李晨晖 徐有明

摘要：在电子实验系统教学中引入虚拟软件，进行实验教学改革，建立虚拟实验室，将虚拟实验与实物实验有机地结合，采用虚拟电子实验平台进行电路设计，既克服了传统实验中的一些不足，同时也培养了学生的自主能动性和创新能力。

关键词：电子实验；虚拟实验；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）41-0279-02

虚拟电子实验技术在电子教学中的应用主要有两个方面，即虚拟仪器和虚拟电子实验室，以计算机和网络通信技术作为电子设计与测试的硬件平台，在此平台上进行电子设计和模拟操作及测试，就像在真实的实验环境中做实验，在这样的虚拟实验环境中，进行电工学、数字电路、高频电路、模拟电路等电路的设计与测试，并且对测试结果进行分析、打印或输出实验数据、测试曲线和电路原理图，这种虚拟实验不消耗器材，实验所需器材类型和数量不受限制，实验成本低、效率高、速度快，可开展的设计性实验种类齐全。

一、虚拟仪器由硬、软件平台构成

虚拟仪器所使用的硬件平台主要包括：PC、模（数）/数（模）转换器、输入输出系统等。

虚拟仪器软件平台主要是基于PC端口的二次开发应用所需各种软件，如Lab Windows/CVI、C/C++、微软的VB、VC及惠普公司的VEE等系统应用软件。利用这些虚拟仪器开发工具的通讯与网络能力，可很方便地实现虚拟仪器间的连接和远程操作、设计、测试和控制。

二、虚拟电子实验室及教学应用

虚拟电子实验室是将大量的虚拟电子仪器进一步整合在同一虚拟平台之中，在平台内进行自由切换，从而使学生掌握仪器的使用，进行各种设计性的实验，利用虚拟仪器完成实验功能和设计，并在设计和实验操作中延伸和拓展独立虚拟仪器功能。目前多使用Multisim、Protel、MATLAB等软件系统，以及工作平台EWB（Electronics Workbench）来应用于电子技术的仿真。此类软件提供了诸如数字万用表、函数信号发生器、功率表、逻辑分析仪、伏安特性分析仪、端口网络分析仪、Agilent函数信号发生器等大量不同型号的虚拟仪器，以及电源、模数混合元器件、基本元器件、整流类元器件、射频元器件、机电元器件等多种各类电子元器件。学生通过使用此类平台，可以方便快捷地进行并完成电子电路的设计与测试，包括电子技术、电子电路、电工技术以及各类课程设计的实验。

1.虛拟电子实验系统的优点。（1）拥有各种不易磨损的元器件，具备良好的使用状态，且功能完善，可以进行各电子类课程的实验操作。（2）对实验结果可以进行及时的分析处理，并利用端口对所需数据进行输出。（3）成本较低，无须使用各类元器件以及其他实验耗材，且相对维护成本较低。（4）利于在基础实验的基础上进行二次设计开发，且效率高，速度快，运行稳定。

2.EWB虚拟实验软件在电子实验中的应用。

（1）虚拟电子实验。通过利用EWB电子工作平台，可以极为方便地进行电路测试与设计。例如：做共射极单管放大电路实验，实验时在PC端将所需使用到的各类元器件及仪器仪表拖拽至工作区域，根据实验电路将虚拟元件相连接并将合适的信号接入放大电路，设置合适的静态工作点，在虚拟实验平台中就可以观察到放大的不失真的波形。若输入信号过大，或者静态工作点不合适，则可以观察到失真波形，可以帮助学生直观地观察了解到信号放大的整个过程。通过点击对应元器件的图标，即实现参数的重新选择与设置，极大地简化了设计步骤并大量地提升了实验效率。（2）实验演示及考查。通过虚拟电子实验不单单是提升了实验的效率，还可以方便地将教学中的各种难点重点，利用直观的形式演示给学生，同时对于基础理论的演示也可以更加方便学生理解与应用概念。此外，该软件可以通过设置电路中某些位置的故障，让学生用所学习的知识排查故障，并将电路恢复到正常状态，从而考查学生对电子电路的学习效果。（3）学生的创新及二次开发能力。虚拟电子实验室为学生提供了更好的实验环境，利于在课堂中开展学生为主体的互动教学模式，利于学生的知识框架的搭建与知识的充填，且更利于学生创新以及二次开发能力的提高。与此同时，可以实现开放的线上网络平台，学生可以随时随地使用该平台及软件，在规定的时间内完成课程所要求的各项实验，此外通过让学生自己动手设计一些实用的、趣味性强的电路，还可以对已经完成的电路进一步地修改完善，这样不但丰富了教学方式，还同时提高了学生的学习积极性，不断提升学生的动手能力，并为学生进行科研工作夯实了基础。

三、存在的问题

虚拟电子实验在飞速的发展过程中，极大地方便了教师的教学与学生的理解，其及时性、高效性，是传统电子实验技术所不能比拟的。但是，其仍然存在着大量的问题，诸如，无法考虑实验的环境对于结果的干扰，无法考查学生实际动手能力，等等。教师在教学过程中还需着重提高学生实物的制作、调节、测试能力，使其巩固所学知识。利用虚拟电子实验技术与传统电子实验技术相结合，可以达到更好的教学效果。

参考文献：

[1]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]黄依珍.谈谈虚拟实验在课程教学中应用[J].装备制造技术，2011，（3）.

[3]李小明.多媒体电子技术虚拟实验教学系统的设计[J].天津电大学报，2011，（6）.

[4]王济军，等.虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J]中国电化教育，2011，（4）.