基于虚拟仿真技术的电子电路实验教学探索

孙丹丹 张晓磊 赵同刚 文福安

摘  要：将虚拟仿真技术及多种辅助教学功能教学系统相结合，应用到电子电路实验教学中。以“差分放大电路”为例，在虚拟仿真实验平台上进行实验预习，电路设计和实验数据获取及分析，探讨了基于虚拟仿真技术的电子电路实验课程改革。利用虚拟仿真实验平台的实时性和易操作性，学生可以不受时间地点的约束，随时随地的进行实践，加深了学生对电路设计、故障分析和仪表应用等知识点的认知程度，提高学生对实验课程的兴趣和实际动手的能力。

关键词：虚拟仿真技术;电子电路实验;实验教学

中图分类号：G642 文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）35-0108-04

Abstract： Combining virtual simulation technology with various auxiliary teaching function teaching systems， it is applied to electronic circuit experiment teaching. Taking "differential amplifier circuit" as an example， the experiment preview， circuit design and experimental data acquisition and analysis are carried out on the virtual simulation experiment platform， and the electronic circuit experiment curriculum reform based on virtual simulation technology is discussed. By using the openness and sharing of virtual simulation experiment， students can practice anytime and anywhere without the constraints of time and place， deepen the students' cognition of knowledge points such as circuit design， fault analysis and instrument application， and improve the students' professional interest and ability to combine theory with practice.

Keywords： virtual simulation technology; electronic circuit experiment; experimental teaching

电子电路实验是电子科学与技术学科的专业基础课，但是课程在开展过程中经常受到实验课时和实验场地的限制，以及实验教师人力的不足，常常导致难以实现预定的实验教学目标，为了解决所面临的实验教学条件等一系列问题，我们在原有课下实验课程的基础上增加了线上虚拟仿真实验，在电子信息类实验教学中引入虚拟仿真技术，构建多种辅助实践教学的管理系统，面向在校学生开放的虚拟仿真实验教学平台，实现了在课堂上进行理论教学，在课下进行虚拟实验教学以及在实验室里进行实物实验相结合的实验教学方法和实验教学模式的改革，对更新实验教学内容、提高实验教学水平起到了积极的作用[1-3]。

电子电路虚拟仿真实验在原有的基础型和设计型实验的基础上，增加虚拟仿真环节，突破了原有实验的时间和空间的界限，提高了实验的趣味性、自主性、设计性及创新性。实验方法灵活多样、实验手段不受局限，有助于学生提出具有典型性的、创新性的问题，加深学生对理论课知识的理解，激发实验的兴趣和动手能力，增强学生的创新思维。虚拟仿真实验为学生独立自主地进行学习与实践创造良好的条件，更有利于培养学生的实践创新能力和解决实际应用问题的综合素质[4-7]。

一、电子电路虚拟仿真实验教学平台

（一）电子电路虚拟仿真实验教学平台的功能

电子电路虚拟仿真实验平台实现了对实验课程相关实验内容及要求和教学管理的有机整合，全流程包括：实验课程安排与学生预约选课、实验需要预习的相关理论知识的学习、虚拟仿真实验操作平台、实验中遇到相关问题的智能答疑与智能指导、实验数据的在线提交、实验报告可以线上批改和对取得的实验教学效果进行评估等[8]。

该虚拟仿真实验教学平台可以在学生做实验的过程中采集各类行为数据，根据学生的实验结果，提供实验指导并有针对性的做出实验评价，通过采集到的数据进行学生在实验预习，实验过程以及实验效果的详实和客观的分析，从而为科学地开展实验教学评估及教学改革提供了有力可靠的数据支持，并减轻了实验教师的负担。一次实验的过程如图1所示。

（二）电子电路虚拟仿真实验平台的优势

目前北京邮电大学电子信息类虚拟仿真实验中心初步完成了电子电路实验的实验教学体系建设，采用了“讲解理论知识-虚拟仿真实验-实践操作”线上线下混合实验教学的新模式。在线上实验教学平台上，学生根据实验题目要求，自主设计实验电路图，选择和配置元器件参数，撰写实验步骤，搭建实验电路，调节虚拟仪器仪表设置，根据实验指标要求模拟真实的实验过程，最后对电路仿真的结果进行观察及分析[9-10]。整个流程下来，学生对实验操作过程及重点有了深刻的认识和理解，再和理论课知识进行有机结合，既巩固所学知识又增强了实验主动性，提高了对设计实验的興趣和实践的动手能力。利用虚拟仿真实验平台可以解决：