是整个实验过程缺乏自己观点与创新性意识的培养。
模擬仿真技术在电子实验教学中应用
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策[2] 。随着计算机应用的广泛普及，电路中的计算机辅助分析已经成为电路理论分析的重要组成部分。所以利用计算机对电路性能进行分析和仿真成为培养电气工程技术人员必需的基本训练。
使用计算机模拟仿真技术，电子实验的整个过程都可以利用电脑软件来模拟，在电子实验过程中，高压部件和强电流接触都是不可避免的。作为实验初学者，出现操作失误或错误操作也是较常见的，例如电路连接时候出现短路或者短路，导致某些电子元件出现强电击穿、过热起火甚至爆炸等现象。这种情况非常危险，不仅容易让师生受伤，更会引起火灾或出现漏电风险。而如果采用模拟仿真试验系统，学生在实验中并不需要直接接触高危实验部件，就能够得出有效的实验结果，就能避免上述危险情况，还能详细演示如果出现电子元件安装错误或者操作失误带来的严重后果现象，让学生更加注意实验安全。可以说模拟仿真技术来实验比很多传统的教学实验法要更安全，更便捷。
计算机模拟仿真技术的平台计算机，相比于传统的电子实验教学，每一次实验都要用到数量不等的电子元件，甚至有一些是属于消耗性的价格昂贵的元器件。因为模拟仿真技术中的各种成熟的应用的软件，常见电子元器件的型号和特质能被仿真软件成功模拟。模拟仿真实验就不会因为实际元器件在长时间实验运行情况下而造成的元器件损害或者出现实验误差。模拟仿真实验，为保证实验的稳定性，实验者可以自行调整软件时间，既能节约时间成本，又可以节约了学校实验元器件购买经费，更能通过模拟仿真试验减少专业实验室建设，通过计算机多媒体技术的应用，实验指导老师首先将实验进行示范演讲，再让学生进行仿真实验，即节省了教学时间又提高了实验效率。模拟仿真实验又能保证了电子实验得到准确操作，又避免了因为学生设计失误或者操作失误而损坏实际的贵重元器件，这样学生能够顺利完成实验又节约了学校的实验经费。
模拟仿真实验是用电脑软件直接进行模拟实验过程，这样可让学生在模拟过程中放慢实验过程，从而了解实验的每一步的运行，实验进行过程中同时在模拟界面上显示出实验结果甚至可以把每个部件通电之后内部的运行流程进行显示，这样可以帮助学生更加直观的了解了实验的过程和结果。例如，在电路实验“基本元件伏安特性的测绘”实验中，有关于二极管的伏安特性测绘，在仿真实验中，我们可将元件二极管先后正接和反接到特定的交流电和直流电电路中，通过记录电流和电压和温度等实验数据，绘制出相关伏安特性曲线，从而顺利得到关于二极管的重要特性——单向导电。在模拟实验中，通过不断加大二极管两端的负载，使得因为超过其能承受的极限导致二极管熔断，从而起到保护电路的作用，从而理解二极管能作为过载保护器的原因。学生通过在模拟仿真系统中不断地仿真二极管过载过程，观察熔断现象，从而强化印象加深实验结论，而整个实验过程中不需要消耗一个真实的二极管器件。 对于一些电路复杂或者危险性高的高压电路也可以利用模拟仿真技术进行实验。为避免实际电路运行失败或触电危险，可以先再模拟仿真软件中进行调试和试运行，成功 之后再实际组装和运行。因为模拟软件安装容易，学生只要将软件中的实验元器件通过点点鼠标就可进行电路搭建，所以不仅节省大量的教学时间且能保证师生实验安全。在实验运行过程中显示运行故障，可以通过仿真软件中的检测系统来检测实验电路，及时找到故障点对相关问题进行处理从而避免给给实际的实验电路造成真实损害。电子实验、单片机制作以及高压电路的实验过程都可以通过模拟仿真来实验，从而减少危险降低损耗。
模仿仿真实验在提高学生的创新意识非常有益，因为模拟仿真技术让实验突破了时间和空间的限制，只要拥有一台安装上特定软件的电脑，就相当于拥有个人工作室，不再局限于特定的时间到特定的实验室去做电子实验，学生可以在任何自己方便的时间进行实验，既可以安全操作实验又有低成本的优点，能让学生们充分發挥自己的想象力和创造力，将不常接触到元件或是实际操作危险性大的元件或者是昂贵的元器件都组合到实验中来，不用害怕实验的失败而导致的损失，勇敢去尝试各种实验。在多次的实验中一一掌握相关元器件的功用，对实验原理理解的更透彻。
模拟仿真技术的不足
虽然计算机模拟仿真实验有很多优点，但也还是有缺点的。第一，计算机模拟仿真试验并不是实际操作实验，例如线路布置、跳接、电路调试等问题在模拟仿真实验中无法真实体验，必需要经过实际的上机亲手实验才能扎实了解掌握。另外计算机模拟软件里的电路图非常的整齐划一，而实际操作并非如此，所以模拟仿真很难完全取代传统的手动实验方式。
结束语
随着科技高速进步，电子相关专业理论课程的发展虽然也很快，但因为实际知识和理论知识之间惯有的时间差，这样就对实验教学要求更高。学生除了需要理解掌握书本上的理论知识，还需要对相关知识点能进行自我扩充，对新技术未来发展的方向也要有所关注。在电子实验中引入计算机模拟仿真技术，可以充分调动学生学习的积极性，除了课堂上认真跟随老师进行实验，课后能主动上网查询相关资料，自行进行进一步模拟仿真实验。从而将学习的自主性和创造性得到提升。通过模拟仿真技术的在电子实验中的应用，电子实验技术得到了进一步的发展。通过实际教学验证，计算机模拟仿真技术的使用让教学质量和教学效率得到很大提升，同时也让学生们的计算机应用技能水平提高，为国家培养出更优秀的人才。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）.2010.
[2]赫培峰，崔建江，潘峰.《计算机仿真技术》[M]，机械工业出版社2009.
[3]翟文权，李书旗.电子技术实验教学改革探索[J].实验技术与管理，2010，27（10）：139-141.
[4]滑涛.计算机仿真技术的发展及应用探析[J].山东工业技术.2016（18）.
[5]刘扬武.分析计算机仿真技术在高校网络协议实验教学中的应用[J].电脑知识与技术.2014（15）.
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