Multisim10在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

徐亞宏

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在電工電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用Multisim10能夠幫助學(xué)生完成知識(shí)的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的有效性。這有利于學(xué)生能夠用直觀的方式學(xué)習(xí)，并加深其對(duì)理論知識(shí)的理解，掌握電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)知識(shí)的熱情。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 電工電子技術(shù);Multisim10;實(shí)踐教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）18-0172-02

受到計(jì)算機(jī)軟硬件和微電子技術(shù)發(fā)展的影響，使用軟件虛擬和計(jì)算機(jī)能夠輔助完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的工作，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行仿真，這能夠解決許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法中的局限性，以更加直觀的實(shí)驗(yàn)形式來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的熱情，幫助學(xué)生加深對(duì)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的掌握。教師在開(kāi)展電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)使用Multisim10作為仿真軟件，在電子平臺(tái)上直接搭建虛擬的實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)利用仿真技術(shù)來(lái)演示實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和檢測(cè)，以此來(lái)達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

一、電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

電工電子技術(shù)屬于理科專(zhuān)業(yè)的課程，該課程包括電工電子技術(shù)的相關(guān)概念，以及分析和設(shè)計(jì)電路的方法，學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)能夠有效提升電工電子專(zhuān)業(yè)學(xué)生的解決問(wèn)題能力，培養(yǎng)其逐漸形成電工電子技術(shù)人員的素質(zhì)水平，為該專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在工作和學(xué)習(xí)中使用電工電子技術(shù)做好充分的準(zhǔn)備工作。在科技高速發(fā)展的影響下，電工電子技術(shù)的教學(xué)工作也在持續(xù)地優(yōu)化完善，并且電工電子技術(shù)課程的教學(xué)時(shí)間是有限的，包含的教學(xué)內(nèi)容較多，如果教師使用傳統(tǒng)的授課方式來(lái)完成電工電子技術(shù)的教學(xué)，就會(huì)增加學(xué)生的理解難度。此外，還有一些教師為了確保能夠在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)講解完所有的電工電子技術(shù)理論知識(shí)，就會(huì)壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間。一些教師所設(shè)計(jì)的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間只有6～8節(jié)課，學(xué)生只能在這些有限的實(shí)驗(yàn)課堂中完成對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證工作，這就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法全面理解和掌握電工電子技術(shù)所有的知識(shí)點(diǎn)。電工電子技術(shù)的課程屬于該專(zhuān)業(yè)中的基礎(chǔ)課程，因此許多的班級(jí)都會(huì)開(kāi)設(shè)這門(mén)課程。然而，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室資源是有限的，教師在安排電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課期間就會(huì)受到客觀因素的制約。在這種情況下，教師想要達(dá)到理想的教學(xué)效果就可以借助信息化手段，使用電路仿真軟件來(lái)完成教學(xué)任務(wù)，這樣能夠以更加直觀、形象的方式來(lái)呈現(xiàn)電工電子技術(shù)的理論知識(shí)，從而幫助學(xué)生以更加簡(jiǎn)單有效的方式對(duì)電工電子技術(shù)知識(shí)進(jìn)行理解和應(yīng)用。

二、Multisim10 軟件簡(jiǎn)述

Multisim10 軟件是一個(gè)虛擬的工作平臺(tái)，用以實(shí)現(xiàn)電子電路的仿真和設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)工作人員可以使用Multisim10來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)仿真和調(diào)試。這樣可以對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行有效的驗(yàn)證，以此來(lái)確保其滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)。此外，還可以對(duì)電路中的元器件參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，從而進(jìn)一步提升電路的性能。Multisim10 中也添加了和實(shí)物一致的實(shí)驗(yàn)面板，這有利于進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)電路的認(rèn)識(shí)，以此來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子的熱情。此外，Multisim10的設(shè)計(jì)建立中具備較強(qiáng)的教學(xué)功能，因此教師在教學(xué)期間可以使用這一方法來(lái)完成教學(xué)任務(wù)，以此來(lái)提升教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)意性[1]。

三、Multisim10 軟件的功能和特點(diǎn)

Multisim翻譯成中文就是萬(wàn)能仿真的意思，其實(shí)是在EWB的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)。早在2001年，IIT公司就推出了仿真工具，后來(lái)被NI公司收購(gòu)，并改名為NT Multisim。在2007年時(shí)，推出了Multisim10的版本，并增加了許多的教學(xué)功能，能夠輔助教師完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。Multisim10具備以下這些功能：Multisim10具備較為完備的16383個(gè)元器件;Multisim 10具備較為靈活的輸入電路圖的工具且操作較為簡(jiǎn)單，用戶在鼠標(biāo)的作用下就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)仿真電路的工作。因此，用戶能夠在較短的時(shí)間內(nèi)掌握使用的方法;Multisim 10的仿真器具備完全交互性，使用者在操作的過(guò)程中能夠隨時(shí)變化電路的參數(shù)，并對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行觀察分析，以此來(lái)研究電路在性能方面的不同;Multisim 10所提供的虛擬儀器數(shù)量較多且具有不同的種類(lèi)，并且能夠與實(shí)際使用的儀器外觀保持一致，如在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中常用的頻譜分析器等;Multisim 10提供了虛擬的面板環(huán)境，在此環(huán)境中學(xué)生能夠自己完成電路實(shí)驗(yàn)的制作工作，并且該環(huán)境的實(shí)驗(yàn)效果與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)效果相差較小;Multisim 10能夠支持MCU的仿真，在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)期間則更為方便，電路仿真的使用范圍也有所增加;Multisim 10可以使用梯形圖語(yǔ)言，也可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的仿真工作;Multisim 10的分析功能較為強(qiáng)大，用戶可以使用的分析功能有24種，如交流電路的分析、傅里葉分析等，同時(shí)也可以使用仿真后處理的功能。

四、在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用Multisim 10

以單相可控整流電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)單相橋式全控整流和單相橋式半控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形等內(nèi)容。明確電路在不同負(fù)載影響下的工作情況，如純電阻負(fù)載、感性負(fù)載以及帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需要，學(xué)生在掌握Multisim10軟件的使用方法時(shí)，還能利用該軟件來(lái)繪制單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路的電路圖，測(cè)量其電路所輸出的電壓，測(cè)試整流電路的輸入和輸出電壓波形。教師可以引導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行單相橋式全控整流電路的實(shí)驗(yàn)。在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，教師可以用提問(wèn)的方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的方向。單相橋式全控整流電路是單相整流電路中使用較多的，如果把單相半波可控整流電路中的一個(gè)晶閘管替換為四個(gè)晶閘管所構(gòu)成的單相橋式全控整流電路，教師進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)的基礎(chǔ)上來(lái)分析整流輸出的電壓波形和大小會(huì)發(fā)生哪些變化？ 讓學(xué)生加深對(duì)這兩個(gè)電路不同之處的理解。

當(dāng)學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)的方向后，教師可以安排實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在使用Multisim 10進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中所需要注意的內(nèi)容。首先，學(xué)生需要在Multisim 10軟件的作用下來(lái)打造仿真環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上來(lái)完成單相橋式全控整流電路仿真實(shí)驗(yàn)電路圖的繪制工作。學(xué)生在使用Multisim 10軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，仿真實(shí)驗(yàn)的電路圖中包含受控源、示波器，因此需要進(jìn)行接地的處理。學(xué)生需要認(rèn)真完成受控源和脈沖電壓源的連線和設(shè)置工作，避免出現(xiàn)連線錯(cuò)誤的情況，這樣會(huì)對(duì)仿真的最終結(jié)果造成不良影響。如果在電路圖中進(jìn)行刪除元件或者添加元件、變動(dòng)連線和儀器變動(dòng)等，都需要確保仿真的開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)的狀態(tài)。在記錄波形的過(guò)程中，如果觀察到正確的波形可以點(diǎn)擊暫停按鈕，避免Multisim 10軟件長(zhǎng)期處于仿真運(yùn)行的狀態(tài)下，這樣能夠有效避免死機(jī)等情況。如果需要觀察多個(gè)波形，那么學(xué)生可以區(qū)別設(shè)置示波器連線的顏色，這樣能夠?yàn)閷W(xué)生觀察和記錄波形提供便利。學(xué)生在使用Multisim 10軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，需要正確測(cè)量實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，并準(zhǔn)確記錄波形以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息[2]。

之后，教師可以讓學(xué)生使用Multisim 10軟件來(lái)自主探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在使用Multisim 10軟件進(jìn)行仿真電路圖的繪制工作期間，需要將電源的電壓控制在220V，受控電壓源為1V，脈沖的電壓值設(shè)置為15V。學(xué)生需要在此數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上雙擊示波器，開(kāi)始仿真工作，并在帶電阻負(fù)載情況下的單相橋式全控整流電路進(jìn)行觀察，記錄在改變觸發(fā)角的情況下，整流輸出電壓、電流大小和波形的變化情況。學(xué)生也可以在R1的支路上串聯(lián)一個(gè)200mH的電感工作，這就要求學(xué)生需要按照正確的操作來(lái)接入電壓表和電流表，并點(diǎn)擊示波器和仿真按鈕，在帶電阻電感負(fù)載的情況下對(duì)單相橋式全控整流電路進(jìn)行觀察分析。接著學(xué)生需要對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行變化，并記錄當(dāng)前輸出電流、電壓的大小和波形的變化情況[3]。

在學(xué)生完成該實(shí)驗(yàn)的操作后，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和內(nèi)容等進(jìn)行交流分析，學(xué)生需要正確完成接入電流表和電壓表的操作，并科學(xué)完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。如交流電壓源、電壓控制電壓源、脈沖電壓源等。此外，學(xué)生還需要對(duì)所記錄的信息進(jìn)行分析研究，學(xué)生可以采用比較的方法來(lái)總結(jié)單相橋式全控整流電路在工作中的特點(diǎn)，并使用所學(xué)的理論知識(shí)來(lái)對(duì)不同觸發(fā)角下整流輸出電壓平均值和整流輸出電流平均值進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以此來(lái)對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生還需要在不同觸發(fā)角的情況下對(duì)整流電路的輸出電壓值進(jìn)行對(duì)比，從而確定觸發(fā)角的移相范圍。除此之外，教師還要求學(xué)生對(duì)四個(gè)晶閘管中對(duì)應(yīng)兩端的電壓波形進(jìn)行觀察分析，以此來(lái)幫助學(xué)生加深對(duì)于換相概念的理解，明確電感在電路中所起到的作用。單相橋式全控整流電路中使用到的晶閘管有四個(gè)，分別為兩個(gè)導(dǎo)電的回路，兩個(gè)晶閘管可以組成一個(gè)導(dǎo)電回路，并實(shí)現(xiàn)電路的控制。事實(shí)上，只需要一個(gè)晶閘管就可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電回路的控制工作，可以使用二級(jí)管來(lái)替代第二個(gè)晶閘管，這樣能夠有效簡(jiǎn)化電路。

學(xué)生在開(kāi)展單相橋式半控整流電路的實(shí)驗(yàn)研究期間，可以將單相橋式全控整流電路作為基礎(chǔ)，來(lái)開(kāi)展繪制仿真實(shí)驗(yàn)圖的工作，這就為分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形的工作提供了諸多的便利條件，同時(shí)在進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師也可以采用提問(wèn)的方式來(lái)幫助學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)的方向，由此來(lái)展開(kāi)具體的實(shí)驗(yàn)操作。

五、Multisim10在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用感受

學(xué)生使用 Mutisim10軟件來(lái)完成仿真的實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，有利于幫助學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)反思的習(xí)慣，并加強(qiáng)學(xué)生自主探究能力的訓(xùn)練，有利于學(xué)生加深對(duì)于電工電子技術(shù)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用。教師能夠在學(xué)生使用 Multisim10軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中分析學(xué)生的繪圖能力、仿真測(cè)試的能力、數(shù)據(jù)分析的能力等，從而有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性的客觀評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己在電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)中的不足和問(wèn)題，有利于教師開(kāi)展針對(duì)性的指導(dǎo)，以此來(lái)進(jìn)一步提升電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體水平[4]。

六、結(jié)語(yǔ)

鑒于上述分析可知，Multisim10軟件在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用，有利于幫助學(xué)生對(duì)電工電子技術(shù)的理論知識(shí)進(jìn)行有效應(yīng)用，學(xué)生可以利用仿真的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果來(lái)加深對(duì)于電工電子技術(shù)理論知識(shí)的理解，同時(shí)也可以打破課程時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室有限的限制。 Multisim10仿真軟件的應(yīng)用能夠讓學(xué)生在課下的時(shí)間對(duì)電工電子技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)，這能夠在一定程度上提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏少波，曹磊，張亞楠.非電專(zhuān)業(yè)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教與學(xué)過(guò)程中的探索與實(shí)踐[J].新課程研究，2020（24）：39-41.

[2]王玕，王智東，張紫凡，等.基于“三性”的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2020（9）：138-140.

[3]張雪蓮，李星沛，譚麗蕊.微課+虛擬仿真在電工電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2020（7）：21-23.

[4]桑林，付強(qiáng)，張?jiān)鲽P.電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的研究[J].高教學(xué)刊，2020（9）：75-77.

編輯 魯翠紅