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摘要：本文针对教育部开展国家虚拟仿真实验教学建设要求，分析了目前高职电类实验课程的传统教学方式，提出引入Proteus虚拟仿真软件，应用在电类核心课堂教学中。然后以虚拟仿真实例阐述Proteus在实验课题教学的重要性和可行性。结果显示引入Proteus使课堂教学具有直观性、可视性和趣味性，学生学习的积极性、主动性及创新性大大提高，实验课堂教学效果显著提高。
关键词：虚拟仿真；实验教学；Proteus；教学效果
本文引用格式：熊建平.虚拟仿真在高职电类实验课程中的应用[J].教育现代化，2019，6（2）：194-196
Application of Virtual Simulation in Electrical Experiment Course of Higher Vocational Education
Xiong Jian-ping
(Shenzhen Polytechnic,Industrial Center,Shenzhen,Guangdong,China)
Abstract:The paper is aiming at the requirement of the Ministry of Education for the construction of national virtual simulation experimental teaching and analyzing the traditional teaching methods of electrical experiment courses in higher vocational colleges at present.The introduction of Proteus virtual simulation software is proposed and applied in electrical core classroom teaching.Then the importance and feasibility of Proteus in experimental teaching are illustrated with virtual simulation examples.The results show that the introduction of Proteus makes classroom teaching intuitive,visual and interesting.The students'enthusiasm,initiative and innovation are greatly improved and the experimental classroom teaching effect is significantly improved.
Keywords:virtual simulation;experimental teaching;Proteus;teaching effect
教高函[2018]5号文指出，为学习贯彻党的十九大精神，适应信息化条件下知识获取方式和传授方式、教与学关系等发生革命性变化的要求，写好教育“奋进之笔”，深化信息技术与教育教学深度融合，教育部决定开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作。
在国家信息化发展战略指导下，信息技术在教育教学领域的应用正在逐步深入，有利促进了教育模式、教学方法和学习方式发生根本性的变革。虚拟仿真实验教学是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。要突出以学生为中心的实验教学理念、准确适宜的实验教学内容、创新多样的教学方式方法、先进可靠的实验研发技术、稳定安全的开放运行模式，持续改进的实验评价体系和显著示范的实验教学效果。
随着互联网和信息技术的快速发展，学生学习方式和获取知识的途径变得多样化。基于信息技术和“互联网+”的全新教学方式不断得到改善，虚拟仿真实验教学运用越来越为广泛。虚拟仿真技术是通过构建逼真的实验环境和操作对象，让学生在开放、自主、交互的虚拟环境下开展高效、经济、创新的实验，从而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果。尤其对于一些涉及高危或极端环境、高成本高消耗的大型综合性实验项目，虚拟仿真实验具有非常明显的优势。高职电类实验教学中常用的虚拟仿真Proteus软件，是英国Labcenter公司开发的电类虚拟仿真软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus可仿真模拟电路、数字电路、模数混合电路以及多种微控制器系统，是目前世界上最先进、最完整的电类仿真平台之一[1]。在电类实验教学中引入Proteus虚拟仿真软件，不仅可以提高学生对课堂实验教学内容的理解，还能提高学生自主设计、调试、分析电路的能力，学生对电类基础实验学习兴趣大大提高，参与性及积极性大大提高，实验教学效果显著提高。
一 电类实验课程传统教学方式分析
《电子技术》课程是高职电类专业的核心基础课，主要包含《模拟电子技术》及《数字电子技术》理论教学及实验教学。实验教学在传统电类课程中一直处于辅助地位，各所高职院校对实验教学的重视程度不同，导致实验教学环节往往难以达到应有的成效。大部分高职院校在实验教学上采取模数实验箱或面包板搭接完成，主要以验证性实验为主。学生在规定的时间内（通常为2-3个课时），按照实验手册内容和步骤，连接电路图，测量实验数据，观察实验波形，填写实验表格，最后对完成实验报告。学生在实验过程中按部就班，无需思考，没有任何创新性思维。结果大部分学生虽然实验完成了，但都不明白自己做了什么实验，对实验数据及波形的缘由也知之甚少。大部分学生很少主动地了解元器件特性及分析电路原理，也没有对实验结果分析并提出改进措施。这种传统实验教学方式非常不利于培养学生的动手能力、综合运用知识能力和分析解决问题的能力。
为了解决上述难题，将Proteus虚拟仿真软件引入电类实验课程教学环节，教师在讲授实验教学内容时，先使用Proteus虚拟仿真软件将讲授内容虚拟仿真展示，演示电路的连接特性，学生边看边做，观察电路产生现象，记录实验数据，甚至修改电路参数，在实验教学初期形成自主设计电路的能力。这样学生对实验内容的理解，元器件的识别，所使用的仪器仪表，实验可能出现的现象以及实验故障的排除都有一个清晰的认识，学生参与性、积极性、创新型大大提高，实验教学效果显著提高。
二 Proteus在电类实验课程虚拟仿真实例
在电类核心专业课程《电子技术》的实验教学环节中，引入Proteus虚拟仿真软件可以实现电路的一站式服务，从元器件选取，布局，连线，参数修改，到虚拟仿真，学生可以直观地参与和观察实验全过程，对电路中所有元件特性及基本原理理解更为深刻，并能根据所完成的实验，自主设计修改电路参数，达到预期的实验效果。下面以《电子技术》课程中反相比例运算放大电路为例，利用Proteus虚拟仿真软件在线仿真该放大电路，并在电路原理图中添加电源及相关仪器仪表，调节电位器RP，可得到多组不同的数据，最后将虚拟仿真数据与理论值进行比较。虚拟仿真反相比例放大电路如图1所示。
（一）反相比例运算放大电路实验理论分析
在图1反相比例运算电路仿真图中，集成运算放大器LM741采用双电源供电，供电电压为，信号输入可以采用交流信号，也可以采用直流信号，本虚拟仿真实验采用直流信号测试。直流信号由+15V电源经电阻R2和电位器RP分压而得。R2和RP的选择原则是：若它们的阻值过小，则电源消耗过大；若它们的阻值过大，则输入信号又容易受到干扰，调节也不方便。因此一般可使流过R2和RP的电流为几毫安为宜。本实验图中采用，，此时，输入端不会影响分压器电压值。输入信号从运算放大器的反相端输入，构成反相比例运算放大电路，根据理论分析，该电路的理论放大倍数为：ARF5105.1（负号表示输入输R1 100出之间相位为反相）
（二）反相比例运算放大电路虚拟仿真值及理论值对比
在图1中加入直流电压表，调节电位器RP，测量输入信号和输出信号电压值大小，测量结果如表1所示。
从测量的数据来看，无论电位器RP滑到何位置，整个电路的放大倍数都维持在5.1倍左右，与理论值非常接近，其相对误差都小于。同时，学生可以修改电阻RF及R1阻值，得到不同的放大倍数；还可自行设计这两个参数的特殊值，使集成运放的输出值趋于饱和，让学生理解运放的最大输出电压概念。同时，学生在实验过程中，也理解了利用集成元件构成放大电路比用分立元件构成放大电路要简单实用得多，集成元件在实际电路中的应用越来越广泛。
从上述虚拟仿真实验可以看出，引入Proteus虚拟仿真软件，不仅可以进行电路搭接，调试，测试，还可直观观察电路电流流向，仪器仪表数值，各点波形等。实验结果显示，将虚拟仿真放大倍数与理论放大倍数相比较，其相对误差非常小，完全可以模拟实际硬件电路。
三 结语
本文以《电子技术》课程中反相比例运算放大电路为实例，实验过程中充分发挥了虚拟仿真软件Proteus的优势，通过简易地绘制电路原理图，修改元器件参数，直观地连线以及动态的仿真效果，充分调动了学生的学习参与性、积极性和创新性。同时，学生根据自己实验过程中的体会，自行设计多种不同电路，分析调试，仿真分析，达到自主设计分析调试电路的目的，实验效果大大增强。
参考文献
[1]熊建平.基于Proteus电路及单片机仿真教程[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2013:1.
[2]王建华,刘勇,刘丹,黄惠娴,杨意,徐海涛.Multisim仿真软件对提高电路实验教学质量的影响探索[J].教育现代化,2018,5(27):170-172.
[3]胡今鸿,李鸿飞,黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究[J].实验室研究与探索,2015,34(02):140-144+201.
[4]熊建平.基于Proteus虚拟仿真软件在高职电子类课程中的应用[J].教育现代化,2017,4(37):160-161.
[5]朱清慧.Proteus教程-电子线路设计、制版与仿真[M].北京：清华大学出版社，2008（09）.
[6]苗风东,陈永超,丁电宽,邹玉炜.虚实结合的电类专业实验实践教学模式研究——以安阳师范学院为例[J].安阳师范学院学报,2018(05):132-135.
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