Multisim在電路分析課程設(shè)計(jì)教改中的應(yīng)用

王沙沙

摘要：電路課程是電學(xué)的基礎(chǔ)課程，為了加強(qiáng)教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生更好地理解和掌握電路知識(shí)。在新課程改革中，針對(duì)課堂教學(xué)中的不足，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了改革。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；計(jì)算機(jī)仿真；電路分析

《電路分析》是電工類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，適用于普通高等院校強(qiáng)、弱電專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)使用，內(nèi)容涵蓋了電阻電路分析、交流穩(wěn)態(tài)電路分析、三相電路、耦合與諧振、動(dòng)態(tài)電路的瞬態(tài)分析等。在人才培養(yǎng)方案中，安排72課時(shí)的理論課授課時(shí)間，以及對(duì)應(yīng)的電路實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)是教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，做實(shí)驗(yàn)可以增加教學(xué)直觀性，幫助學(xué)生鞏固和掌握課堂理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、提高學(xué)生的興趣，激發(fā)他們的求知欲，從而幫助學(xué)生更好地理解和鞏固理論知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作和技能，達(dá)到全面提高學(xué)生觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力。

但在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，還存在一些問(wèn)題，首先：理論和動(dòng)手是分開(kāi)的，一般教師先講理論知識(shí)，然后做實(shí)驗(yàn)，這種理論和實(shí)踐的不同步，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法將理論和實(shí)踐很好的結(jié)合起來(lái)。其次：理論課講授本身枯燥乏味，大多是公式推導(dǎo)、講解定理，學(xué)生感覺(jué)很抽象，無(wú)法與實(shí)際相結(jié)合，知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)不起來(lái)，逐漸喪失興趣。最后：實(shí)驗(yàn)課一般是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械的連電路、驗(yàn)證結(jié)果，缺乏思考。鑒于傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，結(jié)合目前的仿真工具，提出引入Multisim解決在電路分析課程中遇到的問(wèn)題。

Multisim是加拿大IIT公司推出的一套仿真工具，主要應(yīng)用于電路仿真，包括電路原理圖的原型輸入、電路硬件的語(yǔ)言描述輸入、仿真分析、產(chǎn)生設(shè)計(jì)報(bào)告，具有直觀性，可以輕松設(shè)計(jì)電路，通過(guò)工具鏈，無(wú)縫的實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)計(jì)。

本課題利用“Multisim仿真軟件”和“項(xiàng)目教學(xué)法”相結(jié)合的方式，克服實(shí)驗(yàn)室條件的不足帶來(lái)的限制，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與項(xiàng)目掛鉤，體會(huì)理論知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生合作能力、溝通能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的綜合能力[1]。

一、Multisim在《電路分析》課程教學(xué)中的應(yīng)用

在電路的教學(xué)過(guò)程中，往往需要推導(dǎo)很多定理，教師需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間畫(huà)電路圖、列方程式、計(jì)算推導(dǎo)，過(guò)程既枯燥又冗長(zhǎng)，不能達(dá)到預(yù)想效果。如何提高學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，是目前傳統(tǒng)教學(xué)所面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在課堂上引入電路仿真，讓學(xué)生通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，先觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后思考為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象。激發(fā)學(xué)生探索的熱情，更好地理解推導(dǎo)過(guò)程。如此直觀生動(dòng)的環(huán)節(jié)，無(wú)疑是一個(gè)很好的開(kāi)始[2]。

下面以疊加定理為例[3]，介紹Multisim在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

圖1疊加定理的驗(yàn)證電路

圖1是由兩個(gè)獨(dú)立電源作用的簡(jiǎn)單電路，其中直流電壓源V1為5V，V2為10V，利用萬(wàn)用變顯示電阻R1兩端的電壓。運(yùn)行仿真，當(dāng)兩個(gè)電源同時(shí)作用于該電路時(shí)，得到電阻R1兩端的電壓如圖2所示，當(dāng)兩個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，電阻R1兩端的電壓分別為圖3和圖4，觀察兩者之間的關(guān)系[4]。

圖2 V1和V2同時(shí)作用 圖3 V1單獨(dú)作用

圖4 V2單獨(dú)作用

通過(guò)萬(wàn)用表顯示的電壓數(shù)值，得到3.75=-0.833+4.58，驗(yàn)證了疊加定理。

二、Multisim在《電路分析》教學(xué)中的綜合應(yīng)用

學(xué)習(xí)了《電路分析》這門(mén)課之后，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，讓學(xué)生做一次課程設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，可以輸出方波、三角波和正弦波三種波形，幅值在-10 ～ 10V，頻率范圍為1Hz ～ 100KHz即可[5]。分組進(jìn)行，每組5人，擬定設(shè)計(jì)方案，繪出電路圖，實(shí)現(xiàn)仿真，并撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告[6]。

采用先產(chǎn)生方波，然后將方波轉(zhuǎn)換為三角波，再將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波的方法[7]。由比較器和積分器組成方波到三角波的轉(zhuǎn)換，由差分放大器完成三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換[8]。

運(yùn)行仿真，雙擊XSC1圖標(biāo)，觀察示波器顯示窗口。顯然，可以實(shí)現(xiàn)三種波形的輸出，channelA輸出的是方波，幅值為3.156V，頻率為2KHz，channelB輸出的是三角波，幅度為-0.354V，頻率為2KHz，channelC輸出的是正弦波，幅值為-0.249V，頻率為2KHz[9]。滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)論

將Multisim引入課堂教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，可以直觀的顯示電路動(dòng)態(tài)變化，使抽象的電路圖變成形象的圖像顯示，通過(guò)對(duì)參數(shù)的改變，方便的得到所需要的結(jié)果，增加了學(xué)習(xí)樂(lè)趣，達(dá)到事半功倍的效果。通過(guò)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)物，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，使學(xué)生充分運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，達(dá)到良好的教學(xué)效果。實(shí)踐證明，仿真平臺(tái)的引入是提高教學(xué)質(zhì)量的一種有效措施。

參考文獻(xiàn)：

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[9]熊偉，侯傳教，梁青.Multisim7電路設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.