电工课程仿真实验设计论文

摘要：虚拟仿真实验教学在教育领域具有重要应用，是教育信息化的重要组成部分。本文以模拟信号数字化为切入点，阐述了“通信原理”虚拟仿真实验教学项目建设，并在此基础上探索基于虚拟仿真实验的通信原理教学改革思路与方法。下面小编整理了一些《电工课程仿真实验设计论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

电工课程仿真实验设计论文 篇1：

基于Multisim平台的电工学课程教学研究

摘  要 为了提高电工学实践教学效率和学生的实践能力，提出将Multisim虚拟仿真实验与实体实验并行的电工学实验教学方法，并给出综合实验的实例分析与应用。通过对电工学实验特点的分析，根据不同实验要求进行实体实验与仿真实验，以增强学生对于电工学内容的认识与理解，同时提高学生分析与设计实际电路的能力。

关键词 电工学;Multisim;实验室;虚拟仿真实验;实体实验

Key words electrotechnics; Multisim; lab; virtual simulation experi-ment; entity experiment

1 引言

隨着社会信息化的迅速发展，教育教学过程中对于信息化技术的需求越来越大，如何将虚拟仿真实验技术更好地应用于实际教学过程中，进一步加强教学改革，使教育教学顺应教育信息化的发展趋势和现实发展需要，是广大教学工作者需要深入探索实践的问题。当前，国内外许多高校已经开发了虚拟仿真实验项目，建立了相应的虚拟仿真实验室[1-2]。

电工学是研究电磁现象在工程中应用的技术科学，是工科各类非电专业必修的一门实践性很强的技术基础课。该课程内容综合性强，对工科学生综合素质的提高以及创新能力的培养至关重要。各类电路的实验验证对于促进学生在复杂的理论中深入理解和掌握其根本原理起着非常重要的作用，也可以在一定程度上提高学生的实际动手操作能力，同时在此基础上进一步提高学生对应用电路的设计和分析能力。为了适应电工学课程对于实验的各种要求，提出将Multisim虚拟仿真实验与实体实验并行的电工学实验教学方法，形成虚实结合的实验教学模式，实现优势互补的实验教学目标，并给出实例进行具体分析[3]。

2 现有电工学实验教学中存在的问题

当前大多数院校给学生开设的电工学实验，都是依靠实验室提供的实验台设备，让学生在学习完对应的理论内容后，在规定的时间里，根据规定的实验指导书的内容，在指导教师的指导下完成实验。在近几年的电工学实验教学中发现，这种教学模式可以在一定程度上提高学生的实际动手操作能力，但也存在很多问题[4]。

1）一般院校的实验中心所引入的电工学实验设备都是模块化设备，这种实验室仪器的操作只是供学生做一些验证性实验或简单的设计性实验，对于一些综合性设计实验根本无法实现，这就导致达不到对学生能力培养的期望。

2）实验台上的实验只能在规定的时间按照规定的内容去完成，对于稍复杂一些的实验，线路的检查和调试的时间需求不能够充分满足。一般性验证性实验对于学生而言，能够在一定程度上提高动手能力，并加深对理论知识的理解和掌握，但不能满足学生个性化学习要求。同时，内容的局限性也限制了学生兴趣的培养，那么创新更无从谈起。

除此之外，对于作为初学者的学生来说，实验室实验必然会造成元器件的损毁。同时，在电工实验中，强电与弱电并存，或多或少有一定的安全问题……

可以看出，对于电工学实验教学来说，传统的单一实验室平台实验教学方法与当今社会要求的培养创新型、应用型人才的教学理念不符，不利于工科学生综合素质的提高以及创新能力的培养。那么，如何激发学生对于电工学实践环节的兴趣，有效提高实验教学效率和学生的实践能力，就成为该课程亟待解决的问题。

3 Multisim虚拟仿真实验和实体实验结合的教学模式

Multisim虚拟仿真实验特点  现代计算机技术和虚拟技术的发展，使很多知识的学习开放化、自动化。Multisim

就是一款用于开发和仿真的软件，不仅仅局限于各类电路的虚拟仿真，而且在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面有许多创新和提高。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术（LabVIEW）可以方便地将抽象的理论知识用计算机仿真真实地再现出来，可以极大地提高学生的学习热情和积极性，真正做到变被动学习为主动学习。Multisim虚拟仿真实验具备以下特点[5]。

1）无局限性，随时随地可以使用。Multisim是虚拟仿真实验平台，实验人员可以根据自己的要求做任意相关实验，包括综合性实验、研究型实验、设计型实验等。同时，仿真实验平台仅仅是一个软件平台，对于学生来说，可以随时随地进行自己的实验。这样既可以满足学生自由分配时间的需求，又可以发挥学生的主观能动性，完成任何层次的实验。

2）软件调试方便，维护方便。电路本身就是由很多元器件和很多连线形成的，学生作为初学者，在做实验的过程中难免会出现很多错误。在虚拟仿真实验平台上完成实验时，学生可以随时发现问题，随时更改线路的连接形式，删除或增加元器件、修改参数，调试过程中也可以根据调试结果随时更改线路，最终得出最优方案，非常方便。

3）安全性好，不消耗实验器材。实验过程既是一个提高动手能力和实际操作能力的途径，也是一个摸索的过程和练手的过程。学生作为初学者，在练的过程中提高自己的能力的同时，难免会出现这样那样的错误。而虚拟平台对于这些错误会实时提示，并很明显地标记出来，既能够提示实验人员正确操作方法，又不会出现仪器损毁的情况，对学生来说保证了安全性，对实验室来说不会出现仪器损耗，大大减少了经费开支。

4）可以使用一些实验室不常见的元件。一般情况下，实验室平台主要用于满足学生的基本实验，对于一些综合性实验或提高学生创新能力的设计型实验来说，有一些不常用的元件就没有，造成实验的局限性。而虚拟平台提供了非常完整的元件库，能够满足各种类型的实验需求，使实验者灵活选用各种元件，使实验得到一个最佳效果。

虽然Multisim虚拟仿真实验具备很多实验室硬件实验所不能实现的优点，但单一的仿真实验由于其电路中元件和操作环境的理想化，使学生对实际的操作认识不够深刻，实际动手能力匮乏，容易导致在设计过程中与实物脱节，同样不能达到从根本上提高实践能力的目的。

Multisim虚拟仿真实验与实体实验并行的教学模式  现代科学技术和工业的发展是基本理论研究、应用研究和技术开发紧密结合的过程。这就要求学生在学习电工学课程基本理论知识的基础上，能够将其应用到实际设计过程中。众所周知，实体实验室的实验台都是针对课本中的一些比较重要的理论而开发的，非常有必要让学生按照实验要求动手去进行操作。但是实验室实验一般都是根据教材需求设置的一些常规性实验，而为了提高学生的创新能力，在学习完整个课程之后，还应该做一些综合性实验，或针对某一个项目课题进行一些设计或仿真，常规实验室对于这种需求将无法满足。在这种情况下就需要采用Multisim软件进行虚拟仿真实验。因此，对于不同类型的实验应该灵活地采用不同的方法进行，才能够得到最佳的效果。

1）基礎实验。戴维宁定理、单管放大、集成运放、编码器、译码器等内容都是电工学课本中要求学生必须掌握的内容，这些内容的相关实验，实验室的实验台都很完善。对于这些实验，可以先在课堂上用Multisim软件进行虚拟仿真，然后将仿真过程以及仿真结果结合课堂理论教学，增进学生对于基本理论的掌握和理解，为下一步的实验室实际操作打下坚实的理论基础，再在实验室平台上进一步进行实操，使学生掌握常用的电子仪表、电子仪器的使用方法，并能够按照实验要求完成电路的搭建、实验数据的读取、实验波形和曲线的结果分析等内容，从而使学生对于理论知识的掌握与实践能力的提高都大大增强[6-7]。

2）综合性、设计型实验。对于整个电工学而言，可以将其分成三大部分内容，包括基本电路部分、模拟电路部分和数字电路部分。每学完一部分内容，可以布置相关内容的综合性、设计型实验，这些综合性、设计型实验应以总结对应部分内容以及提高学生设计能力为目的。由于实验室实验设备本身和实验室开放情况等各方面的限制，对于这些综合性、设计型实验，在给出实验目的和实验内容的情况下，从确定设计思路，到一步一步搭起每个模块的实验电路，最后到搭起整个实验电路，包括各个环节的验证调试等过程，都在实验室完成是不现实的。一方面，对于完成实验的最佳设计思路，实验台不一定能够提供所有可用的最优元器件;另一方面，直接在基本设计思路的指导下进行连线操作，必然会出现很多隐患，由于接线过程中线路复杂而出现错误接线，从而导致反复检查修正，甚至出现烧毁电气元件的情况，等等。同时，这种由多个模块组成的综合性实验，所要求的时间和场地是具有连续性的，不能由于其他实验而中断。

那么，对于这些综合性、设计型实验，完全可以在实体实验前用Multisim软件进行虚拟仿真，既可以避免以上情况的产生，还可以让学生灵活快速地根据仿真结果，优化自己的设计思路，最终找出最优设计方案。得到仿真结果后，再以实验室实验台为基础，有目的性地对于综合性实验的部分过程或整个实验电路进行实操。

总之，将仿真实验和实体实验并行进入课堂教学与实验教学过程中，才能使学生对于电工学课程的学习更加完善，才能加强学生的创造性思维方式的培养，才能更进一步促进学生动手实践和创新能力的提高。课堂理论教学、仿真实验和实体实验三者相辅相成、缺一不可。

4 综合实验案例分析

下面以数字时间记录仪仿真电路综合性实验为例，介绍实验过程。

实验目的：设计一个数字时间记录仪。

实验要求：要求数字时间记录仪能够完整、准确地显示时、分、秒时间信息;要实现1 Hz的秒计数;同时实现校时功能。

首先，确定基本设计方案，并在Multisim环境下实现本实验的基本过程。用六个数码管完整地显示时分秒信息;用一个由两个十进制计数器串联，加上必要的反馈置零电路组成的十二进制计数器来实现时的计时;用两个由十进制和六进制的计数器串联组成的六—十进制计数器分别实现分、秒的计时;同时实现校时功能，需要分别对时分秒的校时电路;要实现1 Hz的秒计数，可以由晶体振荡器分频后提供，也可以由555定时来产生脉冲，并分频为1 Hz后提供;校时电路可以用单刀双掷开关切换计数功能与校时功能来实现。该数字时间记录仪将秒计数器的进位端连接到分计数器的时间记录仪信号输入端，将分计数器的输出进位端连接到小时计数器的时间记录仪信号输入端，显示数码管连接到计数器的计数输出端，校时电路与各计数器的正常时间记录仪信号通过单刀双掷开关选择后，接到计数器的时间记录仪端。完整的数字时间记录仪仿真电路如图1所示。

由于数字时间记录仪电路比较复杂，因此将单个功能的实现分别做成子电路，然后直接把设计好的电路复制到子电路编辑窗口中，把需要与外界连接的引脚引出来，就可以直接与主电路其他部分连接，从而实现其功能。在图1所示完整数字时间记录仪仿真电路中，12（SC2）为十二进制计数器子电路，实现对于小时显示的进位功能，其原电路如图2所示;CLOCK（SC3）为分频器子电路，实现将1 kHz信号分频为1 Hz信号，其原电路如图3所示;60（分）和60（秒）为两个六—十进制计数器子电路，分别实现控制分和秒的显示，其原电路为如图4所示的74LS161构成的六—十进制计数器电路。

为了实现各个分功能的电路能够有效地连接到一起，均需要将原电路设置成子电路的形式，然后放入总电路中实现连接。本文以六—十进制计数器原电路（图4）和子电路（图5）为例，介绍如何将原电路转换成子电路形式，以便于实现总电路的连接。从图4和图5的比较可以看出，只要有了原电路，对应的子电路设计过程很简单，只需要将设计好的功能电路复制到子电路编辑窗口中，把需要与外界连接的引脚引出来，就可以与主电路的其他部分相连接。用同样的方法可以把分频器原电路、十二进制计数器原电路也复制到子电路编辑窗口中，再把需要与外界连接的引脚引出来，接入主电路即可。文中只给出分频器子电路、十二进制计数器原电路图，如图2和图3所示，其子电路图示不再重复绘制。

至此为止，完成Multisim数字时间记录仪的虚拟仿真实验电路的设计。在完成虚拟数字时间记录仪的设计及仿真后，再根据实际情况选择是否在实体实验平台上做整体实验或者部分模块实验，就更可靠更方便了。

5 结语

在电工学传统的实验室实验教学的基础上，开展Multi-

sim虚拟仿真实验与实体实验并行的实验教学模式，将理论设计与分析、实体实验现实与交互式设计与仿真相结合，完善电工学现有的实验教学体系，提高实验教学水平和教学质量，同时激发学生的实验创新能力和综合素质，同时为实验室教学模式提供一种新思路。在电工学实验教学过程中，如何进一步改善和实践虚拟仿真实验与实体实验相结合的教学方法，真正实现对于电工学实验教学的最佳教学效果，进一步提高实验教学质量，这无疑对整个电工学实验教学质量的提高有着积极意义。

参考文献

[1]李亮亮，赵玉珍，李正操，等.材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设[J].实验技术与管理，2014，31（2）：5-8.

[2]李宁，杨坤，史芹.大学物理虚拟仿真实驗开放式教学初步探索与实践[J].教育现代化，2016（40）：118-119.

[3]付杨.基于Multisim技术的电子电路综合设计改革[J].实验技术与管理，2017，34（4）：112-114，198.

[4]杨蕊，王晓燕，杨婷.基于Multisim虚拟仿真技术的电工电子实验室建设[J].实验技术与管理，2015，32（10）：129-131.

[5]李忠波.电子设计与仿真技术[M].北京：机械工业出版，2004.

[6]王海波.基于Multisim仿真软件的电工电子实践教学改革[J].数字技术与应用，2011（9）：221-222.

[7]廖辉.仿真软件在电工学中辅助教学探讨[J].实验技术与管理，2014，31（4）：102-105.

作者：马志燕

电工课程仿真实验设计论文 篇2：

基于虚拟仿真实验的通信原理教学改革探索与实践

摘   要：虚拟仿真实验教学在教育领域具有重要应用，是教育信息化的重要组成部分。本文以模拟信号数字化为切入点，阐述了“通信原理”虚拟仿真实验教学项目建设，并在此基础上探索基于虚拟仿真实验的通信原理教学改革思路与方法。充分发挥信息技术的优势，与通信原理在线开放课程结合开展虚拟仿真实验教学项目建设，有利于提高课程的信息化水平和教学质量，为创新人才培养奠定基础。

關键词：虚拟仿真实验  通信原理  在线课程

2012年3月13日，教育部印发了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》[1]。发展规划要求推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式。发展规划明确提出了创新优质数字教育资源共建共享机制、实现教育信息化可持续发展的新思路。支持网络课程互选及资源共建共享;鼓励企业和其他社会力量投入数字教育资源建设、提供个性化服务。显然，高等教育正面临着一场变革。根据国际在线教育的发展趋势及要求，教育部积极组织国内一些高校开展在线开放课程以及虚拟仿真实验教学中心的建设，我校也组织专家和老师进行研讨，学习国内外在线教育的先进理念，积极开展在线开放课程和虚拟仿真实验教学项目建设，推动在线教学改革与发展。

“网络虚拟实验”（Web-based Virtual Experiment），即虚拟仿真实验教学的概念早在20世纪末就已经提出，但受限于当时的网络环境和技术条件，直到2010年左右才开始进入快速发展阶段。国外较为著名的虚拟仿真实验平台有麻省理工学院的WebLab[2]、卡耐基梅隆开放学习计划中的虚拟实验室[3]等。国内较为成熟的虚拟仿真实验教学中心有清华大学的工程力学虚拟仿真实验室、浙江大学的虚拟电工电子网络实验室、中国科技大学的大学物理计算机仿真实验系统以及苏州大学纺织与服装专业的虚拟仿真实 验教学中心等。到2016年，教育部共成立了300个国家级虚拟仿真实验教学中心。2017年，教育部发文开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设，根据本科学科门类中专业类的当前布局和发展情况，结合高校专业类实验室建设情况和专业类实验教学信息化发展需求等因素，统筹规划到2020年建设1000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目[4]。

在这样的时代背景下，结合学科和专业特点，充分发挥信息技术的优势，开展虚拟仿真实验教学项目建设，与通信原理在线课程结合，有利于提高课程的信息化水平和教学质量，为创新人才培养奠定基础。本文以模拟信号数字化作为切入点，介绍“通信原理”虚拟仿真实验教学项目建设，并在此基础上探索基于虚拟仿真实验的通信原理教学改革思路与方法。

1  虚拟仿真实验教学在通信原理教学中的意义

《通信原理》是通信工程、电子信息工程、信息工程等电子与电气信息类专业最为重要的专业基础课之一。它从理论上建立了完整的通信系统架构以及对通信信号和系统性能的分析方法和系统模型，从基带传输和带通传输分析通信系统的基本原理、过程以及信号在时域和频域的特性，同时对通信系统中的编码、调制、信道、接收等功能模块给出分析和设计方案。

《通信原理》课程注重“信息传输”的理论与工程应用的紧密结合，使学生深入理解通信系统的内涵和实质，为深入学习研究各类现代通信技术打下坚实基础。然而，在《通信原理》课程教学中，信号、信道等概念抽象，既看不到也摸不着，学生在有限的课时内很难系统地领悟各个知识点及其相互联系。因此，充分利用信息化时代在线教学资源，将虚拟仿真实验应用到课程教学中，将抽象的概念具体化、可视化，有助于学生对通信系统架构和模块以及通信过程中重要环节的理解和分析，为将来进行通信系统和网络的设计规划奠定坚实的基础。

随着通信技术的快速发展，由于受到资金及实验场地、实验时间的限制，通信实验室设备的升级和换代明显滞后于通信技术的发展速度。结合时代发展的特征，满足不同学生随时随地自主学习，自主设计的不同需求，有必要将虚拟仿真实验应用到通信原理的教学中，建立虚拟仿真实验，可以提醒学生提前进行预习，明确实验目的、理解实验原理，在实验过程中加入一些提示和重复，加深学生对实验操作步驟的了解，顺利完成实验并提交实验报告;另外，虚拟仿真实验可以有效避免学生在实验中误操作而带来的实验设备和实验室安全问题。还可以将老师的一些科研项目与虚拟仿真实验结合，让学生可以及时跟踪现代通信技术的发展趋势，了解现代的通信设备及技术的基本原理，建立从局部实验模块到整体实验系统的直观感性认识;通过虚拟仿真实验，实现不同层次学生个性化和差异化的培养目标，有利于创新人才的培养。

2  通信原理虚拟仿真实验教学项目建设

2.1 模拟信号数字化模块

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，其已成为当代通信技术的主流[5]。与模拟通信相比， 数字通信具有：抗干扰能力强，噪声不积累;传输差错可控;便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储，可以将来自不同信源的信号综合到一起传输;易于集成、使通信设备微型化、重量减轻;易于加密处理，保密性好等优点，使得数字通信的应用越来越广泛。在数字通信系统中，如果信源给出的是模拟信号时，需要由信源编码器将模拟信号转换成数字信号，实现模拟信号的数字传输。信源编码是数字通信系统（如图1所示）中的一个主要组成模块，其有两个基本功能：一是通过压缩编码技术提高信息传输的有效性;另一个就是完成模/数（A/D）转换。在接收端的信源译码是信源编码的逆过程。

通过模/数转换中采样实验模块的虚拟仿真实验建设，学生可以通过个人终端远程进行模拟信号数字化的虚拟仿真实验操作。实验前，可以通过预习了解实验目的和基本原理。

在实验过程中，学生需要进行实验参数设置和实验操作（如图2所示），如果参数设置不合理或实验操作不正确，系统将对学生进行相应的提示和警告，并重复实验步骤，帮助学生完成实验，并加深对模拟信号数字化中采 样定理的理解。完成实验操作后，学生在网上填写和提交电子实验报告。由实验开课教师进行电子实验报告的批 改和成绩审定。模拟信号数字化采样实验的虚拟仿真实验教学项目的建设，探索了线上线下、虚实结合的通信原 理虚拟仿真实验方法，为后续的通信系统的虚拟仿真实验教学以及通信原理在线课程的开展奠定了基础。

2.2 通信系统的虚拟仿真实验

通信系统中有一些模块及实验是实际中难以实现的，比如高速的数字信号处理、不同条件下的真实信道、高速通信网络中的实时性能监测等。

通过虚拟仿真实验，模拟难以实 现的高速数字信号处理功能模块、运用不同条件下的信道模型和系统架构， 结合真实的信号传输实验，融合科研创新的成果，实现现代通信系统的实验教学，有利于创新人才的培养。

（1）基于不同信道模型的可见光通信定位系统。

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）在用于照明的同时，还可以用于实现可见光通信定位，由于它工作在未授权频段，具有安全性高和抗电磁干扰强以及定位精度高等优点，在室内通信定位应用中引起了人们的广泛关注。

一个实用的室内可见光照明系统如图3所示，其中的信道包括了不同位置的LED的电力线信道和不同LED到接收端的可见光信道。分别采用不同的电力线信道模型和可见光信道模型，结合高速的数字信号处理技术，实现了高速且定位精度高的可见光通信

定位系统的虚拟仿真实验[6-7]。在大学生创新计划项目中，让学生自己设计实现，亲身体验了现代电力线通信和可见光通信定位融合技术在语音通信和定位系统中的应用。

（2）基于虚拟仿真光纤通信系统的实时光信噪比监测。

光纤通信正朝着高速、智能化和动态服务的全光网络方向发展。光信号在光纤中传输时会遭受到各种损伤， 实时的光性能监测对于光网络来说非常重要。光信噪比（Optical Signal-to- Noise Ratio，OSNR）是衡量光路性能的重要指标，传统的带外光信噪比的监测方式已不能满足光性能监测技术的发展要求。在大学生莙政基金项目中运用现代信息技术，基于虚拟仿真光通信系统，进行高速光纤通信系统中光信噪比的不同监测方法分析比较，其结果如图4所示[8]。

2.3 虚拟仿真实验教学平台

为了能够更好地推进现代信息技术与实验教学项目的深度融合，拓展实验教学内容的深度和广度，延伸实验教学的时间和空间，提升实验教学的质量和水平，苏州大学电子信息学院与苏州普源精电科技有限公司合作，基于Visual Studio集成开发环境，以C#为核心开发语言设计开发了虚拟仿真实验教学平台 UltraLab，其实验课流程如图5所示。在此平台上，老师可以发布不同的虚拟仿真实验教学内容，合理进行实验教学的设计与安排;学 生可以根据自己的时间自主进行实验 的预约、操作和完成实验，从学生的需求出发，有利于调动学生参与实验教学的积极性和主动性。

3  基于虚拟仿真实验的通信原理教学改革

3.1 虚拟仿真实验教学与传统实验教学的比较

传统的通信原理实验教学，由于 受到实验场地、实验时间以及实验设备的限制，仅开设了一些验证型实验，不能完全模拟实际的通信系统且学生必须根据教学安排到实验室进行硬件 实验，无法满足现代信息时代学生随 时随地自主学习和设计的需求。另外，传统实验教学的考核主要依赖学生的实验报告，由于受到实际教学资源和条件的限制，对于学生的实验操作过 程无法进行准确的评估和个性化指导，难以激发学生的兴趣和自主创新意识。

通过虚拟仿真实验教学平台，可以方便教师和学生之间的沟通。老师可以根据教学内容设计虚拟仿真实验， 并在虚拟仿真实验教学平台上定期发布;学生可以根据自己的时间预约，并在预约时间内完成实验，从学生的需求出发，注重对学生社会责任感的培养，激发學生自主学习的兴趣，调动学生的积极性和主动性。而且，虚拟仿真实验平台可以根据学生的操作步骤和过程进行实时的评分和针对性指导，并在此基础上进行信息统计分析，从而优化实验内容，改进实验教学方法和考核机制，使实验教学从原来的验证型向设计型、综合型、研究创新型方向发展，实现对不同层次、不同学生的个性化和差异化指导和培养。

3.2 虚拟仿真实验教学与在线开放课程相结合

大规模在线开放课程，即慕课（Massive Open Online Course， MOOC）是“互联网+教育”的产物。大力推动在线开放课程，是实现中国高等教育质量特别是人才培养质量“变轨超车”的关键一招。作为一种新型教学模式，它一方面打破了传统教育的时空界限，推倒学校的“围墙”，实现了优质教育资源的开放共享;另一方面，推动了信息技术与教育教学的深度融合，有效推进了高等教育在教学理念、教学方 法、教学模式等方面的变革，促进了教与学的创新。

《通信原理》课程是理论性和工程性都很强的学科，将在线开放课程和虚拟仿真实验教学应用到《通信原理》课程的教学中，进一步推动信息化环境下教学方法和教学手段的改革与创新，促进优质教育资源的应用与共享，有助于知识传授、能力培养、素质提高的协同实施。

4  结语

根据《通信原理》课程的特点，以模拟信号数字化为切入点，本文阐述了“通信原理”虚拟仿真实验教学项目建设，将通信原理课程中抽象的概念具体化和可视化，改善教学效果，并在此基础上探索基于虚拟仿真实验的通信原理教学改革思路与方法。充分发挥信息技术的优势，开展虚拟仿真实验教学项目建设，与通信原理在线开放课程结合，适应现代大学生成长的新特点、信息化时代教育教学的新规律，以提高学生实践能力和创新精神为核心，以电子信息专业类急需的实验教学信息化内容为指向，积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，有利于提高课程的信息化水平和教学质量，为创新人才培养奠定基础。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 教育信息化十年发展规划（ 2011—2020）. 教技[2012] 5 号， http：//old.moe.gov.cn/publicfiles/business/htm lfiles/moe/s3342/201203/xxgk_133322.html.

[2] T.A. Fjeldly， M.S. Shur. Lab on the Web. Wiley-IEEE Press，2003.

[3] 张轶斌.开放教育资源开发与应用研究——以卡耐基梅隆大学的开放学习项目（OLI）为例[J].中国远程教育，2011（5）：56-53.

[4] 中华人民共和国教育部.教育部办公厅关于2017-2020 年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知.教技[2017]4号，http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s79 46/201707/t20170721_309819.html.

[5] 樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].7版.北京：国防工业出版社，2012.

[6] 丁俊杰.实用室内可见光通信连续干扰的消除[J].光通信研究，2017（4）：22-25.

[7] 陈浩哲.可见光通信定位集成系统仿真研究[J].光通信研究，2019（2）：15-18.

[8] 陈梦迟.光纤通信系统中光信噪比的监测分析[J].通信技术，2014，47（12）：1464-1468.

作者：游善红 曹洪龙 胡剑凌

电工课程仿真实验设计论文 篇3：

Ｅｄｉｓｏｎ仿真实验软件在中学电路课程中的案例探究

摘 要：Edison仿真实验软件以其优越性在中学电路课程的教学中有广阔的前景，但许多一线教师对仿真实验的教学效果持怀疑的态度。针对此问题， 笔者分析了Edison仿真实验软件在中学电路课程中运用的可行性，并结合案例探究Edison仿真实验软件在教学中实际应用的过程，提出在应用过程中应注意的问题。

关键词：Edison仿真软件；电路课程；应用

一、引言

实验可以帮助学生学习比较抽象的科学知识，锻炼他们的动手能力和解决问题的能力。但由于经费、场地、安全等原因的限制，真实实验很难完全开放，学生没有更多机会设计和操作实验。Edison仿真实验软件的出现突破了传统实验的局限性，可以弥补实验仪器少及仪器、元器件损坏的不足，凸显实验的开放性，便于学生自主学习和研究学习，激发学生的学习兴趣。

有不少教师担心，仿真实验通过实物的虚拟化提供的虚拟化的实验环境会影响教学效果。但从目前的研究结果来看，对仿真实验的研究大多局限在仿真实验的设计和开发上，对类似Edison的仿真软件在教学实践中的应用研究相对较少。中学教师没有必要也没有精力设计和开发这些软件，成熟的商业仿真软件功能强大，根据教学需要选择适合的软件进行应用研究显然更加有效和切合实际。

二、可行性分析

1.Edison仿真实验软件的优越性

Edison仿真实验软件是专用于电子线路仿真的“虚拟电子工作平台”软件工具，该软件拥有仿真度很高的常用电工电子元器件模型库，能对实际电路进行有效的模拟仿真分析。Edison仿真软件将原理图的创建，电路的测试分析和结果的图表显示等，全部集成到同一个电路窗口中。测试仪表和某些仿真元件的外形非常接近，且仿真元件的操作开关、按键与实际仪表也极为相似，因此通过电路的仿真设计，既能熟悉电路，又能熟悉仪器仪表的使用方法，同时与实验操作不脱节。

Edison仿真软件在实验过程中会出现有趣的声光效果，如在电路中有发光的灯泡，可以看到灯泡光线强弱的变化。又如电动机，可以看到其转动的快慢及方向，并可听到电动机运转的声音，使操作者有进行游戏的感觉，从而在不知不觉中掌握电学知识，激发学生学习电学的积极性。

Edison仿真软件的另一个很大的优点是该软件提供了中文版本，全中文模拟操作环境能使学生的学习效率大大提高，有利于该软件在电路课程教学中的使用和推广。

2.信息化教育在中学的推广和应用

近年来，随着信息化教育在中学的推广和应用，政府对中小学信息化建设的支持也不断加大，中小学的教育技术装备在不断地更新，新的教育教学手段层出不穷。电子化的教育媒体使教学过程更加灵活，各种信息通过文本、声音、图像等直观形式传递给学生，具有丰富的手法和巨大的表现力，能够更好地吸引学生的注意力，加深他们的理解和记忆。

从硬件上来看，新乡市中学大都配备了一定数量的多媒体教室和学生机房，给教师的演示实验和学生的分组实验提供了物质基础。从软件上来看，教师通过培训和实践应用，掌握了计算机的基本操作技能和技巧；市级中学都开设了《信息技术》必修课程，学生的计算机基本操作也能够过关。此外，随着互联网的发展与普及，我们可以很容易地获得Edison仿真软件的试用版。试用版虽然没有保存和打印功能，并且只能适用于小规模电路，但对中学实验来说已经是绰绰有余了。

三、案例探究——Edison仿真实验软件在《欧姆定律》一课中的应用

1.教学内容分析

《欧姆定律》是人教版物理义务教育八年级下册第六章“欧姆定律”的第四节内容。欧姆定律是电学中的基本定律,是进一步学习电学知识和分析电路的基础。本次课的逻辑性、理论性很强,重点是学生要通过自己的实验得出欧姆定律,最关键的是两个方面:一个是实验方法,另一个就是欧姆定律。

欧姆定律的含义主要是靠学生在实验的过程中逐渐理解,而定律的形式也很简单,所以是重点而不是难点。学生对实验方法的掌握既是重点也是难点,这个实验难度比较大,主要在实验的设计、数据的记录以及数据的分析方面。由于实验的难度比较大,学生出现错误的可能性也比较大,所以第一次实验课在多媒体教室上，学生利用Edison仿真实验软件可以反复实验，不用担心仪器缺少和损坏的问题。

2.教学对象分析

选取河南师范大学附属中学八年级的40名同学参加了教学研究。通过前几节课的学习发现，学生们普遍喜欢电路实验，枯燥的讲解难以激发学生们的兴趣。实验室由于器材和场地的限制，只有把学生分成小组，而这样就很难保证每个学生都有操作的机会。而在装有Edison仿真实验软件的多媒体教室，每个学生都可以用自己的计算机进行自主的实验探究，充分调动了学生的积极性。课前调查表明，学生们自小学四年级就开始上信息技术课，并且大多数家里都有电脑。通过计算机能力测试确保参加教学研究的学生都熟悉计算机的基本操作，为本节课的学习打下了良好的基础。

3.教学目标

根据教学内容和教学对象分析,确定以下教学目标:

（1）知识与技能目标：通过实验探究电流、电压、电阻的关系,理解欧姆定律的物理意义；学会同时使用电流电压表测量导体两端的电压和其中的电流,并通过数据分析归纳其中的物理规律。

（2）过程与方法目标：引导学生有依据地进行合理的猜想,学习用不同的方法研究物理问题。

（3）情感态度和价值观目标：培养学生大胆猜想,小心求证,形成严谨的科学精神。

4.教学资源和教学准备工作

计算机能力测试：采取“任务驱动法”（在规定的时间内，要求学生录入、编辑同一文档，最后存放在指定位置），以确定学生计算机实际操作能力不影响使用Edison仿真实验软件。

Edison仿真实验软件预备课：通过上预备课，一方面让同学们熟悉Edison的基本操作，另一方面确保多媒体教室所有安装Edison的计算机运行正常。

教学效果的评估：我们从学业成绩、学习效率、学习的趣味性、信息技术应用能力四个方面设计调查问卷，以评估教学的效果。

5.学习活动设计

（1） 连接电路：首先，从左窗口元器件库中拖动一个稳压直流电源放在工作台适当位置，然后依次拖入开关、电流表和定值电阻并合理摆放。接下来的连线也非常容易，只要将鼠标指针移到接线柱上单击左键再移动到另一接线柱单击即可，连接好的电路如图1。在元器件拖入工作台后，我们可以看到右窗口会同时出现对应的电路图符号，连线结束时对应的电路图如图 2。

（2）电阻不变时，测电流与电压的关系：双击电阻图形，在参数项目中将其阻值修改为10欧。调节电源旋钮使电阻两端电压分别为U=2V、4V、6V、8V时，打开开关，电流表立即显示数值，记录实验数据。实验完毕，断开开关，保留电路。分析表中实验数据发现：在电阻一定的条件下，导体中的电流跟导体两端的电压成正比。

（3）电压不变时，测电流与电阻的关系：电源电压保持不变（U=4V），双击电阻图形，将其阻值分别改为5欧、10欧、20欧、40欧，记录电流表对应的数值。分析实验数据发现：在电压不变的条件下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。

6.教学效果的评估

问卷调查的实施时间为2008年9月20日。由研究者直接到班级发放问卷，当场收集问卷的方式进行。问卷调查共发放问卷40份，收回问卷40份，回收率为100%，统计结果如表1所示。

根据表1，学生对基于Edison实验的学习普遍反映比较好，92.5%的学生认为达到了教学目标；50%的学生认为学习的效率得到提高，这主要因为在实验室的条件限制，学生3-4人组成的实验小组可以分工合作，而基于Edison实验每个人需要做所有的工作；90%的学生认为基于Edison实验的实验趣味性强，学生们在完成教学任务后会发挥想象力设计一些电路，而不用担心器材限制；65%的学生认为自己的信息技术应用能力得到提高，通过座谈也发现，被同学们誉为“计算机高手”的学生认为，操作Edison对他们来说没有多大的挑战性，比玩游戏简单多了。

四、存在的问题和展望

从上面的实例我们可以看出Edison电子仿真实验软件使用十分方便，又很有趣味性，教学效果明显，为教师提供了一条实验教学的便捷之路，为学生提供了一个广阔的学习空间，有利于学生在实验中自主学习和探究。但在使用过程中还是存在一些问题。

第一，仿真实验并不能完全代替实物实验，接线等技能只有通过真实的操作训练学生才能真正掌握。一味追求仿真，那只能是走向一个新的误区。

第二，不是所有实验都能使用Edison仿真软件，如电流表、电压表等。原因是Edison中的仪表都是数字式的，能直接显示读数，而目前教材中所使用的仪表还是传统的，需要通过刻度来读数。

第三，Edison仿真软件中的元器件即使损坏了也可以用“修复”命令立即修复，这一优点在某种程度上也是一种缺点。很多学生因此在仿真实验中忘记了实验的操作规范，并把这种坏习惯带到实物实验中，不利于培养学生的动手实验能力的提高。故而不论是在仿真实验还是在实物实验时，教师都应时刻强调实验操作的规范性。

随着Edison仿真实验软件和类似软件的应用，实验仪器的数字化、虚拟化的发展趋势越来越明显。运用虚拟仪器技术，以计算机为基础，构建集成化测试平台，不但可以满足中学实验教学的需要，大大提高设备利用率，而且降低了实验室建设的成本。

参考文献：

[1]丁美荣，柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J]. 现代教育技术,2007，(7):100.

[2]刘立新，胡刚.Edison仿真分析在电学实验中的应用[J].中国教育技术装备,2004，(5):9.

[3]王惟信，莫志衡.Edison立体声光实验室 [M].北京：人民邮电出版社，2002，12.

(编辑：隗爽）

作者：汤跃明　职卫星　张锦华