关于探索虚实结合的新型实验模式

【摘 要】电子技术实验由于受到实际条件的影响和限制，会出现在现实实验操作中比较难得出实验结论或得出的结果与理论相差很大。本文介绍一种虚拟实验操作，就是利用仿真软件将实验过程进行仿真，从而得出实验结论。

【关键词】虚拟实验；仿真软件；实验模式

电子技术课是工科类学校一门非常重要的技术基础课，而电子电工实验室又是必不可少的一个实验室，它可以完成绝大多数的实验项目。在实际的教学过程中我们发现，有些实验现象通过实物操作比较难得出结论或者得出的结果与理论相差很大。而很多实验都是验证性实验，没有创新或者没办法创新（因为元器件都已提供好），若要修改实验中的参数，没有具体的实物提供。若建立一个虚拟的电子电工实验室，就是利用仿真技术、教学建模和多媒体技术在计算机中所营造出可辅助的、部分替代甚至全部替代传统实验的各个操作环节，实现实验教学。

在实际的现实实验中，学生不但要将实验的电路图用实际的元器件搭建好，而且还要学会使用各种仪器设备，如万用表、示波器、信号发生器等。实际上学生对这些仪器的不会使用或者不能熟练使用，另外有些仪器设备还需要调节、设置。如用万用表在测量电压时，我们要将旋钮设置在电压档位，而电压又分为直流和交流，根据测量的不同又要分别设置，还要选择合理的量程。在实际实验时，电子元器件往往采用塑料加金属引脚封装，再用导线一一连接起来，一旦连接错误发生短路，元器件很容易烧毁引发事故。这些常常会造成整个实验的失败，从而影响对实验原理的理解，达不到实验的预期效果。

虚拟仿真实验的一大特点就是不受实验设备、场地的条件限制，只要有计算机，用仿真软件完全能够仿真各种模拟、数字电路实验，许多实验接近于理想。我们将现实实验操作中比较难得出结论或得出的结果与理论相差很大的实验项目和一些需要增加创新或更改元件参数的验证性实验项目用虚拟仿真实验进行操作。在实验前，学生必须学会一种仿真软件（如EDA、Multisim）的操作，各种元器件在库中都能找到，而且可以随意改变元器件参数。各类仪器仪表也都不需要复杂的设置和操作，只要正确连接就能得到相应的数据或波形。在做设计性实验时，如果设计完电路直接用硬件实验来实现，往往不能一次成功，需要重新搭建电路，有时还会因为考虑不周，造成实验仪器仪表损坏。利用仿真实验技术，将所设计的电路先在仿真平台上进行测试，从测试结果分析就能很快地发现并修正错误。这样学生可以尽情发挥自己的创造力，对电路的分析和测试进行不同的尝试，使学生完全成为实验电路的剖析者和探索者，而又不必担心会损坏任何器件或仪器。这样，可以充分发挥学生的主观能动性，从而实现从验证型实验到设计型实验模式的转变。

在实际生产过程中，电子设计师在开发和设计一新的产品或增加产品某项功能时，前期往往利用一些仿真软件进行开发、设计，得出相应的数据，然后再在实际的产品上进行试验。这样，一方面可以缩短设计周期，另一方面也可以减少不必要的浪费。学生经过虚拟电子实验的操作，毕业后走上工作岗位也可以马上适应，不会与实际相脱节。

虚拟实验室是对现实实验室资源的有力补充，它能够对实验内容、过程进行实时仿真，为学生提供高逼真度的实验环境，加深对实验原理的理解和掌握。虚拟实验室还可以最大程度上节约实验设备，缓解学校对实验设备经费紧张的情况。然而，虚拟实验室毕竟是虚拟的，学生实验仅仅接触的是计算机屏幕，无法体会到在真实实验室遇到的对故障的产生、分析和排除的方法。虚拟实验只是对真实实验的补充，而非代替，两者相辅相成。在具体操作过程中，我们对一些理论性较强的验证性实验，以观察实验现象为主；对一些数据采集较困难的实验或受实验条件限制，实验设备有限、学生易出错，对设备损害严重的实验采用虚拟实验；而一些实用性较强、设计性实验一定要采用实物实验。