電工電子電路下的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

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摘要：基于建設(shè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室的方案，闡述實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室，取得效果好的優(yōu)勢(shì)，從而提高電子電路課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，信息技術(shù)，計(jì)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(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式已經(jīng)逐漸成熟。在實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室涉及的內(nèi)容全面、硬件投入不多，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際狀況自行的開展試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)者中產(chǎn)生的損耗與實(shí)際的狀態(tài)較為接近。虛擬實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：（1）教學(xué)內(nèi)容豐富。電路試驗(yàn)、模擬部分以及數(shù)字部分的試驗(yàn)，可以進(jìn)行驗(yàn)證性的試驗(yàn)，在實(shí)踐中可以根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行綜合性的分析以及設(shè)計(jì)試驗(yàn)。同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行軟件模擬元件故障，了解實(shí)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(yàn)教學(xué)中，如果操作不當(dāng)則會(huì)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(yàn)的元器件進(jìn)行處理，學(xué)生在試驗(yàn)中不會(huì)接觸真正的元件以及儀表，可以有效避免在試驗(yàn)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(yàn)?zāi)Ｊ?，可以在一定程度上解決傳統(tǒng)教學(xué)中缺乏動(dòng)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(yàn)，可以使得學(xué)生在自己的實(shí)踐操作中掌握知識(shí)內(nèi)容。

2電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室，通過建設(shè)電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室建設(shè)。通過虛擬仿真軟件構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室，充分利用虛擬軟件，將元器件以及儀器集合，實(shí)現(xiàn)一體化的處理，通過對(duì)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試等各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真試驗(yàn)，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(shí)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(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)之上，通過軟件進(jìn)行仿真處理，對(duì)電路試驗(yàn)進(jìn)行分析，通過原理電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路功能的合理測(cè)試分析。其主要內(nèi)容主要有電路元件伏安特性測(cè)試、疊加定理驗(yàn)證，戴維寧定理的驗(yàn)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(yàn)教學(xué)技術(shù)，通過仿真軟件對(duì)基本電路進(jìn)行模擬、測(cè)試以及演示分析。例如，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)差動(dòng)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(yàn)教學(xué)，通過仿真軟件快速實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電路試驗(yàn)的仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、演示以及測(cè)試分析?？梢詫?shí)現(xiàn)集成門電路測(cè)試、應(yīng)用，組合邏輯電路設(shè)計(jì)等各項(xiàng)內(nèi)容。④第二課堂創(chuàng)新系統(tǒng)。可以綜合日常教學(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(shí)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(jì)，數(shù)字秒表綜合設(shè)計(jì)分析等。

3電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的模式

通過虛擬技術(shù)開展電工電子電路的實(shí)驗(yàn)，可以有效提升試驗(yàn)的質(zhì)量，避免人為的失誤，增強(qiáng)了試驗(yàn)的效率。在實(shí)踐中要根據(jù)實(shí)際狀況對(duì)其進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)要求，對(duì)其進(jìn)行全面的分析，根據(jù)實(shí)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(dòng)手能力的本質(zhì)目的。因此，可以基于以下幾點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)分析。（1）類型。①單機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室。在單機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)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(yàn)處理，可以有效地節(jié)省時(shí)間，提升電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的效率，降低了成本。例如，利用MultlSim軟件建立仿真測(cè)試平臺(tái)，建立虛擬的運(yùn)行環(huán)境，則可以滿足學(xué)生試驗(yàn)的目的以及需求。在研制虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)軟件中，要先進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。合理的開展虛擬試驗(yàn)課程，根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行分析規(guī)劃，進(jìn)行樣本處理，收集各項(xiàng)信息，在根據(jù)具體的要求進(jìn)行合成處理。實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬試驗(yàn)軟件的修改完善，通過測(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)室。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持之下進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的軟件以及信息數(shù)據(jù)開展試驗(yàn)。③虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室。在虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)技術(shù)中開展電工電子實(shí)驗(yàn)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(jì)。其中硬件平臺(tái)主要就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及I/O的接口設(shè)備；其中計(jì)算機(jī)是硬件平臺(tái)開發(fā)的關(guān)鍵。要根據(jù)實(shí)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(hào)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(shí)驗(yàn)室具有智能化發(fā)展的特征，在各種技術(shù)的支持之下對(duì)虛擬試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了在不同空間中共同進(jìn)行試驗(yàn)線路設(shè)計(jì)、連接以及測(cè)試管理，在線上可以實(shí)現(xiàn)討論分析，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。（2）功能特征。電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式具有強(qiáng)大的功能，可以實(shí)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(shí)性。對(duì)于一些復(fù)雜的對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)室的動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)畫制作。通過VRPformax插件進(jìn)行場(chǎng)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(shí)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(duì)動(dòng)作、事件以及場(chǎng)景三個(gè)對(duì)象進(jìn)行設(shè)置處理。根據(jù)實(shí)際的狀況進(jìn)行交互處理，利用交互設(shè)計(jì)進(jìn)行腳本編輯器的事件信息、動(dòng)作場(chǎng)景的設(shè)計(jì)，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(dòng)發(fā)生的時(shí)候則會(huì)執(zhí)行對(duì)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(shí)執(zhí)行，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可以及時(shí)的開展試驗(yàn)，分解試驗(yàn)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(dòng)物體來組裝和分解物體。虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的應(yīng)用可以有效地降低實(shí)驗(yàn)室的投資成本，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程和的教育，進(jìn)而為電工電子教學(xué)活動(dòng)的開展奠定基礎(chǔ)。

4結(jié)語

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

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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