主页 > 技术文章 > 浅析电工电子类仿真综合实验室的组建 2024-09-30

浅析电工电子类仿真综合实验室的组建

摘要：电工电子类技能实训实验是职业中学电工电子类专业课程的重要组成部分，教学的质量高低在很大程度上取决于专业课演示实验和学生分组实验的实际开出率。由于电子技术的飞速发展，学校在实验设备的配备上很难跟得上实验教学的要求。在这种情况下，如何寻找实验教学的突破口，直接影响了实验教学任务能否顺利完成。通过教学实践和探索，发现利用虚拟仿真软件可以很好地解决这个问题。
　　电工电子类实验是职业中学电工电子类专业课程的重要组成部分，教学的质量高低在很大程度上取决于专业课演示实验和学生分组实验的实际开出率。本文以中等职业教育电工电子实验在教学中的作用为基础、结合目前中等职业教育电工电子类实验课开出率的现状和原因分析，以及仿真实验在实验教学中的优势等方面，探讨利用仿真软件组建电工电子仿真实验室的可行性和实用性。
一、实验课对教学的重要性：
　　教师的演示实验对学生起着潜移默化的直接示范作用，为学生学习电子技术概念和规律提供了直观的环境，通过指导学生观察和分析实验现象，使学生获得直观的感性认识，从而更好地理解和掌握电子概念和规律。成功的演示实验可以引起学生浓厚的学习兴趣，而学生的分组实验是最具体的，需要学生开动脑筋，动手操作，比用其他方法更能有效地激发学生的学习兴趣，更有利于学生观察现象，并从中发现问题而获取知识，更能加深学生对知识的理解和掌握。所以，加强实验教学是学习电工电子技术，推行职业教育，掌握技能的重要措施。
二、实验教学现状及主要原因分析：
　　现实中，总有很多实际情况影响教师演示实验和学生分组实验的开出率，从而直接影响了教学效果。究其原因主要还是因为学校已有实验设备陈旧落后，或者数量跟不上学生规模的发展，使分组实验难以组织和进行。学校经费不足，对损耗损坏的仪器设备无力及时补充。实验设备管理有难度，仪器设备人为损坏或学生操作失误损坏多。
三、中等职业教育电子类专业实验课程简介：
　　1.电工基础实验:常用电工仪器仪表的使用、晶体管简易测量等。
　　2.数字电子技术实验:基本逻辑门电路、组合逻辑电路等。
　　3.模拟电路实验:电子仪器实验、晶体管的简易测试、整流、滤波和稳压、单级交流放大器、稳压电源制作等。
　　4.高频电子技术实验: 通频带展宽电路、LC振荡器、调幅与检波系统、非线性波形变换、调频与鉴频系统、FM 接收机组装等。
　　5.电子设计自动化实验:1位全加器输入设计、多路选择器设计、8位硬件加法器设计、7段数码显示译码器设计等。
　　6.C语言程序设计实验:C语言程序的运行环境和运行、C语言程序、数据类型、输入与输出、综合程序设计等。
　　7.电子组装工艺与设备实验:波形合成法测频率、信号发生器的使用、频率特性测试仪的使用、元器件的识别与测量、检测等。
　 8.单片机原理与接口技术实验:清零程序、ＭＣＳ—５１实验系统的使用、数据传送程序、数据排序实验等。
　　9.电子CAD实验：PROTEL99软件的安装、基本操作、原理图编辑入门、原理图设计、元件库编辑、印制电路板的编辑、PCB元件库编辑、电路仿真等。
四、仿真软件功能简介：
　　根据上述电子类专业实验课程内容选择仿真软件。
　　1．电子仿真软件Multisim。它有十分丰富的电子元器件库，可供用户调用组建仿真电路进行实验；它提供18种基本分析方法，可供用户对电子电路进行各种性能分析；它还有多达17台虚拟仪器仪表和一个实时测量探针，可以满足一般电子电路的测试和实验。较新的版本NI Multisim10软件则不仅仅局限于电子电路的虚拟仿真，其在虚拟仪器、单片机仿真等技术方面都有更多的创新和提高。功能相当强大，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。
　　2．Proteus的ISIS。是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点是可全部满足单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。该软件功能极其强大，可满足学校C语言程序设计实验和单片机实验教学仿真要求。
　　3．FX-TRN-BEG-C是三菱公司新推出的中文版PLC教学软件，是一个能提供各种控制要求、仿真运行各种控制程序的教学平台。它利用3D虚拟空间设计，模拟出各种真实场景，操作简单、效果明显。例如，交通信号灯控制、正反转控制、分拣和分配线控制、舞台装置控制、升降机控制等等，每一个场景都惟妙惟肖。学生可以在任何一个场景中按照控制要求进行编程，绘出梯形图，并对PLC进行仿真运行操作，观察运行结果是否符合设计要求，完全能胜任中等职业教育PLC实验教学要求。
五、仿真实验在实验教学中的优势：
　　1．弥补了实验经费不足的缺陷
传统电工电子类专业实验需要有仪器设备和元器件的支持。有些实训器材价格昂贵，如单片机实训箱、PLC实训装置，有些实验耗材大，有些实验设备易损坏等等，都制约着学校实验项目和数量的开出。在这种情况下，仿真电子实验实训很好地弥补了因实验器材和经费不足造成的这种遗憾。而且，仿真实验一般不用考虑仪器的更新换代，只需通过软件的升级就能保证仿真设备的先进性。一些因需要价格昂贵或特殊设备而无法开展的实验，也可以通过仿真轻易实现。
2．投入少，几乎无损耗的实验过程，维护成本低
　　传统的电工电子实验中，如果因为人为原因或者别的因素造成短路或电压过高、仪器档位选择错误等，都很容易烧毁元器件，甚至烧毁贵重仪器。使用仿真技术可以从根本上避免实际仪器价钱高、易损坏、维护难的问题。甚至即使是人为地大幅度增大电源电压、人为选择错误量程，都不用担心仪器会损坏，把对仪器设备的投入转化成计算机软硬件的投入，把仪器设备的维护转变成对计算机软硬件的维护，极大地减少了投入成本和维护成本。更不用担心学生在实验过程中会触电造成人身安全事故。这些都是传统电工电子类实验不可能做到的。
　　3．丰富的测量仪器和元器件库
　　除了常规实验常用的万用表、双通道示波器、函数信号发生器、扫频仪等，还有逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪等。克服一般学校仪器品种、数量不足的问题。元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字电路等，并且用户可以通过元件仿真编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可以进行元件模型的扩充和更新。更重要的是不再需要购买实际元件，极大地减低了实验成本。
　　4．有利于学生开展探索性研究性实验
　　传统的电工电子实验教学，由于实验条件的局限性，实验老师在课前会把本节课所需的仪器设备和元器件准备好，然后学生按照实验的要求和步骤进行实验，这样的实验，学生很少有自我发挥的机会，这也不符合目前以学生为主体的教育理念。在仿真实验中，实验成本下降了，仪器仪表和元器件的选择范围扩大了，更利于以学生为主体，开展一些设计研究性实验和探索性实验，更有利于培养学生的创新能力。

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