Circuit Wizard在電子技術線上教學中的應用

達正花 馬玲 何繼愛

摘? 要? Circuit Wizard仿真軟件被引入電子技術線上教學，有助于學生理解晦澀難懂的電路理論，同時解決線上教學不具備實驗設備的難題，為學生線下預習和復習提供便利。其形象逼真的組件庫和仿真功能，為提升學生實踐能力保駕護航，從而提高教學效率和教學質量。此外，Circuit Wizard軟件也適用于輔助電子技術線下的教學和學習。

關鍵詞? Circuit Wizard；電子技術；線上教學；仿真實驗

中圖分類號：G712? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）16-0060-04

0? 引言

電子技術課程是機電、通信、電子信息等專業必修的基礎課，是一門實踐性很強的課程，不但需要掌握電路理論基本知識，更要掌握工程實踐技能，實踐操作是該門課的重要組成部分。2020年初，因防控新冠肺炎疫情的需要，各類學校延期開學。其間教育部發出“停課不停學”的倡導[1]，學校紛紛采用線上教學，線上教學成為疫情防控期間教學的最佳選擇。電子技術課程線上教學由于不具備線下實驗環境，致使電路設計及驗證很難實現。為了保證教學質量，線上實踐只能采用虛擬仿真實驗。目前，高校教學中普遍使用Multisim和Proteus仿真軟件，這兩款軟件組件齊全，仿真功能強大[2]，

是專業級的仿真軟件，安裝和運行需要內存都比較大。如果需要仿真和設計的電路比較簡單，就沒有必要安裝專業仿真軟件，這個時候Circuit Wizard就顯示出它小巧靈活和便捷的優勢。

Circuit Wizard是一款體積小巧、功能齊全的電路仿真軟件，特別適合教學課時緊張的電子技術課程教學和學習使用。如圖1所示，Circuit Wizard界面直觀，組件和儀器逼真，操作簡單，不需要構建電路網絡的專門技能。新建項目包括電路設計、PCB板設計、產品設計和程序設計四部分，每一部分都有具體的設計模板，如電路設計部分包括電子線路圖、印刷電路板布局和實驗電路板設計等模板，用戶只要打開對應的設計模板，就可以按照自己的意愿設計電路。

在Circuit Wizard組件菜單中具備常用的組件設備，如電源、電阻、半導體、邏輯門和儀器儀表等，用戶只需從組件庫中選取所需器件，將它們連接在一起，繪制出電路圖，然后啟動仿真按鈕，即可開始模擬電路工作過程或動畫，并能輕松測試和完善電路。此外，Circuit Wizard還提供用于分析PCB電路性能和布線板的各種儀器，并生成簡單的“物料清單”電子表格，其中包含指定設計中組件的特性，便于電路設計項目的成本預算和實施。

將Circuit Wizard軟件引入電子技術線上教學，教師在講解電路工作原理的同時，可以用Cir-cuit Wizard軟件來演示電路的工作過程，讓學生在聽教師講解內容的同時也能通過仿真軟件的演示“看到”電路的工作過程，這種教學方式有利于活躍課堂氣氛，調動學生學習的積極性和主動性。需要實驗驗證的理論和設計的電路，可以讓學生自己用Circuit Wizard軟件進行仿真驗證和設計。仿真實踐增強了學生對常見儀器儀表的使用方法及電子線路的分析能力，有助于培養學生電路設計、分析及調試的實踐技能，可以替代實際教學實驗設備。

1? Circuit Wizard在線上教學過程中的應用

1.1? 輔助教師制作教學課件資源

不論線下還是線上教學，高質量的教學課件都是有效開展教學的基礎。由于線上教學中教師不能直接面對學生講授，而呈現在學生面前屏幕上的主要是教學課件，因此，對線上教學來說課件尤為重要。線上課程由于教學平臺、設備和網絡等因素限制，不能設計過多的實時互動環節和理論講述，還要將教學內容講解清楚，保證教學質量，這更需要高質量的教學課件。

電子技術課程中有大量元器件符號圖、電路構成圖、電路原理圖和儀器儀表圖等，這些圖在課件制作過程中往往需要耗費大量的時間和精力，即使使用專門的繪圖工具，也是比較耗費時間的。由于Multisim和Proteus仿真軟件中元器件符號和我國的元器件符號有差異，也不能直接用它們來繪制電路圖。而采用Circuit Wizard仿真軟件繪制電路圖，會非常方便。操作過程是先新建一個電路設計項目，將需要繪制的元器件和儀器儀表直接拖到項目區，按需要布局好組件連接即可，然后復制粘貼到課件，非常方便，省時省力。此外，還可以將電路搭建過程和仿真過程用屏幕錄制軟件錄成小視頻，嵌入課件，便于教學和學習。用Circuit Wizard繪制電路圖，不但可以降低教師制作課件的工作量，還可以提升課件的質量。

1.2? 通過電路仿真和動畫演示，加深學生對電路工作原理的理解

線上教學，課堂學習氛圍營造比較困難[3]。線上課堂師生無法實時進行情緒互動，教師也無法了解每個學生的掌握情況，只能憑經驗來判斷。對學生而言，在聽教師講授內容的同時要看屏幕上的教學內容，由于電子產品屏幕所限，并不能準確獲得

教師的非語言信息，如果是單純的理論講授，學生更容易走神，嚴重影響教學和學習效果。為了增強教學效果，線上授課中呈現在屏幕上的教學內容要豐富、直觀和明確。而Circuit Wizard仿真軟件就可以做到將教學內容非常直觀地演示出來。如在講解三極管正常工作需要加合適的偏置電壓時，搭建好三極管放大電路，用Circuit Wizard軟件自帶的示波器觀看電路輸出波形，通過調可變的偏置電阻，使三極管輸出波形在正常和失真間相互轉換，讓學生分析輸出波形失真的原因，從而得出三極管工作的偏置條件。還可以通過軟件自帶的動畫演示電路中電流過程，直觀模擬電路工作效果，有助于提升學生興趣并加深學生理解電路工作原理。

1.3? 有利于教師創建和分析電路原理圖

電子技術教學過程中講解電路的構成和分析電路工作原理是必不可少的環節，在線繪制電路圖和分析演示電路過程更非易事，大部分教師在課堂上并不能準確直觀地繪制出復雜電路的原理圖和分析過程，這也是部分學生覺得電子技術晦澀難懂的原因之一。在電子技術線上教學中，如果采用Circuit?Wizard仿真軟件，將很容易繪制電路構成圖，并通過仿真演示電路工作過程，使學生直觀地觀察電路的構成和工作過程，有助于加深其對教學內容的理解。

此外，Circuit Wizard平臺還提供電壓值仿真、電流值仿真、邏輯值仿真和實際電路仿真等不同模板供用戶選擇。這些功能對于分析電路工作過程中電壓變化、電流變化和邏輯值的變化非常直觀，一目了然，對學生理解電路原理非常有益。如在講到用555定時器構成多諧振蕩器時，教師可以邊搭建電路邊講解，電路搭建好后啟動仿真按鈕，學生就可以在虛擬示波器上清楚直觀地觀測到電路的振蕩波形，如圖2所示。教師搭建電路的過程有助于學生了解多諧振蕩器電路的構成，仿真演示讓學生直接觀察到自激振蕩的結果，通過調節可變電阻還可以看到振蕩波形的變化。接著讓學生自己動手搭建555定時器的其他應用電路并分析影響結果的因素。在整個教學過程中，學生調動了眼、耳和手等多種感覺器官，多種感覺器官的參與有助于信息的加工和理解，保證電子技術線上教學的質量。

2? Circuit Wizard用于學生仿真實驗

電子技術是一本實踐性很強的課程，不僅需要學生掌握電路原理的分析和構成，更注重學生掌握各種電路的實際應用，其實踐操作也是后續專業課程設計中必須具備的基本技能。線上教學雖然無法進行實際實驗，但可以用Circuit Wizard仿真實驗替代，模擬出大部分電路效果，觀察輸出和波形的變化。圖2所示為555定時器構成的自激多諧振蕩器的電路結構和輸出波形圖，其中R1和VR1是外接定時電阻，C2是外接定時電容，它們構成充放電回路。在Circuit Wizard軟件中搭建好仿真電路，啟動仿真開關，雙擊示波器，可得輸出波形。鋸齒波形為電容C2上的電位信號，矩形波為定時器3端輸出的電位波形，顯然電路無須激勵，自動產生脈沖信號。發光二極管明暗交替變化也定性說明電路產生振動脈沖。通過調節VR1可以改變振蕩頻率。振蕩頻率可以通過示波器測算出來，測算出來的頻率值可以和振蕩頻率理論值f=1/[0.7（R1+2VR1）C2]作比較[4]。

此外，還可以用虛擬實驗板搭建電路進行實驗，如圖1所示。由于Circuit Wizard中仿真組件和儀器非常逼真，在Circuit Wizard中搭建Element-ary Circuit和Breadboard Circuit實驗電路，就像擁有真實的實驗臺一樣進行實驗操作，可以彌補線上實驗設備的不足，鍛煉學生的工程實踐能力。

3? Circuit Wizard在電子技術課程設計中的應用

電子技術課程設計是提升學生綜合應用專業知識和操作實踐能力的重要環節，可以培養學生的工程實踐觀念。課程設計不但要求學生掌握必要的電路理論知識，也需要學生具備應用知識的實踐能力。在實際應用知識的過程中，學生除了分析電路原理圖，還需要了解所需元器件和集成電路的性能指標、典型應用、連接方法、元器件布局、調試方法等。這些過程必須通過實際操作才能掌握，而Circuit Wizard軟件可以彌補線上教學實驗設備的不足。

圖3就是在Circuit Wizard仿真平臺上用555定時器、兩塊CD4026譯碼器、兩個七段數碼顯示管和若干電阻設計的兩位十進制計數器的設計仿真圖，其計數脈沖來自555型自激振蕩器產生的脈沖，其中VR1用來調節計數頻率，SW1為復位按鈕。在整個電路設計過程中先要進行功能分析，根據功能要求挑選電路所需組件，創建電路原理圖，設置組件參數進行仿真調試，結果滿意則可以轉換成PCB電路設計圖。

4? 結束語

Circuit Wizard仿真軟件在電子技術線上教學中應用的優點有三：一是教師在講授電路原理過程中可以適當采用Circuit Wizard仿真電路的動畫演示以及仿真工作過程，觀察輸入輸出之間的關系，調節教學氣氛，加深學生理解電路原理；二是學生可以在Circuit Wizard仿真平臺中使用虛擬元器件、虛擬儀器在虛擬的面包板上搭建電路或者進行仿真實驗；三是學生可以用Circuit Wizard軟件進行電路原理圖的設計、創建和仿真，以此來增強實際動手能力，培養工程實踐觀念，將理論知識轉換為實踐能力。Circuit Wizard軟件不僅可以用于電子技術線上教學，也可以輔助電子技術線下理論和實踐教學。雖然Circuit Wizard仿真軟件小巧，器件庫中的元器件和儀器數量并不是非常齊全，對于一些專業設計和復雜仿真來說有些不足，但對于電子技術教學和初學者來說，Circuit Wizard的功能已經足以滿足基本的使用需求。

參考文獻

[1] 祝智庭，郭紹青，吳砥，等.“停課不停學”政策解讀、關鍵問題與應對舉措[J].中國電化教育，2020（4）：1-7.

[2] 吳副高，張明增.Multisim電路仿真及應用[M].北京：航空工業出版社，2015：193-195.

[3] 韋芙芽，孫士平.電子線路CAD線上線下混合教學模式探索[J].中國教育技術裝備，2020（22）：71-73.

[4] 張彥麗，盧建勤，吳仁君.電子技術基礎[M].北京：航空工業出版社，2020：226-227.

作者：達正花，蘭州職業技術學院，副教授，研究方向為電子信息教學；馬玲，蘭州職業技術學院，講師，研究方向為電子信息教學；何繼愛，蘭州理工大學，教授，研究方向為信號處理（730050）。