Multisim在“電工學”課堂教學中的應用研究

孫向文?孫立功

摘要：“電工學”是一門應用性很強的技術(shù)性課程，各種電路分析離不開實驗環(huán)境的再現(xiàn)。介紹了Multisim虛擬實驗平臺的先進性，通過實例分析了Multisim在“電工學”課堂教學中的應用，使得教學過程形象、直觀，更好地調(diào)動了學生的能動性，教學效果更好。

關(guān)鍵詞：課堂教學；Multisim；虛擬儀器；仿真

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0073-02

“電工學”（電工與電子技術(shù)）是高等院校工科非電專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎課，其任務是為學生學習專業(yè)知識和從事工程技術(shù)工作打下電工電子技術(shù)的理論基礎，并使他們受到良好的基本技能訓練。“電工學”課程是一門技術(shù)應用型課程，一些重要概念、原理的講解以及電路的分析都離不開實驗環(huán)境的再現(xiàn)。為了提高“電工學”課程教學效果，在“電工學”課堂教學中引入了Multisim虛擬實驗平臺，使得這些概念、原理的學習形象化、具體化，而電路分析應用過程更貼近實際，使得學生可以更好、更快地掌握教學內(nèi)容，提高綜合分析問題的能力。

一、Multisim工具的先進性

1.Multisim概述[1]

Multisim是加拿大Interactive Image Technology公司于20世紀90年代末推出的電子線路仿真軟件，可以對模擬、數(shù)字及其混合電路進行仿真，克服了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設計受實驗室條件限制的局限。電路設計者利用其提供的虛擬元件在計算機上就可以搭建各種電路，進行各種參數(shù)和性能指標的測試。與其他電路仿真軟件比較，Multisim具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點，創(chuàng)建電路、選用元件和測試儀器均可直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器的圖形和實物外形相似，有一般電子技術(shù)基礎的人員，幾個小時就可以學會Multisimd的操作，因此在電子工程設計和高校電子類教學領域得到了廣泛應用。

Multisim是一種非常優(yōu)秀的電子技術(shù)實訓工具，作為電子類相關(guān)課程的輔助教學和實訓手段，可以幫助學生更好地掌握課堂教學內(nèi)容，加深對概念、原理的理解；通過對電路的仿真，可是使學生熟悉常見的電子儀器測量方法，進一步培養(yǎng)學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。

2.課堂教學使用Multisim的主要優(yōu)勢[2]

Multisim仿真軟件使元器件虛擬化，易于學生理解電路組成。Multisim的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口內(nèi)，未接觸過它的人稍加學習就可以很熟練地操作該軟件，便于在課堂教學中及時地插入和退出。

Multisim仿真軟件眾多的虛擬儀器，能像實際電路一樣看到測量結(jié)果。用Multisim進行仿真實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，使電路調(diào)試變得快捷、方便，在課堂教學中的使用極大地節(jié)省了實驗時間。此外，還可以對被仿真電路中的元件設置各種障礙，以便觀察到故障情況下的電路工作狀態(tài)。

Multisim仿真軟件提供了較為完善的電路分析功能，其中基本的電路分析方法包括：直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、失真分析、噪聲分析、直流掃描分析。這些分析方法可以滿足課堂教學的要求。

3.Multisim的虛擬實驗過程

一是熟悉Multisim用戶界面；二是根據(jù)電路從工具欄的元件庫中選擇元件放到工作區(qū)；三是將工作區(qū)的元件用導線連接，并設置參數(shù)；四是選擇儀器或儀表，與需觀測的節(jié)點連接；五是電路仿真運行；六是觀察儀器儀表，記錄運行結(jié)果，也可以從“分析欄”中的“分析顯示圖”看到測量、分析的波形圖；七是保存電路圖和仿真結(jié)果。

二、Multisim在課堂教學中的應用實例

1.交流電路分析

在交流電路的課堂教學中，在討論阻抗的性質(zhì)時會用到感性、容性等概念，而在討論交流電壓、電流的關(guān)系時，又會用到超前、滯后等概念。以前在講到該部分內(nèi)容時，往往要通過板書繪圖或掛圖來顯示波形關(guān)系，而現(xiàn)在可以在Multisim界面上設計如圖1所示的交流電路，通過虛擬儀器測量電路電流和顯示電路電壓波形。

由圖1可知，電路為RLC串聯(lián)電路。串聯(lián)等效阻抗Z為，阻抗的模為，幅角θ為。由圖中元件參數(shù)可計算得，阻抗的幅角，即輸入電壓超前R1電阻兩端電壓θ。此結(jié)果與圖2的仿真結(jié)果相吻合。

在課堂教學中，可以通過調(diào)整RLC的參數(shù)改變阻抗Z的性質(zhì)，使之具有感性、容性、純阻性，進而觀察對兩個電壓波形相位關(guān)系的影響，使學生明白相位超前、滯后的概念。

2.放大電路分析

對于電子電路中單管放大電路的放大特性分析，設計共射極放大電路如圖3所示，雙蹤示波器A通道測量的是輸入波形，B通道測量的是輸出波形。由圖4示波器可以看出，輸出波形與輸入波形是反相的，再根據(jù)示波器顯示的輸入輸出波形的幅值數(shù)據(jù)，就可以方便的計算出電路的電壓放大倍數(shù)。這樣的教學方式，比原來純數(shù)學公式的推導更形象，也更容易理解記憶。

3.邏輯電路分析

邏輯轉(zhuǎn)換儀是Multisim中特有的一種虛擬儀器，主要用于邏輯電路幾種表示方法間的相互轉(zhuǎn)換，如把邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表、真值表轉(zhuǎn)換為邏輯式、邏輯式轉(zhuǎn)換為電路等。利用該功能，可以輕松的在課堂教學中將邏輯電路的表示方式介紹清楚。

圖5是帶有邏輯轉(zhuǎn)換儀的一個邏輯電路，利用在數(shù)字電子技術(shù)中的知識可以看出此電路為一位全加器電路，根據(jù)轉(zhuǎn)換類別點擊邏輯轉(zhuǎn)換儀的轉(zhuǎn)換按鈕，可得到如圖6所示的結(jié)果。圖6是將邏輯電路轉(zhuǎn)換成真值表的形式。

三、Multisim應用效果分析

1.可以使教學實現(xiàn)真實性

Multisim虛擬實驗平臺運行時的電路技術(shù)指標和數(shù)據(jù)是真實的，與實際電路運行相同，同時避免了實驗室傳統(tǒng)實驗中人為因素對實驗的影響，實驗效果更好。由于電路的搭設和改變方便快捷，在課堂上做一個演示實驗所占時間不多，且學生有一種身臨其境的感覺，其課堂效果自然比傳統(tǒng)教學中語言的直接描述好得多。

2.可以使學生有一種參與感

在課堂教學過程中，對于電路的設計、分析可以讓學生參與其中，提出自己的意見，避免教師灌輸式的教學模式，可以極大地激發(fā)學生的興趣，使學生對分析結(jié)果、概念、定理的理解更加牢固。

3.便于改革教學方法

以往教學模式是教師提出問題后自己分析，進而給出結(jié)論。有了Multisim虛擬實驗平臺的技術(shù)支持，可以通過實驗提出問題，在分析的過程中提出各種變化可能，通過變更電路結(jié)構(gòu)、電路參數(shù)等進行實驗對比。

四、結(jié)束語

隨著電工電子技術(shù)的飛速發(fā)展，課堂教學的內(nèi)容越來越多，與實際聯(lián)系也更加緊密，在“電工學”課堂教學中引入Multisim技術(shù)是一種發(fā)展趨勢。今后將Multisim技術(shù)應用于“電工學”課堂教學，可以把教師的課堂演示、學生的實驗操作、課外延伸學習貫穿一體；把理論教學、實驗環(huán)境、問題分析有機融合；把課內(nèi)與課外、理論與實踐、理解與設計有機結(jié)合。使整個教學過程虛實結(jié)合、軟硬結(jié)合、學做結(jié)合，更有利于學生個性化發(fā)展，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。

參考文獻：

[1]薛香娥，等.Multisim7在電工電子教學中的應用分析[J].山西電子技術(shù)，2010，（2）：17-19.

[2]陳滟濤，等.Multisim7在《電工學》教學中的應用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（2）：86-87.

[3]劉貴棟，等.應用Multisim的“電子技術(shù)基礎”研究性教學實踐[J].電器電子教學學報，2010，（10）：60-61.

[4]張志友.Multisim在電工電子課程教學中的典型應用[J].實驗技術(shù)與管理，2012，（4）：108-110.

[5]王子玲，等.基于仿真技術(shù)的電子線路課程教學優(yōu)化[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，（8）：62-64.

（責任編輯：孫晴）