虛擬仿真技術(shù)融入“電路分析”課程的教學(xué)探索

劉義才　張紅霞　陳鑫

摘 要 “電路分析”課程是機(jī)器人工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容也較為抽象不易理解，但現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室條件難以滿足理論教學(xué)的要求。針對(duì)此問(wèn)題，本文從理論課程以及實(shí)驗(yàn)課程出發(fā)，結(jié)合虛擬仿真軟件Multisim在電路分析課程中的應(yīng)用，探索了理論課堂教學(xué)，線下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程教學(xué)模式。實(shí)踐結(jié)果表明：該課程教學(xué)模式能夠一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并且優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)的效果.。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真 電路分析 教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.067

The Teaching Exploration of Virtual Simulation Technology

in the Course of "Circuit Analysis"

LIU Yicai， ZHANG Hongxia， CHEN Xin

（Department of Mechatronics Engineering， Wuhan Business University， Wuhan， Hubei 430056）

Abstract The course of "circuit analysis" is a professional basic course of robotics engineering， which has a strong theoretical and practical nature. At the same time， the teaching content is relatively abstract and difficult to understand， but the current laboratory conditions are difficult to meet the requirements of theoretical teaching. To solve this problem， this paper starts from the theory course and experiment course， combined with the application of Multisim in circuit analysis course， explores the teaching mode of theory classroom teaching， offline virtual simulation experiment and entity experiment. The practical results show that the teaching mode of this course can stimulate students' enthusiasm for learning to a certain extent， deepen students' mastery of knowledge， and optimize the effect of practical teaching.

Keywords virtual simulation; circuit analysis; teaching exploration

0引言

“電路分析”是機(jī)器人工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容也較為抽象不易理解。[1，2]但是，對(duì)于在眾多高校里，工科院系都要開(kāi)設(shè)電路分析等相關(guān)課程，由于班級(jí)眾多，受限于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地以及相應(yīng)經(jīng)費(fèi)等條件的約束，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備難從數(shù)量得到滿足;同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備為了維護(hù)方便，所涉及能完成的實(shí)驗(yàn)更多的是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需按電路圖進(jìn)行連線以及測(cè)試，難以開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，因此不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展;如果學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理不甚理解，容易在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，導(dǎo)致在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成不了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。[3]

1基于虛擬仿真技術(shù)的電路分析課程教學(xué)模式

國(guó)家在中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）中指出要加快教育信息化的進(jìn)程，強(qiáng)化信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，提高教師應(yīng)用信息技術(shù)的水平，改進(jìn)相應(yīng)的教學(xué)模式和方法，提高教學(xué)效果。[4]Multisim是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的一款適用于電子電路虛擬仿真的軟件。因此基于此，本課題所提出的教學(xué)模式由“理論教學(xué)”“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”以及“實(shí)驗(yàn)室實(shí)體驗(yàn)證”三個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中虛擬仿真教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面以電路分析課程中的一階動(dòng)態(tài)電路三要素法結(jié)合Multisim虛擬仿真軟件來(lái)簡(jiǎn)單介紹該模式的具體實(shí)施方案：

1.1 理論教學(xué)

“電路分析”中的一階動(dòng)態(tài)電路的狀態(tài)及響應(yīng)分析是該課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，但是由于知識(shí)內(nèi)容比較抽象導(dǎo)致學(xué)生難以理解透徹。[5-6]因此課堂上首先應(yīng)針對(duì)此部分內(nèi)容進(jìn)行理論講授。

圖1 一階動(dòng)態(tài)電路原理圖

如圖1所示電路已處于穩(wěn)態(tài)，時(shí)開(kāi)關(guān)S由a切換至b，時(shí)電容電壓是如何變化的？（設(shè)圖中）。為了從概念上理解該問(wèn)題更清晰，采用定性討論與定量分析相結(jié)合來(lái)講授該理論知識(shí)點(diǎn)。

1.1.1 定性分析

時(shí)開(kāi)關(guān)S合于電壓源給電容C充電。由題意知電路已達(dá)穩(wěn)定，時(shí)電壓，電容上電荷，電流，開(kāi)關(guān)S合于b， 電源接著再對(duì)電容C充電（因）。再看幾個(gè)特定時(shí)刻：