Multisim仿真在電工電子教學中的應用

葉丹茜

◆摘? 要：針對電工電子課堂教學的現(xiàn)狀及存在的問題，提出將Multisim仿真引入課堂教學，使得理論教學與仿真技術相結合，該改革彌補了理論教學中的不足，也減少實驗設備的損耗，使得在課堂上就能驗證計算結果。實踐證明，該改革有助于學生理解課堂重點和難點，提高學生學習興趣。

◆關鍵詞：Multisim;電工電子;教學

1引言

近年來，計算機技術和信息技術快速發(fā)展。另一方面，學生課前預習不足，分配給教學的課時不斷減少，而且電工實驗室的建設需要大量的經費投入，考慮到這些因素，有必要對電工電子課程進行教學改革。

電工課程中有許多定理、定律及需要計算的電路問題，傳統(tǒng)的電工教學主要利用實驗來解決和驗證電路問題，隨著信息技術的不斷發(fā)展，將Multisim仿真應用于電工課堂教學，學生在課堂上就可以根據題目搭建虛擬電路模型，根據軟件仿真得到結果，使得教學更加方便，也更加便于學生理解?？偟膩碚f，該仿真軟件可以起到以下幾個方面的作用：減少常規(guī)的數(shù)學計算;更加直觀的展示計算過程;檢驗計算結果;比較不同方法獲得的解;可以對類似過程進行建模。

電工實驗室一般由實驗裝置、測量儀表、儀器等組成，實驗室的建設需要很多資金的投入，同時實驗設備的存放也需要場地支持。實驗室不僅需要常用的電氣元件，還包括常用測量儀器，如示波器、電壓表、電流表等等，而實驗的設置又受到實驗設備的限制，比如在做驗證疊加定理的實驗中，一旦電路中電阻的阻值改變了，則相應的實驗電路中所接的電阻也要跟著改變，而實驗室往往很難具備相應的條件。

Multisim具有用戶友好的界面，豐富的元件庫和儀表庫，而且使用方便。在實驗室中設置的實驗電路也可以通過使用Multisim虛擬仿真實現(xiàn)。

2 Multisim在電工教學中的應用

在教學過程中發(fā)現(xiàn)RLC串聯(lián)交流電路和RLC并聯(lián)交流電路是整個電工技術基礎的教學難點，高職學生本身基礎不好，這一塊內容又新增了很多概念，感抗、容抗、無功功率、功率因素等等，以及涉及到向量的運算，學生普遍表示難以理解。將Multisim引入電工課堂教學中，教師運用 Multisim搭建實驗電路，并利用虛擬電壓表、電流表、示波器等虛擬儀表直觀展示分析結果。

例1、復雜電路中仿真應用

復雜電路就是無法應用電阻串并聯(lián)的方法化解，然后應用歐姆定律求解的電路。求解復雜電路問題的方法主要有支路電流法、疊加定理、戴維南定理和諾頓定理，這部分內容概念多、各種定理學生容易混淆。

授課的模式主要是采用課堂講解結合實驗驗證，教師往往先進行定理內容的講解，繼而讓學生動手實驗驗證，理論授課和實驗往往不能再一次課內完成，時間間隔長，往往起不到很好的實驗效果。

例如在講解疊加定理時，要求學生完成下圖1所示電路的求解，教師可以在講解完定理內容后，讓學生先動手利用相應定理計算結果，再利用Multisim仿真當堂驗證計算結果。

這一方面解除了對實驗設備的限制，無論什么樣的電路都可以通過仿真得到結果，另一方面也減少了實驗器材的損耗，學生在課堂上學習，又通過仿真強化訓練，教學效果更好。

例2.單一元件交流電路仿真應用

交流電路抽象難懂，大部分學生對電感、電容電路中電流與電壓的相位關系不能很快理解，教師利用Multisim搭建電路如圖1所示。

再利用示波器顯示得到純電阻電路、純電感電路和純電容電路的電流與電壓之間的關系。如圖2所示。

上圖中，紅色曲線為電壓波形，藍色曲線為電流波形。

改變電源頻率值，還可以進一步得到電阻、感抗、容抗與電源頻率之間的關系。

此外，Multisim同樣可以應用于RLC的串并聯(lián)電路、諧振電路的教學，對于高職學生來說，這部分內容確實難以理解，通過Multisim仿真，學生可以直觀地看到電路中各個物理量的大小及相位，更能被學生所接受。

Multisim的應用給解決電路問題提供了新的方法，學生可以通過實際實驗和仿真實驗得到的計算值和測量值以及他們之間的相位差，也可以比較給定元件的電流和電壓的相位差以及瞬時功率的變化。或者根據波形的特點，可以確定無源元件的類型。

3結論

利用Multisim仿真軟件進行電工技術基礎教學，不但有助于學生對課程內容的理解，更能利用仿真代替實驗，節(jié)約實驗設備損耗，也有更便于實現(xiàn)理論實踐一體化，使得在課時較少的情況下也能取得較好的學習效果。

基金項目：2021校級高等教育教學改革研究項目Multisim在高職《電工電子技術》教學中的實踐研究（項目編號Tkyjg202114）

臺州科技職業(yè)學院教學研究項目電工技術課程思政教學探索與實踐（項目編號Szyj202107）

臺州科技職業(yè)學院電工與電子技術示范課程（項目編號Szkc202105）

臺州科技職業(yè)學院電氣控制技術實訓活頁式教材（項目編號Xbjc202106）

臺州科技職業(yè)學院第三批基于“云班課”信息化教學課程電氣控制技術實訓（項目編號Tkbk2021034）