淺析電工電子類仿真綜合實驗室的組建

摘要：電工電子類技能實訓(xùn)實驗是職業(yè)中學(xué)電工電子類專業(yè)課程的重要組成部分，教學(xué)的質(zhì)量高低在很大程度上取決于專業(yè)課演示實驗和學(xué)生分組實驗的實際開出率。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，學(xué)校在實驗設(shè)備的配備上很難跟得上實驗教學(xué)的要求。在這種情況下，如何尋找實驗教學(xué)的突破口，直接影響了實驗教學(xué)任務(wù)能否順利完成。通過教學(xué)實踐和探索，發(fā)現(xiàn)利用虛擬仿真軟件可以很好地解決這個問題。
　　電工電子類實驗是職業(yè)中學(xué)電工電子類專業(yè)課程的重要組成部分，教學(xué)的質(zhì)量高低在很大程度上取決于專業(yè)課演示實驗和學(xué)生分組實驗的實際開出率。本文以中等職業(yè)教育電工電子實驗在教學(xué)中的作用為基礎(chǔ)、結(jié)合目前中等職業(yè)教育電工電子類實驗課開出率的現(xiàn)狀和原因分析，以及仿真實驗在實驗教學(xué)中的優(yōu)勢等方面，探討利用仿真軟件組建電工電子仿真實驗室的可行性和實用性。
一、實驗課對教學(xué)的重要性：
　　教師的演示實驗對學(xué)生起著潛移默化的直接示范作用，為學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)概念和規(guī)律提供了直觀的環(huán)境，通過指導(dǎo)學(xué)生觀察和分析實驗現(xiàn)象，使學(xué)生獲得直觀的感性認(rèn)識，從而更好地理解和掌握電子概念和規(guī)律。成功的演示實驗可以引起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，而學(xué)生的分組實驗是最具體的，需要學(xué)生開動腦筋，動手操作，比用其他方法更能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更有利于學(xué)生觀察現(xiàn)象，并從中發(fā)現(xiàn)問題而獲取知識，更能加深學(xué)生對知識的理解和掌握。所以，加強(qiáng)實驗教學(xué)是學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)，推行職業(yè)教育，掌握技能的重要措施。
二、實驗教學(xué)現(xiàn)狀及主要原因分析：
　　現(xiàn)實中，總有很多實際情況影響教師演示實驗和學(xué)生分組實驗的開出率，從而直接影響了教學(xué)效果。究其原因主要還是因為學(xué)校已有實驗設(shè)備陳舊落后，或者數(shù)量跟不上學(xué)生規(guī)模的發(fā)展，使分組實驗難以組織和進(jìn)行。學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足，對損耗損壞的儀器設(shè)備無力及時補(bǔ)充。實驗設(shè)備管理有難度，儀器設(shè)備人為損壞或?qū)W生操作失誤損壞多。
三、中等職業(yè)教育電子類專業(yè)實驗課程簡介：
　　1.電工基礎(chǔ)實驗:常用電工儀器儀表的使用、晶體管簡易測量等。
　　2.數(shù)字電子技術(shù)實驗:基本邏輯門電路、組合邏輯電路等。
　　3.模擬電路實驗:電子儀器實驗、晶體管的簡易測試、整流、濾波和穩(wěn)壓、單級交流放大器、穩(wěn)壓電源制作等。
　　4.高頻電子技術(shù)實驗: 通頻帶展寬電路、LC振蕩器、調(diào)幅與檢波系統(tǒng) 、非線性波形變換、調(diào)頻與鑒頻系統(tǒng)、FM 接收機(jī)組裝等。
　　5.電子設(shè)計自動化實驗:1位全加器輸入設(shè)計、多路選擇器設(shè)計、8位硬件加法器設(shè)計、7段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計等。
　　6.C語言程序設(shè)計實驗:C語言程序的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行、C語言程序、數(shù)據(jù)類型、輸入與輸出、綜合程序設(shè)計等。
　　7.電子組裝工藝與設(shè)備實驗:波形合成法測頻率、信號發(fā)生器的使用、頻率特性測試儀的使用、元器件的識別與測量、檢測等。
　 8.單片機(jī)原理與接口技術(shù)實驗:清零程序、ＭＣＳ—５１實驗系統(tǒng)的使用、數(shù)據(jù)傳送程序、數(shù)據(jù)排序?qū)嶒灥取?nbsp;
　　9.電子CAD實驗：PROTEL99軟件的安裝、基本操作、原理圖編輯入門、原理圖設(shè)計、元件庫編輯、印制電路板的編輯、PCB元件庫編輯、電路仿真等。
四、仿真軟件功能簡介：
　　根據(jù)上述電子類專業(yè)實驗課程內(nèi)容選擇仿真軟件。
　　1．電子仿真軟件Multisim。它有十分豐富的電子元器件庫，可供用戶調(diào)用組建仿真電路進(jìn)行實驗；它提供18種基本分析方法，可供用戶對電子電路進(jìn)行各種性能分析；它還有多達(dá)17臺虛擬儀器儀表和一個實時測量探針，可以滿足一般電子電路的測試和實驗。較新的版本NI Multisim10軟件則不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，其在虛擬儀器、單片機(jī)仿真等技術(shù)方面都有更多的創(chuàng)新和提高。功能相當(dāng)強(qiáng)大，能勝任各種電子電路的分析和仿真實驗。
　　2．Proteus的ISIS。是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點是可全部滿足單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS-232動態(tài)仿真、C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。該軟件功能極其強(qiáng)大，可滿足學(xué)校C語言程序設(shè)計實驗和單片機(jī)實驗教學(xué)仿真要求。
　　3．FX-TRN-BEG-C是三菱公司新推出的中文版PLC教學(xué)軟件，是一個能提供各種控制要求、仿真運(yùn)行各種控制程序的教學(xué)平臺。它利用3D虛擬空間設(shè)計，模擬出各種真實場景，操作簡單、效果明顯。例如，交通信號燈控制、正反轉(zhuǎn)控制、分揀和分配線控制、舞臺裝置控制、升降機(jī)控制等等，每一個場景都惟妙惟肖。學(xué)生可以在任何一個場景中按照控制要求進(jìn)行編程，繪出梯形圖，并對PLC進(jìn)行仿真運(yùn)行操作，觀察運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求，完全能勝任中等職業(yè)教育PLC實驗教學(xué)要求。
五、仿真實驗在實驗教學(xué)中的優(yōu)勢：
　　1．彌補(bǔ)了實驗經(jīng)費(fèi)不足的缺陷
傳統(tǒng)電工電子類專業(yè)實驗需要有儀器設(shè)備和元器件的支持。有些實訓(xùn)器材價格昂貴，如單片機(jī)實訓(xùn)箱、PLC實訓(xùn)裝置，有些實驗耗材大，有些實驗設(shè)備易損壞等等，都制約著學(xué)校實驗項目和數(shù)量的開出。在這種情況下，仿真電子實驗實訓(xùn)很好地彌補(bǔ)了因?qū)嶒炂鞑暮徒?jīng)費(fèi)不足造成的這種遺憾。而且，仿真實驗一般不用考慮儀器的更新?lián)Q代，只需通過軟件的升級就能保證仿真設(shè)備的先進(jìn)性。一些因需要價格昂貴或特殊設(shè)備而無法開展的實驗，也可以通過仿真輕易實現(xiàn)。
2．投入少，幾乎無損耗的實驗過程，維護(hù)成本低
　　傳統(tǒng)的電工電子實驗中，如果因為人為原因或者別的因素造成短路或電壓過高、儀器檔位選擇錯誤等，都很容易燒毀元器件，甚至燒毀貴重儀器。使用仿真技術(shù)可以從根本上避免實際儀器價錢高、易損壞、維護(hù)難的問題。甚至即使是人為地大幅度增大電源電壓、人為選擇錯誤量程，都不用擔(dān)心儀器會損壞，把對儀器設(shè)備的投入轉(zhuǎn)化成計算機(jī)軟硬件的投入，把儀器設(shè)備的維護(hù)轉(zhuǎn)變成對計算機(jī)軟硬件的維護(hù)，極大地減少了投入成本和維護(hù)成本。更不用擔(dān)心學(xué)生在實驗過程中會觸電造成人身安全事故。這些都是傳統(tǒng)電工電子類實驗不可能做到的。
　　3．豐富的測量儀器和元器件庫
　　除了常規(guī)實驗常用的萬用表、雙通道示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻儀等，還有邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等。克服一般學(xué)校儀器品種、數(shù)量不足的問題。元器件庫，包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMOS數(shù)字電路等，并且用戶可以通過元件仿真編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可以進(jìn)行元件模型的擴(kuò)充和更新。更重要的是不再需要購買實際元件，極大地減低了實驗成本。
　　4．有利于學(xué)生開展探索性研究性實驗
　　傳統(tǒng)的電工電子實驗教學(xué)，由于實驗條件的局限性，實驗老師在課前會把本節(jié)課所需的儀器設(shè)備和元器件準(zhǔn)備好，然后學(xué)生按照實驗的要求和步驟進(jìn)行實驗，這樣的實驗，學(xué)生很少有自我發(fā)揮的機(jī)會，這也不符合目前以學(xué)生為主體的教育理念。在仿真實驗中，實驗成本下降了，儀器儀表和元器件的選擇范圍擴(kuò)大了，更利于以學(xué)生為主體，開展一些設(shè)計研究性實驗和探索性實驗，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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