電工電子電路下的虛擬實驗室建設(shè)

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摘要：基于建設(shè)虛擬電子實驗室的方案，闡述實驗教學(xué)中的硬件問題，通過虛擬化的方式建立具有功能齊全、成本低廉的實驗室，取得效果好的優(yōu)勢，從而提高電子電路課程實驗教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，信息技術(shù)，計算機(jī)工程

引言

通過科學(xué)的方式開展教學(xué)，可以有效提升教學(xué)質(zhì)量。計算機(jī)輔助教學(xué)模式已經(jīng)逐漸成熟。在實踐中工通過網(wǎng)絡(luò)化，利用現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行虛擬實驗室[1-3]的建設(shè)，可以有效拓展教學(xué)范圍，整合教學(xué)資源，是一種科學(xué)的教學(xué)手段。

1電工電子虛擬實驗室特點

虛擬實驗室涉及的內(nèi)容全面、硬件投入不多，學(xué)生可以根據(jù)實際狀況自行的開展試驗，在實驗者中產(chǎn)生的損耗與實際的狀態(tài)較為接近。虛擬實驗室特點：（1）教學(xué)內(nèi)容豐富。電路試驗、模擬部分以及數(shù)字部分的試驗，可以進(jìn)行驗證性的試驗，在實踐中可以根據(jù)實際狀況進(jìn)行綜合性的分析以及設(shè)計試驗。同時，可以根據(jù)實際狀況進(jìn)行軟件模擬元件故障，了解實際的裝空調(diào)，便于拓展學(xué)生的思路。通過此種方式可以有效激發(fā)學(xué)生的興趣。（2）安全性高。在傳統(tǒng)的試驗教學(xué)中，如果操作不當(dāng)則會導(dǎo)致其出現(xiàn)一些突發(fā)性的問題。造成元器件、儀器儀表損毀等狀況問題。而通過虛擬仿真試驗的元器件進(jìn)行處理，學(xué)生在試驗中不會接觸真正的元件以及儀表，可以有效避免在試驗中出現(xiàn)安全隱患的問題。（3）提升學(xué)生的程序能力。通過虛擬電路試驗?zāi)Ｊ?，可以在一定程度上解決傳統(tǒng)教學(xué)中缺乏動力能力培養(yǎng)的問題，通過虛擬的環(huán)境進(jìn)行模擬仿真試驗，可以使得學(xué)生在自己的實踐操作中掌握知識內(nèi)容。

2電工電子虛擬實驗室的方案

在電工電子教學(xué)中，要合理的應(yīng)用電工電子虛擬實驗室，通過建設(shè)電工電子虛擬實驗室，明確具體的內(nèi)容以及信息，可以充分滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。（1）電工電子虛擬實驗室建設(shè)。通過虛擬仿真軟件構(gòu)建實驗室，充分利用虛擬軟件，將元器件以及儀器集合，實現(xiàn)一體化的處理，通過對原理電路設(shè)計、電路功能測試等各個系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真試驗，可以形成系統(tǒng)化的模式，其主要的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。（2）系統(tǒng)內(nèi)容。在進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)中，要明確具體的內(nèi)容，通過電路分析輔助教學(xué)系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)輔助教學(xué)系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)輔助教學(xué)系統(tǒng)以及二課堂創(chuàng)新系統(tǒng)的方式開展教學(xué)，這樣才可以充分滿足教學(xué)的實際需求。①電路分析輔助教學(xué)系統(tǒng)。在理論教學(xué)以及試驗教學(xué)的基礎(chǔ)之上，通過軟件進(jìn)行仿真處理，對電路試驗進(jìn)行分析，通過原理電路設(shè)計，實現(xiàn)對電路功能的合理測試分析。其主要內(nèi)容主要有電路元件伏安特性測試、疊加定理驗證，戴維寧定理的驗證分析等。②模擬電子技術(shù)輔助教學(xué)系統(tǒng)?；诶碚摻虒W(xué)以及試驗教學(xué)技術(shù)，通過仿真軟件對基本電路進(jìn)行模擬、測試以及演示分析。例如，可以實現(xiàn)對差動放大電路。負(fù)反饋放大電路的模擬分析等。③數(shù)字電子技術(shù)輔助教學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)教學(xué)的要求，綜合理論以及試驗教學(xué)，通過仿真軟件快速實現(xiàn)對數(shù)字電路試驗的仿真，實現(xiàn)對數(shù)字電路的設(shè)計、演示以及測試分析?？梢詫崿F(xiàn)集成門電路測試、應(yīng)用，組合邏輯電路設(shè)計等各項內(nèi)容。④第二課堂創(chuàng)新系統(tǒng)?？梢跃C合日常教學(xué)輔助的內(nèi)容，通過仿真軟件進(jìn)行創(chuàng)新，拓展教學(xué)的范圍以及內(nèi)容。通過第二課堂創(chuàng)新實踐系統(tǒng)可以在學(xué)習(xí)中不斷發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，在一定程度上增強(qiáng)問題的解決能力。例如可以進(jìn)行功率放大器綜合設(shè)計，數(shù)字秒表綜合設(shè)計分析等。

3電工電子虛擬實驗室的模式

通過虛擬技術(shù)開展電工電子電路的實驗，可以有效提升試驗的質(zhì)量，避免人為的失誤，增強(qiáng)了試驗的效率。在實踐中要根據(jù)實際狀況對其進(jìn)行綜合設(shè)計要求，對其進(jìn)行全面的分析，根據(jù)實際狀況采取有效的方式，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生的科研以及動手能力的本質(zhì)目的。因此，可以基于以下幾點進(jìn)行試驗分析。（1）類型。①單機(jī)虛擬實驗室。在單機(jī)虛擬實驗室中，主要利用各種仿真軟件、開發(fā)工具進(jìn)行處理，利用編程的方式進(jìn)行虛擬試驗處理，可以有效地節(jié)省時間，提升電工電子虛擬實驗室建設(shè)的效率，降低了成本。例如，利用MultlSim軟件建立仿真測試平臺，建立虛擬的運行環(huán)境，則可以滿足學(xué)生試驗的目的以及需求。在研制虛擬電工電子實驗軟件中，要先進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。合理的開展虛擬試驗課程，根據(jù)實際的需求進(jìn)行分析規(guī)劃，進(jìn)行樣本處理，收集各項信息，在根據(jù)具體的要求進(jìn)行合成處理。實現(xiàn)對虛擬試驗軟件的修改完善，通過測試之后在進(jìn)行應(yīng)用。電子仿真軟件在制作中，要根據(jù)實際狀況選擇多媒體開展軟件、通用開發(fā)軟件以及圖形化的編程軟件等。②基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持之下進(jìn)行虛擬實驗室的建設(shè)，給予學(xué)生一定的權(quán)限，學(xué)生則可以通過網(wǎng)絡(luò)實驗室的軟件以及信息數(shù)據(jù)開展試驗。③虛擬現(xiàn)實實驗室。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持之下，利用三維技術(shù)則可以進(jìn)行細(xì)節(jié)的觀察分析，了解具體的工作原理以及特征。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中開展電工電子實驗室，其最為關(guān)鍵的就是優(yōu)化硬件以及軟件系統(tǒng)的設(shè)計。其中硬件平臺主要就是計算機(jī)系統(tǒng)以及I/O的接口設(shè)備；其中計算機(jī)是硬件平臺開發(fā)的關(guān)鍵。要根據(jù)實際狀況進(jìn)行優(yōu)化處理。通過I/O接口設(shè)備進(jìn)行信號處理。在各種軟件技術(shù)以及認(rèn)知模擬理論的不斷發(fā)展中，虛擬實驗室具有智能化發(fā)展的特征，在各種技術(shù)的支持之下對虛擬試驗環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，則可以構(gòu)建了三維立體化的空間結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)了在不同空間中共同進(jìn)行試驗線路設(shè)計、連接以及測試管理，在線上可以實現(xiàn)討論分析，具有顯著的優(yōu)勢。（2）功能特征。電工電子虛擬實驗室建設(shè)模式具有強(qiáng)大的功能，可以實現(xiàn)數(shù)字模型建立，具有交互式文檔、網(wǎng)絡(luò)出版的功能，其具體如下：①數(shù)字模型。通過3DMAX建模處理，要精準(zhǔn)的進(jìn)行模型尺寸以及尺度的協(xié)調(diào)處理，充分保障模型外觀的真實性。對于一些復(fù)雜的對象，則要分析三維模型的結(jié)構(gòu)以及層次，要根據(jù)具體的狀況分別建模處理，在進(jìn)行模型的合并處理。在進(jìn)行處理中要對于冗余的元素進(jìn)行處理，降低復(fù)雜性，模型建立后，根據(jù)虛擬實驗室的動作進(jìn)行動畫制作。通過VRPformax插件進(jìn)行場景的導(dǎo)出處理，進(jìn)行模型的檢查做好修改處理，根據(jù)實際狀況確定導(dǎo)出的格式文件類型。②交互式文檔。VRP主要對動作、事件以及場景三個對象進(jìn)行設(shè)置處理。根據(jù)實際的狀況進(jìn)行交互處理，利用交互設(shè)計進(jìn)行腳本編輯器的事件信息、動作場景的設(shè)計，明確具體的關(guān)系特征。在學(xué)生處罰了事件，或者事件自動發(fā)生的時候則會執(zhí)行對應(yīng)的操作。③網(wǎng)絡(luò)出版。通過VRP進(jìn)行交互設(shè)置處理，VRP可以將其處理為可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的格式。學(xué)生可以使用InternetExplorer、Netscape瀏覽器，在網(wǎng)絡(luò)、本地終端的知識執(zhí)行，進(jìn)行虛擬實驗，可以及時的開展試驗，分解試驗步驟以及信息，或查看詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和屬性，通過旋轉(zhuǎn)或移動物體來組裝和分解物體。虛擬實驗室技術(shù)的應(yīng)用可以有效地降低實驗室的投資成本，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程和的教育，進(jìn)而為電工電子教學(xué)活動的開展奠定基礎(chǔ)。

4結(jié)語

隨著數(shù)字化時代的到來，電工電子教學(xué)中的實驗室呈現(xiàn)虛擬化的發(fā)展趨勢，有效地滿足了教學(xué)的實際需求。虛擬實驗室的發(fā)展具有許多優(yōu)勢，在教學(xué)中要根據(jù)實際的需求合理的硬件虛擬實驗室，這樣才可以充分提升教學(xué)質(zhì)量與效果。

參考文獻(xiàn)

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作者：林栩嫻 單位：汕尾市城區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校