高校電工電子實驗教學中仿真軟件的應用

蒲永紅 蘇圣超

【摘要】本文對高校傳統的電工電子實驗教學模式提出改進方法，引入Multisim仿真技術，提出理論學習、仿真預習、硬件實做三者緊密結合的教學模式。實踐表明，該方法降低了學生實驗的盲目性，教學質量與效率顯著提高，設備損壞率降低。同時，提出幾點個人體會，希望有助于Multisim輔助教學模式的進一步深化與發展。

【關鍵詞】實驗教學 電工電子實驗 Multisim仿真

【基金項目】校級重點實踐類課程建設資助項目（p201324005）；校電工技術課程建設項目（k201224001）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）10-0236-01

一、引言

電工電子技術實驗課程是一門重要的實踐課程。通過該課程的學習，培養學生動手分析問題的能力，同時實現理論知識與實踐的有機結合。目前高校實驗教學仍是以教師為主，實驗預習環節受制于時間和空間，學生預習僅靠看實驗說明書，缺乏針對性；進入課堂實做環節，教師需花大量的時間講解實驗原理及儀器設備的使用方法，進行詳細的演示操作；而大部分學生只是簡單模仿，被動地按要求完成實驗。針對這些問題，本文引入計算機仿真技術，提出理論學習、仿真預習、實驗室實做三者有機結合的教學模式，希望借此教學方法改革，促進學生創新能力的培養[1-2]。

二、Multisim輔助實驗的教學方法及實踐

隨著計算機技術的快速發展， Multisim軟件以其卓越的性能在大學生課程設計創新活動中得到了廣泛應用。該軟件具有豐富的元件庫、逼真的仿真設備、多種電路分析方法和強大的仿真能力[3-4]；學生可以根據需要，選擇合適的元件，設計各種電路，用仿真的方式把所學的知識再現出來。 鑒于此，本文將Multisim軟件仿真引入電工電子實驗教學，由于篇幅有限，文章通過具體教學實例說明軟件的應用特點和優勢。

（一）疊加定理實驗

疊加定理是電工技術基礎實驗之一。疊其實驗教學目標：（1）掌握疊加定理的原理。（2）基本電類測量表使用方法。（3）參考方向的理解。使用Multisim繪制實驗電路如圖1。

圖1 疊加定理仿真電路圖

通過繪圖，學生能夠正確掌握疊加過程中元器件之間的聯接方式。筆者在教學過程中發現，學生在電壓源單獨作用實驗中，經常短接電壓源，造成電源損壞。

然而，在實施Multisim仿真時，如果學生出現類似錯誤操作，系統將自動進行錯誤報警；學生可以對照電路實驗原理圖，排查錯誤，這樣有利于避免實物操作的接線錯誤。

其次，Multisim元件庫中儀器儀表使用方法明確，簡單易懂。學生可直接調用電壓電流表進行測量，如果測量出錯，系統會報警，學生可以修改，反復測量。對仿真結果的分析則可深化學生對教學重點、難點的理解。例如，仿真結果測得的電壓電流數據如果是一個負數，學生可以修改電壓電流方向或者電壓電流表的接法，對比測量，從而形象直觀地理解參考方向的概念。

（二）單管放大電路的分析與測試

單管放大電路是電子技術基礎實驗中典型且難點較多的一項教學內容。該實驗中三極管工作狀態的觀測為本實驗教學的重點。三極管有飽和、放大、截止三種狀態。在實驗中由于測量誤差儀表等問題，靜態工作點調節不當，往往觀察不到對應的波形。在使用Multisim仿真時，則可通過建立圖2所示仿真電路；按住A鍵，調節R6的阻值，就可以觀察到對應的工作狀態[5-6]。簡單快捷，波形準確逼真，能讓學生形象的理解對應的理論知識。

圖2 單管放大電路仿真電路圖

此外，在用實驗箱做實驗時，調節電位器改變R6、R1的值，可以觀測到三極管工作狀態的變化；但是VCC和β對其的影響，由于實驗設備的固定，調節比較復雜；難以直接實現。使用Multisim仿真時，可以直接改變VCC和β參數值，通過虛擬示波器觀察對應的波形，有效解決了設備固定所造成的困難，拓展和豐富課題教學內容，創新和豐富教學。

三、Multisim仿真輔助教學的幾點思考

Multisim仿真預習輔助教學模式簡單概括為理論學習、仿真預習、硬件實做。三者相輔相成。經教學實踐檢驗， Multisim輔助實驗教學有助于增強教學內容的針對性；其次充分扎實的課前預習，也顯著提高課堂實驗完成率；教學質量明顯提高，成績優秀率上升。與此同時，通過課前仿真演練，強化了學生對測量儀表的熟悉程度，降低了實驗中的設備損壞率，有效節省了資源。

Multisim仿真技術在電工電子實驗教學中的應用，顯示出其獨特的優越性，成為傳統教學模式的有益補充。然而，為了實現二者的有機結合，對教育工作者提出了更高的要求，仍有大量工作有待深入。教學方案的規范化和內容的豐富化；與傳統教學內容的整合需要系統化。文獻顯示，諸多院所先后進行了Multisim輔助教學探索，但是大多以個性案例展開，尚缺乏貫穿整個實驗課程的系統性研究。應進一步推進Multisim輔助教學方法與LabView、互聯網等信息技術的結合，建立網絡虛擬實驗平臺，規范實驗預習考核機制[7]。

四、結語

本文探討了Multisim輔助電工電子實驗教學的模式，并結合教學實踐探討了該方法獨特的優勢；最后，筆者又針對Multisim輔助教學模式的進一步發展，提出了幾點體會，以期更好做到教學方案的規范化、教學內容的豐富化及系統化。

參考文獻：

[1]雷躍，譚永紅.用Muhisiml0提升電子技術實驗教學水平[J].實驗室研究與探索，2009（4）：24-27.

[2]謝斌盛，鄧文婷.Multismi在電類實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2009（6）：213-214.

[3]鄭步生，吳渭.MultiSim2001電路設計及仿真入門與應用[M].北京：電子工業出版社，2002.

[4]韋思健.電腦輔助設計-Mulfisim2001電路實驗與分析測量[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[5]朱力恒.電子技術仿真實驗教程[M].北京：電子工業出版社，2003.

[6]熊偉，侯傳教，梁青等.MULTISIM電路設計及仿真應用[M].北京：清華大學出版社，2005：70-71.

[7]唐民麗，吳恒玉.Muhisim2001在普電類實踐教學中的應用[J].計算機與信息技術，2008（8）：111-112.

作者簡介：

蒲永紅 （1976-），女，陜西鳳縣人，碩士，實驗師，研究方向為電工電子技術實驗教學。