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1、计算机仿真实验教学探讨 本文从电子信息专业课程教学实际出发,通过分析电路分析课程和单片机原理课程Multisim10仿真教学实例,提出计算机仿真实验教学模式,该模式为培养学生的创新能力提供平台,对改善教学效果、提高教学效率具有实际意义。 计算机技术的发展使其与电子信息等相关学科的联系更加紧密,计算机技术的教学内容在相关学科专业的教学中尤其重要。计算机仿真技术在工程设计中的应用日益广泛和深入,在具有计算机仿真技术的课程中采用计算机仿真实验教学方法,将计算机仿真技术与专业课程整合,使理论教学更加生动、直观,使学生通过感性认识加深对理论知识的理解,掌握计算机仿真方法,就能改善教学效果、提高教学效率,
2、同时开拓学生的思维空间,培养学生的创新能力,适应就业需要1-2。 1教学内容的整合 电子技术的发展尤为迅速,电类专业的课程内容也越来越多。电路分析、电子线路、数字电路、高频电子线路、信号与系统、单片机原理等一直是电子信息专业的必修课程,计算机仿真技术的发展使很多专业仿真软件在电子信息学科领域具有广泛的应用,如Multisim、Matlab等。如果将仿真软件的学习与专业课程的内容整合,不仅可以节省课时,还可以使专业课程的教学更加生动直观,将难以理解的理论形象化,学生可以通过计算机仿真实验观察到实验现象、过程和结果。 学生对所学知识有了感性认识,更能加深对理论的理解和记忆,特别是掌握计算机仿真技术
3、后,对提高学习能力、分析和解决问题能力具有重要作用。 2计算机仿真在理论教学中的应用 将计算机仿真教学与电路分析、电子技术、模拟电路、数字电路、单片机原理等课程相结合,可以使理论教学更加生动直观,易于理解。同时,由于计算机仿真技术在工程实践中应用广泛,掌握计算机仿真技术对学生就业也具有重要的影响。下面以电路分析课程和单片机原理课程为例,谈计算机仿真在教学中的应用3。 2.1电路分析课程实例 我校电路分析课程采用NI公司的Multisim10仿真软件进行仿真教学,学生可以在课堂上观察实验现象和实验结果,提高学习兴趣,加深对理论知识的理解。 2.1.1教学内容 戴维南等效电路。戴维南定理是电路教学
4、的一项重点内容,根据戴维南定理,含源一端口网络可以等效为电压源与等效电阻的串联电路。 2.1.2题目要求 分析如图1所示的含源一端口网络的等效电路。 2.1.3仿真电路创建 在Multisim10的仿真电路工作区中创建电路,如图2所示。 2.1.4仿真分析等效电路结果 执行仿真命令,双击万用表,选择测量直流电压,得到输出开路电压为Uoc=36V,如图3所示。选择测量直流电流,得到输出短路电流为Isc=12mA,如图4所示。计算得到等效电阻Req=Uoc/Isc=3k ,等效电路结果如图5所示。 2.2单片机原理与应用课程实例 在单片机原理教学中运用Multisim10仿真软件建立8051系列单
5、片机仿真环境,可以实现软硬件联调。通过单步执行,观察存储器内容、连续执行程序观察实验结果等方法,使学生掌握程序调试的步骤,理解程序运行的结果,深刻理解单片机原理。 2.2.1教学内容 中断程序设计。 2.2.2题目要求 在仿真电路工作区中添加硬件电路,如图6所示,该电路在方波信号的作用下触发外部中断1,要求设计程序,实现将中断次数以十六进制数和十进制数的形式分别输出到LED数码管的功能。 图68052单片机仿真实例 2.2.3开发过程 设置51系列单片机系统仿真环境,设置单片机属性,输入源程序代码,执行编译,在调试过程中可以单步执行、设置断点、打开存储器观察窗口进行观察等,如图7所示4。 图7
6、程序调试及观察窗口 2.2.4仿真及结果 单击仿真按钮进行仿真,同时在仿真电路工作区观察仿真现象及结果。结果界面如图8所示,在数码管上分别以十进制和十六进制显示出中断次数。 图88052单片机仿真结果实例 3计算机仿真在实验教学中的应用 运用计算机仿真方法进行虚拟实验,学生可以对自己设计的实验电路进行仿真测试,在设计平台上修改设计方案,克服了传统实验设计性较差的缺点,有利于提高学生的创新能力。 3.1传统实验教学 在传统实验室做设计性实验时,学生设计的电路往往存在问题,如果直接到实验室进行验证实验,会造成元器件和仪器仪表严重损耗,很难在规定时间内完成实验。因此,实验教学中多以验证性实验为主,
7、学生按实验指导书中的电路做实验,只能对电路理论进行验证,理论理解的程度有限,也不能改动电路,难以提高实验创新能力,束缚了学生的创造性。 3.2仿真实验教学 在基于Multisim建立的虚拟电子实验室中,学生可以利用虚拟元件创建电路,利用虚拟仪器仿真分析。学生在虚拟实验平台上创建自己设计的电路,利用虚拟仪器观察实验现象、分析实验结果,实验中不会消耗元器件和损坏仪器。还可以随时改动,以验证理论知识,提高创新能力。因此,采用Multisim仿真软件可以改变传统实验教学模式,还可以增加综合性和设计性实验5。 与传统电子实验室相比,Multisim仿真平台成本低、速度快、效率高。学生可以设计实验方案,对电路进行仿真和分析,随时改进电路,从而提高了学习积极性,拓展了思维空间,提高了分析、解决问题的能力。 4结论 计算机仿真实验教学将理论问题与实践紧密结合,使复杂问题简单化、理论问题直观化,提高了学生的学习主动性和学习兴趣,明显改善了教学效果,提高了教学效率。实践证明,计算机仿真实验教学模式应用于电路分析、数字电路、模拟电子线路、高频电子线路、单片机原理等课程的教学中,都会收到较好的教学效果,对深化教学改革具有实际意义。 第 6 页
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