融入EWB软件的电工电子技术理论与实验教学
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摘要：介绍了在非电专业电工电子技术课程教学中引入EWB技术后形成的一种将教学与实验很好融合的教学改革方法，该方法能将理论与实际有机结合，且打破实验室与课堂的界限。通过EWB对教学内容进行仿真与模拟，可以随时随地地进行电路的实验，且可以快捷准确地看到实验结果，对培养学生的创造性思维能力、全面提高专业素质具有重要意义。
关键词：电工电子教学；EWB；仿真模拟；教学实验；卓越工程师培养
我校纺织工程系纺织品设计专业是第一批加入卓越工程师计划的专业，学习电工电子技术这门64学时的涉及电路、模拟电子技术、数字电子技术的课程有很大的挑战性[1]。该课程不仅要使学生获得有关电学的基本概念理论、知识和技能，还需要在教学实验过程中，通过虚拟实验、开放性实验、综合实验、小系统制作等，培养学生的电路分析和设计的能力、分析和解决问题的能力、实践能力、将理论知识与实际应用相融合的能力，从而提高学生的学习兴趣，锻炼学生接受新技术的能力和创新能力，为后续其他工程类课程的学习打下基础。在电工电子技术课程的各个教学环节中，通过EWB技术的融入，把电子仿真融入到教学的各个环节，使学生学得轻松愉快有成效，可培养学生的创造性思维能力[2]。
EWB软件是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的专用于电子线路仿真的软件工具，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。EWB的特点是：操作界面方便友好，具有和真实环境相一致的可视化界面；含有丰富的电子元件模型，能根据需要新建或扩充元件库；虚拟电子设备齐全，包括示波器、函数信号发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪。掌握好EWB软件就相当于在身边拥有一间自己的实验室。EWB软件模拟仿真电路很方便，且操作直观，像一个便携式的实验室。平时不可能把所有的电路都去实验室里亲手连一连，尤其是对于工科基础相对薄弱、动手能力较差的学生来说，一个电路一般都要花费比较长的一段时间。但是用EWB仿真就方便多了，就像把实验室的各种仪器搬到寝室里一样，而且它连接电路的方式较为清晰直观，更重要的是不存在接触不良的问题，比在实际动手做实验时减少了一些不确定的因素。
二、EWB在理论学习环节中的应用
电工电子技术课堂教学要接触到很多公式、数据、抽象的概念。在解题过程中，学生时常难以把基本概念、实际问题与习题间的关系理解清楚。在学习理论知识的同时教授学生学习EWB的相关操作，采用EWB软件进行计算机辅助教学，可以使课堂教学与虚拟实验室有机结合。通过实践会对理解理论知识有一定帮助，用EWB仿真就是相当于做了一次实验，对于不理解的抽象知识，通过仿真形象明了。学习正确地使用EWB软件不仅有助于理解课堂理论知识，还可以在课后解答一些不会的题目，提升了自主学习能力。不懂的电路，用它仿真一下，就会出现结果。在学习逻辑电路时，针对不同的电路变换成用与非门实现，可以用EWB模拟出来，方便快捷令人陶醉。
三、EWB仿真技术引入实验教学环节
应用EWB软件感触最深的就是它的简洁省时高效。数字式电容表实验就是一个最好的例子。对于卓越班的学生，要用6个课时完成整个数字式电容表的小系统设计、仿真和调试。课程要求在做系统实验之前先对实验电路进行仿真，不仅能加深对理论知识的理解，增强实际操作能力，更能避免系统实际操作的盲目性。在EWB软件上连接电路，想要读电压电流的值，就从工具栏里拖出相应的表，连在电路中；想要看输入输出的波形，同样找出示波器就可以了，得出的结果就可以实时清晰地显示在屏幕上。显示出的波形图就很理想，方便快捷且结果令人满意。
图2是数字式电容表的EWB仿真电路，图3是其相应的波形图，分别是电容矩形波、锁存脉冲和清零脉冲信号。可见，在EWB上仿真出的实验结果直观精确地反映了电路的设计目标，且调节方便，由于操作简单又会有成就感，更增加了学生对课程学习的兴趣和热情。
仿真实验让学生在真正动手去做实验之前了解了大概的实验结果，也相当于检验了电路设计的正确性，到了做硬件实验的时候就不会盲目地去调试。如果仿真中无法顺利地产生波形，可以在动手实验之前合理地修改电路，而且这种清晰的电路图是便于检查的，比真正的有错综复杂导线的电路更容易发现错误并及时纠正。用EWB软件可以使实验课程准备得更加充分，使得真正动手的实验相对来说顺利一些，大大地缩减了实验的时间，提高学习的效率。所有这些特点对非电类学生学习有一定难度的电工电子技术课程而言，都是至关重要的。图4是面包板实际电路及测量显示电路（测量1微法电容）。这块面包板看起来线并不是很多也不是特别复杂，但是为了连接和调试这个电路需要花费学生一定的时间，不断地检查修正电路，直到在示波器上看到预计的波形为止。从实验中学生切身体会到，实际连接电路会遇到各种各样的问题，诸如接线有效性、参数选择等等。与一趟趟去实验室真实地连电路、费时耗力且不易成功形成了鲜明的对比，EWB仿真的确效果不凡。
电工电子技术课很多知识点逻辑性强，前后联系紧密，层层深入之后发现有些知识点难以透彻地理解，且很容易相互混淆。作为非电学专业“卓越工程师”计划中的学生，EWB虚拟仿真的引入为学生提供了很多帮助，虽然不能说它会取代现实的实验室，但会在教学学习中起到重要的作用。就相当是有一个实验室随时可以用来做电路电子实验，仿真各种电路，使很多抽象的概念变得形象起来。这样方便了学生的学习，可以在寝室验证书本上的电路，成功率高，而且能很快地看到仿真出的结果，这样既能更直观地学习到电路的工作原理，又能培养对电工电子学科的兴趣和创造性。
参考文献：
[1]任立红，李晓丽，刘浩.卓越工程师计划下“电工电子技术”课程创新教学初探[J].中国电力教育，2012，（4）.
[2]张晓英，祖大鹏.EWB软件在教学中的应用，现代电子技术，2004，（10）.
基金项目：上海市教委重点课程项目和东华大学“卓越工程师课程项目”的资助
作者简介：任立红（1966-），女，内蒙古赤峰人，博士，东华大学副教授，从事智能系统、电工与电子技术理论与实践等研究。