虛擬仿真技術(shù)融入“電路分析”課程的教學探索

劉義才　張紅霞　陳鑫

摘 要 “電路分析”課程是機器人工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有較強的理論性和實踐性，同時教學內(nèi)容也較為抽象不易理解，但現(xiàn)階段實驗室條件難以滿足理論教學的要求。針對此問題，本文從理論課程以及實驗課程出發(fā)，結(jié)合虛擬仿真軟件Multisim在電路分析課程中的應(yīng)用，探索了理論課堂教學，線下虛擬仿真實驗與實體實驗相結(jié)合的課程教學模式。實踐結(jié)果表明：該課程教學模式能夠一定程度上激發(fā)學生的學習積極性，加深學生對知識的掌握程度，并且優(yōu)化實踐教學的效果.。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真 電路分析 教學探索

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.067

The Teaching Exploration of Virtual Simulation Technology

in the Course of "Circuit Analysis"

LIU Yicai， ZHANG Hongxia， CHEN Xin

（Department of Mechatronics Engineering， Wuhan Business University， Wuhan， Hubei 430056）

Abstract The course of "circuit analysis" is a professional basic course of robotics engineering， which has a strong theoretical and practical nature. At the same time， the teaching content is relatively abstract and difficult to understand， but the current laboratory conditions are difficult to meet the requirements of theoretical teaching. To solve this problem， this paper starts from the theory course and experiment course， combined with the application of Multisim in circuit analysis course， explores the teaching mode of theory classroom teaching， offline virtual simulation experiment and entity experiment. The practical results show that the teaching mode of this course can stimulate students' enthusiasm for learning to a certain extent， deepen students' mastery of knowledge， and optimize the effect of practical teaching.

Keywords virtual simulation; circuit analysis; teaching exploration

0引言

“電路分析”是機器人工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有較強的理論性和實踐性，同時教學內(nèi)容也較為抽象不易理解。[1，2]但是，對于在眾多高校里，工科院系都要開設(shè)電路分析等相關(guān)課程，由于班級眾多，受限于實驗場地以及相應(yīng)經(jīng)費等條件的約束，相應(yīng)的實驗設(shè)備難從數(shù)量得到滿足;同時由于實驗室設(shè)備為了維護方便，所涉及能完成的實驗更多的是驗證性實驗，學生只需按電路圖進行連線以及測試，難以開展設(shè)計性實驗，因此不利于學生創(chuàng)新思維的發(fā)展;如果學生對實驗原理不甚理解，容易在實驗操作過程中，損壞實驗設(shè)備，導致在規(guī)定時間內(nèi)完成不了實驗內(nèi)容。[3]

1基于虛擬仿真技術(shù)的電路分析課程教學模式

國家在中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）中指出要加快教育信息化的進程，強化信息技術(shù)在教學中的應(yīng)用，提高教師應(yīng)用信息技術(shù)的水平，改進相應(yīng)的教學模式和方法，提高教學效果。[4]Multisim是美國國家半導體公司推出的一款適用于電子電路虛擬仿真的軟件。因此基于此，本課題所提出的教學模式由“理論教學”“虛擬仿真實驗”以及“實驗室實體驗證”三個環(huán)節(jié)組成，其中虛擬仿真教學貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面以電路分析課程中的一階動態(tài)電路三要素法結(jié)合Multisim虛擬仿真軟件來簡單介紹該模式的具體實施方案：

1.1 理論教學

“電路分析”中的一階動態(tài)電路的狀態(tài)及響應(yīng)分析是該課程的重點教學內(nèi)容，但是由于知識內(nèi)容比較抽象導致學生難以理解透徹。[5-6]因此課堂上首先應(yīng)針對此部分內(nèi)容進行理論講授。

圖1 一階動態(tài)電路原理圖

如圖1所示電路已處于穩(wěn)態(tài)，時開關(guān)S由a切換至b，時電容電壓是如何變化的？（設(shè)圖中）。為了從概念上理解該問題更清晰，采用定性討論與定量分析相結(jié)合來講授該理論知識點。

1.1.1 定性分析

時開關(guān)S合于電壓源給電容C充電。由題意知電路已達穩(wěn)定，時電壓，電容上電荷，電流，開關(guān)S合于b， 電源接著再對電容C充電（因）。再看幾個特定時刻：