仿真軟件在電工類課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

楊榮昌 黃明惠

摘要：EDA仿真軟件在電子類課程教學(xué)中已得到了廣泛的應(yīng)用，而針對(duì)電工類課程教學(xué)尚沒有專門的仿真軟件應(yīng)用。借助于仿真軟件強(qiáng)大的功能，適時(shí)、有目的選擇電工類課程相關(guān)重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容加以應(yīng)用，可以在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中達(dá)到事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：仿真軟件；電工基礎(chǔ)；教學(xué)；應(yīng)用實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）13-0149-02

1引言

在EDA類仿真軟件中，其功能強(qiáng)大、界面清晰直觀、容易掌握、使用方便，經(jīng)常受到各類電子設(shè)計(jì)開發(fā)人員的青睞。該軟件用虛擬的電子元器件及各類相關(guān)的儀器儀表，依據(jù)不同的電路要求，將元器件和儀器進(jìn)行合理的組合，是電路設(shè)計(jì)、電路測(cè)試和驗(yàn)證的一款非常實(shí)用的虛擬仿真軟件。

2 在電子類課程中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在電子類（如模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)等）課程教學(xué)中，實(shí)踐證明仿真軟件能高效的促進(jìn)教學(xué)，提升了教學(xué)質(zhì)量，安全直觀地反映了需要在客觀實(shí)驗(yàn)室中才能完成的項(xiàng)目，增加了課堂互動(dòng)性，突破了客觀條件對(duì)教學(xué)的限制。在教學(xué)過程中學(xué)生加深對(duì)原理性、抽象性的內(nèi)容的學(xué)習(xí)、理解、消化，避免了使用現(xiàn)實(shí)元件和儀器而造成的消耗與損壞，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決了教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目耗材消耗大、設(shè)備成本太高、不容易展開等許多難題。

如在講授電子電路中的整流濾波電路時(shí)，利用軟件可以很好地觀察到整流濾波的輸出情況，可以斷開濾波電容觀察整流輸出波形，也可以接入不同容量的電容器觀察濾波的不同效果，靈活、形象、直觀的演示須在實(shí)驗(yàn)課堂才能達(dá)到的效果。

3 仿真軟件對(duì)電工類課程教學(xué)的促進(jìn)

3.1能有效地促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)

在電工類課程（如電工基礎(chǔ)、電工原理、電路分析等）的教學(xué)中，目前還沒有一款針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)仿真軟件，而電工類課程作為機(jī)電大類專業(yè)的主干課程，具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。但實(shí)際上在教學(xué)過程中，由于課程理論性太強(qiáng)，抽象的概念非常多，教學(xué)活動(dòng)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)等環(huán)節(jié)的教學(xué)困難非常大，如果將仿真軟件能夠引入到電工類課程的教學(xué)中，將抽象的理論具體化、形象化，便可以在教學(xué)活動(dòng)中達(dá)到事半功倍的效果。

3.2有效的補(bǔ)充和完善實(shí)踐環(huán)節(jié)

電工類課程教學(xué)內(nèi)容廣泛，實(shí)踐環(huán)節(jié)多，如果全部實(shí)踐環(huán)節(jié)安排在實(shí)驗(yàn)室完成，設(shè)備與耗材的消耗是非常大的，同時(shí)對(duì)部分要求自主設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從設(shè)備要求和元器件的采購方面均存在著諸多困難，同時(shí)部分的實(shí)驗(yàn)還存在著一定的危險(xiǎn)和污染，如果利用仿真軟件的虛擬技術(shù)可以完美的解決傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中難以解決的問題。

通過多年的教學(xué)實(shí)踐，在不同的專業(yè)年級(jí)中利用仿真軟件教學(xué)輔助作用，取得了非常可喜的教學(xué)效果，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加師生互動(dòng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力、學(xué)習(xí)能力均有突出的效果。

4仿真軟件在課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

4.1在直流電路中的應(yīng)用

通常的直流電路，電壓電流是不隨時(shí)間變化而變化的，一個(gè)電路參數(shù)一旦確定，電路中的電壓電流就是一定的。由于電路中的各物理量看不見、不能摸，學(xué)生對(duì)這些電路參數(shù)通過想象很難理解。在學(xué)習(xí)基爾霍夫定律時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)和回路關(guān)于電流和電壓的關(guān)系也是半信半疑，對(duì)疊加原理、戴維南定理等課堂理論中學(xué)到的內(nèi)容同樣持懷疑的態(tài)度，因?yàn)檫@些定理、定律理論性很強(qiáng)，經(jīng)常需要復(fù)雜的推導(dǎo)才能夠得出結(jié)論。

而借助仿真軟件強(qiáng)大的功能，可以在課堂上利用多媒體手段進(jìn)行引導(dǎo)和演示，改變了傳統(tǒng)教學(xué)過程中由于教學(xué)內(nèi)容枯燥，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，不理解學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也就會(huì)無心學(xué)習(xí)的惡性循環(huán)。

由于現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)和手段的不斷發(fā)展和更新，在教學(xué)中充分利用專業(yè)機(jī)房，在學(xué)生每人一臺(tái)計(jì)算機(jī)的條件下去完成相關(guān)的教學(xué)任務(wù)是可以實(shí)現(xiàn)的。如在客觀現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)前，先利用仿真軟件去完成對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目，避免了學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的不熟練誤操作導(dǎo)致的客觀實(shí)驗(yàn)室功能喪失。

4.2在交流電路中的應(yīng)用

正弦交流電路是電類課程的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)電學(xué)的理論基礎(chǔ)。因此，對(duì)正弦交流電路的學(xué)習(xí)與研究是十分重要的，由于正弦交流電具有大小和方向都在不斷變化的特點(diǎn)，所以在教學(xué)中存在著理解困難。而仿真軟件的引入，使得這一教學(xué)難點(diǎn)變得直觀和形象，教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，如充分利用仿真軟件虛擬的信號(hào)源、示波器、各種元件和儀表，組成對(duì)應(yīng)不同的電路，對(duì)相位、相位差、有效值以及不同的電路性質(zhì)的學(xué)習(xí)具有非常重要的促進(jìn)作用。

如在講授功率因數(shù)的提高時(shí)，由于發(fā)電廠在發(fā)出有功功率的同時(shí)也輸出無功功率，二者在總功率中各占多少不是取決于發(fā)電機(jī)，而是由負(fù)載的功率因數(shù)決定的，負(fù)載功率因數(shù)的大小是由負(fù)載的性質(zhì)決定的。功率因數(shù)太低，會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，會(huì)引起下述兩方面的問題：降低了供電設(shè)備的利用率，電源設(shè)備越得不到充分的利用；增加了供電設(shè)備和輸電線路的功率損耗。負(fù)載從電源取用的電流在電路有功功率和輸電電壓一定的情況下，功率因數(shù)越低，電流就越大，電流流過輸電導(dǎo)線，在輸電線路上引起的功率損耗愈大，就意味著輸電線路上傳輸電能的效率低。

為了提高發(fā)電、供電設(shè)備的利用率，減少輸電線路上的能量損耗，應(yīng)提高負(fù)載的功率因數(shù)。提高功率因數(shù)的方法很多，由于生產(chǎn)實(shí)際中大多數(shù)負(fù)載都是感性的，所以往往采用在負(fù)載兩端并聯(lián)合適的電容器補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣唠娐返墓β室驍?shù)。

利用仿真軟件，在一個(gè)感性負(fù)載兩端并聯(lián)了合適的電容器后，電路中的總電流為會(huì)大幅減小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沒有并聯(lián)電容器時(shí)的電路，從而驗(yàn)證了提高電路功率因數(shù)所采用方法的正確性。

5結(jié)束語

通過上述幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例可以看出，利用仿真軟件在電工類課程教學(xué)中有著非常重要的意義，它不僅僅對(duì)課堂的教學(xué)具有一定的促進(jìn)作用，同時(shí)增加了學(xué)生分析問題與解決問題的能力，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限和珍貴的情況下，通過虛擬仿真達(dá)到了理想的實(shí)訓(xùn)效果。

為了充分實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)教學(xué)的促進(jìn)作用，實(shí)踐中要利用好機(jī)房開放平臺(tái)，學(xué)生可以通過平臺(tái)軟件提供的虛擬元件和設(shè)備組成不同電路，設(shè)置和改變電路參數(shù)，驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)。這樣既加深了對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的消化理解，同時(shí)達(dá)到了提前預(yù)習(xí)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)電路，擺脫了課程對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的硬件要求，優(yōu)化了教與學(xué)的矛盾，對(duì)學(xué)生而言使學(xué)習(xí)過程變得有目的和針對(duì)性。

當(dāng)然，在實(shí)際的教學(xué)中，可以根據(jù)需要選擇更多的內(nèi)容作為教學(xué)活動(dòng)的題材，利用計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)作為多媒體教學(xué)的重要補(bǔ)充手段，不能僅僅停留在課件的展示上，更應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)過程的互動(dòng)和演示。同時(shí)也要注意不能完全依賴軟件進(jìn)行教學(xué)，必要的理論過程仍然是必須的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]楊榮昌.電工基礎(chǔ)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004.

[3] 郭宏，趙建新.Mulitisim10仿真方式在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（17）：145.

[4] 許建明，黃同成，彭森，李菲.基于Multisim11軟件在通信電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用[J].考試周刊，2015（A4）：121+29.

[5] 吳凌燕.基于Multisim的功率因數(shù)提高研究[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2013，32（1）：50-52.

[6] 吳麗波，范悅.基于Multisim的電子電路仿真研究[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（12）：62-64.