高校電工電子實驗教學(xué)中仿真軟件的應(yīng)用

蒲永紅 蘇圣超

【摘要】本文對高校傳統(tǒng)的電工電子實驗教學(xué)模式提出改進(jìn)方法，引入Multisim仿真技術(shù)，提出理論學(xué)習(xí)、仿真預(yù)習(xí)、硬件實做三者緊密結(jié)合的教學(xué)模式。實踐表明，該方法降低了學(xué)生實驗的盲目性，教學(xué)質(zhì)量與效率顯著提高，設(shè)備損壞率降低。同時，提出幾點個人體會，希望有助于Multisim輔助教學(xué)模式的進(jìn)一步深化與發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué) 電工電子實驗 Multisim仿真

【基金項目】校級重點實踐類課程建設(shè)資助項目（p201324005）；校電工技術(shù)課程建設(shè)項目（k201224001）。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）10-0236-01

一、引言

電工電子技術(shù)實驗課程是一門重要的實踐課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生動手分析問題的能力，同時實現(xiàn)理論知識與實踐的有機(jī)結(jié)合。目前高校實驗教學(xué)仍是以教師為主，實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)受制于時間和空間，學(xué)生預(yù)習(xí)僅靠看實驗說明書，缺乏針對性；進(jìn)入課堂實做環(huán)節(jié)，教師需花大量的時間講解實驗原理及儀器設(shè)備的使用方法，進(jìn)行詳細(xì)的演示操作；而大部分學(xué)生只是簡單模仿，被動地按要求完成實驗。針對這些問題，本文引入計算機(jī)仿真技術(shù)，提出理論學(xué)習(xí)、仿真預(yù)習(xí)、實驗室實做三者有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，希望借此教學(xué)方法改革，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-2]。

二、Multisim輔助實驗的教學(xué)方法及實踐

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展， Multisim軟件以其卓越的性能在大學(xué)生課程設(shè)計創(chuàng)新活動中得到了廣泛應(yīng)用。該軟件具有豐富的元件庫、逼真的仿真設(shè)備、多種電路分析方法和強(qiáng)大的仿真能力[3-4]；學(xué)生可以根據(jù)需要，選擇合適的元件，設(shè)計各種電路，用仿真的方式把所學(xué)的知識再現(xiàn)出來。 鑒于此，本文將Multisim軟件仿真引入電工電子實驗教學(xué)，由于篇幅有限，文章通過具體教學(xué)實例說明軟件的應(yīng)用特點和優(yōu)勢。

（一）疊加定理實驗

疊加定理是電工技術(shù)基礎(chǔ)實驗之一。疊其實驗教學(xué)目標(biāo)：（1）掌握疊加定理的原理。（2）基本電類測量表使用方法。（3）參考方向的理解。使用Multisim繪制實驗電路如圖1。

圖1 疊加定理仿真電路圖

通過繪圖，學(xué)生能夠正確掌握疊加過程中元器件之間的聯(lián)接方式。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在電壓源單獨作用實驗中，經(jīng)常短接電壓源，造成電源損壞。

然而，在實施Multisim仿真時，如果學(xué)生出現(xiàn)類似錯誤操作，系統(tǒng)將自動進(jìn)行錯誤報警；學(xué)生可以對照電路實驗原理圖，排查錯誤，這樣有利于避免實物操作的接線錯誤。

其次，Multisim元件庫中儀器儀表使用方法明確，簡單易懂。學(xué)生可直接調(diào)用電壓電流表進(jìn)行測量，如果測量出錯，系統(tǒng)會報警，學(xué)生可以修改，反復(fù)測量。對仿真結(jié)果的分析則可深化學(xué)生對教學(xué)重點、難點的理解。例如，仿真結(jié)果測得的電壓電流數(shù)據(jù)如果是一個負(fù)數(shù)，學(xué)生可以修改電壓電流方向或者電壓電流表的接法，對比測量，從而形象直觀地理解參考方向的概念。

（二）單管放大電路的分析與測試

單管放大電路是電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗中典型且難點較多的一項教學(xué)內(nèi)容。該實驗中三極管工作狀態(tài)的觀測為本實驗教學(xué)的重點。三極管有飽和、放大、截止三種狀態(tài)。在實驗中由于測量誤差儀表等問題，靜態(tài)工作點調(diào)節(jié)不當(dāng)，往往觀察不到對應(yīng)的波形。在使用Multisim仿真時，則可通過建立圖2所示仿真電路；按住A鍵，調(diào)節(jié)R6的阻值，就可以觀察到對應(yīng)的工作狀態(tài)[5-6]。簡單快捷，波形準(zhǔn)確逼真，能讓學(xué)生形象的理解對應(yīng)的理論知識。

圖2 單管放大電路仿真電路圖

此外，在用實驗箱做實驗時，調(diào)節(jié)電位器改變R6、R1的值，可以觀測到三極管工作狀態(tài)的變化；但是VCC和β對其的影響，由于實驗設(shè)備的固定，調(diào)節(jié)比較復(fù)雜；難以直接實現(xiàn)。使用Multisim仿真時，可以直接改變VCC和β參數(shù)值，通過虛擬示波器觀察對應(yīng)的波形，有效解決了設(shè)備固定所造成的困難，拓展和豐富課題教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新和豐富教學(xué)。

三、Multisim仿真輔助教學(xué)的幾點思考

Multisim仿真預(yù)習(xí)輔助教學(xué)模式簡單概括為理論學(xué)習(xí)、仿真預(yù)習(xí)、硬件實做。三者相輔相成。經(jīng)教學(xué)實踐檢驗， Multisim輔助實驗教學(xué)有助于增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的針對性；其次充分扎實的課前預(yù)習(xí)，也顯著提高課堂實驗完成率；教學(xué)質(zhì)量明顯提高，成績優(yōu)秀率上升。與此同時，通過課前仿真演練，強(qiáng)化了學(xué)生對測量儀表的熟悉程度，降低了實驗中的設(shè)備損壞率，有效節(jié)省了資源。

Multisim仿真技術(shù)在電工電子實驗教學(xué)中的應(yīng)用，顯示出其獨特的優(yōu)越性，成為傳統(tǒng)教學(xué)模式的有益補(bǔ)充。然而，為了實現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合，對教育工作者提出了更高的要求，仍有大量工作有待深入。教學(xué)方案的規(guī)范化和內(nèi)容的豐富化；與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的整合需要系統(tǒng)化。文獻(xiàn)顯示，諸多院所先后進(jìn)行了Multisim輔助教學(xué)探索，但是大多以個性案例展開，尚缺乏貫穿整個實驗課程的系統(tǒng)性研究。應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)Multisim輔助教學(xué)方法與LabView、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的結(jié)合，建立網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺，規(guī)范實驗預(yù)習(xí)考核機(jī)制[7]。

四、結(jié)語

本文探討了Multisim輔助電工電子實驗教學(xué)的模式，并結(jié)合教學(xué)實踐探討了該方法獨特的優(yōu)勢；最后，筆者又針對Multisim輔助教學(xué)模式的進(jìn)一步發(fā)展，提出了幾點體會，以期更好做到教學(xué)方案的規(guī)范化、教學(xué)內(nèi)容的豐富化及系統(tǒng)化。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

蒲永紅 （1976-），女，陜西鳳縣人，碩士，實驗師，研究方向為電工電子技術(shù)實驗教學(xué)。