基于Multisim14仿真的電工電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

鄒旺 馮俊杰 何超

摘要：針對(duì)電工電子技術(shù)課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的理論與實(shí)踐脫節(jié)從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)理解不深刻，實(shí)踐能力無(wú)法得到鍛煉等問(wèn)題。該文提出將Multisim14仿真軟件應(yīng)用到電工電子技術(shù)課程教學(xué)過(guò)中，形成理論結(jié)合實(shí)踐仿真的教學(xué)模式。實(shí)踐表明，所提教學(xué)方式使學(xué)生能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)習(xí)興趣，提升創(chuàng)新應(yīng)用能力，教學(xué)質(zhì)量得到明顯提升。

關(guān)鍵詞：Multisim14;仿真;電工電子技術(shù);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）18-0173-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

“電工電子技術(shù)”是電類、機(jī)械類以及普通高等院校理工科相應(yīng)專業(yè)學(xué)生的必修基礎(chǔ)課程，其主要任務(wù)使學(xué)生掌握電工技術(shù)與電子技術(shù)基本技能，具有分析和解決實(shí)際一般電路的能力，為電類專業(yè)學(xué)生后續(xù)專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，上好這門課，具有不可忽視的意義[1-2]。但是這門課理論較強(qiáng)，脫離實(shí)踐單純講授理論學(xué)生將難以及時(shí)消化，因此，將傳統(tǒng)重理論輕實(shí)踐的教學(xué)方法進(jìn)行改革，是培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的迫切需要。為了進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，本文提出將Multisim14仿真軟件應(yīng)用到電工電子技術(shù)課程教學(xué)中，形成理論結(jié)合仿真的教學(xué)方法，通過(guò)Multisim14仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論，增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，從而加快對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解;通過(guò)實(shí)踐仿真，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。

2 Multisim14仿真應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)越性

Multism仿真軟件是專門用于電路仿真設(shè)計(jì)到版圖生成全過(guò)程的電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)，是一套EDA工具，它提供了方便友好的操作界面、廣泛的元器件、種類齊全的電子設(shè)備和全面的電路分析工具[3]。隨著技術(shù)的不斷更新，Multisim經(jīng)過(guò)了多個(gè)版本的更新，目前最新版為Multisim14，與之前版本相比較，其操作界面更加美觀、操作更加流暢、功能更強(qiáng)大。

應(yīng)用Multism14仿真可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相脫軌的這一問(wèn)題。由于軟件圖形界面直觀、使用方便，可對(duì)基本電路、模擬電路、數(shù)字電路進(jìn)行仿真，學(xué)生可以實(shí)時(shí)將理論知識(shí)用該軟件進(jìn)行再現(xiàn)，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相比較，降低了實(shí)驗(yàn)耗材，效率高，提高實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用壽命。

3 電工電子技術(shù)教學(xué)中存在的問(wèn)題

（1）教學(xué)模式傳統(tǒng)，教學(xué)效果不突出。以教材“平鋪式”的教學(xué)方式是傳統(tǒng)的電工電子技術(shù)教學(xué)萬(wàn)法，這種方式過(guò)于強(qiáng)調(diào)講授[4]。教師的任務(wù)也只是以課本為中心傳授知識(shí)，學(xué)生只是被動(dòng)地接受，嚴(yán)重限制了學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)和能力提升的積極性，從而無(wú)法訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，影響創(chuàng)新能力的提升，即使學(xué)生有豐富的理論知識(shí)，但還是缺少知識(shí)遷移應(yīng)用的能力。

（2）理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。電工電子技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，其中涉及基礎(chǔ)電路、模擬電路、數(shù)字電路三部分內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容多而且抽象，學(xué)生難以理解。電工電子技術(shù)課程理論知識(shí)學(xué)時(shí)數(shù)占大部分，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)占學(xué)時(shí)數(shù)很少，由于課程學(xué)時(shí)數(shù)有限，教學(xué)內(nèi)容多，教師為了完成教學(xué)計(jì)劃，只能壓縮實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)，大部分理論知識(shí)無(wú)法得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)致理論知識(shí)與實(shí)踐驗(yàn)證脫節(jié)，學(xué)生理論知識(shí)的應(yīng)用能力無(wú)法培養(yǎng)，學(xué)生也會(huì)對(duì)教內(nèi)容理解不夠透徹，無(wú)法得到良好的教學(xué)質(zhì)量。

（3）缺少理論知識(shí)實(shí)時(shí)驗(yàn)證。傳統(tǒng)電工電子技術(shù)課程教學(xué)過(guò)程中，講授完教學(xué)內(nèi)容后，只是簡(jiǎn)單布置理論計(jì)算的課后作業(yè)，少部分教學(xué)內(nèi)容會(huì)安排實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但不是實(shí)時(shí)的，這樣使得學(xué)生在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)后無(wú)法通過(guò)實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解，原本該門課就比較枯燥、難懂，如不能讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證很直觀地反映出來(lái)，加深理解，長(zhǎng)此以往，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、激情將會(huì)大大下降，學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力得不到提升。

4 電工電子技術(shù)課程教改及實(shí)踐

4.1 基于Mulhsim仿真的教學(xué)改革措施

（1）以學(xué)生為中心的課程教學(xué)。打破傳統(tǒng)的以教材“平鋪式”的教學(xué)模式，在課程中引入Multisim14仿真軟件作為教學(xué)手段的補(bǔ)充，教師上課時(shí)讓學(xué)生帶上裝有Multisim14仿真軟件的筆記本電腦，將講授理論知識(shí)后，讓學(xué)生通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論知識(shí)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相互討論，提出問(wèn)題，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。通過(guò)這種方式使得理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)能夠很好地結(jié)合，將傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目移植到計(jì)算機(jī)端進(jìn)行模擬仿真有很成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[5-7]。

（2）理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。課堂上對(duì)理論知識(shí)驗(yàn)證，加深理解后，教師布置課后作業(yè)，讓學(xué)生先用理論知識(shí)計(jì)算出理論值，然后在讓學(xué)生通過(guò)仿真軟件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論值得正確性，通過(guò)這種方式學(xué)生可以實(shí)時(shí)驗(yàn)證理論的正確性。此外，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)仿真軟件進(jìn)行拓展，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高學(xué)生對(duì)本門課的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

（3）仿真與實(shí)物操作相結(jié)合。在電工電子技術(shù)課程中，其中有一部分實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)需要讓學(xué)在電工電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)操作。仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中雖有很多的優(yōu)勢(shì)，和實(shí)物操作存在差距，并不能取代實(shí)物操作，但是學(xué)生前期有在仿真軟件上對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程，在實(shí)操時(shí)學(xué)生犯錯(cuò)率減少，提高了實(shí)驗(yàn)效率，也能節(jié)約教學(xué)成本。通過(guò)實(shí)物操作進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力。

4.2 Multisim在電工電子技術(shù)課程中的應(yīng)用實(shí)例

（1）疊加原理仿真

疊加原理是基礎(chǔ)電路的重要內(nèi)容，表述為：在多個(gè)電源共同作用的線性電路中，某一支路的電壓（電流）等于每個(gè)電源單獨(dú)作用，在該支路上所產(chǎn)生的電壓（電流）的代數(shù)和[1]。在課堂中我們使Multisim仿真軟件進(jìn)行疊加原理的驗(yàn)證。如圖1所示電路原理圖。

通過(guò)仿真電路，可以讓學(xué)生對(duì)疊加原理有更直觀的認(rèn)識(shí)，還可以調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證定律的正確性，加深學(xué)生的理解。

（2）單級(jí)放大電路

基本放大電路是模擬電路部分的重要內(nèi)容，由于涉及了三極管放大電路各元件參數(shù)合理選擇，以及輸入信號(hào)的頻率影響等較多的知識(shí)點(diǎn)，使得學(xué)生很難理解和掌握基本放大電路。為了讓學(xué)生更好地理解和掌握基本放大電路知識(shí)點(diǎn)，首先，我們?cè)谡n堂上講解這部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，結(jié)合Multisim仿真對(duì)電路原理進(jìn)行講授，使學(xué)生能直觀的認(rèn)識(shí)和理解。在課后，將給學(xué)生布置任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)仿真原理圖，修改參數(shù)，并且測(cè)量參數(shù)，進(jìn)一步加深對(duì)基本放大電路的理解。最后，我們會(huì)安排實(shí)訓(xùn)課，讓學(xué)生到電工電子實(shí)訓(xùn)室，搭建真實(shí)的電路原理圖，用真實(shí)的儀器儀表對(duì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并與仿真軟件所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

我們采用經(jīng)典的電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定放大器電路原理圖對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行講授，仿真原理及參數(shù)如圖2所示。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)V，時(shí)，在放大器的輸出端可得到一個(gè)相位相反、幅值被放大的輸出信號(hào)V0，這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了電壓放大。另外，仿真圖3中接人了一個(gè)雙通道示波器，可以觀測(cè)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的波形圖。如圖4所示：

通過(guò)結(jié)合Multisim仿真對(duì)基本放大電路知識(shí)點(diǎn)以及用仿真進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，不僅能夠幫助學(xué)生更容易的理解和掌握知識(shí)，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析電路工作原理的能力。

（3）組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)

數(shù)字電路是電工電子技術(shù)課程的重要內(nèi)容之一，該內(nèi)容抽象且難度大，實(shí)踐性要求高，傳統(tǒng)教材“平鋪式”的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果不佳。在課堂上講授理論知識(shí)過(guò)程中，結(jié)合Multisim軟件進(jìn)行仿真，將抽象的理論知識(shí)變得生動(dòng)的仿真演示，教學(xué)變得生動(dòng)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

我們以組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)為例，例如交通燈故障報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，當(dāng)交通信號(hào)燈是故障狀態(tài)時(shí)，故障報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。通過(guò)給定的邏輯要求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)邏輯電路圖，邏輯電路設(shè)計(jì)完成后我們將在Multisim中進(jìn)行仿真演示，仿真圖如圖4所示（采用了與非門實(shí)現(xiàn)電路），R表示紅信號(hào)燈，Y表示黃信號(hào)燈，G表示綠信號(hào)燈。當(dāng)交通信息燈故障報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈就會(huì)亮，經(jīng)過(guò)測(cè)試，滿足邏輯要求。通過(guò)仿真電路，學(xué)生可以直觀地看到組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)的過(guò)程，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于Multisim14仿真軟件對(duì)傳統(tǒng)的電工電子技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行了改革，形成了理論結(jié)合實(shí)踐仿真的教學(xué)模式，進(jìn)一步解決了傳統(tǒng)教學(xué)效果不突出、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)等問(wèn)題。本文通過(guò)基礎(chǔ)電路、模擬電路、數(shù)字電路的應(yīng)用實(shí)例，有效證明了所提的教學(xué)改革模式，豐富了教學(xué)方式，進(jìn)一步提高了教學(xué)效果，提升了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]程繼航，李正魁.電工電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016：22-25.

[2]劉景艷，李玉東.Multisim仿真軟件在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2018（19）：36-39.

[3]丁長(zhǎng)虹，翟艷男，桂馬立.Mutisiml0在《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子制作，2018（19）：63-65.

[4]楊曉雷.Multisimll在《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].上海師范大學(xué)，2013.

[5]宋月麗，劉佳.Multisim仿真技術(shù)在電子電路中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（2）：192.

[6]和玉梅.基于Multisim的數(shù)字電路課程的教學(xué)改革[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（12）：109，111.

[7]冼進(jìn)，賴曉錚.基于Multisim仿真數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（9）：228-232+297.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

基金項(xiàng)目：貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019145）

作者簡(jiǎn)介：鄒旺（1993-），男，貴州盤縣人，碩士研究生;馮俊杰（1983-），男，河北唐山人，博士，副教授。