新工科背景下Multisim 在電工電子技術課程教學中的應用研究

闕慧穎 張政

摘要：在新工科背景下，對應用型本科院校的人才培養提出了更高的要求。針對電工電子技術課程的特點及教學現狀，利用Multisim軟件對教學過程進行優化，可進一步激發學生學習興趣，提升教學效果。文章首先介紹電工電子技術課程和虛擬仿真技術的特點，重點闡述了Multisim在電工電子技術教學中的應用，包括理論教學中利用仿真技術創新設教學情境，在實訓練習中建立模擬平臺，在數字電路中使用項目教學法等。

關鍵詞：Multisim；新工科；電工電子技術；仿真；課堂教學

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）11-0164-03

0 引言

在國民經濟產業轉型和新舊動能轉換的大背景下，為應對我國“新經濟”的快速發展，“新工科”這一理念應運而生，其目的是培養能夠適應、引領未來工程需求的工科人才[1-2]。在新工科背景下，地方應用型本科院校對于應用型人才的培養，不僅要求學生具有一定的理論基礎，還要求具有實踐創新能力。如何利用現代化的手段輔助教學、加強理論知識與課程實踐的聯系，進一步提升課程教學質量，是高校課程教學過程中所面臨的新挑戰。

電工電子技術課程是大部分高校針對工科專業所開設的專業必修基礎課，具有理論抽象、實踐性強、知識點密集等特點，既有很強的理論性，又具有較強的工程實踐性[3]。昌吉學院歷來都是選擇將理論知識教學和實訓練習相分離的教學模式，但在教學過程中發現，通過單一的理論知識教學，無法激發學生對課程學習的興趣。顯然，這種教學方式是與“教學做一體”的思想相脫節，且以傳統的板書、PPT為主的教學方法，在對電路波形、電路狀態進行展示時，具有不直觀和不靈活的缺點。而在實訓練習過程中，盡管可以使用電學實驗器材、實物演示等進行教學，但是由于現實條件的約束，只能搭建簡單的電路，與此同時還伴隨著電路參數難調節、電路元器件易損壞等缺點，教學過程中也伴隨著安全隱患。

隨著計算機技術的發展，在現代課程教學過程中，使用計算機軟件輔助教學可以很大程度上提升教學質量。美國國家儀器（NI） 有限公司開發了一款在實際工程應用中備受青睞的電子電路仿真設計軟件——Multisim，具有形象直觀的特點[4]。在電工電子技術課程中引入Mulisim 仿真軟件，對電路進行仿真模擬，可以將抽象復雜的理論知識生動、形象地展示出來，能夠提升學生的學習積極性，幫助學生理解抽象的理論知識，能夠在輕松愉悅的氛圍下夯實知識儲備、提升知識素養，有效地實現教學目標，進而提升學生綜合應用知識的能力以及創新意識。

1 Multisim 在電工電子技術教學中的應用

目前，針對電工電子技術教學活動中出現的理論與實踐結合不足的問題，很多一線教師摸索出項目教學、翻轉課堂、任務導向等各種教學方法[5]，事實也證明教學方式的不斷創新和改進促使教學效果在一定程度上得到提升。但是，教學方式的改革的重心不能僅放在學生對理論知識的掌握情況，更要注重理論與實踐相結合，達到促進學生全面綜合發展的目的。這就要求教師進行積極探索和創新，將電路仿真技術融合在課堂教學過程中，充分發揮仿真軟件的優勢，進一步加深學生對電路基本知識的理解，潛移默化地培養學生的自主能力、創新能力，提升教學效果。

1.1 以學生為中心，理論教學中創設虛擬教學情境

教學實踐證明，前期知識的積累和儲備能夠增強學生對學習的信心。電工電子技術課程具有很強的理論性和應用性，章節之間知識點聯結較為緊密，如果前期理論知識不扎實不牢固，影響學生整門課程的學習效果。在學習這門課程的初期階段，學生可以憑借高中電路知識的積累對課程內容進行初步把握，但是從復雜電路開始，由于難度的提升就容易讓學生在心理上產生排斥，因此，教師在開展理論教學過程中，可以運用仿真軟件創設教學情境，激發學生學習興趣，把枯燥抽象的理論知識生動形象地展示出來，為課堂教學的有序進行提供保障。

例如，在關于“等效電路”相關知識點進行教學時，可運用Multisim仿真軟件將電路真實狀態模擬出來，通過虛擬仿真，將無法用語言描述的直流電路動態變化直觀生動地展示出來。首先讓學生根據課本例題自主搭建電路，通過自主設置電路中的電阻阻值、電源參數等數值，驗證電路結果是否一致，使得學生更好地理解電壓源和電流源的等效原理。在教學過程中創建情景模擬，學生不僅可以更好地掌握理論知識，還可以在虛擬情境中深入了解掌握實踐操作的原理，同時循序漸進地解決教學重難點，夯實學生的實踐操作能力。

1.2 理論聯系實際，實驗教學中建立Multisim 仿真平臺

電工電子技術是一門理論教學與實訓實驗相結合的綜合課程，理論與實驗相輔相成，相互促進，理論知識指導實驗課程開展，實驗課程驗證理論教學。在實驗教學過程中，學生需要熟練地掌握實驗儀器的使用，熟悉各種元器件的參數和指標，以及基本電路的調試方法，同時存在因學生操作失誤或操作不當引發的電路安全隱患，這在一定程度上增加了實驗教學的困難。因此，在實驗教學過程中，通過建立模擬平臺，學生通過使用Multisim軟件進行電路仿真，能夠讓學生更加直觀地理解電路中各元器件的作用，豐富教學內容，更好地促進實驗與理論知識的相互融合，從而進一步激發學生學習積極性和主動性，提升教學效果。

例如，以Multisim仿真NPN單管共射集放大電路為例，在進行實訓前要求學生對放大電路的工作原理有較好的掌握，并且要求會畫直流通路和交流通路。教師可以充分運用Multisim軟件進行實踐教學來深化理論知識，具體做法是在理論內容講解之后，組織學生運用Multisim軟件分小組開展仿真探索實驗。通過仿真軟件的運用，學生能夠對電路中各個元器件的作用原理有更加明確的認識，以及對基本電路中各點電位、電流及輸入輸出波形有全面直觀的了解。通過實訓練習對所學理論知識進行鞏固，學生能夠從設計者角度全面分析電路、解釋數據和波形。

1.3 運用項目驅動法，提升學生綜合運用知識的能力

數字電路是電工電子技術課程中較為重要的模塊，但因受到儀器設備和實驗條件等因素的影響，在實驗項目教學計劃安排中驗證性實驗占較大比重，學生只須簡單地參照電路圖搭建電路，通過對實驗現象的驗證來完成實驗，無疑這種實驗教學模式會讓學生缺乏主動思考的意識，且削弱了學生的動手能力以及創新能力，教學效果不理想。教師可采用項目驅動教學法，依據Multisim軟件設計綜合型實驗，激發學生主動思考的意識。與傳統的教學方法相比，最大的區別就是在教學過程中，項目驅動教學法是以學生作為課堂的中心，教師主要起到引導輔助教學的作用，學生的學習熱情和創造性在最大程度上得到提升[6]。因此，運用項目驅動教學法，可以鍛煉培養學生獨立分析、解決問題的能力，切實加強學生對理論知識的實踐應用能力。

例如，在數字電路的實驗教學章節中，二進制加法計數器的設計是教學的重難點，也是學生知識點掌握較為薄弱的部分。根據實驗設計的要求，利用Multisim對實驗項目進行仿真，首先列出異步二進制加法計數器狀態表，根據計數狀態連接仿真電路圖，使用邏輯分析儀可以形象直觀地對仿真工作波形進行觀察。在數字電路教學過程中，結合Multisim仿真軟件的使用，在進行實驗箱操作的同時不僅可以幫助學生更加直觀地觀察各點的輸入輸出波形，還可以通過仿真軟件上數據反饋等信息及時發現線路存在的問題，對電路進行優化升級，進一步加深學生對理論知識的印象，激發學生自主設計的興趣，有助于學生對電工電子技術課程的綜合性把握，學會設計電路，調試電路，夯實學生對知識的綜合應用水平與能力。

2 教學過程的優化

教學過程的優化，其目的就在于讓學生更好地汲取知識，獲得綜合運用知識的能力，其關鍵還在于學生本身，而教師在其中主要起到輔助學生學習知識的作用。所以，如何激發學生的學習興趣，培養自主學習的能力是教學過程所需要突破的關鍵一環。將Multisim軟件仿真融入教學過程中，不僅僅是簡單地在教學過程中添加這一環節，而是對傳統課堂的重構，對整個教學過程的優化，一般包括課前、課中和課后三個部分。在教學的具體過程中，對教師的教學方法和授課技巧都有一定的要求，這樣才能更好地提升教學效果。下面以“電路基本分析方法”這一章節為例，具體闡述整個教學環節的實施過程。

2.1 課前注重學情分析，激發學習興趣

課前，教師可利用雨課堂、智慧樹等學習平臺引導學生自主完成課本主要知識，根據測試結果對學情有大致的分析，進而確定講課內容。通過學情分析，可提升課堂效率。依據教學內容的難易程度，將教師課堂講授學時縮減，學生能夠通過線上視頻或其他渠道完成自學的內容，教師就沒有必要再進行授課，而是需要在此基礎上進行延伸。學生在完成自學任務的同時，可在網絡平臺進行互動交流，提出疑問，帶著問題進課堂，教師要做的就是在課堂授課過程中對學生的疑問進行解答。此外，通過教學實踐，發現學生對有知識儲備和積累的知識點更容易接受且有更進一步學習的興趣。關于電路的基本理論知識的學習，學生在中學時就已經涉及，將中學所學知識作為課堂引入，可以提升學生對本堂課的學習興趣。例如，通過引入中學時學習過的歐姆定律，引入本節課要講授的基爾霍夫定律，同一電路使用兩種方法去分析，有助于學生更好地理解兩定理之間的聯系和區別，加深印象。

2.2 課上注重教學方法，優化教學過程

課中，主要是課堂教學過程，可根據課前的學情分析，對重難點開展課堂教學，比如基爾霍夫定律、等效電路的基本概念等。使用多種教學手段，翻轉課堂，將課堂內容分模塊進行教學，摒棄之前老師講學生聽的教學方法，根據知識點的難易程度分階段教學。將教學重點放在如何引導學生主動發現問題，自主尋找答案的教學過程中。在課堂的導入環節就可以使用學生課前提出的疑問作為引入，這樣容易引起學生共鳴。簡要回顧知識點后，以小組合作的形式利用Multisim軟件搭建仿真電路，通過改變電路阻值和電源參數，分析電路中電壓與電流之間的關系，讓學生自己總結規律并進行歸納，最后利用所學的電路定理進行驗證。之后，教師拋出問題：“電壓源與電流源為什么等效？”在經過小組討論后，安排對戴維南等效電路的習題解答，通過分析討論、頭腦風暴等，完成習題解答，進而實現知識的內化與遷移。

2.3 課后注重教學反饋，增強知識鞏固

課后，對教學過程的優化不容忽視的一步是學生的評價反饋環節。教學反饋不僅是對知識點的簡單鞏固，而是對課堂學習效果進行剖析，對學生的學習軌跡進行分析，以便完成下一步的教學計劃。利用課后習題考查學生對知識點的掌握程度也是很有必要的，在實驗仿真之后利用雨課堂平臺對學生進行知識測驗，分析測試結果發現學生知識掌握的薄弱點，針對薄弱點制定下一節的復習計劃進行強化練習。采用任務驅動法進行課后教學，利用雨課堂軟件設置師生交流任務，學生在完成任務的過程中，需要不斷自主尋求解決問題的方法，增強知識的靈活應用能力，同時老師在解答問題時也會不斷地拓展知識面，通過學生的分享獲得一些優質資源，供后期的學習和研究，起到教學相長的作用。此外，更重要的是師生相互交流探討課程中的知識可拓寬和延長學習時間，加深課后師生之間的交流，促進師生感情拉近師生距離，便于更好地營造新型的師生關系。

課外，通過Multisim軟件的學習，教師可以將科研訓練項目與軟件技能相結合，積極鼓勵學生參與項目的研發和優化的課題中，實現學生的分層發展。在進行課外項目的探究過程中，學生能夠通過文獻檢索、課外探索等手段，拓寬知識面，進一步激發學生自主學習能力和探究學習能力。

3 結論

利用Multisim軟件進行電路仿真是幫助學生深入理解電路原理的有效手段，一方面學生在設計電路和測試電路過程中使用仿真技術，能夠更加直觀理解電路中各個元器件的作用，加深對理論知識的理解掌握。另一方面，學生對電路原理的深刻理解和靈活運用是仿真過程成功的關鍵，在仿真練習過程中發現問題、解決問題，是一個理論知識深化的過程。因此采用Multisim仿真教學是一種切實有效的教學形式，可豐富教學內容，充分激發學生的學習積極性和主動性，使課堂教學生動形象，達到所見即所得的效果。在新工科背景下，在教學過程中融入Multisim仿真教學，有利于提高學生的動手能力、培養學生的創新意識，對于人才培養目標的達成有著重大的意義。

參考文獻：

[1] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等. 加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J]. 高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 胡波，馮輝，韓偉力，等. 加快新工科建設，推進工程教育改革創新：“綜合性高校工程教育發展戰略研討會” 綜述[J]. 復旦教育論壇，2017，15（2）：20-27，2.

[3] 陳越超，畢倡源，王佳敏.“課程思政” 理念下電工電子技術五位一體教學模式改革研究[J]. 大學教育，2022，11（5）：39-41，52.

[4] 羅杰，單瀾，何群英. Multisim仿真軟件在電工電子技術課程教學中的應用研究[J]. 科學與信息化，2021（19）：5-6.

[5] 陳利恒. Multisim仿真在電工電子實驗中的應用[J]. 無線互聯科技，2013（1）：184.

[6] 孫曉紅. 電子電工教學中項目教學法的運用[J]. 科技風，2022（17）：136-138.

【通聯編輯：王力】