將Multisim引入到電路分析理論教學(xué)的探討

王丹，盧婧，楊士航

（成都工業(yè)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與通信工程學(xué)院，四川成都，611730）

0 前言

《電路分析》是電子信息工程類學(xué)生的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其學(xué)習(xí)的效果將影響后續(xù)課程如《數(shù)字電子技術(shù)》、《通信電子線路》等的學(xué)習(xí)[1]。而在有限的教學(xué)課時(shí)里，系統(tǒng)知識(shí)的完備性和各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的詳細(xì)教學(xué)往往是老師要處理的一對(duì)矛盾。為在有限的課堂時(shí)間，讓教學(xué)更生動(dòng)、深刻，本文探討引入Multisim來輔助理論教學(xué)[2]。

Multisim已廣泛應(yīng)用于高校電類課程教學(xué)中，其安裝簡(jiǎn)單快速的特點(diǎn)使其能走出實(shí)驗(yàn)室，方便用于個(gè)人電腦或多媒體教室。

以往Mutltisim的使用主要是用于實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，進(jìn)行一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，和理論課有一些脫離。在大三大四學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課中，對(duì)涉及到的電路分析回顧的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)其知識(shí)遺忘得很多。

新冠疫情下的2020年，在線教學(xué)更是對(duì)傳統(tǒng)方法的教學(xué)效果提出了挑戰(zhàn)。盡管有雨課堂、騰訊課堂、騰訊會(huì)議等平臺(tái)，可以很好的支持在線授課，但在知識(shí)講解時(shí)，學(xué)生的注意力、理解和消化能力存在差別。除了增加上課的互動(dòng)，還要進(jìn)一步思考知識(shí)點(diǎn)的傳授方式。本文將Multisim引入到理論課的教學(xué)中，輔助知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證，使得學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解都更深刻。本文以KVL定理為例，探討引入Multisim的教學(xué)效果。

1 Multisim在KVL定理教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)方式中，講授了KVL定理之后通常選擇一個(gè)例題來幫助學(xué)生消化此定理，學(xué)生課堂上的互動(dòng)情況，第2次課上課知識(shí)點(diǎn)回顧情況，以及知識(shí)點(diǎn)回顧中采用Multisim輔助教學(xué)三個(gè)階段隨機(jī)抽查學(xué)生提問情況見表1所示。

表1 各教學(xué)階段和教學(xué)方法中學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況調(diào)查表

通過上述表格，反應(yīng)了學(xué)生在幾個(gè)階段對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，分析原因如下：第一，例題講解中學(xué)生不能跟隨老師消化知識(shí)點(diǎn)，第二，課后沒有及時(shí)復(fù)習(xí)，導(dǎo)致第二次課堂知識(shí)點(diǎn)回顧中學(xué)生不能掌握該知識(shí)，第三，Multisim驗(yàn)證所需時(shí)間只要1～2分鐘，學(xué)生容易注意力集中，且軟件中例題更直觀生動(dòng)，學(xué)生能快速掌握KVL定理的內(nèi)容。例題在Multisim中再現(xiàn)如下。

電路如圖1所示：已知uS1 =12V，uS2=6V，R1=0.2Ω，R2=0.1Ω，R3=1.4Ω，R4=2.3Ω。求電流i 和電壓Uab 。

圖1 例題中的電路圖

假設(shè)回路順時(shí)針繞行，按照KVL的定義有：

可計(jì)算得出

對(duì)于左邊電路（圖2）：

圖2 例題中部分電路圖

又有：

可計(jì)算出uab=9.6V。

為了同學(xué)們便于理解，本文在Multisim進(jìn)行驗(yàn)證，第一種驗(yàn)證方法是把圖中除源的器件測(cè)試其兩端電壓，如圖3。

圖3 Mulisim中電阻電壓測(cè)試

需要注意的是，萬用表測(cè)電壓的時(shí)候，統(tǒng)一按照正極接器件的電流流入端，負(fù)極接器件的電流流出端。根據(jù)仿真圖結(jié)果，測(cè)得的電壓和計(jì)算電壓一致；如果把測(cè)得得電壓帶入KVL 方程，有（12-6）V=（0.3+0.15+2.1+3.45）V。

此方法中，把電源U1看著電壓升，電壓U2與電壓U1方向相反，可看著電壓降，其他器件全部為電壓降。

第二種驗(yàn)證方法，不考慮是否為源，圖中所有器件全視為二端器件，測(cè)試每一個(gè)器件得電壓，如圖4。

圖4 Mulisim中所有二端器件電壓測(cè)試

同樣，萬用表測(cè)試器件電壓得時(shí)候，表的正極接電流流入端，負(fù)極接電流流出端。根據(jù)仿真圖可以看出，-12+0.3+6+0.15+2.1+3.45=0。測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果一致，且都滿足KVL定理。

通過上面的Multisim仿真演示，進(jìn)一步驗(yàn)證了KVL定理的內(nèi)容，以及KVL定理的應(yīng)用以及閉合回路KVL等式的例寫。通過Multisim中的演示，同學(xué)們都能熟記KVL定理的內(nèi)容，在我后來課堂知識(shí)點(diǎn)回顧的時(shí)候，隨機(jī)點(diǎn)名起來的同學(xué)都能回答出KVL定理的內(nèi)容，也能過通過課后習(xí)題的完成情況了解到他們對(duì)KVL定理的掌握。

教師提前在Multisim中畫好電路圖，演示過程只需要一到兩分鐘，但達(dá)到的教學(xué)效果以及給同學(xué)們留下的印象卻是勝過老師多花十分鐘多講一個(gè)例題，或者同學(xué)下來花更多時(shí)間多做幾個(gè)習(xí)題。

3 結(jié)論

在《電路分析》理論課堂上適當(dāng)?shù)膽?yīng)用Multisim平臺(tái)對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，能更大程度的加深同學(xué)們對(duì)新知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到事半功倍的效果，也是電路分析課程教學(xué)改革的有效手段[3-4]。