淺談everycircuit在《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》是中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校電類學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，可為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)其他專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)，也是參加中等職業(yè)學(xué)校技能競賽學(xué)生的理論支撐?？梢蚱淅碚撔詮娗页橄螅绻捎脗鹘y(tǒng)的理論教學(xué)模式，容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。那么，如何根據(jù)教學(xué)目標、內(nèi)容及學(xué)生特點來提高課堂效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣尤其重要。本文主要論述如何利用仿真軟件everycircuit進行輔助教學(xué)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：仿真；everycircuit；輔助教學(xué)

一、 Everycircuit的功能和優(yōu)點

Everycircuit即電路模擬器，是一款非常實用的電子電路模擬工具，其主要特點包含可模擬電壓波形、觀看電荷移動方向、旋鈕直接調(diào)整電路參數(shù)、自動布線以及基本電子元器件模型。軟件里面含有眾多電路元件，用戶可以根據(jù)需要創(chuàng)建任何電路，仿真過程只需畫好電路后點擊運行按鈕，即可模擬電路運行的場景，其中電壓和電流的移動畫面可直觀顯示，形象逼真。在電路的模擬運行過程中，我們可隨時修改電路參數(shù)，電路會自動根據(jù)參數(shù)實時響應(yīng)變化。該軟件的一個最大的優(yōu)點是用戶可以直接在手機上安裝并仿真電路功能，操作非常簡單方便易學(xué)，符合現(xiàn)在中職學(xué)生愛玩手機的性格特點，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率。

二、 中職《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》教學(xué)存在的問題

一是課程理論性強?！峨姽ぜ夹g(shù)基礎(chǔ)與技能》雖然是中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)學(xué)生必修的核心基礎(chǔ)課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)其他相關(guān)專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)。其主要特點是理論性、抽象性和實驗性均較強。加上學(xué)生理論知識基礎(chǔ)差，容易對該課程的學(xué)習(xí)感到枯燥乏味甚至產(chǎn)生厭學(xué)、畏難的情緒。

二是教師教法呆板。所謂教師傳道授業(yè)解惑也，可傳統(tǒng)的“知識型”教學(xué)方法即“傳授型”教學(xué)方法，教師容易強調(diào)系統(tǒng)的學(xué)科知識，注重舊知識和新知識的關(guān)聯(lián)，重視記憶，從而忽視學(xué)生能力的提升。甚至容易產(chǎn)生以課堂為中心、以教師為中心和以教材為中心的“三中心”教法，教師在整個教學(xué)過程中，過分看中教，以致容易忽略學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，甚至出現(xiàn)“滿堂灌”。

三是實訓(xùn)條件有限。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了各種各樣的教學(xué)軟件如Altium Designer、Protues、EWM、Fritzing等等，而這些軟件的一個普遍問題是安裝環(huán)境非常有限，只能在PC端運行，學(xué)生只能在有上機課的時候可以仿真運行，課后就無法鞏固學(xué)習(xí)了。再加上很多教師并未受過這方面軟件的系統(tǒng)培訓(xùn)，有些學(xué)校也并未購買相關(guān)軟件，導(dǎo)致很多老師課堂教學(xué)條件簡陋單一。雖然有些學(xué)校的教師會利用面包板等做一些簡單的實驗來幫助學(xué)生理解（但無法讓每個學(xué)生都親自實驗操作），有些學(xué)校的老師只能純粹理論傳授。因此學(xué)生只能在對抽象的理論知識半懂的情況下利用死記硬背掌握，無法正確理解掌握。

三、 《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課程教學(xué)中應(yīng)用everycircuit仿真軟件輔助教學(xué)的意義

《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》作為中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)學(xué)生必修的核心基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生要能夠認識基本電路的結(jié)構(gòu)、功能以及工作原理，掌握基本元件的識別。學(xué)生對基本元件和電路的理解程度對其后面學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程非常關(guān)鍵。傳統(tǒng)的教學(xué)步驟是講解電路結(jié)構(gòu)——分析工作原理——計算電路參數(shù)，教師分析原理時可是困難重重，學(xué)生理解起來也是云里霧里，教學(xué)效率非常低。我們可以根據(jù)中職學(xué)生的特點以及傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的問題，在教學(xué)過程中采用“講解電路結(jié)構(gòu)——仿真電路——分析工作原理——計算電路參數(shù)——總結(jié)教學(xué)知識點”等步驟展開教學(xué)。只有通過讓學(xué)生將理論知識和實驗現(xiàn)象相結(jié)合，通過觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果來理解掌握理論知識，才能真正達到教學(xué)的目的。本課程利用everycircuit軟件讓學(xué)生在手機上對電路進行仿真，并觀察分析電路現(xiàn)象，可以將抽象的概念、定理等轉(zhuǎn)化為生動有趣的動畫電路。學(xué)生通過在仿真電路的過程中，觀察實驗現(xiàn)象并進行原理分析，從而理解掌握電路原理和理論知識，提高自己的綜合能力。

四、 Everycircuit在《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課程教學(xué)中的應(yīng)用實例

根據(jù)中職學(xué)校電子專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)經(jīng)驗，為了提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的素質(zhì)教育，加強學(xué)生的能力拓展，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，選擇適合學(xué)生主動學(xué)習(xí)的方法，在教學(xué)過程充分利用軟件everycircuit（電路模擬器），使得教學(xué)過程中的抽象電路得以仿真實現(xiàn)，學(xué)生可安裝everycircuit的App端運行仿真電路。如基爾霍夫定律知識點的講解由以下三個步驟實現(xiàn)。

（一） 課堂講解基爾霍夫定律

某些電路不能通過簡單的串、并聯(lián)關(guān)系簡化成無分支的電路我們稱其為復(fù)雜電路。這些復(fù)雜電路中有些支路中電流和電壓我們是無法用萬用表等基本儀器儀表進行測量的，我們雖然可以根據(jù)相關(guān)的理論知識進行分析推導(dǎo)計算，但計算起來卻非常麻煩。如果應(yīng)用基爾霍夫定律的各種計算方法，無論對于復(fù)雜電路中的直流電路還是交流電路，都可以快速求解。因此，讓學(xué)生掌握基爾霍夫定律非常重要，特別是在分析復(fù)雜電路時至關(guān)重要。

基爾霍夫定律包含電流定律和電壓定律，其中電流定律指電路中流進和流出某節(jié)點的全部電流代數(shù)之和為零，即電路中流入某一節(jié)點（分支節(jié)點）的電流之和應(yīng)與由該節(jié)點流出的電流之和相等，即用公式表示為∑I入=∑I出；電壓定律指沿任意閉合回路繞行一周的所有電壓代數(shù)和為零，即沿著閉合回路繞行一周，所有電壓降的代數(shù)和與所有電動勢的代數(shù)和相等，用公式表示為∑U=0。教材內(nèi)容中對基爾霍夫定律的分析非常簡單，可要讓學(xué)生掌握并熟練運用卻是難上加難。如果在課堂上利用everycircuit（電路模擬器）作為輔助教學(xué)，對電路原理進行仿真分析，可以將抽象的理論知識淺顯化，易于學(xué)生理解掌握。

（二） 利用Everycircuit仿真軟件繪制仿真電路圖

下面，我們以實際的電路來驗證基爾霍夫定律，圖1所示為一個復(fù)雜的電路，該電路雖然只是由簡單的電阻器和電壓源構(gòu)成，但電路中的兩個電壓源和電阻器是先串聯(lián)后并聯(lián)，在計算其電壓和電流時已經(jīng)無法用簡單的電阻串并聯(lián)方法實現(xiàn)，而且計算起來非常麻煩。

那么，如何利用everycircuit仿真軟件繪制該電路的原理圖呢？方法很簡單，首先打開手機上的仿真軟件everycircuit，新建一個workspace（工作區(qū)），找到對應(yīng)的元件：三個電阻R1、R2、R3；兩個電壓源E1、E2和三個電流表A1、A2、A3，然后按電路原理圖接線，接著根據(jù)元器件參數(shù)旋鈕設(shè)置各元器件的數(shù)值即可，繪制的仿真電路如圖2所示。

（三） 仿真研究

先使用everycircuit仿真軟件繪制好仿真電路，然后點擊軟件工作區(qū)左下角的運行按鈕，即可開始對電路進行仿真。可以看到電路中不同顏色的小圓點在移動，不同顏色的小圓點表示不同支路的電流，小圓點的移動方向代表各個支路的電流流向。如圖3所示，根據(jù)仿真過程中電壓和電流的數(shù)值，我們可以通過簡單的計算分析基爾霍夫電流定律。即上節(jié)點流入的電流∑I入=10A，流出的電流∑I出=5A+5A=10A，其結(jié)果符合基爾霍夫電流定律——流入電路中某一節(jié)點的電流之和應(yīng)與由該節(jié)點流出的電流之和相等。同理，我們也可以通過everycircuit仿真軟件驗證基爾霍夫電壓定律，這里不再詳細介紹。

通過觀察仿真現(xiàn)象之后，有的同學(xué)可能會產(chǎn)生疑問，為什么電壓源E2的電流方向很特別，與之前學(xué)過的知識點——即在電源外部，電流方向由電源正極出來經(jīng)過負載回到電源負極互相矛盾。這時教師要及時作出解釋——在這個電路中，電壓源E2是作為蓄電池在充電，而不是作為電壓源在供電，所以其電流方向應(yīng)與電路中流過電阻的電流方向相同，從而化解學(xué)生的疑問。當學(xué)生掌握基爾霍夫定律，學(xué)會使用基爾霍夫定律分析復(fù)雜電路時，為了進一步激發(fā)學(xué)生的興趣，啟發(fā)學(xué)生的思維，教師可以適當提出一些拓展問題。比如，有沒有兩個電壓源的電流方向是相同的或者電路閉合時電壓源的電流等于零等情況？

緊接著，教師指出如果通過計算的方法設(shè)置參數(shù)來驗證復(fù)雜電路的電流大小非常繁瑣，而通過everycircuit對基爾霍夫定律進行驗證比較簡單方便。我們只需要在電路仿真過程中通過元件參數(shù)旋鈕修改元件數(shù)值，即可驗證電路功能，無須經(jīng)過復(fù)雜的計算。如要驗證電路中是否存在兩個電壓源電流方向是否相同的問題時，我們只需要調(diào)節(jié)電壓源電壓的大小，將電路中兩個電壓源的電壓數(shù)值設(shè)置一致即可。如圖4所示，通過運行仿真電路可以清楚地看到，這時兩個電壓源外部的電流方向都是從電壓源的正極出來經(jīng)過負載回到電壓源的負極，流入節(jié)點電流為∑I入=1.8A+3A=4.8A，流出節(jié)點的電流∑I出為4.8A，符合基爾霍夫定律。至于電壓源電流為零的情況，課后可以讓學(xué)生自己在手機上仿真驗證即可，讓學(xué)生獨立解決問題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用。

五、 結(jié)束語

Everycircuit仿真軟件（即電路模擬器）因其可在App端安裝運行，讓我們的教學(xué)環(huán)境不受限制，我們的授課對象——學(xué)生可以隨時隨地對一些簡單的電路原理進行仿真，便于理解掌握，提高了課堂教學(xué)效果，也方便了教師的教學(xué)，拓展了學(xué)生的視野，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。再加上其仿真簡單方便，容易掌握，符合學(xué)生的學(xué)情，受到廣大學(xué)生的喜愛，讓學(xué)生不僅能夠驗證自己的分析結(jié)果，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

現(xiàn)在，職業(yè)教育面對的群體是一群不善于思考、理論基礎(chǔ)知識差，以形象思維為主的青少年，他們不善于用符號思考，而喜歡在積極的學(xué)習(xí)氛圍中通過“行動”來學(xué)習(xí)。通過實踐證明，教師在課堂上合理利用一些教學(xué)軟件來輔助教學(xué)，可以提高課堂教學(xué)效率，提升學(xué)生的探究能力，增加學(xué)生的實際操作能力，為將來走上社會工作崗位打下扎實的基礎(chǔ)，何樂而不為呢？

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作者簡介：

曾淑玲，講師，福建省漳州市，漳州第一職業(yè)中專學(xué)校。