基于Multisim虛擬仿真的《電路分析》教學模式探索

彭光含

（湖南文理學院物理與電子科學學院，湖南 常德 415000）

基于Multisim虛擬仿真的《電路分析》教學模式探索

彭光含

（湖南文理學院物理與電子科學學院，湖南 常德 415000）

《電路分析》是電子類專業的基礎課程。針對《電路分析》課程的電磁現象，在教學改革實施過程中, 借助Multisim軟件進行虛擬仿真，再現電路現象和電路規律，優化《電路分析》課程教學內容體系。達到融合電路分析理論和電路實驗的目的。促進學生的電路理論知識的理解和掌握，開拓學生的思維能力，有效提高了學生對電路知識的理解。

電路分析；教學改革；Multisim

1 引言

《電路分析》課程[1]是電子信息類專業最基礎的專業基礎課程，采用現代計算機仿真技術手段，再現電路現象和規律，探索《電路分析》課程新的教學模式，加強對學生實際技能和解決問題能力的培養，是《電路分析》課程教學改革的目標。電路仿真軟件Multisim隨著現代計算機技術的發展，已經成為解決、驗證和探究電路現象和規律的基本方法[2,3]。在《電路分析》課程教學過程中，采用Multisim仿真技術，以虛擬仿真實驗驅動，對《電路分析》課程的教學方式和手段，教學內容的設計，電路現象和規律的探究和驗證進行教學改革，符合現代教學發展的方向和科學實驗的精神?；贛ultisim軟件的虛擬仿真驅動《電路分析》教學模式，將虛擬仿真教學與其他教學方法相結合有助于提高課程教學效果，在《電路分析》課程的教學中具有重要的意義。

2 《電路分析》課程教學模式探索

在電路教學設計過程中，不僅要加強電路基礎理論的教學，還要不斷融合相關學科領域的最新研究成果。課堂教學設計要針對不同的電路現象和電路規律，思考生活實際的電路問題，設計相關的電路虛擬仿真實驗，并創設電路問題情境，引導學生不斷探索和不斷質疑的科學精神。因此，在課堂教學實施過程中，借助Multisim仿真技術，針對不同的電路知識點，設計相應的電路問題情境，模擬相關電路現象和規律的實驗，以及相應的電路實驗操作過程，實現電路現象形象化的模擬，讓學生能夠切實感受到電路的變化和電路設計的過程，并掌握相關的操作技能，利用Multisim軟件的優勢，培養學生基本電路設計和操作技能，實現理論知識和電路現象表象的統一，克服學生電路現象和電路分析的思維障礙。提煉了電路課程，濃縮了電路信息量，達到課程系統性與邏輯性融合，使學生更容易接受，激發學生的思維，培養學生創新能力。

3 基于Multisim虛擬仿真設計舉例

Multisim是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）推出的電子電路虛擬仿真軟件，是一個電路設計和仿真的工具軟件。能夠提供數千種電路元器件和虛擬仿真儀器。虛擬儀器界面的操作開關、按鍵與實踐儀器儀表極為相似，用戶界面直觀，用戶還可以根據電路設計需要，擴充相應元件庫。Multisim具有超強的電路仿真分析性能，能夠實現大多數電子電路技術的實驗仿真。為使仿真真實可靠，大多數采用實際模型。

《電路分析》課程的基礎理論內容多，基本概念，基本定理多，因此，采用Multisim仿真技術，在《電路分析》課程教學過程中，針對電路的教學內容，創設實際電路問題情境，借助Multisim軟件實現不易看到或難以實際體驗的電路現象的模擬，使學生可以直觀觀察電路演化的復雜變化過程，增進學生對電路知識的動態探究和獲取知識的能力，以虛擬仿真實驗驅動，讓學生在模擬的情境下進行電路現象和電路規律的探究和學習。通過仿真技術的模擬實驗和相應的實驗操作，以及電路現象形象化的模擬，讓學生在教學過程中追尋知識獲取的過程，讓學生能夠切實感受到電路的變化和電路設計的過程，并掌握相關的操作技能，利用計算機軟件的優勢，培養學生基本電路設計和操作技能。下面以《電路分析》課程中的內容換路定則為例。換路往往發生在：電路結構突然變化，電路參數的突然改變或者電源的突然通斷等電路變換過程。通過筆者多年教學經驗發現，換路過程中的突變思想和條件，學生往往難以理解接受，而電路換路分析是判斷初始條件的前提，而初始條件是動態電路分析得到確定解答的必需條件，因此，換路定則是增強學生對動態響應特性的正確理解的重點內容,也是難點內容。

3.1電容換路過程仿真

電容電壓電流關系如圖 1所示。根據電容電壓的理論計算：

圖1　電容模型

得到電容換路瞬間的結論：換路瞬間，若電容電流保持為有限值，則電容電壓換路前后保持不變。學生對這樣的結論往往是一種被動的接受，而且需要很強的數學理論知識，以及電容電壓電流動態變化關系的理解?；诖?，可以借助Multisim仿真軟件對這種現象進行仿真說明，仿真結果如圖2所示。圖2(a)表示電路換路前電容接通電源，使電容帶上12伏電壓。圖 2(b)表示換路瞬間，電源短路，使電容短路。從仿真結果來看，電容在換路瞬間電容的電壓是不變的。從而通過虛擬仿真實驗的直觀再現，加深了換路前后電容電壓變化的規律。同時可以引導學生，這是因為電容的電能與電壓有關，而能量的釋放，需要時間，從而使換路前后電容電壓保持不變。

圖2　電容換路仿真

3.2電感換路過程仿真

電感的電壓電流關系如圖3所示。根據電感電流的理論關系計算：

圖3　電感模型

得到電感換路瞬間的結論: 換路瞬間，若電感電壓保持為有限值，則電感電流換路前后保持不變。對于電感這樣的結論，學生往往是被動的接受，而且與電容換路的結論容易發生混淆。為了使學生直觀理解，筆者使用了Multisim仿真軟件進行了電路仿真實驗設計。仿真結果如圖 4所示。圖 4(a)表示換路前，開關接通電源時，電感電流為1安。圖4(b)表示換路后瞬間，當開關斷開瞬間，電感的電流依然保持不變。仿真結果表明電感在換路瞬間，電感電流保持不變。進一步向學生說明的是，電感的磁能與電流有關，而能量的釋放，同樣需要時間，從而使換路前后電感電流保持不變。

綜上所述，得到換路定則：電容電流和電感電壓有限的情況下，換路前后，電容電壓和電感電流保持不變。

圖4　電感換路仿真

4 結語

《電路分析》課程理論性強，電路現象多且復雜，針對電路的疑難問題，采取Multisim虛擬仿真技術，通過設計電路仿真實驗，再現電路現象和規律，采用動態演示和循序漸進的探究教學模式，通過對設計相關電路問題，啟發學生通過虛擬仿真實驗，大力培養學生的創新能力和科學精神，同時培養學生的實踐能力。同時，新的虛擬仿真技術運用，也要求教師不斷提高自身素質，更新知識體系和內涵，不斷樹立創新理念，深挖《電路分析》的教材，運用各種計算機技術方法，加強教學改革觀念，使課堂教學體現求真、釋疑的科學思想，通過教學改革，不斷運用新技術，創新改革教學模式和教學方法，激活課堂創造的原動力，提升教學效果，有力地夯實學生的基礎，提高學生的實際能力。

[1] 邱關源.電路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2] 楊曉平.Multisim在電路理論教學中的應用[J].高等函授學報(自然科學版),2012,25(6):79-80,90.

[3] 顏芳,宋焱翼,謝禮瑩,等.基于Multisim的電路原理課程仿真實驗設計[J].實驗技術與管理,2013,30(5): 59-62.

Teaching mode exploration of circuit analysis based on multisim virtual imulation

The circuit analysis is a basic course of electronic engineering. To explore electromagnetic phenomenon of circuit analysis course, with the help of Multisim software virtual simulation, it can reproduce the circuit phenomenon and the circuit law and optimize the curriculum teaching content system in the implementation of teaching reform. It can achieve the objective of integrating the circuit analysis theory and circuit experiment. Also, It can promote students to understand and master the circuit theoretical knowledge, develop their thinking ability and effectively improve their understanding knowledge of circuit.

Circuit analysis; teaching reform; multisim

G642.0

A

1008-1151(2015)09-0146-02

2015-08-12

2015年湖南省普通高校教學改革研究項目立項資助(湘教通[2015]291號,383項), 2015年湖南文理學院教學改革研究重點項目(JGZD1504),湖南文理學院芙蓉學院教改項目(FRjg1415)。

彭光含（1973－），男（侗族），湖南洞口人，湖南文理學院物理與電子科學學院教授，從事電子教學研究。