時間：2023-03-25 11:24:53
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在現代信息實驗教學中，積累經驗并應進行改革探索，并針對應用型人才需采用虛擬和實際相結合、軟件與硬件相結合的模式?？梢钥闯?，現代仿真技術在信息學科教學，特別是實驗教學中具有廣闊的應用發展前景。仿真技術的應用和發展，必將加快信息學科實驗教學的深化改革，促進了教育觀念的改變是培養創新人才的新的實驗手段。
信息學科教學中仿真技術的應用
目前，國內外眾多高校在信息類課程的教學過程中，對計算機的仿真技術做了大量有意義的探索，并取得了相對豐碩的研究成果。
（1）通信專業教學中的仿真技術。近年來，隨著通信技術和計算機技術的快速發展，傳統的設計手段和設計方法通常不能夠適應目前通信系統急劇增加的復雜性要求。在通信專業的實際教學過程中，基于相關常用的仿真軟件，通信系統的仿真技術也已逐漸成為現代通信系統設計以及對其定性進行驗證的重要手段[5,6]。例如，對通信系統整體設計并測試其性能；同時，在復雜的環境中無線電通信以及抗干擾通信系統的抵抗衰落和多徑效應能力。但由于現代通信系統的實際測試設備價格高昂，而且系統也往往具有不可測試特性。例如，在日常的實驗教學中教育單位不太可能對實際營運中的通信網絡性能進行測試。因此，這使得高校相關信息專業的教學實踐環節面臨挑戰。這樣，基于相關軟件與算法對其進行仿真就成為一種理想的選擇。通常，通信系統中各個功能模塊的軟件實現、通信過程中各個節點之間的智能化性能分析等系統及其部分功能的模擬大都基于現代計算機仿真技術來完成。其中，仿真算法可以直接映射為系統設計中的硬件。而基于仿真工具的軟件無線電技術使得通信信號處理方法得到廣泛應用。此外，計算機仿真技術對通信系統不同模塊的性能分析也有著不可替代的作用。例如，在基帶信號處理過程中可以通過合適的仿真軟件來實現傳輸信號的相應變換。從而得出預編碼、自適應均衡、信道編解碼、信源編解碼以及信息安全算法等等。此外，在復雜、時變的信息傳輸環境中，現代通信系統的數字信號處理相關算法更將會趨于復雜[7,8]。例如，在科研和教學中涉及到的信道估計的自適應算法、MIMO技術、通信網絡中的多用戶檢測算法、信道編解碼算法等技術的實現，必須利用仿真技術對算法在實際通信環境中的適應性進行驗證和評估。
（2）基于硬件設計教學中的仿真技術。實現微處理器和數字信號處理芯片是現代信息系統設計的硬件基礎。系統中各個硬件模塊的實現通常基于硬件仿真技術的理論與先進的微型計算機的相互結合進行分析。因此，仿真技術在信息專業教學過程中硬件的控制實現中也就有著重要的應用[7]。在實際硬件仿真教學中，基于不同仿真平臺，例如Max+plus、QuartusII等軟件,通過VHDL、VerilogHDL等語言對系統進行設計，同時對系統的物理器件性能進行仿真。在目前很多信息系統的電路設計中，這主要表現為從基于硬件的集成電路模式逐步轉為一些硬件仿真軟件編程來實現的映射模式。
（3）網絡協議教學中的仿真技術應用。在通常信息學科的網絡協議教學中，其復雜性已經很難通過傳統的數學分析來完成。而在更高層的協議設計教學過程中，通信網絡協議中所涉及的仿真代碼可以將其設為相應通信協議可以實現的核心代碼。因此，在信息學科教學中，仿真方法在網絡及其協議的復雜性中也有著重要的應用[9，10]。為了準確、快速地對信息學科教學過程中的網絡協議性能完成評估。同時，如果采用計算機仿真技術可以避免掉大量的理論性能分析過程中出現的障礙。另外，通過對實驗室中網絡系統進行建模，從而進一步實現參數的選擇和調整，并能夠快速模擬系統在真實環境中的行為表現。基于上述的仿真技術，可對教學中所應用的信號處理算法、信息傳輸協議等及其相關性能做出評估以便進一步改進。因此，算法和協議的仿真成為實際系統中功能實現的重要手段。為了考查網絡系統信息傳輸的實時性和利用效率，在實際的現代信息系統中提出了各種復雜且具有層次結構的協議，進而構建結合無數節點的通信網絡?？梢钥闯?，基于仿真平臺的仿真技術對實際環境中網絡協議仿真分析評估中有著不可分割的地位。
總之，在信息學科的教學實踐中，基于平臺的計算機仿真技術有著重要的應用。透過仿真技術，學生基于已有的理論可以對比傳統信息理論技術所研究的對象深入學習和研究。此外，通過仿真技術可以在仿真過程中實時修改系統參數，同時能夠評估參數變化對系統整體性能的影響，使其更加接近真實環境。
常用仿真軟件
目前，在信息學科的實際教學中，適用于系統中各個功能模塊的軟件仿真軟件較多，例如Matlab，Labview，SystemView等。其中，Matlab／Simulink是目前廣泛應用于科研和教學中較為常見的仿真與計算平臺。均可完成教學中所遇到的仿真實驗和數值計算，例如可以通過Matlab實現信息系統仿真中的數值計算、算法驗證等分析等領域。而Simulink是Matlab中最重要的組件之一，它對系統能夠提供一個動態建模、仿真和綜合分析的集成環境，并具有適應面廣、效率高和靈活等優點。此外，Scilab也是一個開放源碼的科學計算仿真軟件。而常用的硬件仿真軟件早些時候所常用的Max+plus、QuartusII；英國Labcenter公司開發的用來電路分析與實物仿真軟件ProteusISIS；以及FPGA的仿真軟件Foundation和ISE等。
上述這些常用的軟硬件仿真軟件，在信息科學專業教學中的工程建模、科學計算以及性能分析等方面有著重要的應用，特別是在信息相關專業的課程實驗以及畢業設計中有著廣泛的作用。因此，開設計算機仿真課程能系統地利用科學計算和系統仿真工具，深入理解信息學科中專業課程的基本思想、原理和實踐。
（一）multisim13簡介
multisim13是一款專用于電子線路仿真的軟件，是計算機上虛擬出的一個電子工作平臺。它擁有豐富的元件庫和儀器庫，采用直觀的圖形界面創建電路，按下仿真按鈕就可仿真電路的運行狀態。軟件中的虛擬儀器控制面板外形、操作方式都與實物相似并可實時顯示測量結果，元件庫中的三維元件和實物相似，讓使用者有身臨其境的真實感受。
（二）multisim13引入教學的必要性
筆者認為，基于動手的學習是幫助學生鞏固理論概念并讓他們為開發未來工業應用或開展先進的科研項目做好準備的最佳方法。任何成功的職業道路或者人生決定往往是受到啟發的，參與和準備就是將這種啟發變成真正可實現的東西。啟發孩子以職業運動員為夢想非常簡單，只要打開電視或去看一場現場的專業體育賽事。這個道理同樣適用于激勵學生成為一個電子工程師。我們對未來科學家和工程師的教育方式往往只局限于與實踐脫節的純理論和公式，即使燃燒最旺盛的火苗也會被這種教育方式所熄滅。而讓學生參與實際的開發，又受到現實條件的限制，multisim13恰恰提供了這樣一個折中的方案：以課堂學習技能為主，一個與工業應用相銜接的平臺為輔，兩者結合可幫助學生為應對未來的重大挑戰做好準備。multisim13是將工業標準的技術集成到一個專門針對教學而設計的平臺中，學生可以結合基于工業技術的教學硬件平臺和教學實驗室虛擬儀器套件來學習基本的工程和系統設計概念。將multisim13引進課堂，可以將抽象的、空洞的理論教學變為動態的、可視的直觀演示，這不但可以有效地增強學生對電路工作狀態的感性認識，提高課堂教學效率，還可以激發學生的學習興趣，克服學生的畏難情緒。學生自己可以在電子平臺上按照自己的想法隨意設計電路，仿真印證自己的設想，培養了學生設計電路的創新意識；在multisim13電子平臺下，可以先觀察實驗現象，然后帶著疑問、好奇探究現象背后的理論與規律。這樣順應認知規律，提高了學生學習興趣和對知識的理解程度。
二、multisim13在教學中應用實例
(一)傳統二極管結構和單向導電性講授過程
利用PPT圖片展示一個二極管結構示意圖，語言表述“將PN結兩端各引出一個電極，并加以封裝就制成了一個二極管”；給出二極管的電路符號。二極管重要特性就是單向導電性，流過電流的方向就是符號箭頭所指的方向，二極管的導通電壓鍺管0.3，硅管0.7V。
（二）采用
multisim13進行課堂教學過程在multisim13元件庫中調出3D虛擬器件，如圖2所示?！皩N結兩端各引出一個電極，并加以封裝就制成了二極管”。對于圖中U4管，灰環的一側是陰極，另外一側是陽極；對于直插的發光二極管U5，長引腳的是正極，短的是陰極；也可以仔細觀察管子內部的電極，較小的是陽極，大的類似于碗狀的是陰極。在軟件電子平臺上調出電阻、二極管、開關和萬用表搭成圖3所示電路。故意將二極管接反向電壓，雙擊兩塊萬用表，彈出圖示右側的顯示表盤，按下仿真按鈕。這時提醒學生注意：電流表示數為0，說明電路沒有通，“為什么”。吸引學生注意力的同時教師將二極管轉向，陽極接電源正極，陰極接電源負極，按仿真按鈕，電流表示數為2.429mA，電壓表示數為581.428mV，說明二極管導通。這時點題：（1）這就是二極管單向導電性：只有陽極接電源正極（高電位）陰極接電源負極（低電位）才能夠導通。（2）導通電壓在0.7V左右。進一步提問，電阻起什么作用？不放電阻可以么？帶著問題修改電路：二極管換成LED發光管，如圖4所示，電阻選擇4.7K，按下仿真按鈕，LED燈根本沒亮！但是電流值為2.139mA，壓降是1.711V；將電阻換成1.0K，再一次仿真燈亮了！電流值為10.209mA、電壓值為1.791V。
（三）兩種教學方法的比較
通過對兩種教學過程的對比發現，通過仿真平臺進行課堂教學，學生可以獲得更多的信息量，比如二極管的實物形態、二極管的導通電壓并不一定是0.7V、發光二極管并不是導通就發光、二極管在電路中必須配合限流電阻來使用等。傳統教學采用語言描述來傳遞知識，優點是講課速度快，但是文字、語言信息很難在學生頭腦中建立明確的形象概念，也缺乏學生的思考和參與。引入multisim13輔助教學，可通過multisim13組建電路進行仿真，讓學生看到生動的現象，將枯燥的語言符號變成了鮮活的現象過程，在這個過程中學生需要觀察、思考，需要參與。在這種以學生為主體、以問題為主線的教學模式下，學生的主動性、學習積極性更高，教學效果自然更好。引入multisim13軟件輔助教學的突出特點是使學生置身于真實的工程環境，能增強學生對電路的感性認識，掌握各種儀器的基本使用和電路參數的測試方法。通過人機對話的方式，能使每個學生動手接觸電路，進行元件接線，參數設定，通過調試和測量，把實驗與理論有機地結合起來，加深對理論的理解，提高學生的工程實踐能力和創新能力。
三、結束語
仿真技術能夠給環境藝術設計教學帶來諸多好處例如，在建筑裝飾構造的教學方面，我們可以建造出各種裝飾構件的模型，設置成一個個可以互動的教學小游戲，提供一定的文字說明等指引學生去完成其工作過程，這樣既可以節約學生實際操作帶來的教學成本，又打破了學校與施工場地之間的空間限制，為學生提供了一個可以重復進行的、不受時間地點限制的、生動逼真的學習環境，從而加速學生學習知識的過程，提高學生學習的質量。再比如，在室內設計的空間組織和燈光設計等方面，我們可以利用一些容易運行、操作簡單的設計軟件，如建筑草圖大師SketchUp，讓學生自己親自動手去試驗各種空間組織方式的變化對空間感覺帶來的影響；通過各種跟真實生活中完全一致的燈光類型的選擇和各項照明參數的控制，仿真出各種燈光組合的真實效果，從而讓學生更好地理解燈光設計的意義和設計要點。這種讓學生親身去經歷、親身去感受的教學方法，無疑比空洞抽象的說教更具有說服力，趣味性更強，很受學生的歡迎，教學效果也會更好。還有在室內裝飾設計方面，我們可以利用仿真技術建造出各種常見室內空間的虛擬模型，如家居空間中的客廳、主臥，辦公空間中的會議室、老板房，餐飲空間中的大堂、包間，酒店空間中的大堂、客房等，設計成一個個可以互動的系統小游戲，讓學生可以進入內部進行任意角度的觀察，并允許他們更改或重新組合里面的絕大多數內容，比如，更換墻面或地面的材質，更換天花板造型或燈飾，更換家具和陳設品等。讓設計變化的結果可以在很短的時間內快速呈現出來，這對教師演示室內裝飾的作用和意義很有幫助，對學生快速掌握室內裝飾設計的要點和搭配技巧也很有幫助。這些小系統的應用，還對解釋如何才能形成特定的室內設計風格或氛圍，也起到了很好的現場演示作用。這種教學模式的啟用和它將產生的良好的教學效果，是傳統的教學方法所無法企及的。綜上所述，仿真技術不管是應用于環藝專業的設計工作上來說，還是應用于其教學工作上來說，都擁有傳統設計方法和教學方法難以比擬的優勢。但是，仿真技術也有其自身的局限性，并非任何時候都是最適宜的教學手段，不可盲目推崇。
2仿真技術的局限性
2.1仿真技術能夠制作高精度仿真圖，但是它耗時長，結果固定，無法即時溝通
同樣以環境藝術設計教學來講，利用計算機仿真手段制作的效果圖可以更加逼真細膩準確，但是它耗時很長，無法做到即時交流，能夠反映的空間內容也很有限，角度固定，無法反映出全方位的內容和所有細節，也不能跟業主產生互動。但是手繪的表達方式卻可以，對業主提出的問題，可以當場快速地表現出它的形狀、結構和大概的比例關系和效果，達到即時溝通的目的。那我們就可以在時間允許的前提下，挑選幾個主要的空間進行計算機效果圖的精細刻畫，而其他沒有涉及到的地方或者業主臨時提出的一些疑問，則通過手繪的方式進行解釋和溝通。
2.2仿真技術有時需要大量的時間、金錢投入，產生的效果卻未必是最好的
例如，環藝專業中現場施工技術部分，學生只需要了解其過程和要點，能夠判斷其對錯好壞，便于將來把關即可，并不需要親自進行操作。那么，采用直接播放施工現場錄像的方式來進行教學，不僅更加直觀，對教學效果沒有不利影響，而且在時間和經濟成本上來說也是最有利的，那就沒有必要非得去開發仿真系統幫助學生來掌握這方面的知識。所以，選擇這種教學手段時要考慮到時間和經濟投入的大小，系統的延展性如何，以及是否有更簡便的方法同樣可以實現教學目的等問題?？偨Y得出仿真技術主要在哪些地方應用其優勢才能最大化地顯示出來，而其他方面并不一定合適。
3仿真技術是教學手段而不是目的
教學目的決定教學手段。我們應該以能否更好地實現教學目的為根本出發點，合理選擇適當的教學手段，不應該處處強調新技術的應用。就仿真技術來說，每個專業都有眾多的知識環節和技能環節，他們在專業中的重要性和需要學生掌握的程度是不一樣的，有些知識很重要，但主要是靠腦部思考來領悟和理解，不需要仿真技術；有些知識或者技能，需要學生了解但沒必要掌握，如果有更好的教學手段達到目的，也沒必要非要用仿真技術來實現。對于專業核心技能中，需要學生熟練掌握其操作，真正的現場實操難以實現，或者實操成本過高，或者實操過程危險性較高，應用仿真技術又確實可以逼真模擬其場景和操作過程與要領時，應用仿真技術才是最好的選擇。例如，計算機仿真效果圖可以讓業主直觀地看到設計結果，效果滿意了再進行設計制圖與施工，避免了時間、人力和資源上的浪費。但是，如若不然，就不應該勉強。
4在教育中應用仿真技術需要注意的一些事項和應該避免的誤區
4.1教師是應用者，不是系統開發者，不要把每位教師都變成軟件開發人員
我們使用一個工具的時候，只需要明白這個工具如何使用就可以了，沒必要還得知道它是如何生產出來的。仿真技術的應用也是如此。
4.2要衡量教學投入和教學效果
之間的績效關系，避免高投入而低效果沒必要仿真的非要仿真，同樣可以實現教學目的、比仿真技術更好的教學手段的非要用仿真技術，或難以仿真的地方也很牽強的要用仿真技術虛擬一下。
5結語
目前，在進行電工電子相關課程的授課時，許多專業教師采用的是理實一體化教學的模式，在教學的過程中，往往需要將學生帶到實驗室上課，或者預先將實驗設備搬到普通課堂中，課前準備的工作量很大。為了達到省時高效率，在進行理論教學的過程中，如講到某個具體的電路時，可以用“proteus”這一仿真軟件進行同步演示，這樣電路的電壓、電流數值以及波形等參數，都會以數字或圖形的方式顯示，學生可以很直觀的看到，一目了然，加深了印象。比如在講授《電子線路》這一課程中的二極管的整流電路、單級放大電路、OTL功放電路等知識點時，通過仿真來演示輸入輸出的波形，非常直觀，不僅提高了學生的學習興趣，而且加深了學生的理解和記憶。同樣，我們也可以將“multisim”仿真軟件引入教學，該軟件中提供了大量的虛擬儀表，這些虛擬儀表與現實生活中的儀表相同，使用方法相似，模擬操作起來非常方便，而軟件中所提供的部分高級儀表，實際價格非常昂貴，現實生活中由于經費問題，我們可能無力購買，而軟件中給我們提供了這種高級儀表的使用方法，給我們的教學帶來了便捷。應該說，實驗室里所能開設的電子電工相關電路的實驗，我們都可以利用該仿真軟件來實現，該軟件相當于一個可以移動的功能強大的現代化的電工電子實驗室，借助仿真軟件的使用，使得教師在講授電工電子的相關知識點時，非常清晰，取得了良好的效果。
二、在實踐環節中的應用
在電子的實踐中，采用實物操作和仿真軟件相結合的原則，可以使得事半功倍，使得學生對知識的掌握更加牢固，同時極大程度上提高了學習效率。主要體現在以下幾個方面：
1.利用仿真技術減少了實物實驗的故障率，使得實驗的數據更精準。當學生裝配好電路板后，開始進行調試時，一般要對實物電路板進行短路檢測，確認沒有短路故障后再進行調試。而實訓的具體檢測和調試都是帶電操作，帶有一定的風險性和不確定性。因此在開始操作的過程中，在學生開始調試之前，先通過仿真軟件演示整個調試過程，這樣學生不僅對調試過程有很清晰的認識，而且可以避免實訓過程中的一些誤操作，減少了調試過程中產生的故障。仿真軟件演示的實驗數據與實際調試的數據相差不大，學生可以比較數據，進行自檢。另一方面，如果要設計一塊電路板的時候，需要對電路的參數反復的調試，在實物電路板上實現起來比較困難，利用仿真軟件可以反復調試，并可以尋找到最佳的方案，再去進行實物的設計，非常便捷。另外，仿真實驗沒有任何干擾信號的存在，更加能夠真實的反映出實驗的本質，做到精準、真實、完美。
2.利用仿真技術可以順利進行故障的分析，并順利找到故障點。在電工電子的實訓中，學生不僅要熟練掌握電路的調試能力，還要有一定的電路排故能力。有時候安裝一塊電路板需要的時間可能并不長，但往往查找故障點需要花費大量的時間。另外如果在電路板上人為設定一個故障，比如元器件的接反或某處電路出現短路故障時，部分元器件可能會出現擊穿、損壞、甚至出現電氣短路等現象，這樣在操作的時候非常危險。而我們在授課的時候，如果利用仿真軟件去講解電路時，可以隨意地將元件焊反或將某段電路短路，學生可以很直觀的看到故障的數據及波形，提高了學生的分析能力以及解決問題的能力。同時也提高了學生思考的能力。
3.利用仿真技術可以進行反復練習，大大降低了成本。對于電子線路的板子，很多時候裝配完后進行調試，往往是只能使用一次，或者僅能對單一功能進行調試，不能夠進行反復練習，尤其是在現代電子產品的高速發展，許多新型器件、集成塊、貼片元件的大量使用，使得裝配和拆裝都不那么容易，另外成本也相對來說很過。仿真技術的使用，使每個學生都有機會根據自己的實際情況，揚長避短，并進行反復練習。而且仿真實驗不需要真實環境的介入，軟件中有取之不盡、用之不竭的電氣元件，而且實驗過程中也沒有元件的損耗，實驗室維護管理將更加方便?？傊?，將仿真軟件應用于教學有很多的優點。另外由于現代電子技術的不斷更新，往往使得實驗室中實踐環節教學資源相對短缺，一些設備不能及時更新和維護，實踐耗材昂貴，而帶來了很多的局限性。利用仿真實訓軟件后，不僅使得實訓具有完整性、系統性、交互性、智能型。極大程度上彌補現有教學資源的不足。如在進行電力拖動的授課時，當講授到三相異步電動機的時候，我們除了可以介紹電機的基本知識，結合實驗室有的電動機的結構和使用方法外，我們還可以使用仿真軟件，給同學們展示形式多樣的、不同用途的其他電機。同時我們可以利用仿真技術對相關實驗電路進行通過動態模擬，提高課堂效果。
三、總結
關鍵詞：仿真技術電力系統
自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。早期的培訓大都是經過理論講解和現場實習，通過實際操作經驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統規模的加大、復雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統運行安全性、可靠性事關重大。為解決這些問題，出現了培訓仿真系統，模擬實際系統的工作狀況和運行環境，以避免運用實際系統時可能帶來的危險性及高昂的代價。
變電所培訓仿真系統集仿真技術、圖形圖象技術、數據庫等技術于一體，依據變電所電力設備實物、一次設備和二次設備接線圖進行設計，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在模擬設備和二次接線圖上進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網安全、可靠、經濟運行。
圖1
1變電所仿真的現狀
目前，我國農網中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統和考慮簡單電網的變電培訓仿真系統。前一種類型的變電培訓仿真系統配置簡單，造價相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網和變電所之間的相互影響，該類型的變電培訓仿真系統在功能上比孤立變電所型的仿真系統要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統結合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統。考慮到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統較為簡單，能夠在單機上獨立運行的特點，以下只對該系統進行簡要介紹。
2硬件配置的基本要求
微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內存；3.2G硬盤；16倍光驅；顯示卡、聲卡、音箱等。
3軟件配置的基本要求
(1)中文視窗Windows95以上版本；
(2)多媒體仿真培訓軟件。
4主要功能
(1)正常操作訓練：斷路器操作、隔離開關操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；
(2)故障演習訓練：
斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；
隔離開關故障：帶負荷拉合隔離開關、帶電合接地隔離開關；
變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負荷、變壓器油溫過高；
母線故障：母線短路、母線接地；
線路故障：近區短路、接地、斷線等；
此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。
培訓者可對設定操作任務或故障，依據系統標準操作票進行操作，系統也可在出現故障時，給予提示并指出錯誤要點。
(3)操作票生成與培訓系統：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設備開操作票；可對學員的操作以操作票的形式記錄；可對學員的操作票和標準操作票進行比較；
(4)理論知識的培訓：可提供設備的圖片和產品介紹；可進行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線路保護、低周減載裝置等；還可進行運行規程問答、典型故障處理、經驗介紹以及提供考試題庫。
(5)系統維護功能：系統可根據110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實際變電所的工作情況進行選擇和修改，可對考試題目進行增加或修改，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關、斷路器號進行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。
操作實例：
倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過程如下：
①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。
②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現一系列10kV倒閘操作題目的分項內容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作?？蓡螕粢c按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。
圖2
③依次拉開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關，拉開002-1隔離開關，在002-3隔離開關線路側掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標準操作票和操作要點提示。操作完畢后，調出操作記錄與標準操作票進行比較，如果在操作過程中發生誤操作，系統會出現報警。
圖3
④選擇操作題目后，也可進入考試狀態。在此狀態下，系統不提供標準操作票和操作要點提示，考試時間到，系統不再進行操作記錄。
5結束語
目前，110/35kV變電培訓仿真系統在一些變電所已經得到應用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統具有如下的特點：
(1)計算機仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設備實物進行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標點擊元器件，即可激發元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。
(2)培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動作原理到動作過程進行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應元器件，動畫模仿電流軌跡。
(3)可擴充性強。仿真系統還應提供維護功能，用戶可在使用過程中，按照各自變電所的實際情況進行適當的修改，使其更接近實際運行中的變電所。
伴隨著科學技術與現代教育技術的發展，各種先進技術被廣泛運用到教學領域中，仿真技術作為一種新興的技術，同樣也被運用到電子專業的教學當中，且對促進教學質量與效率的提升，起到了舉足輕重的作用。以下筆者以“放大電路”的學習為例，對仿真技術在電子專業教學中的應用進行探討。在模擬電路中，放大電路是一個極為關鍵的構成部分，其中最為基本的電路形式就是共射極放大電路。因此，在放大電路教學過程中，首先應當利用多媒體課件對相關的知識點進行說明，例如信號放大的基本概念、共射極電路的構成、各個組成部分的作用、放大電路的動靜態特性等。
在對問題進行設計時，可以設計以下問題：怎樣在放大電路輸入端添加正弦信號？輸出信號是否會出現變化？電壓放大倍數與什么因素相關？倘若對電路的偏置予以調整，那么輸出信號又將發生怎樣的改變？之后通過Multisim軟件建立共射極電路，然后再展開以下仿真實驗。共射極放大電路圖如圖1所示。將Simulate菜單內的Anslysis下的DCOperatingPoint命令打開，進而得到靜態的參數：VB=1.82V，VC=4.84V，VE=1.20V。將正弦電壓信號（幅值是5mV）添加在輸入端，進而對處于空載狀態與接10kΩ負載下的放大電路的輸出電壓波形予以測定，進而得出參數值分別是1.2V、753.7mV，具體如圖2所示。對輸入信號的幅值予以改變，輸入電壓增加到15mV，而在此時輸出電壓波形如圖3（1）所示。對偏置電阻予以改變，把電阻Rb1增加至25kΩ，最終所得到的電壓波如下圖3（2）所示。通過對上述仿真結果的總結與分析，可以得出以下五點結論：第一，當輸出電壓大于輸入電壓幅值時，電路具備電壓放大的功能；第二，當輸入電壓和輸出電壓在相位上相差180º時，共射極電路具備反相功能；第三，在輸入信號較大，且輸出信號正負半周不對稱時，將會出現失真的現象；第四，放大電路當中的放大倍數和負載有一定的聯系，其中當負載小時，放大電路的放大倍數就小，反之，負載大，放大倍數也大；第五，當偏置電阻Rb1增加至一定值時，輸出電壓波形的負半周會發生失真的現象。
二、仿真技術在教學中的優勢及注意事項
在中職電子專業教學中應用仿真技術，具有一定的優越性。一是應用范疇比較廣，且有極強的拓展性。仿真教學能夠提供多種多樣的實驗教學程序與實驗電路板，能夠廣泛運用于各種電子課程，例如模擬電子技術、電子測量技術等。二是有比較高的效率。仿真技術能夠提供各種信號源、數字存儲示波器等虛擬儀器，能夠進行數據的采集與處理，展開溫度檢測控制，以及進行電路設計實驗等。三是有較強的趣味性。在教學過程中進行仿真教學，能夠極大地激發學生學習的興趣與熱情，將全部的精力都投入到教學活動中。此外，仿真實驗的成本較低，可以隨時展開仿真教學。
（1）實驗教學從屬于理論教學，實驗教學得不到足夠的重視，實驗是為驗證理論知識，理論教學和實踐教學相脫節；
（2）實驗內容陳舊，無法趕上移動通信新型器件和裝置的發展，缺乏新的實驗教學手段和方法；設備的更新換代比較慢，實驗的開展受到硬件實驗設備的限制，跟不上技術革新的步伐；
（3）驗證性實驗多，綜合性實驗以及創新性實驗少，在實驗方法上基本是簡單的模仿，學生被動學習，缺少積極的思維和創新，也沒有探索的目標和方向，沒有良好的實驗教學改革措施；
（4）在移動通信原理課程中，關于調制解調等有關內容偏重理論，太過抽象，枯燥乏味。受資金和儀器設備不足等實驗條件的限制以及學時較少的影響，很多移動通信原理實驗（例如正交頻分多路實驗）不能由學生實際動手完成，一些實驗內容僅僅能驗證理論課學習的內容，顯然對學生創新能力的培養是非常不利的。積極探索移動通信原理實驗教學的改革，嘗試開展仿真創新實驗教學，對于學生更好地學習移動通信原理課程，培養創新能力起著重要的作用。
2仿真教學的引入與創新能力的培養
傳統的移動通信原理課程理論教學，大多重在討論某種技術或算法的原理及其理論推導，以方便理解調制解調器原理和無線電波變換過程，從而加深信源編解碼和信道編解碼、無線電波發射與接收等知識的理解。在常規的實驗課上，對移動通信實驗原理的講解也要在黑板上書寫，既不夠形象、直觀，又比較呆板。由于有大量的波形分析內容，教師在黑板上畫圖也是一件比較困難的事情，而且學生不易理解。在傳統的設計性實驗中，學生常因受到固定的實驗設備的束縛而改變實驗設計思路，不可避免地存在錯誤和不足，致使電路調試費時費力，甚至引起元器件和儀器設備損壞，使實驗不能達到預期效果。因此，在移動通信原理實驗教學中引入仿真實驗，是對理論課教學的必要補充。學生可以充分利用仿真實驗軟件在數據采集、儲存、分析、處理、傳輸及控制等方面的強大功能，進行方案的論證、選定和電路的設計，可以方便地改變參數來調整電路，使之更好地接近設計要求，設計出較為理想的電路。學生還可以根據要求輸出電路的測試參量或波形，作為真實電路調試的依據和參考；可利用計算機進行不同的仿真操作，得到與使用實際實驗裝置進行真實實驗相同的結果。另外，一些較為復雜的移動通信創新性實驗和綜合性實驗，無法通過模擬實驗完成實驗課教學，但是通過引入仿真教學，便可以擴大實驗教學的維度、擴大了實驗教學的可操作性。移動通信是通信原理、高頻電路和信號處理的交叉學科，學生只通過理論教學很難理解學科交叉性，對移動通信原理的理解也不夠全面。通過引入仿真教學，既能加強學生對移動通信原理的認識，又能加強學生對實際電路的認識，為后續課程學習打下堅實的基礎。仿真實驗教學的引入，很好地支持了移動通信原理的學習，可以進行新技術的研究，拓展學生的工程意識，提高設計調試電路的靈活性，最大限度地發揮學生的創新思維，開闊學生的視野。
3仿真教學開展實例分析
3．1理論教學與正交調制解調分析
正交調制解調系統的原理是把整個可用信道頻帶B劃分為N個帶寬為f的子信道，把N個串行碼元變換為N個并行的碼元，將高速信號變換為低速的并行子數據流，分別調制這N個子信道載波進行同步傳輸，并在終端分開正交信號。信號的調制和解調實際是采用數字信號處理的方法來實現的。先將信號串并變換成低速支路，各支路的調制可以采用數字調制方式，然后進行快速傅里葉逆變換（IFFT）、快速傅里葉變換（FFT）來實現。
3．2正交頻分電路仿真實驗分析
通常在正交頻分電路分析中，往往會忽略講解和分析子載波調制快速傅里葉變換和反變換等內容。讓學生從理論公式推導中理解OFDM原理，并利用Matlab編程實現不同子載波數的調制信號，可以驗證對子載波數調制狀態的影響，進一步驗證理論公式并加深理解。可以用理論推導和實驗驗證兩種方法來理解調制。通過正交頻分各步驟的波形圖，形象地描繪信號調制解調的過程，逼真地顯現出真實信號傳輸變化的實時動態過程。
（1）確定參數。假設參數為：子載波數為8，FFT長度為8，符號速率、比特率、保護間隔長度為2，信噪比12，插入導頻數。基本的仿真可以不插入導頻，導頻數可以為0。通過運行仿真及修改參數設置，教師可引導學生逐步實驗，觀察分析仿真結果并給出結論。通過示波器模塊可以直觀地觀察到二進制隨機信源。
（2）產生數據。使用隨機數產生器產生二進制數據?？梢詫⒃蛄谢癁?6進制的碼元圖，通過改變數據率觀察仿真波形。
（3）子載波調制。利用Matlab工具仿真實現BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等4種調制方式。按照星座圖，將每個子信道上的數據映射到星座圖點的復數表示。通過改變支路不同的調制方式，觀察到仿真波形，每次課都會有各式各樣新的實驗波形，可以直觀地觀察到二進制隨機信源，以及將一路高速數據轉換成多路低速數據的波形。
（4）IFFT運算。對上一步得到的同相分量和正交分量進行IFFT運算。為便于理解，可采用仿真軟件直觀地表現子信道上的數據與OFDM符號之間傅里葉逆變換關系。當子信道的脈沖為矩形脈沖時，具有sinc函數形式的頻譜。當改變系統（N）時，OFDM功率譜形狀也隨之改變。
（5）加入保護間隔，加入噪聲。由IFFT運算后的每個符號的同相分量和正交分量分別轉換為串行數據，并將符號尾部G長度的數據加到頭部，構成循環前綴。
（6）并串轉換。將每個符號分布在子信道上的數據還原為一路串行數據。
（7）FFT運算。對每個符號的同相分量和正交分量按照（Ich＋Qch×i）進行FFT運算。由于噪聲和信道的影響，接收端收到的每個子信道上的數據，映射到星座圖不再是嚴格的發送端的星座圖。將得到的星座圖上的點按照最近原則判決為原星座圖上的點，并按映射規則還原為一組數據。利用以上設計的信號，在Matlab中編程實現該信號的調制，畫出調制前后信號的時序圖。此時，學生容易理解此種調制方式為何IFFT被稱調制。在此基礎上，學生通過理論分析以及Matlab實驗畫圖驗證，進一步加深了對正交頻分電路的理解。
4結束語
