仿真軟件在電工電子教學中的應用

【摘要】文章介紹了Multisim、MATLAB、SIMULINK等仿真軟件在電工電子教學中的作用。簡單介紹仿真軟件。舉例驗證，把仿真軟件引入教學與實驗中不僅能豐富課堂教學內容，提高課堂教學效率，而且有助于調動學生學習的積極性和主動性， 培養學生的創新能力。

【關鍵詞】仿真軟件;電工電子教學

電工電子是高職校工科電類專業的重要專業基礎課，為后續課程準備必要的基礎知識，對培養學生的電工基礎知識、基本能力和綜合素質具有其他電類課程不能替代的重要作用。該課程理論嚴密、物理概念多、邏輯性強，與工程技術及生活實際聯系緊密，常常需要就宏觀現象進行微觀解釋。

該課程不但要求學生掌握電路的基本原理和計算方法，更重要的是培養學生對電路的分析、設計及實際應用的能力。然而在進行電子線路教學中，由于學生對電子元器件及實際電子線路缺乏感性認識， 因此教師感到難教、學生感到難學，所以需要大量的電子線路實驗來輔助教學。

為了滿足電子線路教學實驗的要求， 需要配置大量的電子設備、儀器、儀表、電子元器件、工具等。另外還需配備一定數量的、具有豐富實踐經驗的實習指導教師。因此學校有限的教學資源與學生日益增長的教學實驗需求形成了一個較難解決的矛盾，所以在目前的教學條件下如何提高電子線路教學實驗的開出率一直是一個重點也是一個難點。如今，利用計算機輔助教學就能有效地解決這一問題

一、仿真軟件在電工電子課程理論教學中的作用

將計算機仿真軟件引入電工電子課程教學，使理論教學與虛擬仿真實驗緊密結合，能夠使教學知識點更加容易理解、抽象的知識變得更加直觀。學生在學習專業知識的同時也學習工具軟件的使用方法，能更好地適應社會需要。

仿真實驗能設置故障狀態和極限狀況，不會造成元器件和實驗儀器的損壞。仿真軟件逼真的界面及人機交互，可以產生身臨真實的實驗環境的感受。在電工電子教學環節，仿真實驗作為一種展示性的輔助教學手段，便于教師解釋復雜的物理過程或強調概念和原理，調動學生學習的積極性和主動性。

二、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

現在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用EWB仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。

得出結論后，讓學生在理解的基礎上記定性的一些結論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發射極放大電路時， 三極管具有放大和反相的作用，學生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達到了事半功倍的效果。

三、仿真軟件簡介

目前高等院校使用的軟件大多為EWB、Protel、Multisim等，這些軟件具有電路的邏輯編輯、化簡、綜合、構建、仿真測試功能。仿真軟件或用仿真軟件構成的虛擬實驗臺，它是不能取代傳統的電工電子實驗的，只能起到輔助的作用。

Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。它是一個完整的設計工具系統，具有一個龐大的元件數據庫，并提供原理圖輸入接口，可以進行從原理圖到PCB布線工具包的無縫數據傳輸。其中Multisim易學易用，便于學生進行綜合性的設計、實驗，有利于培養學生的綜合分析能力、開發能力和創新能力。

MATLAB是一套高性能的數值計算和可視化軟件。它最重要的特點是易于擴展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構成適合其他領域的工具箱，這大大擴大了MATLAB的應用范圍。MATLAB作為編程語言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運算、圖形繪制、數據和圖像處理及交互式編程等功能，可解決工程、科學計算和數學學科中的許多問題，目前在信號處理、控制系統的仿真和神經網絡的研究等方面都有廣泛的應用。SIMULINK是一個用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續、離散或者兩者混合的線性系統和非線性系統，與傳統的仿真軟件用差分方程和微分方程建模相比具有直觀、方便、靈活的特點。

四、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

現在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。得出結論后，讓學生在理解的基礎上記定性的一些結論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發射極放大電路時， 三極管具有放大和反相的作用， 學生理解起來非常困難。我們利用仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達到了事半功倍的效果。

五、結語

將仿真軟件引入到電工電子課程群教學中來， 可直觀演示各種定律定理，激發學生的學習興趣。應用仿真軟件進行虛擬實驗，突破了傳統實驗在時間和空間的限制，彌補了硬件實驗的不足，提高了學生的綜合性、創造性能力。