时间：2023-03-25 11:24:53
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在现代信息实验教学中，积累经验并应进行改革探索，并针对应用型人才需采用虚拟和实际相结合、软件与硬件相结合的模式。可以看出，现代仿真技术在信息学科教学，特别是实验教学中具有广阔的应用发展前景。仿真技术的应用和发展，必将加快信息学科实验教学的深化改革，促进了教育观念的改变是培养创新人才的新的实验手段。
信息学科教学中仿真技术的应用
目前，国内外众多高校在信息类课程的教学过程中，对计算机的仿真技术做了大量有意义的探索，并取得了相对丰硕的研究成果。
（1）通信专业教学中的仿真技术。近年来，随着通信技术和计算机技术的快速发展，传统的设计手段和设计方法通常不能够适应目前通信系统急剧增加的复杂性要求。在通信专业的实际教学过程中，基于相关常用的仿真软件，通信系统的仿真技术也已逐渐成为现代通信系统设计以及对其定性进行验证的重要手段[5,6]。例如，对通信系统整体设计并测试其性能；同时，在复杂的环境中无线电通信以及抗干扰通信系统的抵抗衰落和多径效应能力。但由于现代通信系统的实际测试设备价格高昂，而且系统也往往具有不可测试特性。例如，在日常的实验教学中教育单位不太可能对实际营运中的通信网络性能进行测试。因此，这使得高校相关信息专业的教学实践环节面临挑战。这样，基于相关软件与算法对其进行仿真就成为一种理想的选择。通常，通信系统中各个功能模块的软件实现、通信过程中各个节点之间的智能化性能分析等系统及其部分功能的模拟大都基于现代计算机仿真技术来完成。其中，仿真算法可以直接映射为系统设计中的硬件。而基于仿真工具的软件无线电技术使得通信信号处理方法得到广泛应用。此外，计算机仿真技术对通信系统不同模块的性能分析也有着不可替代的作用。例如，在基带信号处理过程中可以通过合适的仿真软件来实现传输信号的相应变换。从而得出预编码、自适应均衡、信道编解码、信源编解码以及信息安全算法等等。此外，在复杂、时变的信息传输环境中，现代通信系统的数字信号处理相关算法更将会趋于复杂[7,8]。例如，在科研和教学中涉及到的信道估计的自适应算法、MIMO技术、通信网络中的多用户检测算法、信道编解码算法等技术的实现，必须利用仿真技术对算法在实际通信环境中的适应性进行验证和评估。
（2）基于硬件设计教学中的仿真技术。实现微处理器和数字信号处理芯片是现代信息系统设计的硬件基础。系统中各个硬件模块的实现通常基于硬件仿真技术的理论与先进的微型计算机的相互结合进行分析。因此，仿真技术在信息专业教学过程中硬件的控制实现中也就有着重要的应用[7]。在实际硬件仿真教学中，基于不同仿真平台，例如Max+plus、QuartusII等软件,通过VHDL、VerilogHDL等语言对系统进行设计，同时对系统的物理器件性能进行仿真。在目前很多信息系统的电路设计中，这主要表现为从基于硬件的集成电路模式逐步转为一些硬件仿真软件编程来实现的映射模式。
（3）网络协议教学中的仿真技术应用。在通常信息学科的网络协议教学中，其复杂性已经很难通过传统的数学分析来完成。而在更高层的协议设计教学过程中，通信网络协议中所涉及的仿真代码可以将其设为相应通信协议可以实现的核心代码。因此，在信息学科教学中，仿真方法在网络及其协议的复杂性中也有着重要的应用[9，10]。为了准确、快速地对信息学科教学过程中的网络协议性能完成评估。同时，如果采用计算机仿真技术可以避免掉大量的理论性能分析过程中出现的障碍。另外，通过对实验室中网络系统进行建模，从而进一步实现参数的选择和调整，并能够快速模拟系统在真实环境中的行为表现。基于上述的仿真技术，可对教学中所应用的信号处理算法、信息传输协议等及其相关性能做出评估以便进一步改进。因此，算法和协议的仿真成为实际系统中功能实现的重要手段。为了考查网络系统信息传输的实时性和利用效率，在实际的现代信息系统中提出了各种复杂且具有层次结构的协议，进而构建结合无数节点的通信网络。可以看出，基于仿真平台的仿真技术对实际环境中网络协议仿真分析评估中有着不可分割的地位。
总之，在信息学科的教学实践中，基于平台的计算机仿真技术有着重要的应用。透过仿真技术，学生基于已有的理论可以对比传统信息理论技术所研究的对象深入学习和研究。此外，通过仿真技术可以在仿真过程中实时修改系统参数，同时能够评估参数变化对系统整体性能的影响，使其更加接近真实环境。
常用仿真软件
目前，在信息学科的实际教学中，适用于系统中各个功能模块的软件仿真软件较多，例如Matlab，Labview，SystemView等。其中，Matlab／Simulink是目前广泛应用于科研和教学中较为常见的仿真与计算平台。均可完成教学中所遇到的仿真实验和数值计算，例如可以通过Matlab实现信息系统仿真中的数值计算、算法验证等分析等领域。而Simulink是Matlab中最重要的组件之一，它对系统能够提供一个动态建模、仿真和综合分析的集成环境，并具有适应面广、效率高和灵活等优点。此外，Scilab也是一个开放源码的科学计算仿真软件。而常用的硬件仿真软件早些时候所常用的Max+plus、QuartusII；英国Labcenter公司开发的用来电路分析与实物仿真软件ProteusISIS；以及FPGA的仿真软件Foundation和ISE等。
上述这些常用的软硬件仿真软件，在信息科学专业教学中的工程建模、科学计算以及性能分析等方面有着重要的应用，特别是在信息相关专业的课程实验以及毕业设计中有着广泛的作用。因此，开设计算机仿真课程能系统地利用科学计算和系统仿真工具，深入理解信息学科中专业课程的基本思想、原理和实践。
（一）multisim13简介
multisim13是一款专用于电子线路仿真的软件，是计算机上虚拟出的一个电子工作平台。它拥有丰富的元件库和仪器库，采用直观的图形界面创建电路，按下仿真按钮就可仿真电路的运行状态。软件中的虚拟仪器控制面板外形、操作方式都与实物相似并可实时显示测量结果，元件库中的三维元件和实物相似，让使用者有身临其境的真实感受。
（二）multisim13引入教学的必要性
笔者认为，基于动手的学习是帮助学生巩固理论概念并让他们为开发未来工业应用或开展先进的科研项目做好准备的最佳方法。任何成功的职业道路或者人生决定往往是受到启发的，参与和准备就是将这种启发变成真正可实现的东西。启发孩子以职业运动员为梦想非常简单，只要打开电视或去看一场现场的专业体育赛事。这个道理同样适用于激励学生成为一个电子工程师。我们对未来科学家和工程师的教育方式往往只局限于与实践脱节的纯理论和公式，即使燃烧最旺盛的火苗也会被这种教育方式所熄灭。而让学生参与实际的开发，又受到现实条件的限制，multisim13恰恰提供了这样一个折中的方案：以课堂学习技能为主，一个与工业应用相衔接的平台为辅，两者结合可帮助学生为应对未来的重大挑战做好准备。multisim13是将工业标准的技术集成到一个专门针对教学而设计的平台中，学生可以结合基于工业技术的教学硬件平台和教学实验室虚拟仪器套件来学习基本的工程和系统设计概念。将multisim13引进课堂，可以将抽象的、空洞的理论教学变为动态的、可视的直观演示，这不但可以有效地增强学生对电路工作状态的感性认识，提高课堂教学效率，还可以激发学生的学习兴趣，克服学生的畏难情绪。学生自己可以在电子平台上按照自己的想法随意设计电路，仿真印证自己的设想，培养了学生设计电路的创新意识；在multisim13电子平台下，可以先观察实验现象，然后带着疑问、好奇探究现象背后的理论与规律。这样顺应认知规律，提高了学生学习兴趣和对知识的理解程度。
二、multisim13在教学中应用实例
(一)传统二极管结构和单向导电性讲授过程
利用PPT图片展示一个二极管结构示意图，语言表述“将PN结两端各引出一个电极，并加以封装就制成了一个二极管”；给出二极管的电路符号。二极管重要特性就是单向导电性，流过电流的方向就是符号箭头所指的方向，二极管的导通电压锗管0.3，硅管0.7V。
（二）采用
multisim13进行课堂教学过程在multisim13元件库中调出3D虚拟器件，如图2所示。“将PN结两端各引出一个电极，并加以封装就制成了二极管”。对于图中U4管，灰环的一侧是阴极，另外一侧是阳极；对于直插的发光二极管U5，长引脚的是正极，短的是阴极；也可以仔细观察管子内部的电极，较小的是阳极，大的类似于碗状的是阴极。在软件电子平台上调出电阻、二极管、开关和万用表搭成图3所示电路。故意将二极管接反向电压，双击两块万用表，弹出图示右侧的显示表盘，按下仿真按钮。这时提醒学生注意：电流表示数为0，说明电路没有通，“为什么”。吸引学生注意力的同时教师将二极管转向，阳极接电源正极，阴极接电源负极，按仿真按钮，电流表示数为2.429mA，电压表示数为581.428mV，说明二极管导通。这时点题：（1）这就是二极管单向导电性：只有阳极接电源正极（高电位）阴极接电源负极（低电位）才能够导通。（2）导通电压在0.7V左右。进一步提问，电阻起什么作用？不放电阻可以么？带着问题修改电路：二极管换成LED发光管，如图4所示，电阻选择4.7K，按下仿真按钮，LED灯根本没亮！但是电流值为2.139mA，压降是1.711V；将电阻换成1.0K，再一次仿真灯亮了！电流值为10.209mA、电压值为1.791V。
（三）两种教学方法的比较
通过对两种教学过程的对比发现，通过仿真平台进行课堂教学，学生可以获得更多的信息量，比如二极管的实物形态、二极管的导通电压并不一定是0.7V、发光二极管并不是导通就发光、二极管在电路中必须配合限流电阻来使用等。传统教学采用语言描述来传递知识，优点是讲课速度快，但是文字、语言信息很难在学生头脑中建立明确的形象概念，也缺乏学生的思考和参与。引入multisim13辅助教学，可通过multisim13组建电路进行仿真，让学生看到生动的现象，将枯燥的语言符号变成了鲜活的现象过程，在这个过程中学生需要观察、思考，需要参与。在这种以学生为主体、以问题为主线的教学模式下，学生的主动性、学习积极性更高，教学效果自然更好。引入multisim13软件辅助教学的突出特点是使学生置身于真实的工程环境，能增强学生对电路的感性认识，掌握各种仪器的基本使用和电路参数的测试方法。通过人机对话的方式，能使每个学生动手接触电路，进行元件接线，参数设定，通过调试和测量，把实验与理论有机地结合起来，加深对理论的理解，提高学生的工程实践能力和创新能力。
三、结束语
仿真技术能够给环境艺术设计教学带来诸多好处例如，在建筑装饰构造的教学方面，我们可以建造出各种装饰构件的模型，设置成一个个可以互动的教学小游戏，提供一定的文字说明等指引学生去完成其工作过程，这样既可以节约学生实际操作带来的教学成本，又打破了学校与施工场地之间的空间限制，为学生提供了一个可以重复进行的、不受时间地点限制的、生动逼真的学习环境，从而加速学生学习知识的过程，提高学生学习的质量。再比如，在室内设计的空间组织和灯光设计等方面，我们可以利用一些容易运行、操作简单的设计软件，如建筑草图大师SketchUp，让学生自己亲自动手去试验各种空间组织方式的变化对空间感觉带来的影响；通过各种跟真实生活中完全一致的灯光类型的选择和各项照明参数的控制，仿真出各种灯光组合的真实效果，从而让学生更好地理解灯光设计的意义和设计要点。这种让学生亲身去经历、亲身去感受的教学方法，无疑比空洞抽象的说教更具有说服力，趣味性更强，很受学生的欢迎，教学效果也会更好。还有在室内装饰设计方面，我们可以利用仿真技术建造出各种常见室内空间的虚拟模型，如家居空间中的客厅、主卧，办公空间中的会议室、老板房，餐饮空间中的大堂、包间，酒店空间中的大堂、客房等，设计成一个个可以互动的系统小游戏，让学生可以进入内部进行任意角度的观察，并允许他们更改或重新组合里面的绝大多数内容，比如，更换墙面或地面的材质，更换天花板造型或灯饰，更换家具和陈设品等。让设计变化的结果可以在很短的时间内快速呈现出来，这对教师演示室内装饰的作用和意义很有帮助，对学生快速掌握室内装饰设计的要点和搭配技巧也很有帮助。这些小系统的应用，还对解释如何才能形成特定的室内设计风格或氛围，也起到了很好的现场演示作用。这种教学模式的启用和它将产生的良好的教学效果，是传统的教学方法所无法企及的。综上所述，仿真技术不管是应用于环艺专业的设计工作上来说，还是应用于其教学工作上来说，都拥有传统设计方法和教学方法难以比拟的优势。但是，仿真技术也有其自身的局限性，并非任何时候都是最适宜的教学手段，不可盲目推崇。
2仿真技术的局限性
2.1仿真技术能够制作高精度仿真图，但是它耗时长，结果固定，无法即时沟通
同样以环境艺术设计教学来讲，利用计算机仿真手段制作的效果图可以更加逼真细腻准确，但是它耗时很长，无法做到即时交流，能够反映的空间内容也很有限，角度固定，无法反映出全方位的内容和所有细节，也不能跟业主产生互动。但是手绘的表达方式却可以，对业主提出的问题，可以当场快速地表现出它的形状、结构和大概的比例关系和效果，达到即时沟通的目的。那我们就可以在时间允许的前提下，挑选几个主要的空间进行计算机效果图的精细刻画，而其他没有涉及到的地方或者业主临时提出的一些疑问，则通过手绘的方式进行解释和沟通。
2.2仿真技术有时需要大量的时间、金钱投入，产生的效果却未必是最好的
例如，环艺专业中现场施工技术部分，学生只需要了解其过程和要点，能够判断其对错好坏，便于将来把关即可，并不需要亲自进行操作。那么，采用直接播放施工现场录像的方式来进行教学，不仅更加直观，对教学效果没有不利影响，而且在时间和经济成本上来说也是最有利的，那就没有必要非得去开发仿真系统帮助学生来掌握这方面的知识。所以，选择这种教学手段时要考虑到时间和经济投入的大小，系统的延展性如何，以及是否有更简便的方法同样可以实现教学目的等问题。总结得出仿真技术主要在哪些地方应用其优势才能最大化地显示出来，而其他方面并不一定合适。
3仿真技术是教学手段而不是目的
教学目的决定教学手段。我们应该以能否更好地实现教学目的为根本出发点，合理选择适当的教学手段，不应该处处强调新技术的应用。就仿真技术来说，每个专业都有众多的知识环节和技能环节，他们在专业中的重要性和需要学生掌握的程度是不一样的，有些知识很重要，但主要是靠脑部思考来领悟和理解，不需要仿真技术；有些知识或者技能，需要学生了解但没必要掌握，如果有更好的教学手段达到目的，也没必要非要用仿真技术来实现。对于专业核心技能中，需要学生熟练掌握其操作，真正的现场实操难以实现，或者实操成本过高，或者实操过程危险性较高，应用仿真技术又确实可以逼真模拟其场景和操作过程与要领时，应用仿真技术才是最好的选择。例如，计算机仿真效果图可以让业主直观地看到设计结果，效果满意了再进行设计制图与施工，避免了时间、人力和资源上的浪费。但是，如若不然，就不应该勉强。
4在教育中应用仿真技术需要注意的一些事项和应该避免的误区
4.1教师是应用者，不是系统开发者，不要把每位教师都变成软件开发人员
我们使用一个工具的时候，只需要明白这个工具如何使用就可以了，没必要还得知道它是如何生产出来的。仿真技术的应用也是如此。
4.2要衡量教学投入和教学效果
之间的绩效关系，避免高投入而低效果没必要仿真的非要仿真，同样可以实现教学目的、比仿真技术更好的教学手段的非要用仿真技术，或难以仿真的地方也很牵强的要用仿真技术虚拟一下。
5结语
目前，在进行电工电子相关课程的授课时，许多专业教师采用的是理实一体化教学的模式，在教学的过程中，往往需要将学生带到实验室上课，或者预先将实验设备搬到普通课堂中，课前准备的工作量很大。为了达到省时高效率，在进行理论教学的过程中，如讲到某个具体的电路时，可以用“proteus”这一仿真软件进行同步演示，这样电路的电压、电流数值以及波形等参数，都会以数字或图形的方式显示，学生可以很直观的看到，一目了然，加深了印象。比如在讲授《电子线路》这一课程中的二极管的整流电路、单级放大电路、OTL功放电路等知识点时，通过仿真来演示输入输出的波形，非常直观，不仅提高了学生的学习兴趣，而且加深了学生的理解和记忆。同样，我们也可以将“multisim”仿真软件引入教学，该软件中提供了大量的虚拟仪表，这些虚拟仪表与现实生活中的仪表相同，使用方法相似，模拟操作起来非常方便，而软件中所提供的部分高级仪表，实际价格非常昂贵，现实生活中由于经费问题，我们可能无力购买，而软件中给我们提供了这种高级仪表的使用方法，给我们的教学带来了便捷。应该说，实验室里所能开设的电子电工相关电路的实验，我们都可以利用该仿真软件来实现，该软件相当于一个可以移动的功能强大的现代化的电工电子实验室，借助仿真软件的使用，使得教师在讲授电工电子的相关知识点时，非常清晰，取得了良好的效果。
二、在实践环节中的应用
在电子的实践中，采用实物操作和仿真软件相结合的原则，可以使得事半功倍，使得学生对知识的掌握更加牢固，同时极大程度上提高了学习效率。主要体现在以下几个方面：
1.利用仿真技术减少了实物实验的故障率，使得实验的数据更精准。当学生装配好电路板后，开始进行调试时，一般要对实物电路板进行短路检测，确认没有短路故障后再进行调试。而实训的具体检测和调试都是带电操作，带有一定的风险性和不确定性。因此在开始操作的过程中，在学生开始调试之前，先通过仿真软件演示整个调试过程，这样学生不仅对调试过程有很清晰的认识，而且可以避免实训过程中的一些误操作，减少了调试过程中产生的故障。仿真软件演示的实验数据与实际调试的数据相差不大，学生可以比较数据，进行自检。另一方面，如果要设计一块电路板的时候，需要对电路的参数反复的调试，在实物电路板上实现起来比较困难，利用仿真软件可以反复调试，并可以寻找到最佳的方案，再去进行实物的设计，非常便捷。另外，仿真实验没有任何干扰信号的存在，更加能够真实的反映出实验的本质，做到精准、真实、完美。
2.利用仿真技术可以顺利进行故障的分析，并顺利找到故障点。在电工电子的实训中，学生不仅要熟练掌握电路的调试能力，还要有一定的电路排故能力。有时候安装一块电路板需要的时间可能并不长，但往往查找故障点需要花费大量的时间。另外如果在电路板上人为设定一个故障，比如元器件的接反或某处电路出现短路故障时，部分元器件可能会出现击穿、损坏、甚至出现电气短路等现象，这样在操作的时候非常危险。而我们在授课的时候，如果利用仿真软件去讲解电路时，可以随意地将元件焊反或将某段电路短路，学生可以很直观的看到故障的数据及波形，提高了学生的分析能力以及解决问题的能力。同时也提高了学生思考的能力。
3.利用仿真技术可以进行反复练习，大大降低了成本。对于电子线路的板子，很多时候装配完后进行调试，往往是只能使用一次，或者仅能对单一功能进行调试，不能够进行反复练习，尤其是在现代电子产品的高速发展，许多新型器件、集成块、贴片元件的大量使用，使得装配和拆装都不那么容易，另外成本也相对来说很过。仿真技术的使用，使每个学生都有机会根据自己的实际情况，扬长避短，并进行反复练习。而且仿真实验不需要真实环境的介入，软件中有取之不尽、用之不竭的电气元件，而且实验过程中也没有元件的损耗，实验室维护管理将更加方便。总之，将仿真软件应用于教学有很多的优点。另外由于现代电子技术的不断更新，往往使得实验室中实践环节教学资源相对短缺，一些设备不能及时更新和维护，实践耗材昂贵，而带来了很多的局限性。利用仿真实训软件后，不仅使得实训具有完整性、系统性、交互性、智能型。极大程度上弥补现有教学资源的不足。如在进行电力拖动的授课时，当讲授到三相异步电动机的时候，我们除了可以介绍电机的基本知识，结合实验室有的电动机的结构和使用方法外，我们还可以使用仿真软件，给同学们展示形式多样的、不同用途的其他电机。同时我们可以利用仿真技术对相关实验电路进行通过动态模拟，提高课堂效果。
三、总结
关键词：仿真技术电力系统
自20世纪80年代末至今，我国的仿真技术获得了极大的发展。在电力系统中，应用较多的培训仿真系统有电厂仿真、电网运行工况仿真和变电所仿真。一般说来，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行培训、教育与培养。早期的培训大都是经过理论讲解和现场实习，通过实际操作经验的积累来完成的，这种培训方式因是在实际运行的系统上进行操作，不仅培训成本高、培训时间长，而且有些故障只能在实际发生时才能得到实际操作的机会，致使一部分知识只有感性认识，得不到实际操作的锻炼。随着系统规模的加大、复杂程度的提高，特别是造价日益昂贵，训练时因操作不当引起的破坏而带来的损失大大增加，因此，提高系统运行安全性、可靠性事关重大。为解决这些问题，出现了培训仿真系统，模拟实际系统的工作状况和运行环境，以避免运用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价。
变电所培训仿真系统集仿真技术、图形图象技术、数据库等技术于一体，依据变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行设计，如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况，可在模拟设备和二次接线图上进行相应操作，采用鼠标点击的操作方式，简单、直观、易学(见图1)。这种方式使变电运行人员的培训手段大大更新，提高了培训效率，缩短了培训周期。也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩短事故处理时间，从而确保电网安全、可靠、经济运行。
图1
1变电所仿真的现状
目前，我国农网中(110kV、35kV)变电所培训仿真系统主要有孤立变电所型变电培训仿真系统和考虑简单电网的变电培训仿真系统。前一种类型的变电培训仿真系统配置简单，造价相对较低；后一种不仅仿真了变电所的运行状况，而且考虑到电网和变电所之间的相互影响，该类型的变电培训仿真系统在功能上比孤立变电所型的仿真系统要强。此外，还有将无人值班变电所仿真、集控中心仿真、变电所运行管理系统结合于一体的110kV/35kV集控站培训仿真系统。考虑到仿真原理的相同性和孤立变电所型变电培训仿真系统较为简单，能够在单机上独立运行的特点，以下只对该系统进行简要介绍。
2硬件配置的基本要求
微机一台：主频PENTIUM200；32M内存；3.2G硬盘；16倍光驱；显示卡、声卡、音箱等。
3软件配置的基本要求
(1)中文视窗Windows95以上版本；
(2)多媒体仿真培训软件。
4主要功能
(1)正常操作训练：断路器操作、隔离开关操作、压板操作、保护投停、电压互感器的切换，电容器的投停等；
(2)故障演习训练：
断路器故障：拒动、误动、偷跳；
隔离开关故障：带负荷拉合隔离开关、带电合接地隔离开关；
变压器故障：包括相间短路、接地短路、匝间短路、变压器过负荷、变压器油温过高；
母线故障：母线短路、母线接地；
线路故障：近区短路、接地、断线等；
此外，还有电容器故障、继电保护故障以及其它故障等。
培训者可对设定操作任务或故障，依据系统标准操作票进行操作，系统也可在出现故障时，给予提示并指出错误要点。
(3)操作票生成与培训系统：可对线路、主变压器、母线、电容器等设备开操作票；可对学员的操作以操作票的形式记录；可对学员的操作票和标准操作票进行比较；
(4)理论知识的培训：可提供设备的图片和产品介绍；可进行二次回路图纸讲解：包括中央信号回路、电力变压器保护、电容器组保护、输电线路保护、低周减载装置等；还可进行运行规程问答、典型故障处理、经验介绍以及提供考试题库。
(5)系统维护功能：系统可根据110kV变电所的主接线方式(如：单母线接线方式、内桥接线方式、单元接线方式)和正常运行方式的差异及实际变电所的工作情况进行选择和修改，可对考试题目进行增加或修改，还可对二次接线图上的线路名称和隔离开关、断路器号进行更改，使其更加接近变电所的实际运行情况。
操作实例：
倒闸操作是变电所正常运行和检修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作过程如下：
①运行仿真软件，进行操作人员登陆。
②进行功能选择，进入倒闸操作模块，进行题目分类选择。如选择"10kV倒闸操作题目"后，屏幕上会出现一系列10kV倒闸操作题目的分项内容，用鼠标按钮进行选择，选择"纺织线002断路器停电，纺织线线路检修"(见图2)。选择题目后，可进行标准操作票预览，以便操作人员了解操作步骤后进行正确操作。可单击要点按钮，查看提示注意事项。操作练习既可在线路图上进行，也可在模拟图上进行。
图2
③依次拉开纺织线002断路器，拉开002-3隔离开关，拉开002-1隔离开关，在002-3隔离开关线路侧挂接地线(见图3)。遇到困难时，可查阅标准操作票和操作要点提示。操作完毕后，调出操作记录与标准操作票进行比较，如果在操作过程中发生误操作，系统会出现报警。
图3
④选择操作题目后，也可进入考试状态。在此状态下，系统不提供标准操作票和操作要点提示，考试时间到，系统不再进行操作记录。
5结束语
目前，110/35kV变电培训仿真系统在一些变电所已经得到应用，并取得实效。归纳起来，变电培训仿真系统具有如下的特点：
(1)计算机仿真程度高。仿真画面完全按照变电所的电力设备实物进行绘制，形象逼真。操作人员在模拟图或二次接线图上用鼠标点击元器件，即可激发元器件动作，元器件动作后仿真变电所同实际变电所情况一致。
(2)培训功能完善。不但可对变电所的正常和异常事故进行仿真，而且可提供完善的二次图讲解。对变电所的继电保护装置从动作原理到动作过程进行分步讲解，突出显示动作断路器和响应元器件，动画模仿电流轨迹。
(3)可扩充性强。仿真系统还应提供维护功能，用户可在使用过程中，按照各自变电所的实际情况进行适当的修改，使其更接近实际运行中的变电所。
伴随着科学技术与现代教育技术的发展，各种先进技术被广泛运用到教学领域中，仿真技术作为一种新兴的技术，同样也被运用到电子专业的教学当中，且对促进教学质量与效率的提升，起到了举足轻重的作用。以下笔者以“放大电路”的学习为例，对仿真技术在电子专业教学中的应用进行探讨。在模拟电路中，放大电路是一个极为关键的构成部分，其中最为基本的电路形式就是共射极放大电路。因此，在放大电路教学过程中，首先应当利用多媒体课件对相关的知识点进行说明，例如信号放大的基本概念、共射极电路的构成、各个组成部分的作用、放大电路的动静态特性等。
在对问题进行设计时，可以设计以下问题：怎样在放大电路输入端添加正弦信号？输出信号是否会出现变化？电压放大倍数与什么因素相关？倘若对电路的偏置予以调整，那么输出信号又将发生怎样的改变？之后通过Multisim软件建立共射极电路，然后再展开以下仿真实验。共射极放大电路图如图1所示。将Simulate菜单内的Anslysis下的DCOperatingPoint命令打开，进而得到静态的参数：VB=1.82V，VC=4.84V，VE=1.20V。将正弦电压信号（幅值是5mV）添加在输入端，进而对处于空载状态与接10kΩ负载下的放大电路的输出电压波形予以测定，进而得出参数值分别是1.2V、753.7mV，具体如图2所示。对输入信号的幅值予以改变，输入电压增加到15mV，而在此时输出电压波形如图3（1）所示。对偏置电阻予以改变，把电阻Rb1增加至25kΩ，最终所得到的电压波如下图3（2）所示。通过对上述仿真结果的总结与分析，可以得出以下五点结论：第一，当输出电压大于输入电压幅值时，电路具备电压放大的功能；第二，当输入电压和输出电压在相位上相差180º时，共射极电路具备反相功能；第三，在输入信号较大，且输出信号正负半周不对称时，将会出现失真的现象；第四，放大电路当中的放大倍数和负载有一定的联系，其中当负载小时，放大电路的放大倍数就小，反之，负载大，放大倍数也大；第五，当偏置电阻Rb1增加至一定值时，输出电压波形的负半周会发生失真的现象。
二、仿真技术在教学中的优势及注意事项
在中职电子专业教学中应用仿真技术，具有一定的优越性。一是应用范畴比较广，且有极强的拓展性。仿真教学能够提供多种多样的实验教学程序与实验电路板，能够广泛运用于各种电子课程，例如模拟电子技术、电子测量技术等。二是有比较高的效率。仿真技术能够提供各种信号源、数字存储示波器等虚拟仪器，能够进行数据的采集与处理，展开温度检测控制，以及进行电路设计实验等。三是有较强的趣味性。在教学过程中进行仿真教学，能够极大地激发学生学习的兴趣与热情，将全部的精力都投入到教学活动中。此外，仿真实验的成本较低，可以随时展开仿真教学。
（1）实验教学从属于理论教学，实验教学得不到足够的重视，实验是为验证理论知识，理论教学和实践教学相脱节；
（2）实验内容陈旧，无法赶上移动通信新型器件和装置的发展，缺乏新的实验教学手段和方法；设备的更新换代比较慢，实验的开展受到硬件实验设备的限制，跟不上技术革新的步伐；
（3）验证性实验多，综合性实验以及创新性实验少，在实验方法上基本是简单的模仿，学生被动学习，缺少积极的思维和创新，也没有探索的目标和方向，没有良好的实验教学改革措施；
（4）在移动通信原理课程中，关于调制解调等有关内容偏重理论，太过抽象，枯燥乏味。受资金和仪器设备不足等实验条件的限制以及学时较少的影响，很多移动通信原理实验（例如正交频分多路实验）不能由学生实际动手完成，一些实验内容仅仅能验证理论课学习的内容，显然对学生创新能力的培养是非常不利的。积极探索移动通信原理实验教学的改革，尝试开展仿真创新实验教学，对于学生更好地学习移动通信原理课程，培养创新能力起着重要的作用。
2仿真教学的引入与创新能力的培养
传统的移动通信原理课程理论教学，大多重在讨论某种技术或算法的原理及其理论推导，以方便理解调制解调器原理和无线电波变换过程，从而加深信源编解码和信道编解码、无线电波发射与接收等知识的理解。在常规的实验课上，对移动通信实验原理的讲解也要在黑板上书写，既不够形象、直观，又比较呆板。由于有大量的波形分析内容，教师在黑板上画图也是一件比较困难的事情，而且学生不易理解。在传统的设计性实验中，学生常因受到固定的实验设备的束缚而改变实验设计思路，不可避免地存在错误和不足，致使电路调试费时费力，甚至引起元器件和仪器设备损坏，使实验不能达到预期效果。因此，在移动通信原理实验教学中引入仿真实验，是对理论课教学的必要补充。学生可以充分利用仿真实验软件在数据采集、储存、分析、处理、传输及控制等方面的强大功能，进行方案的论证、选定和电路的设计，可以方便地改变参数来调整电路，使之更好地接近设计要求，设计出较为理想的电路。学生还可以根据要求输出电路的测试参量或波形，作为真实电路调试的依据和参考；可利用计算机进行不同的仿真操作，得到与使用实际实验装置进行真实实验相同的结果。另外，一些较为复杂的移动通信创新性实验和综合性实验，无法通过模拟实验完成实验课教学，但是通过引入仿真教学，便可以扩大实验教学的维度、扩大了实验教学的可操作性。移动通信是通信原理、高频电路和信号处理的交叉学科，学生只通过理论教学很难理解学科交叉性，对移动通信原理的理解也不够全面。通过引入仿真教学，既能加强学生对移动通信原理的认识，又能加强学生对实际电路的认识，为后续课程学习打下坚实的基础。仿真实验教学的引入，很好地支持了移动通信原理的学习，可以进行新技术的研究，拓展学生的工程意识，提高设计调试电路的灵活性，最大限度地发挥学生的创新思维，开阔学生的视野。
3仿真教学开展实例分析
3．1理论教学与正交调制解调分析
正交调制解调系统的原理是把整个可用信道频带B划分为N个带宽为f的子信道，把N个串行码元变换为N个并行的码元，将高速信号变换为低速的并行子数据流，分别调制这N个子信道载波进行同步传输，并在终端分开正交信号。信号的调制和解调实际是采用数字信号处理的方法来实现的。先将信号串并变换成低速支路，各支路的调制可以采用数字调制方式，然后进行快速傅里叶逆变换（IFFT）、快速傅里叶变换（FFT）来实现。
3．2正交频分电路仿真实验分析
通常在正交频分电路分析中，往往会忽略讲解和分析子载波调制快速傅里叶变换和反变换等内容。让学生从理论公式推导中理解OFDM原理，并利用Matlab编程实现不同子载波数的调制信号，可以验证对子载波数调制状态的影响，进一步验证理论公式并加深理解。可以用理论推导和实验验证两种方法来理解调制。通过正交频分各步骤的波形图，形象地描绘信号调制解调的过程，逼真地显现出真实信号传输变化的实时动态过程。
（1）确定参数。假设参数为：子载波数为8，FFT长度为8，符号速率、比特率、保护间隔长度为2，信噪比12，插入导频数。基本的仿真可以不插入导频，导频数可以为0。通过运行仿真及修改参数设置，教师可引导学生逐步实验，观察分析仿真结果并给出结论。通过示波器模块可以直观地观察到二进制随机信源。
（2）产生数据。使用随机数产生器产生二进制数据。可以将原序列化为16进制的码元图，通过改变数据率观察仿真波形。
（3）子载波调制。利用Matlab工具仿真实现BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等4种调制方式。按照星座图，将每个子信道上的数据映射到星座图点的复数表示。通过改变支路不同的调制方式，观察到仿真波形，每次课都会有各式各样新的实验波形，可以直观地观察到二进制随机信源，以及将一路高速数据转换成多路低速数据的波形。
（4）IFFT运算。对上一步得到的同相分量和正交分量进行IFFT运算。为便于理解，可采用仿真软件直观地表现子信道上的数据与OFDM符号之间傅里叶逆变换关系。当子信道的脉冲为矩形脉冲时，具有sinc函数形式的频谱。当改变系统（N）时，OFDM功率谱形状也随之改变。
（5）加入保护间隔，加入噪声。由IFFT运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据，并将符号尾部G长度的数据加到头部，构成循环前缀。
（6）并串转换。将每个符号分布在子信道上的数据还原为一路串行数据。
（7）FFT运算。对每个符号的同相分量和正交分量按照（Ich＋Qch×i）进行FFT运算。由于噪声和信道的影响，接收端收到的每个子信道上的数据，映射到星座图不再是严格的发送端的星座图。将得到的星座图上的点按照最近原则判决为原星座图上的点，并按映射规则还原为一组数据。利用以上设计的信号，在Matlab中编程实现该信号的调制，画出调制前后信号的时序图。此时，学生容易理解此种调制方式为何IFFT被称调制。在此基础上，学生通过理论分析以及Matlab实验画图验证，进一步加深了对正交频分电路的理解。
4结束语
