電子信息類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路虛擬技術(shù)論文
摘要：本文分析了當(dāng)前電子信息類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題及現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和手段，為提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)，探討了虛擬技術(shù)在電子信息類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；EWB；虛擬儀器
電子信息類系列課程是電類專業(yè)學(xué)生極其重要的技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課,這些電類課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼行Ш透咝ч_展，對(duì)電類專業(yè)學(xué)生的高質(zhì)量培養(yǎng)起至關(guān)重要的作用。在電子信息類系列課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中處理好傳授知識(shí)與培養(yǎng)能力的關(guān)系，把重點(diǎn)放在培養(yǎng)學(xué)生能力和提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)上。
一、電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的主要問題及現(xiàn)有的手段
�。ㄒ唬╇娮有畔㈩悓I(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的主要問題
1、教學(xué)內(nèi)容多，教學(xué)時(shí)數(shù)少
教學(xué)改革后大綱規(guī)定的學(xué)時(shí)數(shù)比較少。但為了學(xué)生后續(xù)課的學(xué)習(xí)及能力的培養(yǎng)其內(nèi)容不應(yīng)減少。由于教學(xué)時(shí)數(shù)的減少，電子線路實(shí)驗(yàn)只能做以下幾個(gè)內(nèi)容：“模電”實(shí)驗(yàn)開設(shè)12個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，另外開設(shè)有設(shè)計(jì)性小制作實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)制作的內(nèi)容不限，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好，自選內(nèi)容。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)開設(shè)2個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和6個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，但在通常情況下，專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的比例應(yīng)為3 ：1 左右，而目前我們的實(shí)際情況離這一要求相差甚遠(yuǎn)。這必將對(duì)學(xué)生在素質(zhì)的提高，能力的培養(yǎng)上產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
2、重知識(shí)傳授，輕能力培養(yǎng)
傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般是以傳授知識(shí)為主，教師按照教學(xué)大綱一課課地講，學(xué)生被動(dòng)地一課一課地聽，教師講到哪里學(xué)生就聽到哪里。學(xué)生反應(yīng)：“教師講課時(shí)我都能聽明白，但是讓我自己做就不知道如何下手。”這就是典型的能力不夠的問題。
3、傳統(tǒng)教學(xué)思想阻礙實(shí)驗(yàn)室功能發(fā)揮
高等院校要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。應(yīng)當(dāng)說：高等院校的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力最生動(dòng)、最活潑的場(chǎng)所。但這一方面往往被忽視了，傳統(tǒng)的教學(xué)思想、教學(xué)方法、教學(xué)手段，阻礙了實(shí)驗(yàn)室功能的發(fā)揮。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中教授說過，他是第一個(gè)通過自己實(shí)驗(yàn)得到諾貝爾獎(jiǎng)的中國(guó)人，希望能提高中國(guó)人對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，擺脫輕實(shí)驗(yàn)，過分重視理論的舊傳統(tǒng)。由此可見，不重視實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才就是一句空話。
�。ǘ╇娮有畔㈩悓I(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的現(xiàn)有手段
這是一種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路在面包板上插裝元器件和連接導(dǎo)線，然后接入信號(hào)源進(jìn)行性能指標(biāo)的'測(cè)試。對(duì)于大型設(shè)計(jì)型試驗(yàn)，在對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)試時(shí)，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不斷更換元器件或修改參數(shù)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這種試驗(yàn)方式受儀器設(shè)備和元器件品種、數(shù)量的限制，而且實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，有些實(shí)驗(yàn)往往無法及時(shí)完成。學(xué)生分析、解決電子技術(shù)小型綜合系統(tǒng)的能力差，動(dòng)手操作能力弱，離素質(zhì)教育、綜合能力的培養(yǎng)目標(biāo)還有很大的距離。總之，在現(xiàn)行教學(xué)方式和手段下，保證學(xué)生學(xué)習(xí)好、掌握好電子技術(shù)系列課程的措施尚不夠充分。
二、虛擬技術(shù)在電子信息類課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用前景
�。ㄒ唬半娮庸ぷ髋_(tái)”——EWB在電子信息類課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子電路的模擬或仿真，已成為電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要手段。在仿真過程中，僅需操作鼠標(biāo)即可設(shè)計(jì)電路、更換元器件、修改參數(shù)、測(cè)量數(shù)據(jù)和觀察波形，直至電路性能最優(yōu)。虛擬“電子工作臺(tái)”WB)。它可以仿真模擬電路、數(shù)字電路和混合電路。目前，己在現(xiàn)代電子工程設(shè)計(jì)和電子類課程教學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
電子技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)是：電子系統(tǒng)數(shù)字化，電子器件高度集成化，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化，電子技術(shù)普及化。因此調(diào)整與改革電子技術(shù)系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法與手段勢(shì)在必行。采用先進(jìn)的電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)手段，它不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器、元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)的不足，熟悉常用電子儀器的測(cè)量方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。在虛擬“電子工作臺(tái)”上制作電子技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)電路，并用于學(xué)生訓(xùn)練和操作。
EWB的使用對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是很有幫助的。學(xué)生既可以在做實(shí)驗(yàn)前，首先使用EWB軟件工具將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仿真，以便使實(shí)驗(yàn)做的又快又準(zhǔn)確。又可以用EWB作實(shí)驗(yàn)室中不易進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，例如溫度特性、頻率特性等實(shí)驗(yàn)室不能或不易完成的實(shí)驗(yàn)，我們可以用EWB進(jìn)行仿真。使學(xué)生認(rèn)識(shí)溫度、頻率等參數(shù)對(duì)電路的影響。。
�。ǘ� 電子信息類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路——虛擬儀器技術(shù)
1、虛擬儀器技術(shù)
虛擬儀器（Virtual Instruments 簡(jiǎn)稱VI ）即利用計(jì)算機(jī)、嵌入式硬件、軟件完成“測(cè)量—存儲(chǔ)—處理—控制”功能合二為一的新型儀器。是基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字化測(cè)量測(cè)試儀器。虛擬儀器技術(shù)的實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器不僅可以用于測(cè)量、分析等領(lǐng)域，而且還廣泛的應(yīng)用于設(shè)備的監(jiān)控、工業(yè)過程的自動(dòng)化，它代表了國(guó)際上測(cè)控領(lǐng)域的最前沿技術(shù)。它的集成化開發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C 語言的功能。應(yīng)用CVI ，引入虛擬技術(shù)，是當(dāng)前測(cè)試界的發(fā)展趨勢(shì)。
傳統(tǒng)的測(cè)量測(cè)試儀器的主要功能可由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測(cè)試和分析、結(jié)果輸出顯示等三大部分組成，如果數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出由基于計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)來完成，只要另外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構(gòu)成基于計(jì)算機(jī)組成的測(cè)量測(cè)試儀器——虛擬儀器技術(shù)。虛擬儀器和諸如EWB 、Multisim 、EDA 等仿真軟件中的虛擬儀器概念完全不同，它可以完全替代傳統(tǒng)臺(tái)式測(cè)量測(cè)試儀器，而仿真軟件中的虛擬儀器是純軟件的、仿真的，不具備數(shù)據(jù)采集、信號(hào)的輸入與輸出功能,不能應(yīng)用于測(cè)試、計(jì)量等科學(xué)研究領(lǐng)域。虛擬儀器通過在普通計(jì)算機(jī)上加上相應(yīng)的軟件和硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就象是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專用的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個(gè)使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。虛擬儀器系統(tǒng)概念是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展、升級(jí)等。
2、虛擬儀器引入實(shí)驗(yàn)室
實(shí)驗(yàn)是教學(xué)活動(dòng)中一個(gè)必不可少的過程，對(duì)于電子信息類專業(yè)，諸如電子線路等課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的的技術(shù)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)好這些課程至關(guān)重要。學(xué)生通過足夠的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和一定數(shù)量的綜合性實(shí)驗(yàn)，才能加深理解和掌握該學(xué)科的理論知識(shí)，提高綜合測(cè)試技能和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＲ虼�，充�?shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增開綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，不斷改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)是十分必要的。隨著測(cè)試儀器的數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)測(cè)試儀器漸浙有被取代的趨勢(shì)。如果運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，以微機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)建集成化測(cè)試平臺(tái)，代替常規(guī)儀器、儀表，不但滿足電子基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，而且將這批微機(jī)可做為其他有關(guān)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)用機(jī)，大大提高了設(shè)備利用率，降低了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本。
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