基于Multisim仿真軟件的電路實驗教學的改革與探索

王建華 徐海濤 鄧海東 趙 靜 龍擁兵

（華南農業大學電子工程人工智能學院 廣東·廣州 510642）

0 引言

電路是電子類專業中一門實踐性非常強的專業基礎課，其教學效果的好壞，學生接受程度的高低，將直接影響學生后續各類相關專業課程的學習效果。電路實驗課程是電路課程配套的實踐教學課程，是聯系課堂理論教學的橋梁，也是檢測學生將自己所學電路知識綜合應用于分析和解決問題的一門基礎實踐課程。它是學生學好電子類專業其他后續課程的重要基礎，對學生培養電路的分析、設計和實際應用的能力具有非常重要影響。

在當前電路實驗教學中，電路實驗教師一般采取如下電路實驗教學方法：教師首先向學生介紹和講述電路的相關實驗目的、實驗原理、實驗儀器和實驗方法，然后由學生按照操作步驟進行實驗，完成實驗內容；最后學生完成實驗，得到實驗結果。然而，這樣的電路實驗教學方式存在如下的一些問題：

（1）實驗方式單一，學生只需按照指導書逐步操作，機械的完成，即可得到驗證性的結果，實驗中啟發式教學較少，學生發揮的空間小，創新性思維缺乏。

（2）實驗學時嚴重不足，通常一個實驗僅有2個學時，學生在準備不充分的情況下，通常很難在有限規定的時間內完成實驗，實驗效果通常難于得到有效保障。

（3）實驗場地的不足，實驗設備的缺乏、實驗條件的有限等，制約了電路實驗的數量和質量的完成，使得學生實驗中存在“濫竽充數”混實驗的現象，實驗的質量難以保障。

（4）電路實驗中元器件較多，功能較單一，電路參數復雜，設備維護費用高、損耗大、功能不全等，使得完成一個實驗，特別是綜合性和創新性實驗，需要多種元件、儀器設備共同組合起來完成設計，不但成本高，使用也極不方便，一般情況下很難得到滿足實現。

（5）學生在教師所設計好的實驗模式的狹小范圍內進行實驗，思維限制地驗證實驗結果，不利于學生創造性思維能力。且在實驗過程中，實驗教師出于管理方便和學生安全考慮，通常會嚴格要求學生按照操作規程進行，不允許學生擅自改動電路，也更大大限制了學生對分析問題能力的培養。

（6）實驗教學過程中存在實踐演示與理論講授相脫節的弊端，實驗過程中又難于通過實驗操作方式向學生展示理論知識的直觀應用效果等，造成教師知識講授枯燥無味、學生沒有興趣學習，整體實驗教學效果不佳等問題。

由于上述這些因素會打擊學生的學習積極性，限制了學生對新事物、新知識進一步的探究，不利于學生創新思維的培養。這就需要我們不斷改進我們當前的實驗教學內容，研究新的教學實驗方法與手段，以滿足我們當前不斷提升的電路實驗課程需求，從而提高我們當前電路實驗的教學質量與效果。隨著當前電子技術的飛速發展，新器件、新電路等不斷涌現，具有強大設計、分析、仿真電路功能的Multisim電路仿真軟件的出現，可以為上述這些問題的解決開辟了新的路徑。

1 Multisim軟件引入課堂的優點

Multisim電路仿真軟件是加拿大的Interactive Image Technologies公司開發推出一款面向 windows系統且專門用于電子線路仿真與設計的自動化軟件。該軟件擁有一個完整的電路設計系統和強大的電路仿真和分析能力，可以無縫實現從電路原理圖到PCB布線工具包的數據轉換與傳輸功能。該軟件克服了傳統的電子產品設計受實驗室客觀條件限制的局限性，不需要實驗場地，可直接利用軟件中自帶的虛擬元件，器件搭建各種電路，并用其自帶的虛擬儀表和仿真分析方法進行各種參數和性能的電路進行測試，從而快速實現相關仿真。

在電路實驗課程中，把Multisim仿真軟件引入電路實驗教學，具有如下優點：

（1）可以彌補了傳統電路實驗室中存在的實際儀器落后、元件損耗太大等各種的不足，有效拓展實驗教學內容，節省大量的實驗資源，提高實驗教學效率。

（2）可以克服傳統的電子電路的設計受實驗室客觀條件限制的缺陷，突破了空間的限制，不需要實驗場地，就可以實現使用虛擬的元件搭建各種電路，使用虛擬的儀表和仿真分析方法進行各種參數和性能指標的測試，實現隨時隨地實時電路設計，仿真和分析功能，提高實驗教學效率。

（3）可以降低因學生操作方面失誤而導致的設備損壞或人員傷害，可以在一定程度上節約儀器維修和器件更換等方面費用，從而大大減輕高校在實驗室設備方面的投資壓力。

（4）可以在相同的實驗課時內，更好地擴充實驗內容，使當前的實驗內容更加完備，可以大量節省實驗的資源，提高實驗的教學質量與效率。學生可以根據自己的興趣和愛好，選擇和設計一些不同類型的電路實驗來做，這將有助于培養學生的自主創新的思維和開發能力。

2 基于Multisim的電路實驗教學內容改革

2.1 充分利用Multisim軟件，合理擴展原有的實驗內容

充分利用Multisim軟件，合理擴展原有的實驗內容。可根據教學的需要，將原有的實驗內容，設計出如驗證型實驗，故障排除型實驗，設計型實驗和綜合型實驗等多種形式實驗，并在原有的實驗內容基礎上增設軟件仿真功能，使得原有的每個實驗既需實操實驗，又需完成軟件仿真功能，以一種更加真實、準確和形象的方式反映每個實驗的本質，從而激發學生的學習積極性、提高學生自主創新意識，從而達到開展電路實驗最大預期目的。例如：在直流電路實驗中，將“戴維南定理實驗”和“疊加定理實驗”設計成驗證型實驗并增設軟件仿真功能；在暫態電路實驗中，將“RC一階電路的頻率特性的研究”和“RC二階電路的頻率特性的研究”設計成設計型實驗并增設軟件仿真功能。

2.2 充分利用Multisim軟件，合理增設軟硬結合型的實驗

充分利用Multisim軟件功能，合理增設軟硬結合型的實驗。在當前以硬件實驗箱為產現對象的基礎上，利用Multisim軟件功能，合現增設軟硬結合型的實驗，使學生在熟悉掌握Mulitisim電路仿真軟件基礎上，并將當前電路實驗的實操電路和仿真電路的兩種方式歸納為一個實驗，通過現場對比分析實操電路和仿真電路兩者，加深對計算機輔助設計軟件的理解和應用，認識了兩者之間的差異，以激發了學生的積極性、培養學生的綜合能力，提高學生自主創新意識。例如在“戴維南定理”實驗中實際電路的接法與仿真電路中的電源內阻、元器件阻值、儀表測量誤差等因素都會影響兩者間的不同結果，以激發學生的積極性、提高學生的創新意識，從而達到開展電路實驗最大預期目的。

3 基于Multisim的電路實驗教學方法改革

3.1 實施以實操與仿真實驗有機結合的教學方法

電路實驗課程是電類專業中的第一門重要專業基礎實驗課程。針對大部分學生對一些儀表、元件、電路連線，電路的基本的測量方法知之甚少的問題，提出在電路實驗中應堅持實施以實操實驗與仿真實驗有機結合的教學方法的原則。將課程的重點放在強化實操基礎實驗練習，同時加強計算機仿真實驗教學在實驗室實踐教學應用力度。把基于Multisim仿真實驗和基于傳統實操實驗進行有機地結合起來，可以取長補短，充分發揮兩種教學方法的優勢，讓學生更好地受益于電路理論及其實驗訓練，更好地培養學生運用電路理論知識和實際操作電路知識能力。

3.2 實施軟硬件相結合的教學方法

針對當前電路實驗教學中多采用單一實驗箱硬件作為實驗對象進行教學的問題，提出了一種基于軟硬件相結合的教學手段。通過在實驗過程中引入使用電路設計與仿真功能強大的Mulitisim軟件，突破傳統時間和空間的限制，使學生可以隨時隨地利用軟件來進行各種仿真實驗，實物驗證，縮短實驗時間，真正掌握實驗內容，進而提高實驗教學效果。該教學方法既可以節省大量的實驗資源，降低實驗設備的損壞率，還可以激發學生的學習的積極性，培養學生的自主創新能力和實際解決問題的綜合能力，從而達到提高電路實驗教學質量的目的。

4 結束語

電路實驗課程教學是一門聯系電路理論教學的重要橋梁。本文在研究和分析當前電路實驗教學存有一些問題以及Multisim軟件功能特征基礎上，開展了基于Multisim仿真軟件的電路實驗教學的改革與探索。提出一些關于電路實驗教學內容與教學方法改革的具體內容和方法，其主要目的是為了提高電路實驗教學的質量，加強培養學生應用現代最新分析手段進行獨立分析和獨立解決問題的能力。該探索它可以彌補傳統電路實驗中的不足，是實現電路實驗研究型教學的一種行之有效的辦法，也是當前實驗教學改革的重要方向之一。