Multisim在高中物理電學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：將Multisim引人到高中物理電學(xué)教學(xué)中，既能克服傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，提高教學(xué)質(zhì)量，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，為新課改下物理課堂及實(shí)驗(yàn)新的教學(xué)手段和方法增添活力。

關(guān)鍵詞：高中物理；Multisim；教學(xué)；仿真示例；電學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G424.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）06-0157-02

物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)是高中物理課程的重要組成部分，是連接理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建恰當(dāng)?shù)?、有效的演示性、?yàn)證性或探究性實(shí)驗(yàn)等方式開(kāi)展教學(xué)，有助于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中理解物理知識(shí)，掌握物理規(guī)律，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的興趣和求知欲[1]。

一、傳統(tǒng)電學(xué)知識(shí)教學(xué)中的困難

電學(xué)是高中物理課程中的一個(gè)重要部分。長(zhǎng)期以來(lái)，電學(xué)的課堂教學(xué)是教師通過(guò)硬件電路實(shí)驗(yàn)與黑板板書(shū)相結(jié)合對(duì)知識(shí)進(jìn)行講解。由于隨堂教學(xué)的硬件實(shí)驗(yàn)常存在調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、可視性差、數(shù)據(jù)的讀取和計(jì)算精確度不高、教學(xué)效率低等不足，以及存在受實(shí)驗(yàn)儀器限制，實(shí)驗(yàn)無(wú)法構(gòu)建的困難。教師如果在教學(xué)中處理不當(dāng)，課堂教學(xué)易變?yōu)槔碚撜f(shuō)教，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)結(jié)論心存疑惑，難以理解和掌握。同時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在固定的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，按照教師的指導(dǎo)要求、統(tǒng)一的方法步驟、既定的儀器條件進(jìn)行操作。這不僅不利于學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解物理知識(shí)，掌握物理規(guī)律，且不利于激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。因此，教師以提高教學(xué)質(zhì)量為目的，選擇有效的實(shí)驗(yàn)手段和方法開(kāi)展教學(xué)非常重要[2]。

二、Multisim軟件的特點(diǎn)介紹[3]

Multisim是專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的工具軟件之一。它借助計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)較為合適的虛擬電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用它可方便構(gòu)建各種電子電路，完成從電路設(shè)計(jì)到仿真的全過(guò)程。近年來(lái)，Multisim在國(guó)內(nèi)外高校及電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它具有如下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：（1）友好直觀的工作界面，仿真電路的連接構(gòu)建與實(shí)際操作近乎相同；（2）豐富的元器件庫(kù)，該軟件內(nèi)含數(shù)萬(wàn)種元器件和多種常用的虛擬儀器儀表；（3）強(qiáng)大的電路仿真能力，虛擬儀器儀表的外觀和使用方法與真實(shí)器件基本相同，仿真數(shù)據(jù)精確可靠，繪制的物理量波形生動(dòng)直觀。（4）實(shí)現(xiàn)成本低，用戶僅需在計(jì)算機(jī)安裝該軟件即可使用；（5）易學(xué)易用，用戶不必具備編程知識(shí)，模塊化的元件儀表即見(jiàn)即所得。隨著電腦的普及，高中階段計(jì)算機(jī)課程的開(kāi)設(shè)，教師和學(xué)生學(xué)習(xí)采用Multisim進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)仿真是不會(huì)感到困難的。

三、Multisim在高中物理電學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代教育技術(shù)在物理課程教學(xué)中得到具體應(yīng)用，且又適應(yīng)新課程標(biāo)準(zhǔn)的、一種新興的教學(xué)方式[2][4]。由于Multisim電路仿真實(shí)驗(yàn)效果直觀明顯，操作簡(jiǎn)單，教師和學(xué)生容易學(xué)習(xí)和掌握，因此基于Multisim的仿真實(shí)驗(yàn)為電子電路教學(xué)提供了一種新的、較為合適的手段和分析方法。

（一）課堂教學(xué)中的應(yīng)用

新課程標(biāo)準(zhǔn)中電學(xué)部分的教學(xué)內(nèi)容包括相關(guān)定理、元器件特性、電路接法、電表使用、數(shù)據(jù)讀取等許多綜合復(fù)雜知識(shí)及其運(yùn)用，因此電學(xué)的理論性、實(shí)踐性及綜合性成為了教學(xué)難點(diǎn)。根據(jù)電學(xué)知識(shí)特點(diǎn)，可在課堂教學(xué)中引入Multisim實(shí)現(xiàn)的電路仿真教學(xué)示例。如講授“伏安法測(cè)電阻，電流表的不同接入方式對(duì)測(cè)量電阻的誤差影響，以及電流表接入方式的選擇問(wèn)題”時(shí)，可引入Multisim實(shí)現(xiàn)的電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真演示教學(xué)。圖1和圖2分別是直流電流表（Ammeter）外接和內(nèi)接方式的仿真電路圖。通過(guò)鼠標(biāo)雙擊電阻Rx、電流表和電壓表（Voltmeter）可分別設(shè)定不同大小的待測(cè)電阻、電流表內(nèi)阻RA及電壓表內(nèi)阻RV。仿真中各電表能自動(dòng)顯示每次測(cè)量獲得的電流和電壓值。圖1所示的外接法電路設(shè)定RA=1Ω，RV=10MΩ，每次仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同Rx情況下對(duì)應(yīng)的電流I和電壓V的數(shù)值，并記錄在表1中。圖2所示的內(nèi)接法仿真電路仍設(shè)定RA=1Ω，RV=10MΩ，每次仿真測(cè)量不同Rx情況下各電表對(duì)應(yīng)的電流和電壓值，并記錄在表2中。對(duì)表1和表2的測(cè)量數(shù)據(jù)按公式V/I和|R-Rx|/R分別計(jì)算出電阻測(cè)量值R、測(cè)量的相對(duì)誤差。由表1數(shù)據(jù)比較看出，電流表外接電路由于電壓表的分流作用，待測(cè)電阻Rx的實(shí)際測(cè)量值R實(shí)為Rx與電壓表內(nèi)阻RV的并聯(lián)值，即R=（RxRV）/（Rx+RV），當(dāng)Rx愈小，則電壓表分流愈小，測(cè)量值R愈逼近真實(shí)電阻值。因此選用電流表外接方法測(cè)阻值小的電阻（RxRx=（Ve-VA）/I關(guān)系。這里Ve是直流電源電動(dòng)勢(shì)，VA=IRA是電流表分壓，I為所測(cè)得的電流值。當(dāng)Rx越大，VA越小，則測(cè)量值越接近電阻值。因此選用電流表內(nèi)接方法測(cè)量阻值大的電阻（Rx>RA）。

由上例可見(jiàn)，將Multisim軟件實(shí)現(xiàn)的電路仿真示例引入到教學(xué)當(dāng)中，并通過(guò)多媒體投影將實(shí)驗(yàn)與理論知識(shí)傳授相結(jié)合，開(kāi)展演示性、驗(yàn)證性或探究性等方式的課堂教學(xué)活動(dòng)，可以彌補(bǔ)硬件電路實(shí)驗(yàn)隨堂演示教學(xué)過(guò)程中耗時(shí)長(zhǎng)、測(cè)量數(shù)據(jù)精度低、可視性差和教學(xué)效率不高等不足，使得課堂教學(xué)更加直觀、生動(dòng)、緊湊，讓學(xué)生易于加深對(duì)課堂中抽象概念原理的理解，從而提高課堂教學(xué)效果和效率。同時(shí)仿真示例與學(xué)生共享，學(xué)生能及時(shí)在課后利用個(gè)人電腦進(jìn)行知識(shí)重現(xiàn)和知識(shí)探究，對(duì)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的各種設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬驗(yàn)證，更進(jìn)一步地鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，并能激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到事半功倍的效果。

（二）實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

Multisim軟件豐富的元件庫(kù)及簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)使得基于Multisim的電路仿真實(shí)驗(yàn)可以擺脫實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的時(shí)間、地點(diǎn)和設(shè)備限制，為理論教學(xué)與硬件實(shí)驗(yàn)之間建立一個(gè)中間環(huán)節(jié)，上好各個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的專題復(fù)習(xí)課，提供學(xué)生在“課堂”與“實(shí)驗(yàn)室”之間一個(gè)有用且有效的實(shí)踐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的教學(xué)同步。如今，隨著家庭電腦的普及，學(xué)生在課后可以利用Multisim在計(jì)算機(jī)中動(dòng)手連接電子線路，設(shè)置電子儀器儀表進(jìn)行電路理論和實(shí)驗(yàn)仿真，體驗(yàn)所學(xué)。這樣有助于加深對(duì)電學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

將Multisim應(yīng)用到中學(xué)物理電學(xué)部分的教學(xué)中，一方面有助于學(xué)生直觀地領(lǐng)會(huì)和理解教學(xué)中抽象的內(nèi)容，起到豐富教學(xué)、提高教學(xué)效果的作用，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和積極性；另一方面也在物理新課改的要求下，利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)展教學(xué)方法和手段的實(shí)踐探索提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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