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機電一體化專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的虛擬仿真
虛擬仿真技術(shù)是在計算機上虛擬出一個(gè)元器件種類(lèi)齊備、設備先進(jìn)的電子工作臺, 是目前國內最流行的通用電子設計自動(dòng)化( EDA) 軟件組成中的一部分, 是在電路模型上所進(jìn)行的系統性能分析與研究的方法。它一方面克服了實(shí)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、設計、糾錯和創(chuàng )新等) 進(jìn)行訓練, 培養學(xué)生分析、應用和創(chuàng )新的能力。與傳統的實(shí)驗方式相比,采用電子工作臺進(jìn)行電子線(xiàn)路的分析和設計, 突出了實(shí)驗教學(xué)以學(xué)生為中心的開(kāi)放模式。不僅實(shí)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(jiàn)的虛擬仿真軟件1、Edison。用它在計算機上進(jìn)行基礎驗證模擬實(shí)驗, 非常適合中學(xué)生的使用, 因為Edison的環(huán)境是以實(shí)體的零件造型, 讓初學(xué)者有置身于真實(shí)電路實(shí)驗室的感覺(jué), 加上有趣的聲、光效果, 使初學(xué)者仿佛在游戲中學(xué)習, 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)生增強對電路的感性和理性認識。
2、EWB。與其它電路仿真軟件相比較, EWB具有界面直觀(guān)、操作方便、采用圖形方式創(chuàng )建電路等優(yōu)點(diǎn), 構造電路、調用元器件和測試儀器等都可以直接從窗口圖形中調出, 可以對電子元器件進(jìn)行一定程度的非線(xiàn)性仿真, 不僅測試儀器的圖形與實(shí)物相似, 而且測試結果與實(shí)際調試基本相似。
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, 它當之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面, 是電子設計者的首選軟件, 它較早就在國內開(kāi)始使用, 在國內的普及率也最高, Protel除了具有電路分析和仿真外, 還主要作為印制板自動(dòng)布線(xiàn)工具使用。
虛擬仿真實(shí)驗能有效地解決我校機電一體化專(zhuān)業(yè)教學(xué)中存在的問(wèn)題:
1、比較結合我校學(xué)生的實(shí)際彌補初中電學(xué)知識。
眾所周知我校的學(xué)生基礎差、知識底子薄, 將近一半以上的學(xué)生是中學(xué)還沒(méi)有畢業(yè)的分流生, 在物理課程方面許多學(xué)生還沒(méi)有接觸到電學(xué), 學(xué)生的層次差異又比較明顯。( 本人在機電一體化班級調查得知: 沒(méi)有學(xué)習過(guò)電學(xué)的學(xué)生有7人, 學(xué)過(guò)電學(xué)但沒(méi)有做過(guò)電路試驗的學(xué)生有14人) 而Edison軟件正好能夠彌補這一個(gè)方面的缺陷, 它能夠在學(xué)生的自學(xué)期間通過(guò)人機對話(huà)的方式, 引導學(xué)生較快較好地補充初中電學(xué)知識。
2、有利于緩解經(jīng)費緊張的狀況。
機電專(zhuān)業(yè)本身具有理論難度大,實(shí)習設備投入高的特點(diǎn)。一個(gè)完整的機電專(zhuān)業(yè)實(shí)訓室包括數字電路實(shí)訓室、模擬電路實(shí)訓室、電機控制實(shí)訓室、可編程控制實(shí)訓室、電子電工實(shí)訓室等多個(gè)實(shí)訓室。
按每個(gè)實(shí)訓室布置6臺實(shí)習臺計算, 至少需要七、八十萬(wàn)的設備投入。而虛擬仿真實(shí)驗只需要在我們的計算機上安裝仿真軟件即可, 甚至不需要花費一分錢(qián)。虛擬仿真實(shí)驗軟件便可以提供了高指標的虛擬儀器和充足的虛擬元器件資源。
3、可以實(shí)現許多實(shí)驗中不能實(shí)現或難以實(shí)現的功能。
虛擬仿真能在各種假定的條件下,甚至是在目前無(wú)法實(shí)現的條件下, 對電路進(jìn)行研究。如: 不管是考慮安全因素還是成本, 實(shí)驗室里都不宜做的破壞性實(shí)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(shí)驗。在研究一個(gè)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(gè)實(shí)際電路中卻做不到這一點(diǎn)。
4、結合課本, 有利于實(shí)驗教學(xué)和設施利用。
利用虛擬仿真電路, 在《電工與電子技術(shù)》課本出現的一百余種電路和試驗,基本上都能夠在計算機上輕松的完成。
虛擬仿真實(shí)驗的引入, 學(xué)生不會(huì )因接線(xiàn)出錯而造成短路事故, 不會(huì )因誤操作而造成人員或儀器設備損傷, 不會(huì )發(fā)生實(shí)驗室內常見(jiàn)的故障。虛擬仿真電路中學(xué)生可以任意設置故障。
5、有利于培養學(xué)生創(chuàng )造性思維。
在學(xué)習過(guò)程中, 學(xué)生是主體, 教師是外因。學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和積極性是學(xué)習的內因, 教師只有想方設法讓內因起作用, 才可能達到良好的教學(xué)效果。但在實(shí)際實(shí)驗過(guò)程中, 常常受到元器件的限制和固定的實(shí)驗設備束縛而改變實(shí)驗設計思路, 也不可避免地存在許多錯誤與不足, 致使電路調試費時(shí)費力, 甚至會(huì )引起元器件和設備損壞等問(wèn)題, 導致實(shí)驗不能達到預期效果。虛擬仿真實(shí)驗的引入, 首先給學(xué)生的是一種新鮮感,加之動(dòng)畫(huà)般的實(shí)習過(guò)程, 足以充分調動(dòng)學(xué)生的積極性; 其次虛擬仿真實(shí)驗不僅可以充分對數據采集、儲存、分析、處理、傳輸及控制, 對方案進(jìn)行論證、選定和設計, 而且可以隨時(shí)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等來(lái)調整電路, 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(zhuān)業(yè)知識, 培養學(xué)生綜合應用、獨立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,培養學(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(dòng)布線(xiàn), 設計電路原理圖和裝配圖的作用。當今高校的電子專(zhuān)業(yè)還專(zhuān)門(mén)開(kāi)設了課程來(lái)學(xué)習它, 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計人才時(shí)在其條件欄上常會(huì )寫(xiě)著(zhù)要求會(huì )使用Protel。而現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(zhuān)業(yè)教學(xué)的一個(gè)亮點(diǎn)。
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