近年来，由于疫情等不确定因素的影响，为了不耽误教学计划，中国高校常利用线上教学来替代线下教学[1]。对于实验课，由于需要计算机操作演示，使用实验仪器等，采用常规的线上教学有其不足之处。虚拟仿真实验教学恰好解决了这一难题，它可以为操作者提供一个人机交互、界面友好的虚拟环境 [2-3]。
本文以《微波电路EDA》课程的实验教学为例，首先介绍了传统实验教学方法的一些不足，然后将虚拟仿真技术应用到该门课程中，并以一个实例进行教学说明。结果表明，与传统实验教学相比，虚拟仿真实验教学可以帮助学生理解抽象的电磁理论，弥补实验条件的不足，提高学生的学习兴趣，是一种能充分改善教学效果的线上教学方法。
一、 虚拟仿真实验教学的必要性
《微波电路EDA》课程是我校面向电子信息科学与技术专业的本科生开设的一门专业基础课。课程教学计划共计32学时，其中实验课22学时。目前采用传统教学方式进行实验教学，主要是老师先讲解，然后让学生按照给定的实验指导书完成既定的实验内容，并完成实验报告。这种传统的实验教学模式，存在一些弊端：
（一）传统的实验教学实验成本高，耗时长
传统实验要设计一个微波电路，需要根据理论知识进行初始计算，在设计中，需要借助一些硬件工具进行相关测试，并不断试错，这将大量消耗元器件，增加设计成本，同时也耗费设计时间。电磁虚拟仿真软件能使学生的整个设计过程都在软件中完成，只有最后加工需在线下完成。
（二）实验课学生学习被动，学习兴趣不高
微波电路不同于低频集总电路，电路中关于电磁场的分布及相互干扰，天线中关于电磁波的辐射都需要学生有极强的想象力才能理解。电磁虚拟仿真软件则能将这些抽象的理论生动形象地展现出来，能增加学生的学习兴趣，也能进一步培养学生的创新能力。
二、虚拟仿真在《微波电路EDA》实验教学中的应用
（一）虚拟教学环境
《微波电路EDA》课程的实验以上机实验为主，课后实际操作部分相对较少。本专业学生毕业后，工作上常用到ADS，HFSS，CST，FEKO，Microwave Office等专业软件进行仿真设计。在本课程中会进行微波无源电路和有源电路，以及天线的设计，因而本课程通常会选用两种以上专业软件来模型虚拟电磁环境，并进行实验操作。
（二）教学案例
根据《微波电路EDA》课程的特点，本门课程的实验分为基础验证型和综合设计型二种类型。基础验证型旨在使学生掌握微波电路EDA软件的使用技巧。即通过一些简单的样例，了解软件的使用方法。综合设计型要求学生利用专业知识设计相关电路或天线，并利用软件进行仿真实现，他能考验学生熟悉EDA软件的程度和掌握并利用微波电路知识的进行综合设计的能力。这里以一个可穿戴式多频天线的综合设计作为一个教学案例。
可穿戴天线作为无线体域网中与体内、体表或体外其它设备进行通信的关键元件，通常被穿戴于人体上，比如附着在服装、头盔和手腕上。随着无线体域网的发展，对可穿戴设备的功能要求也越来越多。工作在多频段的天线能满足这一要求，且比多个单频带天线的组合具有更紧凑的结构。基于这一研究背景，引导学生根据已有电磁场和天线的知识，并查阅相关文献，利用虚拟电磁仿真软件，设计了一个微带多频天线。在电磁仿真软件中，可以模拟出天线的工作频带，天线各工作频点的电磁场，电流分布，以及辐射方向图，辐射效率等。随着学生专业知识的不断增长，还可以对此天线的一些性能进行改善，比如利用电磁超材料技术进一步改进天线的辐射性能。
三、教学反馈
在2021—2022 学年第2学期《微波电路EDA》的实验教学过程中，我们对2019 级电子信息科学与技术两个班的同学采用了虚拟仿真实验教学方法。为了了解教学效果，我们对同学们做了相应的问卷调查。大部分学生对该教学形式持正面效果，总结如下：
（1）通过使用虚拟仿真软件，学生能将书本上抽象的理论公式用二维或三维图像形象生动地展示出来，使学习知识变得生动有趣。
（2）学生能在虚拟环境中自主设计，不用担心实验中的失误或意外，实验成本低，提高了学习效率。
（3）学生能将本专业所学的知识融合，结合应用背景，进行创新设计，锻炼了学生的创新能力。
（4）为学生毕业后进一步学习深造或就业打下了良好的基础。
四、结论
本文探讨了在《微波电路EDA》课程中使用你用虚拟仿真实验教学的重要性及意义。首先以课程为例，讨论了实验教学现状及不足。然后以一个创新教学实例说明了虚拟仿真在综合设计实验中的应用及效果。结果表明，虚拟仿真实验教学有许多教学优势：它有利于丰富教学形式，提高学生学习的兴趣；不受硬件资源的限制，学生可自行开发虚拟实验项目；增强学生自主学习能力，锻炼学生的创新能力；使抽象的理论知识变得形象生动，激发学生学习兴趣。因而，虚拟仿真实验教学有助于提高微波电路实验教学课程的教学质量和学生的学习效果。
参考文献：
[1] 张静，张原，李香宇，刘晓娣，毕敬腾. 线上线下混合式教学中学员主动学习促进策略研究[J]. 电气电子教学学报，2021，43(1)：81–83.
[2] 孙福，孙佳怡，刘国庆，贾 帅. 虚拟仿真实验教学项目评价研究[J]. 实验技术与管理，2020，37(7)：187–190.
[3] 王凯丽, 胡垂立. 虚拟仿真技术应用于混合式教学研究[J]. 科技风, 2022，1:103–105.
