Multisim10輔助模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究

吳文智

（黑龍江大學(xué) 電子工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150080）

一、引言

實(shí)驗(yàn)課程在高校人才培養(yǎng)過程中起著非常重要的作用，模擬電路實(shí)驗(yàn)課程屬于高校理工科教學(xué)計(jì)劃中的基礎(chǔ)課程，是面向普通高校理工科學(xué)生尤其是電子信息、通信工程、自動(dòng)化等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是電子線路中最基本的理論和常用電路，擔(dān)負(fù)著普及電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)以及為后續(xù)專業(yè)課程打基礎(chǔ)的雙重任務(wù)。旨在傳授學(xué)生必備基礎(chǔ)微電和弱電知識(shí)的同時(shí)，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中，形成正確的科學(xué)觀念，掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)精神。

社會(huì)的進(jìn)步以及科技的發(fā)展促進(jìn)了教育事業(yè)的發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化教學(xué)儀器設(shè)備（如投影儀、攝像機(jī)和無線Wi-Fi等）的引入豐富了課堂教學(xué)，傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)課堂面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。長久以來，在模擬電路實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程中還存在以下幾方面問題：（1）模擬電路實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)在理論課程之后，是對理論教學(xué)過程的延伸和拓展，著重通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)分析電路的功能和實(shí)際輸出結(jié)果，較為抽象，不易于學(xué)生掌握與理解。（2）模擬電線路課程的應(yīng)用性強(qiáng)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法常會(huì)讓學(xué)生感到枯燥乏味，抽象難懂，喪失了學(xué)習(xí)的積極性。（3）器件的識(shí)別、線路的連接和信號(hào)的觀察等是實(shí)驗(yàn)課上同學(xué)必須完成的內(nèi)容，課上還經(jīng)常須要對電路的輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行波形分析和數(shù)值計(jì)算，并要當(dāng)堂獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生多任務(wù)重，任課教師往往不能面面俱到照顧到每一個(gè)學(xué)生。從而造成了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果不夠理想，難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。（4）現(xiàn)有的電子線路實(shí)驗(yàn)箱大多是模塊化設(shè)計(jì)，圍繞核心芯片連接電路，已有的標(biāo)識(shí)性元件和固有模塊設(shè)計(jì)很大程度上限制了學(xué)生的思維。因此，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)模式，如何使學(xué)生能夠通過更好地掌握實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容成為模擬電路實(shí)驗(yàn)教師普遍關(guān)注的問題。

二、Multisim10仿真軟件簡介

Multisim是80年代末IIT公司在電子工作平臺(tái)（Electronics workbench）基礎(chǔ)上推出的電子線路仿真設(shè)計(jì)軟件。2010年推出Multisim10版本，其具有清晰的圖形界面、強(qiáng)大的仿真能力和分析、強(qiáng)大的虛擬儀器等功能，能勝任電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路等個(gè)課程的虛擬仿真，并提供多種基本分析方法。使用Multisim10的仿真電路功能，操作容易，能夠克服電路設(shè)計(jì)不合理、容易出錯(cuò)等原因產(chǎn)生的錯(cuò)誤，能有效反映實(shí)驗(yàn)效果。現(xiàn)以設(shè)計(jì)一個(gè)工作點(diǎn)穩(wěn)定共射放大電路為例來說明Multisim10在電子線路課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

三、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定共射放大電路的仿真設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)

工作點(diǎn)穩(wěn)定放大電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍W(xué)習(xí)基于三極管的基本放大器主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法，研究阻容耦合放大器電路元件參數(shù)對放大器主要技術(shù)指標(biāo)的影響，加深對其特性的理解。三極管是電路的核心器件，利用Multisim10建立與之相對應(yīng)的仿真電路圖，電路的放大倍數(shù)以及小信號(hào)輸入下的輸出波形等參數(shù)都受靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，靜態(tài)工作點(diǎn)直接影響三極管的性能。學(xué)生可以通過調(diào)節(jié)分壓電阻的阻值，來觀察信號(hào)的放大、飽和失真等情況。引入Multisim10仿真軟件后，則可直接改變?chǔ)?參數(shù)值，觀察電路的工作情況，綜合對比分析分壓電阻、電源電壓和β 等主要參數(shù)分別在三極管工作性能方面的作用?？梢赃M(jìn)一步了解截止失真和飽和失真等情況下放大電路的基本特征。學(xué)生可以更為直觀地理解各個(gè)元器件在該放大電路中所起的作用，又能從整個(gè)實(shí)驗(yàn)電路的角度理解其作為一個(gè)整體所實(shí)現(xiàn)的功能?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)電路中各個(gè)元器件的物理參數(shù)，了解各個(gè)元器件在靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路當(dāng)中所起到的作用。

四、Multisim10仿真輔助電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用

以2013年教育部對黑龍江大學(xué)開展本科教學(xué)審核評(píng)估試點(diǎn)工作為契機(jī)，在本科生基礎(chǔ)課程中開展課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，引入Multisim10仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。從課堂教學(xué)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，其作用具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）對任課教師提出更高的要求，仍有大量工作有待深入

教師不但要對實(shí)驗(yàn)電路給予學(xué)生足夠的引導(dǎo)，在軟件仿真方面也需要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并盡快解決。實(shí)驗(yàn)課中引入仿真軟件不單純是針對單一的某個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而是希望能在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對電路內(nèi)容有更深層次的理解，在原電路的基礎(chǔ)上構(gòu)建更為復(fù)雜的貼近實(shí)際應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)電路，這就不可避免地對任課教師的教學(xué)提出了更高的要求，須要課前完成大量的準(zhǔn)備工作，如當(dāng)教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書明確具體的要求和規(guī)范、完善。如何配合實(shí)驗(yàn)操作開展課程等，這其中還須要依據(jù)仿真技術(shù)的特點(diǎn)開展驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型以及綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等不同實(shí)驗(yàn)類型教學(xué)的嘗試，并與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的相互融合須要更加規(guī)范化。

（二）提高了學(xué)生對電子線路課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐興趣

實(shí)驗(yàn)課中引入Multisim10仿真需要學(xué)生課前了解軟件的簡單操作，由于實(shí)驗(yàn)電路在理論課上已經(jīng)講過，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本都是已知的，實(shí)驗(yàn)課的主要目的是完成檢驗(yàn)，做到理論和實(shí)驗(yàn)課程的結(jié)合，相互促進(jìn)。引入軟件仿真，新穎性大大增加，引入仿真軟件調(diào)動(dòng)了同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，能夠按照當(dāng)堂課的內(nèi)容完成相應(yīng)的仿真電路的搭建，學(xué)生的創(chuàng)新拓展意識(shí)得到增強(qiáng)，80%以上的同學(xué)能夠在課堂上完成既定的實(shí)驗(yàn)電路的Multisim10仿真的同時(shí)，也能完成相應(yīng)的搭建和結(jié)果測試。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞率明顯降低

未使用Multisim10之前，學(xué)生通常都是初次接觸電學(xué)元器件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，芯片插放位置錯(cuò)誤、引腳接錯(cuò)和人為因素造成的設(shè)備故障率高。在引入Multisim10軟件仿真時(shí)，首先在電腦上進(jìn)行操作，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行錯(cuò)誤識(shí)別并引導(dǎo)使用者找到出錯(cuò)原因。教師不但可以引導(dǎo)學(xué)生會(huì)針對這些易出錯(cuò)的知識(shí)進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，而且教師也可不必總是強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)步驟，可以將講解重點(diǎn)放在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用上，對于實(shí)驗(yàn)過程中頻繁出現(xiàn)的故障和問題進(jìn)行引導(dǎo)和統(tǒng)一講解。

五、結(jié)束語

探討了結(jié)合Multisim10仿真軟件輔助模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，模擬電路實(shí)驗(yàn)課程是模擬電路理論課程的拓展與延伸，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上引入Multisim10軟件仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)是一種有效的輔助教學(xué)手段，也是硬件實(shí)驗(yàn)的延展，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)理論和動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的興趣。

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