計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室在電工學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了Multisim10在電工學(xué)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，對技工院校的電工學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析并提出解決方案，具體說明Multisim10在電路仿真及輔助教學(xué)中的作用。

關(guān)鍵詞：Multisim10虛擬儀器戴維南定律

一、引言

在從事技校電工學(xué)教學(xué)的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)技校學(xué)生普遍對學(xué)習(xí)電工學(xué)這門課程感到吃力，表現(xiàn)為學(xué)生對電路的工作原理難以理解，對單純的理論教學(xué)不感興趣、自我分析電路的能力弱等問題。但在試驗(yàn)中，學(xué)生的安全用電意識差、對儀器儀表的使用知識欠缺，經(jīng)常亂接線，導(dǎo)致電路元件、儀器儀表、工作臺人為損壞，致使學(xué)校的電工電子試驗(yàn)室損壞嚴(yán)重，維修費(fèi)用居高不下。究其原因，主要有兩個(gè)方面：

1.教學(xué)模式不合理

電工學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)，既要對電路的運(yùn)行原理有一定的了解，又要通過實(shí)際動手組裝電路進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)測量，進(jìn)一步加深對電路的理解，因此一直都采用先理論后試驗(yàn)的教學(xué)模式，這就造成學(xué)生沒有感性的認(rèn)識，對原理的理解與運(yùn)用存在一定的難度，往往使后續(xù)的試驗(yàn)難以進(jìn)行。

2.學(xué)生素質(zhì)參差不齊

目前技校的生源普遍以初中畢業(yè)生為主，學(xué)習(xí)方式還以灌輸式為主，學(xué)生分析問題解決問題的能力相對較弱，但學(xué)生的好奇心較強(qiáng)，對新鮮事物易于接受，對計(jì)算機(jī)感興趣。

綜上分析，將計(jì)算機(jī)仿真引入到電工學(xué)的理論教學(xué)勢在必行。

二、Multisim10電路仿真軟件介紹

Multisim10是美國國家儀器（NI）公司在收購原加拿大的EWB基礎(chǔ)上，推出的一款以Windows為基礎(chǔ)的電路仿真工具，具有完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。Multisim所包括的計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)地再現(xiàn)出來，是電工電子教學(xué)的首選軟件工具。它具有以下特點(diǎn)：

1.直觀的圖形界面

該軟件整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺，繪制電路所需要的元器件和仿真所需要的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同真實(shí)儀器上顯示的一樣。

2.強(qiáng)大的仿真能力及豐富的測試儀器

該軟件可作為模擬／數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)仿真工作，并提供了多達(dá)18種的虛擬儀器進(jìn)行電路動作的測量。

3.完善的后處理和分析手段

它利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析并處理，分析范圍很廣，從基本的，到極端的，到不常見的都有，并可以將一個(gè)分析作為另一個(gè)分析的一部分自動執(zhí)行。

下面以驗(yàn)證戴維南定律為例，介紹Mutlisim10在電工學(xué)中的應(yīng)用。

三、Multisim10在驗(yàn)證戴維南定律中的應(yīng)用

在仿真之前，教師必須在課堂中先講解戴維南定律的基本內(nèi)容，使學(xué)生理解戴維南定律的原理，掌握開路電壓及等效電阻的計(jì)算方法。之后結(jié)合多媒體教學(xué)或計(jì)算機(jī)演示，在Multisim10中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，給學(xué)生以感性認(rèn)識。方法如下：

第一，在Multisim10中繪制原理圖，解釋戴維南定律，即任何一個(gè)有源二端線性網(wǎng)絡(luò)都可以用一個(gè)電動勢E的電壓源和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源來等效代替。利用Multisim10中提供的電壓表及電流表，測量負(fù)載R5的電壓及電流，如圖1所示。

圖1

第二，斷開負(fù)載R5，計(jì)算開路電壓Uab，并用電壓表測量，如圖2所示。

圖2

計(jì)算值：

測量值：Uab=－6V

第三，計(jì)算等效電阻。將電壓源視為短路，電流源視為開路，并用萬用表的歐姆擋測量。

計(jì)算值如圖3所示。

測量值：R＝3Ω

圖3

第四，用開路電壓Uab和等效電阻代替原二端口網(wǎng)絡(luò)，并接上原負(fù)載電阻R5，驗(yàn)證此時(shí)R5的電流與電壓和原圖1中的數(shù)據(jù)是否相等，如圖4所示。

圖4

通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，等效之后的R5電流與原圖中的R5電流是一樣的，這就充分驗(yàn)證了戴維南定律的正確性。

四、結(jié)束語

本文通過驗(yàn)證戴維南定律，將Multisim10引入到教學(xué)中，起到了理論與試驗(yàn)結(jié)合的橋梁作用，學(xué)生不必顧慮部件和儀器會損壞，能夠自由地學(xué)習(xí)，節(jié)省了時(shí)間和成本，同時(shí)也為他們將來在實(shí)驗(yàn)室中使用這些儀器做好了準(zhǔn)備，這對教學(xué)是非常有益的。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M].北京:電子工業(yè)出版社，2011.

[2]張孝三.電工學(xué)（第三版）[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2001.

（作者單位：江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院）