仿真技术在《计算机电路基础》课程中的应用研究
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摘要：对于当前的高职学生来说，《计算机电路基础》是一门即复杂又枯燥的课程，对于任课教师来说，更是一门难以吸引学生注意，让学生感兴趣的课程。本研究基于对该课程的教学模式和教学效果研究的基础上，将现在流行的计算机仿真技术引入到该课程的教学中，对该技术在教学中的应用方法进行研究，发现该技术对于提高教学效果和学生的学习积极性起到了重要的作用。
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）01-0146-02
1 《计算机电路基础》课程介绍
《计算机电路基础》课程是高职计算机应用技术专业的专业基础课，是一门理论与实践相结合的课程。对于高职学生来说，该门课程内容繁多，枯燥；再者，他们基础薄弱，自控能力差，学习方法不当等原因，导致课堂听课效率低，进而对该门课程产生反感。实践课堂上，由于没有很好的理论支持，对实践器材和实践内容不清楚、不了解，只是应付老师，互相抄写实践报告，使得该门课程教学效果差，成为教师和学生都很头疼的一门课程。
2 仿真技术的作用
上个世纪80年代开始，随着信息技术的快速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，出现了电路仿真软件。通过这些软件，对电路进行仿真分析，不必构造具体的物理电路，也不必使用实际的测试仪器，就可以基本确定电路的工作性能。
本研究将该技术引入到《计算机电路基础》课程的课堂教学中，该技术起到如下作用：
2.1提高教学效果
通常《计算机电路基础》课程都是以板书为载体，教师讲授为主，学生记笔记，对电路分析主要基于手动计算，运算复杂枯、难懂，教学效果差。将计算机仿真技术引入到该课程的课堂教学中，可以使用多媒体教室，在课堂上直接演示电路的功能，使学生能够对知识有个直观的理解，能够使得复杂难懂的电路原理变成可以看到效果的电路仿真图及测量结果和波形图，提高理论知识的直观性和实用性，进而提高教学效果。
2.2节约实验器材
仿真实验相对于实物实验最大的优势就是节约资源，在电路仿真时，可以多次尝试多种参数的电路组合结果，可以节约时间，而且即使元件选择不当，也不会造成元件的损毁和浪费，这样就会在很大程度上节约了资源。对于缺少测量仪器或元器件的学院来说，仿真软件更是一种不错的选择，而且可以无地点和时间限制的免费使用。
2.3辅助学生学习
当教师将仿真技术应用于课堂教学时，学生在学会电路知识的同时也学会了仿真技术，并将这种技术自觉地应用于课后作业或复习。这样既培养了学生的动手能力，也培养了他们的创新能力。他们由原来的不愿意学习转变为主动学习，极大地激发了学习的积极性，并且养成了独立思考的能力和科学探索精神。
3 仿真技术在教学中的应用案例
当前比较流行的仿真技术有Multisim，Protel，Proteus等，其中Multisim有较强的模拟/数字电路的设计功能，它包含了电路原理图的绘制，电路硬件描述语言输入方式，各种电路检测需要的虚拟的仪器仪表，并且有很强的仿真分析能力；Protel主要用途在于电路原理图的输入和PCB板的设计；Proteus侧重于单片机的仿真。综上所述，本研究决定选用Multisim，以下是教学中的应用案例，这些案例中的电路图及仪器测量结果均使用Multisim10.0仿真软件进行设计和研究的。
3.1基尔霍夫定律的验证
基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本定律，它由两个定律组成，分别是电流定律和电压定律。学生对这种单纯的理论学习，不能很好理解定律的内涵及作用，可通过使用仿真软件加强学生对定律的理解深度，另外也可以从视觉上刺激学生，激发学习兴趣，提高课堂教学效果。使用Multisim10.0设计基尔霍夫电压定律验证的仿真电路如图1所示，仿真结果万用表显示如图2所示。
图1 基尔霍夫电压定律仿真电路
图2 万用表仿真结果
3.2整流电路仿真
桥式整流电路利用四个二极管，两两对接。当输入正弦波的正半部分时，其中的两只管导通，得到正的输出；当输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。该电路的仿真电路图如图3所示，输入和输入信号波形图如图4所示。通过该仿真波形，可以从视觉上使学生明白桥式整流电路的作用，而且即使选择元件不当，也不会造成元件的浪费，可以多次尝试。
图3 桥式整流仿真电路
图4 桥式整流电路波形
3.3数码管显示电路仿真
数码管显示器常用来显示各种数字或符号，由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。数码管显示仿真电路图如图5所示。本仿真电路能够将十进制数经过74LS48译码，输出数码管字形码驱动数码管显示。该电路仿真能够加深学生对数码管显示原理的及74LS48译码器的功能的理解。
图5 数码管显示仿真电路
4 结束语
通过将仿真技术应用到《计算机电路基础》课程中，极大地活跃了课堂学习氛围，使得计算机电路理论不再复杂、枯燥，相反变得生动有趣，学生也由原来的被动学习转变为主动参与课堂教学，积极思考。此外更重要的是，由于仿真技术没有场地限制，也没有实验器材约束，学生可以在课堂外的时间里，自己使用仿真技术来探索、学习电路知识，培养了学生独立解决问题的能力和创新探索精神。
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