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電子信息類課程實驗教學的新思路虛擬技術論文
摘要：本文分析了當前電子信息類課程實驗教學中存在的主要問題及現(xiàn)行的實驗教學方式和手段，為提高學生的綜合能力和素質(zhì)，探討了虛擬技術在電子信息類課程實驗教學改革中的應用前景。
關鍵詞：實驗教學；EWB；虛擬儀器
電子信息類系列課程是電類專業(yè)學生極其重要的技術基礎課和專業(yè)課,這些電類課程的實驗能否有效和高效開展，對電類專業(yè)學生的高質(zhì)量培養(yǎng)起至關重要的作用。在電子信息類系列課的實驗教學中處理好傳授知識與培養(yǎng)能力的關系，把重點放在培養(yǎng)學生能力和提高學生科學素質(zhì)上。
一、電子信息類專業(yè)基礎實驗課教學中存在的主要問題及現(xiàn)有的手段
�。ㄒ唬╇娮有畔㈩悓I(yè)基礎實驗課教學中存在的主要問題
1、教學內(nèi)容多，教學時數(shù)少
教學改革后大綱規(guī)定的學時數(shù)比較少。但為了學生后續(xù)課的學習及能力的培養(yǎng)其內(nèi)容不應減少。由于教學時數(shù)的減少，電子線路實驗只能做以下幾個內(nèi)容：“模電”實驗開設12個驗證性實驗，另外開設有設計性小制作實驗，設計制作的內(nèi)容不限，學生可以根據(jù)自己的興趣愛好，自選內(nèi)容。數(shù)字電路實驗開設2個驗證性實驗和6個設計性實驗，但在通常情況下，專業(yè)基礎課教學在實驗課教學的比例應為3 ：1 左右，而目前我們的實際情況離這一要求相差甚遠。這必將對學生在素質(zhì)的提高，能力的培養(yǎng)上產(chǎn)生嚴重的影響。
2、重知識傳授，輕能力培養(yǎng)
傳統(tǒng)的教學方法一般是以傳授知識為主，教師按照教學大綱一課課地講，學生被動地一課一課地聽，教師講到哪里學生就聽到哪里。學生反應：“教師講課時我都能聽明白，但是讓我自己做就不知道如何下手�！边@就是典型的能力不夠的問題。
3、傳統(tǒng)教學思想阻礙實驗室功能發(fā)揮
高等院校要培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。應當說：高等院校的實驗和實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力最生動、最活潑的場所。但這一方面往往被忽視了，傳統(tǒng)的教學思想、教學方法、教學手段，阻礙了實驗室功能的發(fā)揮。諾貝爾獎獲得者丁肇中教授說過，他是第一個通過自己實驗得到諾貝爾獎的中國人，希望能提高中國人對實驗的認識，擺脫輕實驗，過分重視理論的舊傳統(tǒng)。由此可見，不重視實驗課的教學，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才就是一句空話。
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這是一種傳統(tǒng)的實驗方式，學生根據(jù)實驗電路在面包板上插裝元器件和連接導線，然后接入信號源進行性能指標的測試。對于大型設計型試驗，在對所設計的電路進行實驗和調(diào)試時，需要根據(jù)實驗結(jié)果不斷更換元器件或修改參數(shù)，直至達到設計要求。這種試驗方式受儀器設備和元器件品種、數(shù)量的限制，而且實驗課時有限，有些實驗往往無法及時完成。學生分析、解決電子技術小型綜合系統(tǒng)的能力差，動手操作能力弱，離素質(zhì)教育、綜合能力的培養(yǎng)目標還有很大的距離�？傊�，在現(xiàn)行教學方式和手段下，保證學生學習好、掌握好電子技術系列課程的措施尚不夠充分。
二、虛擬技術在電子信息類課程實驗中的應用前景
�。ㄒ唬半娮庸ぷ髋_”——EWB在電子信息類課程實驗中的應用
隨著計算機技術的發(fā)展，電子電路的模擬或仿真，已成為電子電路系統(tǒng)設計的必要手段。在仿真過程中，僅需操作鼠標即可設計電路、更換元器件、修改參數(shù)、測量數(shù)據(jù)和觀察波形，直至電路性能最優(yōu)。虛擬“電子工作臺”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)代電子工程設計和電子類課程教學領域得到了廣泛應用。
電子技術發(fā)展特點是：電子系統(tǒng)數(shù)字化，電子器件高度集成化，電子系統(tǒng)設計智能化，電子技術普及化。因此調(diào)整與改革電子技術系列課程實驗教學內(nèi)容、方法與手段勢在必行。采用先進的電子技術虛擬仿真實驗手段，它不僅可以彌補實驗儀器、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，彌補課堂理論教學的不足，熟悉常用電子儀器的測量方法，進一步培養(yǎng)學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。在虛擬“電子工作臺”上制作電子技術系列實驗課程虛擬仿真實驗電路，并用于學生訓練和操作。
EWB的使用對實驗教學是很有幫助的。學生既可以在做實驗前，首先使用EWB軟件工具將實驗內(nèi)容仿真，以便使實驗做的又快又準確。又可以用EWB作實驗室中不易進行的實驗，例如溫度特性、頻率特性等實驗室不能或不易完成的實驗，我們可以用EWB進行仿真。使學生認識溫度、頻率等參數(shù)對電路的影響。。
（二） 電子信息類課程實驗教學的新思路——虛擬儀器技術
1、虛擬儀器技術
虛擬儀器（Virtual Instruments 簡稱VI ）即利用計算機、嵌入式硬件、軟件完成“測量—存儲—處理—控制”功能合二為一的新型儀器。是基于計算機的數(shù)字化測量測試儀器。虛擬儀器技術的實質(zhì)是充分利用計算機技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器不僅可以用于測量、分析等領域，而且還廣泛的應用于設備的監(jiān)控、工業(yè)過程的自動化，它代表了國際上測控領域的最前沿技術。它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數(shù)大大增強了C 語言的功能。應用CVI ，引入虛擬技術，是當前測試界的發(fā)展趨勢。
傳統(tǒng)的測量測試儀器的主要功能可由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測試和分析、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)果輸出由基于計算機的軟件系統(tǒng)來完成，只要另外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構成基于計算機組成的測量測試儀器——虛擬儀器技術。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)臺式測量測試儀器，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、信號的輸入與輸出功能,不能應用于測試、計量等科學研究領域。虛擬儀器通過在普通計算機上加上相應的軟件和硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設計的專用的傳統(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的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關鍵，任何一個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，虛擬儀器技術給用戶一個充分發(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，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應用需求。虛擬儀器系統(tǒng)概念是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結(jié)合相應的硬件，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其進行維護、擴展、升級等。
2、虛擬儀器引入實驗室
實驗是教學活動中一個必不可少的過程，對于電子信息類專業(yè)，諸如電子線路等課程是實踐性很強的的技術基礎課，實驗教學環(huán)節(jié)對學好這些課程至關重要。學生通過足夠的驗證性實驗和一定數(shù)量的綜合性實驗，才能加深理解和掌握該學科的理論知識，提高綜合測試技能和實驗能力。因此，充實實驗內(nèi)容，增開綜合性實驗項目，進一步加強實驗室建設，不斷改革實驗教學是十分必要的。隨著測試儀器的數(shù)字化、計算機化的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)測試儀器漸浙有被取代的趨勢。如果運用虛擬儀器技術，以微機為基礎，構建集成化測試平臺，代替常規(guī)儀器、儀表，不但滿足電子基礎課實驗教學的需要，而且將這批微機可做為其他有關計算機課程教學用機，大大提高了設備利用率，降低了實驗室建設的成本。
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