仿真軟件在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】文章介紹了Multisim、MATLAB、SIMULINK等仿真軟件在電工電子教學(xué)中的作用。簡(jiǎn)單介紹仿真軟件。舉例驗(yàn)證，把仿真軟件引入教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中不僅能豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效率，而且有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】仿真軟件;電工電子教學(xué)

電工電子是高職校工科電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的電工基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力和綜合素質(zhì)具有其他電類課程不能替代的重要作用。該課程理論嚴(yán)密、物理概念多、邏輯性強(qiáng)，與工程技術(shù)及生活實(shí)際聯(lián)系緊密，常常需要就宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀解釋。

該課程不但要求學(xué)生掌握電路的基本原理和計(jì)算方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電路的分析、設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用的能力。然而在進(jìn)行電子線路教學(xué)中，由于學(xué)生對(duì)電子元器件及實(shí)際電子線路缺乏感性認(rèn)識(shí)， 因此教師感到難教、學(xué)生感到難學(xué)，所以需要大量的電子線路實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助教學(xué)。

為了滿足電子線路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求， 需要配置大量的電子設(shè)備、儀器、儀表、電子元器件、工具等。另外還需配備一定數(shù)量的、具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。因此學(xué)校有限的教學(xué)資源與學(xué)生日益增長(zhǎng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求形成了一個(gè)較難解決的矛盾，所以在目前的教學(xué)條件下如何提高電子線路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開出率一直是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。如今，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)就能有效地解決這一問(wèn)題

一、仿真軟件在電工電子課程理論教學(xué)中的作用

將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入電工電子課程教學(xué)，使理論教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，能夠使教學(xué)知識(shí)點(diǎn)更加容易理解、抽象的知識(shí)變得更加直觀。學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也學(xué)習(xí)工具軟件的使用方法，能更好地適應(yīng)社會(huì)需要。

仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)茉O(shè)置故障狀態(tài)和極限狀況，不會(huì)造成元器件和實(shí)驗(yàn)儀器的損壞。仿真軟件逼真的界面及人機(jī)交互，可以產(chǎn)生身臨真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的感受。在電工電子教學(xué)環(huán)節(jié)，仿真實(shí)驗(yàn)作為一種展示性的輔助教學(xué)手段，便于教師解釋復(fù)雜的物理過(guò)程或強(qiáng)調(diào)概念和原理，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

二、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡(jiǎn)單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來(lái)仿真的兩個(gè)實(shí)例。在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對(duì)稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺得抽象，但是用EWB仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)其中線電流為零，去掉中線后，對(duì)電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對(duì)稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。

得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用，學(xué)生理解起來(lái)非常困難。我們利用EWB仿真軟件來(lái)仿真電路，用示波器來(lái)觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽起來(lái)就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

三、仿真軟件簡(jiǎn)介

目前高等院校使用的軟件大多為EWB、Protel、Multisim等，這些軟件具有電路的邏輯編輯、化簡(jiǎn)、綜合、構(gòu)建、仿真測(cè)試功能。仿真軟件或用仿真軟件構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它是不能取代傳統(tǒng)的電工電子實(shí)驗(yàn)的，只能起到輔助的作用。

Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。它是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)，具有一個(gè)龐大的元件數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供原理圖輸入接口，可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包的無(wú)縫數(shù)據(jù)傳輸。其中Multisim易學(xué)易用，便于學(xué)生進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它最重要的特點(diǎn)是易于擴(kuò)展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構(gòu)成適合其他領(lǐng)域的工具箱，這大大擴(kuò)大了MATLAB的應(yīng)用范圍。MATLAB作為編程語(yǔ)言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)和圖像處理及交互式編程等功能，可解決工程、科學(xué)計(jì)算和數(shù)學(xué)學(xué)科中的許多問(wèn)題，目前在信號(hào)處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或者兩者混合的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的仿真軟件用差分方程和微分方程建模相比具有直觀、方便、靈活的特點(diǎn)。

四、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡(jiǎn)單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來(lái)仿真的兩個(gè)實(shí)例。在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對(duì)稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺得抽象，但是用仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)其中線電流為零，去掉中線后，對(duì)電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對(duì)稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用， 學(xué)生理解起來(lái)非常困難。我們利用仿真軟件來(lái)仿真電路，用示波器來(lái)觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽起來(lái)就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

五、結(jié)語(yǔ)

將仿真軟件引入到電工電子課程群教學(xué)中來(lái)， 可直觀演示各種定律定理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間的限制，彌補(bǔ)了硬件實(shí)驗(yàn)的不足，提高了學(xué)生的綜合性、創(chuàng)造性能力。