基于Multisim 的高職模擬電子技術課程仿真實訓及教學實施

常書惠

摘要：模擬電子技術課程是高職電子類專業的專業基礎課程。文章以直流穩壓電源制作項目為例，通過Multisim 14仿真軟件在理論知識和實體實訓過程中引入仿真實訓。從課程教學目標分解、課程教學設計和仿真實訓設計、教學實施等方面闡述了仿真實訓在理論知識和實體實訓之間起到了有效銜接的橋梁作用。同時可以降低理論知識教學難度，消除學生學習該課程的畏難情緒，有助于提高課程教學效果和教學質量。

關鍵詞：Multisim軟件；項目化教學；教學設計；仿真實訓；教學實施

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）10-0143-03

模擬電子技術課程是高職電子類專業的專業基礎課程，對電路硬件知識能力的培養有著不可替代的作用。該課程內容抽象難懂，對于高職學生學習有較大難度。學生在學習過程中容易將理論與實踐割裂開來，缺乏理論聯系實踐，理論指導實踐的能力。Multisim 14仿真軟件功能強大、操作簡單、使用靈活。通過仿真實驗，將抽象的理論知識轉變為感性認識，有助于提高學生的學習興趣、動手實踐能力、操作能力和教學效果[1]。直流穩壓電源應用非常廣泛，例如手機充電器、電腦筆記本電源適配器和電子設備供電等。直流穩壓電源屬于高職模擬電子技術課程的重點教學內容。為了更好地說明Multisim仿真實訓在該課程教學中的橋梁作用，本文以直流穩壓電源項目教學為例，從課程教學目標分解、課程教學設計和仿真實訓設計、教學實施等方面進行闡述。

1 課程教學目標分解

為了使學習過程更加符合高職學生的特點和學習認知規律，模擬電子技術課程進行了項目化教學改革。項目化教學是根據企業的具體崗位，圍繞項目開展的新型教學活動[2]。該課程以企業實際工程項目為載體，對課程內容進行重構，形成五個小型電子產品制作項目。每個項目包括項目描述、知識儲備和項目實施三個環節。課程內容與職業能力培養要求結合，適應地方經濟發展對高技能應用型人才培養的要求。引入行業企業技術標準和職業資格標準，精簡理論，注重實踐。強化器件外部特性，淡化器件內部原理；強化宏觀設計應用，淡化微觀細節。將課程教學目標根據項目內容分解為知識目標體系、能力目標體系和素質目標體系，構建項目化課程體系如圖1所示。

2 課程教學設計

2.1 課程整體設計

課程分為五個項目，每個項目包括項目描述、知識儲備和項目實施三個環節。項目教學過程中知識點、技能點按照理論知識、仿真實訓和實體實訓三個階段安排教師講授內容和學生學習內容，根據每類學生特點、基礎不同，進行分層次項目化教學[3]。傳統的課程教學中直接從理論過渡到實體實訓，該課程在理論教學與實體實訓過程之間引入仿真實訓教學，形成理論知識→仿真實訓→實體實訓三個階段的進階型學習任務，建立了理論學習與實體實訓二者之間有效銜接的橋梁。Multisim 14仿真軟件簡單易學，電路仿真形象直觀，有助于學生的理論理解[4]。通過虛擬元件搭建各種電路。通過虛擬儀表進行電流、電壓等參數的測量，非常方便靈活，克服了傳統電路分析和設計受實驗室硬件條件限制的缺點[5]，同時為實體實訓奠定基礎，學習過程更加符合學生認知規律，從而提高課程教學效果和教學質量。

2.2 教學環節設計

該課程在每個項目教學過程中結合課程教學目標，以項目為載體將課程教學內容分項目、分環節、分任務實現知識目標、能力目標和素質目標，見表1所示。在直流穩壓電源的制作項目教學過程中，項目描述環節教師講授直流穩壓電源整機電路組成、作用及用途。通過實物展示、學生觀察實物與整機電路圖、分單元電路與實物對照講授。學生小組根據教師講授和電路圖識圖情況列出元器件清單，并且標明已經認識和熟悉的元器件和還不認識的元器件，有的放矢進行項目內容的學習。知識儲備環節教師講授的知識點主要有半導體二極管結構、特性和電路符號，整流電路組成、工作原理分析，濾波電路組成、工作原理分析，穩壓電路組成、工作原理分析。小組通過Multi?sim 14仿真軟件進行仿真實訓、實驗箱等實體實訓進行選取元器件、電路搭建、電路性能參數測試、電路輸入和輸出波形觀察。項目實施環節教師講授實體儀器儀表操作規范、使用方法，電路裝配流程和電路檢測和調試方法。小組按照元器件清單進行元器件實物識別、性能檢測，按照電路圖進行實物裝配，并進行檢測、調試和故障排除。教師講授內容和學生學習任務交替進行，形成“做中學，學中練，學中做”的教、學、做一體化教學模式。

2.3 仿真實訓設計

2.3.1 仿真實訓的步驟

仿真實訓內容主要包括按照電路圖進行元器件的選取、搭建電路、選擇合適的儀器儀表接入電路，觀察輸入輸出信號電壓、電流波形，以及正確操作儀器儀表讀取測量參數等基本內容。在仿真實訓過程中主要按照下面三個步驟進行：第一步是元器件選取，包括元器件類型、型號的選取和參數的設置，正確進行元器件的選取需要對其參數進行正確的計算，選取符合實際工作環境和工作要求的元器件。第二步是測試儀器儀表的選擇：仿真環境中測試儀器包括萬用表、雙蹤示波器、四蹤示波器、函數信號發生器、功率表、頻率計數器、失真度分析儀、電壓探針、電流探針等虛擬儀器[6]。第三步是搭建仿真電路和性能測試。根據電路圖將元器件和測試儀器儀表進行正確連接，打開仿真儀表進行調試，觀察電壓、電流波形以及測量參數值，與理論計算值進行對比和驗證。如果出現問題找出原因，進行元器件參數調整、測量儀器儀表調整和電路連接調整，直到仿真測試結果與理論分析、計算結果基本一致。

2.3.2 仿真實訓任務設計

下面以直流穩壓電源的制作項目為例介紹。直流穩壓電源由變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分單元電路組成，仿真實訓內容將四部分單元電路性能測試作為四個仿真實訓任務。每個任務中包含元器件選取、測量儀器儀表選擇、仿真電路搭建和性能測試三個步驟。每個單元電路功能相同，但可能有多種電路實現，哪種單元電路性能最優，最符合應用需求，通過電路仿真測試進行驗證是一個很好的途徑。例如，濾波電路有電容濾波、電感濾波、L型濾波和Π型濾波等電路。濾波電路仿真實訓任務要求合理選取元器件及設定參數值，搭建電容濾波、電感濾波仿真測試電路，進行仿真電路性能測試和對比。

1） 電容濾波仿真測試電路。合理選取元器件搭建單相橋式整流電容濾波仿真測試電路如圖2所示。通過單相橋式整流電路作為電容濾波電路的輸入信號，使S1、S3閉合，S2斷開，接入電壓電流探針讀取輸出端輸出電壓、電流值如圖2中所示。接入仿真雙蹤示波器觀察輸入、輸出電壓波形如圖3所示。通過電壓電路探針測量值和輸入、輸出電壓波形可以看出仿真測試結果與理論計算結果基本一致。在電容濾波仿真測試電路中使S2斷開，S1、S3閉合，改變可調電阻RL2值，會發現隨著RL2增加輸出電壓Uo的紋波系數減小。使S1斷開，S2、S3閉合，即增大濾波電容值，輸出電壓Uo的紋波系數減小。

2）?電感濾波電路仿真測試。合理選取元器件搭建單相橋式整流電感濾波仿真測試電路如圖4所示。通過單相橋式整流電路作為電感濾波電路輸入信號，使S1、S3斷開，S2閉合，取電感L2=10H，接入電壓電流探針讀取輸出端電壓、電流值如圖4所示。接入仿真示波器觀察輸入、輸出電壓波形如圖5所示。通過仿真雙蹤示波器觀察到輸出電壓紋波輸出系數較大，脈動性較大，濾波效果沒有電容濾波效果好，與理論分析、計算結果一致。在電感濾波仿真測試電路中通過改變S1、S2和S3的開關狀態改變接入電路的電感值，以及調整負載電阻RL值，會發現L越大，RL越小，輸出電壓紋波系數越小，濾波效果越好。

3 仿真實訓教學實施

該課程采用進階型混合教學模式，將線上線下教學視為一個整體，線上線下教學優勢互補，采用一體化教學模式，結合“項目導向，任務驅動”教學方法，使學生在“做中學，學中練，學中做”。在“互聯網+”對傳統行業的影響和推動下，線上線下混合教學模式被普遍視為教學新常態[7]，將課堂教學進行了延伸，分為課前、課中和課后三部分，課前、課后為線上教學，課中為線下課堂教學。

由于仿真實訓的特殊性和課堂教學時間有限，仿真實訓開始時教師可以安排在課中時間進行，在學生掌握基本的操作步驟后，可以適當安排在課前、課后環節，作為線上教學的一部分內容，學生利用課前、課后時間，分小組完成仿真實訓任務并進行線上提交，教師進行線上批閱并及時指導。小組分組可以采用項目化小組，每組設一個項目負責人，負責本小組的項目任務的推進工作及溝通工作[8]。教師可以設計一定數量、難度不同的進階型仿真實訓任務設計，比如整流電路可以分為半波整流、雙管全波整流電路和橋式整流電路。濾波電路可以分為電容濾波、電感濾波、L型濾波和Π型濾波等多種濾波方式。穩壓電路可以采用并聯穩壓、串聯穩壓電路和三端集成穩壓器等穩壓電路，使學生根據自身情況，分層次完成不同進階型仿真實訓任務，通過仿真實訓任務的反復練習，達到熟悉元器件特性，深入理解電路工作原理，并能夠對電路進行有效分析，從而提高對抽象理論知識的掌握程度。

4 結束語

仿真實訓需要具備一定的理論知識，仿真實訓過程安全性高、容易操作，教師可以設計大量的仿真實訓任務，增加學生對元器件特性、電路性能的理解和掌握，但在實體實訓過程中不需要將每一個仿真測試電路進行實體驗證，而是將仿真測試電路中性能較好的電路進行實體實訓驗證即可，這樣減少了實際材料的損耗，將實體實訓結果與理論分析、計算結果和仿真測試結果進行對比，同樣可以取得較好的實體實訓效果。通過仿真實訓會發現抽象的理論分析和計算變得更具有操作性。在虛擬仿真環境中，學生更容易消除對學習內容的畏難情緒，在抽象的理論學習基礎上，通過仿真實訓逐漸加深對理論的理解，學會應用理論聯系實踐，理論指導實踐，并通過實踐促進理論學習，使得理論與實踐、知識與技能相互促進，提高課程教學效果和教學質量。

參考文獻：

[1] 王樹泉.基于 Multisim 的二極管基本應用電路仿真實驗[J]. 數字技術與應用，2023（7）：94-96.

[2] 陳海斌.高職機械制造技術課程項目化教學設計方法探索

【通聯編輯：梁書】