基于Multisim10的模擬電子課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

【摘 要】在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，對(duì)于復(fù)雜電路原理難于掌握。作者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)開發(fā)出了一套“基于Multisim10的模擬電子課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”。該平臺(tái)在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)及課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中都得到了廣泛的應(yīng)用，學(xué)生總體評(píng)價(jià)效果較好。

【關(guān)鍵詞】模擬電子技術(shù) Multisim10 虛擬實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)

隨著EDA技術(shù)的日益發(fā)展，各種仿真軟件也逐漸得到廣泛應(yīng)用。利用軟件技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)已成為提高實(shí)踐課程教學(xué)質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)效率、降低實(shí)驗(yàn)成本的一條有效途徑。為了緩解學(xué)生數(shù)量的增加與實(shí)驗(yàn)設(shè)備及場(chǎng)地相對(duì)不足的矛盾，我們主要采用強(qiáng)大的EDA仿真軟件——Multisim10開發(fā)了一套“基于Multisim10的模擬電子課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中普遍應(yīng)用，教學(xué)效果良好。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)

模擬電子電路實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個(gè)課程教學(xué)過程中的重要地位不容忽視。大綱要求學(xué)生學(xué)習(xí)完本門課程以后要達(dá)到的基本要求之一是通過“五關(guān)”，即：器件關(guān)、儀器關(guān)、電路關(guān)、調(diào)試關(guān)和設(shè)計(jì)關(guān)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中充分考慮了這些技能訓(xùn)練要求，力求通過合理的結(jié)構(gòu)劃分，來培養(yǎng)學(xué)生不同程度的技能水平。

平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)分為三部分：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仿真模塊、小規(guī)模設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)仿真模塊和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)仿真模塊。其中“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仿真模塊”中涵蓋了模擬電子課程教學(xué)過程中的幾乎所有可進(jìn)行功能驗(yàn)證的知識(shí)點(diǎn)，是對(duì)每個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)仿真，屬于“熟悉零件”部分；“小規(guī)模設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)仿真模塊”基本上是以每章涉及的知識(shí)為單元，設(shè)計(jì)完成一個(gè)體現(xiàn)本章內(nèi)容的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目；而“綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)仿真模塊”旨在訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，希望通過本模塊的練習(xí)，學(xué)生們能以全局的觀念來認(rèn)識(shí)模擬電子技術(shù)課程的實(shí)質(zhì)，屬于“組裝零件”部分。另外，根據(jù)學(xué)生在教學(xué)過程當(dāng)中的反饋信息，普遍認(rèn)為模擬電子的有些知識(shí)點(diǎn)難以理解，于是，我們?cè)谄脚_(tái)中專門添加了一個(gè)“教材例題仿真”子模塊，該子模塊的仿真實(shí)例都是教材當(dāng)中針對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用內(nèi)容，對(duì)理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)很有幫助，學(xué)生還可以把仿真結(jié)果直接和教材中的解題結(jié)果相對(duì)照，以驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性，從而加深對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用

（一）在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

課堂教學(xué)中多以講授原理性和基礎(chǔ)性的知識(shí)為重點(diǎn)，主要闡述各基本概念、各參數(shù)之間的變化關(guān)系。在運(yùn)用多媒體進(jìn)行課堂教學(xué)的過程中，可依據(jù)所講授知識(shí)點(diǎn)的需要，適當(dāng)引入仿真實(shí)驗(yàn)，以加深學(xué)生們對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。

在“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，對(duì)很多電路圖進(jìn)行較詳細(xì)的原理分析，進(jìn)而得出相應(yīng)的電路波形圖屬于必不可少的過程型講授內(nèi)容，如果單用黑板及口頭語言描述，教師們感到費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，學(xué)生們又很難對(duì)這樣的知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)感性的、清晰的認(rèn)識(shí)。如果在這些地方引入仿真實(shí)驗(yàn)來輔助教學(xué)，就能取得事半功倍的效果。如在“直流穩(wěn)壓電源”一章的講授中，橋式整流電路及電容濾波電路是兩個(gè)非常重要的知識(shí)點(diǎn)，但對(duì)于其電壓、電流波形的得出學(xué)生們卻往往難以領(lǐng)會(huì)。于是我們?cè)谔摂M實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中設(shè)計(jì)了一個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)可以一目了然地看到與教材所給電路波形完全一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，既激發(fā)了學(xué)生的想象力，加深其對(duì)知識(shí)的理解，又提高了學(xué)習(xí)興趣。

（二）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的缺憾，而且對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程也起到了一定的規(guī)范作用，為探索新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供了一個(gè)思路。

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程基礎(chǔ)上加入了“仿真預(yù)習(xí)階段”，要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用Multisim10在課外作實(shí)驗(yàn)仿真，并將仿真分析步驟、結(jié)果（包括重要數(shù)據(jù)、波形）記錄下來，在真正進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前交給實(shí)驗(yàn)教師批閱，不合格者不允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)。有了預(yù)先的仿真，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式過程中的盲目性。

實(shí)驗(yàn)后，要求學(xué)生把場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果與事先仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果加以對(duì)照，并得出分析結(jié)論，使學(xué)生對(duì)理論仿真與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程都有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，真正體會(huì)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的樂趣，同時(shí)還能清楚地看到理論和實(shí)際的差別所在，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力有非常好的啟迪作用。

（三）在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

從整個(gè)的教學(xué)過程安排上來看，模擬電子課程課堂教學(xué)過程結(jié)束后，通常都會(huì)配有一至二周的課程設(shè)計(jì)。

在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，我們通常要求學(xué)生通過查閱資料自行構(gòu)思一個(gè)綜合性題目，在設(shè)計(jì)過程開始前向指導(dǎo)教師提交原理圖及用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)其原理圖進(jìn)行仿真的結(jié)果，由指導(dǎo)教師先行審核學(xué)生設(shè)計(jì)題目的工作量大小及難易程度，對(duì)每個(gè)學(xué)生做出有針對(duì)性的指導(dǎo)，不符合要求或脫離實(shí)際的設(shè)計(jì)內(nèi)容將返回給學(xué)生重新修改，直到從原理上實(shí)現(xiàn)沒有問題為止。 這樣，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中思路清晰，針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)照仿真結(jié)果和實(shí)際調(diào)試出現(xiàn)的現(xiàn)象，就可以大致判斷設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題該如何入手解決，從而加強(qiáng)了學(xué)生調(diào)試過程的自信心。

課程設(shè)計(jì)結(jié)束后我們還會(huì)把優(yōu)秀的設(shè)計(jì)題目填充到我們的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)中去，供以后的學(xué)生學(xué)習(xí)和參考。

三、結(jié)束語

基于Multisim仿真技術(shù)的模擬電子課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用得到了廣大學(xué)生的認(rèn)可。它的優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及設(shè)備的限制，學(xué)生只需在個(gè)人PC機(jī)上就可以完成虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的全部實(shí)驗(yàn)。

（2）可擴(kuò)充性好，且不需要任何實(shí)驗(yàn)成本。隨著對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的不斷深入，學(xué)生完全可以按自己的思路來設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解是否準(zhǔn)確，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力有很大的幫助，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]“全程設(shè)計(jì)”教學(xué)模式在數(shù)字邏輯類課程教學(xué)過程中的應(yīng)用[J].吉林：東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（5）.