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機(jī)電一體化專業(yè)課教學(xué)的虛擬仿真
虛擬仿真技術(shù)是在計算機(jī)上虛擬出一個元器件種類齊備、設(shè)備先進(jìn)的電子工作臺, 是目前國內(nèi)最流行的通用電子設(shè)計自動化( EDA) 軟件組成中的一部分, 是在電路模型上所進(jìn)行的系統(tǒng)性能分析與研究的方法。它一方面克服了實驗室各種條件的限制, 另一方面又可以針對不同目的( 驗證、測試、設(shè)計、糾錯和創(chuàng)新等) 進(jìn)行訓(xùn)練, 培養(yǎng)學(xué)生分析、應(yīng)用和創(chuàng)新的能力。與傳統(tǒng)的實驗方式相比,采用電子工作臺進(jìn)行電子線路的分析和設(shè)計, 突出了實驗教學(xué)以學(xué)生為中心的開放模式。不僅實驗效率得到了提高, 還能使學(xué)生熟練地使用儀器并正確掌握的測量方法。
常見的虛擬仿真軟件1、Edison。用它在計算機(jī)上進(jìn)行基礎(chǔ)驗證模擬實驗, 非常適合中學(xué)生的使用, 因為Edison的環(huán)境是以實體的零件造型, 讓初學(xué)者有置身于真實電路實驗室的感覺, 加上有趣的聲、光效果, 使初學(xué)者仿佛在游戲中學(xué)習(xí), 從而引起初學(xué)者對電子電工學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚的興趣, 使學(xué)生增強(qiáng)對電路的感性和理性認(rèn)識。
2、EWB。與其它電路仿真軟件相比較, EWB具有界面直觀、操作方便、采用圖形方式創(chuàng)建電路等優(yōu)點(diǎn), 構(gòu)造電路、調(diào)用元器件和測試儀器等都可以直接從窗口圖形中調(diào)出, 可以對電子元器件進(jìn)行一定程度的非線性仿真, 不僅測試儀器的圖形與實物相似, 而且測試結(jié)果與實際調(diào)試基本相似。
3、Protel。Protel是美國Protel公司在80年代末推出的EDA軟件, 在電子行業(yè)的CAD軟件中, 它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面, 是電子設(shè)計者的首選軟件, 它較早就在國內(nèi)開始使用, 在國內(nèi)的普及率也最高, Protel除了具有電路分析和仿真外, 還主要作為印制板自動布線工具使用。
虛擬仿真實驗?zāi)苡行У亟鉀Q我校機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中存在的問題:
1、比較結(jié)合我校學(xué)生的實際彌補(bǔ)初中電學(xué)知識。
眾所周知我校的學(xué)生基礎(chǔ)差、知識底子薄, 將近一半以上的學(xué)生是中學(xué)還沒有畢業(yè)的分流生, 在物理課程方面許多學(xué)生還沒有接觸到電學(xué), 學(xué)生的層次差異又比較明顯。( 本人在機(jī)電一體化班級調(diào)查得知: 沒有學(xué)習(xí)過電學(xué)的學(xué)生有7人, 學(xué)過電學(xué)但沒有做過電路試驗的學(xué)生有14人) 而Edison軟件正好能夠彌補(bǔ)這一個方面的缺陷, 它能夠在學(xué)生的自學(xué)期間通過人機(jī)對話的方式, 引導(dǎo)學(xué)生較快較好地補(bǔ)充初中電學(xué)知識。
2、有利于緩解經(jīng)費(fèi)緊張的狀況。
機(jī)電專業(yè)本身具有理論難度大,實習(xí)設(shè)備投入高的特點(diǎn)。一個完整的機(jī)電專業(yè)實訓(xùn)室包括數(shù)字電路實訓(xùn)室、模擬電路實訓(xùn)室、電機(jī)控制實訓(xùn)室、可編程控制實訓(xùn)室、電子電工實訓(xùn)室等多個實訓(xùn)室。
按每個實訓(xùn)室布置6臺實習(xí)臺計算, 至少需要七、八十萬的設(shè)備投入。而虛擬仿真實驗只需要在我們的計算機(jī)上安裝仿真軟件即可, 甚至不需要花費(fèi)一分錢。虛擬仿真實驗軟件便可以提供了高指標(biāo)的虛擬儀器和充足的虛擬元器件資源。
3、可以實現(xiàn)許多實驗中不能實現(xiàn)或難以實現(xiàn)的功能。
虛擬仿真能在各種假定的條件下,甚至是在目前無法實現(xiàn)的條件下, 對電路進(jìn)行研究。如: 不管是考慮安全因素還是成本, 實驗室里都不宜做的破壞性實驗, 但虛擬仿真卻可以做, 甚至可以做各種故障和非正常性的實驗。在研究一個電路方案初期, 可以將影響電路的一些次要因素去掉, 如雜散電容、漏電感等, 以免它們對電路的基本原理和性能產(chǎn)生影響, 從而混淆了對電路的正確理解, 但在制作一個實際電路中卻做不到這一點(diǎn)。
4、結(jié)合課本, 有利于實驗教學(xué)和設(shè)施利用。
利用虛擬仿真電路, 在《電工與電子技術(shù)》課本出現(xiàn)的一百余種電路和試驗,基本上都能夠在計算機(jī)上輕松的完成。
虛擬仿真實驗的引入, 學(xué)生不會因接線出錯而造成短路事故, 不會因誤操作而造成人員或儀器設(shè)備損傷, 不會發(fā)生實驗室內(nèi)常見的故障。虛擬仿真電路中學(xué)生可以任意設(shè)置故障。
5、有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維。
在學(xué)習(xí)過程中, 學(xué)生是主體, 教師是外因。學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性是學(xué)習(xí)的內(nèi)因, 教師只有想方設(shè)法讓內(nèi)因起作用, 才可能達(dá)到良好的教學(xué)效果。但在實際實驗過程中, 常常受到元器件的限制和固定的實驗設(shè)備束縛而改變實驗設(shè)計思路, 也不可避免地存在許多錯誤與不足, 致使電路調(diào)試費(fèi)時費(fèi)力, 甚至?xí)鹪骷驮O(shè)備損壞等問題, 導(dǎo)致實驗不能達(dá)到預(yù)期效果。虛擬仿真實驗的引入, 首先給學(xué)生的是一種新鮮感,加之動畫般的實習(xí)過程, 足以充分調(diào)動學(xué)生的積極性; 其次虛擬仿真實驗不僅可以充分對數(shù)據(jù)采集、儲存、分析、處理、傳輸及控制, 對方案進(jìn)行論證、選定和設(shè)計, 而且可以隨時改變電阻的阻值、電容的容量、晶體管及集成電路的型號參數(shù)等來調(diào)整電路, 使之更加合乎要求, 得出較為理想的電路; 可以鞏固和拓展學(xué)生所學(xué)的基本理論和專業(yè)知識, 培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、獨(dú)立分析和解決實際問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
虛擬仿真軟件不僅僅具有電子仿真的功能, 還具有自動布線, 設(shè)計電路原理圖和裝配圖的作用。當(dāng)今高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它, 幾乎所有的電子公司都要用到它, 許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用Protel。而現(xiàn)在一些全國性的和地方性的電子電工技能競賽都要求能夠使用Protel, 設(shè)計電路原理圖,制作裝配圖。因此一些地方虛擬軟件的教學(xué)已經(jīng)成為專業(yè)教學(xué)的一個亮點(diǎn)。
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