基于Multisim軟件的“模擬電子技術(shù)”課程考核改革\t

[摘 要]隨著高校OBE成果導(dǎo)向教育理念踐行的深入，為了將模擬電子技術(shù)課程教學(xué)的重點(diǎn)聚焦于“學(xué)生產(chǎn)出”，同時(shí)融入課程思政元素以及實(shí)現(xiàn)金課的“兩性一度”，現(xiàn)基于Multisim軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課程作業(yè)、研究報(bào)告等考核內(nèi)容進(jìn)行改革，讓學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)類和創(chuàng)新類的教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生分析電路、設(shè)計(jì)電路、應(yīng)用電路的能力，同時(shí)，關(guān)注學(xué)生工匠精神、科學(xué)精神、團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，全面提升學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞]Multisim軟件；模擬電子技術(shù)；課程考核改革

[中圖分類號(hào)] G642" " " " " " [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 1008-2549（2024） 12-0092-04

“模擬電子技術(shù)”課程是面向理工科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程具有知識(shí)點(diǎn)多而難、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，是電氣工程、通信工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的核心課程。目前“模擬電子技術(shù)”考核方式多為期末考試、期中考試、作業(yè)、研究報(bào)告、課堂表現(xiàn)等[1]。幾年來，通過對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生能夠較好掌握模擬電子技術(shù)的基本概念、基本理論和基本分析方法，但是學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的綜合應(yīng)用能力不足，解決復(fù)雜問題的能力不強(qiáng)，主要表現(xiàn)為期中考試、期末考試中復(fù)雜電路求解和電路設(shè)計(jì)方面失分較多，同時(shí)，學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力不強(qiáng)，主要表現(xiàn)為學(xué)術(shù)研究報(bào)告不夠深入完整，只停留在課程理論知識(shí)的討論與拓展，新的功能電路沒有得以實(shí)踐。

隨著科技的發(fā)展，Multisim軟件已普遍應(yīng)用到模擬電子技術(shù)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，Multisim軟件能夠很好地實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試，它將模擬電子技術(shù)課中抽象、難懂的內(nèi)容生動(dòng)、形象、直觀化[2-4]。但是，高校普遍縮減課時(shí)，由于課內(nèi)學(xué)時(shí)有限，學(xué)生采用Multisim軟件自主設(shè)計(jì)電路機(jī)會(huì)較少，Multisim軟件沒有被更好地利用起來，教學(xué)上沒有充分做到“以學(xué)生為中心”，沒有充分挖掘?qū)W生設(shè)計(jì)電路、創(chuàng)新電路的潛力，沒有充分培養(yǎng)學(xué)生的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

針對(duì)以上兩方面問題的討論，結(jié)合OBE成果導(dǎo)向教育理念，將教學(xué)的重點(diǎn)聚焦于“學(xué)生產(chǎn)出”，注重學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐等能力的培養(yǎng)，現(xiàn)基于Multisim軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課程作業(yè)、研究報(bào)告等考核內(nèi)容進(jìn)行改革。在模擬電子技術(shù)原有的作業(yè)和學(xué)術(shù)研究報(bào)告內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加一定量的設(shè)計(jì)類和創(chuàng)新類的考核內(nèi)容，讓學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)、分析一部分課外設(shè)計(jì)類作業(yè)題，以增強(qiáng)學(xué)生求解復(fù)雜電路、設(shè)計(jì)電路和綜合應(yīng)用電路的能力，同時(shí)，讓學(xué)生通過Multisim軟件設(shè)計(jì)、仿真研究報(bào)告中創(chuàng)新類電路的功能，使得研究報(bào)告深入完整，以提高學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力。

本次“模擬電子技術(shù)”課程考核改革增加了綜合設(shè)計(jì)類和創(chuàng)新類的教學(xué)內(nèi)容，深度挖掘了“新工科”建設(shè)的內(nèi)涵，以期更好地培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科思維方法和分析解決工程應(yīng)用問題的能力，同時(shí)，模擬電子技術(shù)課程考核改革又融入了課程思政元素，注重學(xué)生工匠精神、科學(xué)精神、團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，并且，模擬電子技術(shù)課程考核改革能夠?qū)崿F(xiàn)金課要求的“兩性一度”，滿足培養(yǎng)人才的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，對(duì)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有深遠(yuǎn)的意義。

一、模擬電子技術(shù)課程作業(yè)考核的改革

改革前，模擬電子技術(shù)作業(yè)內(nèi)容多為教材課后練習(xí)題，即讓學(xué)生對(duì)已知典型電路進(jìn)行分析、估算。改革后，教師在給學(xué)生布置課外作業(yè)時(shí)，不僅給學(xué)生布置書上的課后練習(xí)作業(yè)，使其在作業(yè)本上對(duì)典型電路進(jìn)行定量分析、精確計(jì)算與估算，還會(huì)在各章教學(xué)內(nèi)容講授完畢時(shí)，讓學(xué)生綜合運(yùn)用本章所學(xué)知識(shí)，用Multisim軟件設(shè)計(jì)一個(gè)教師提出的功能電路，以增強(qiáng)學(xué)生理解電路、分析電路、設(shè)計(jì)電路、應(yīng)用電路的能力，同時(shí)還可提高學(xué)生的自學(xué)能力、思辨能力。

清華大學(xué)楊素行主編的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程》（第四版）共包括十章內(nèi)容[5]。教材的前三章主要介紹半導(dǎo)體器件，放大電路的基本原理、分析方法及頻率響應(yīng)等方面的內(nèi)容，根據(jù)各章教學(xué)內(nèi)容，教師可向?qū)W生提出一個(gè)比較簡(jiǎn)單的功能電路題目，例如，二極管半波整流電路、單級(jí)放大電路和兩級(jí)放大電路，教師設(shè)定的功能電路題目要由易到難，讓學(xué)生逐步學(xué)習(xí)Multisim軟件來設(shè)計(jì)、仿真這一功能電路，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中有收獲感。教材的后七章主要介紹功率放大電路，集成運(yùn)算放大電路，放大電路中的反饋，模擬信號(hào)運(yùn)算電路，信號(hào)處理電路，波形發(fā)生電路以及直流電源等方面的內(nèi)容，根據(jù)各章教學(xué)內(nèi)容，教師可向?qū)W生提出一個(gè)比較復(fù)雜的功能電路，例如，具有前置放大器的OCL功率放大電路、恒流源差動(dòng)放大電路、電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路、具有加減運(yùn)算功能的求和電路、正弦波信號(hào)發(fā)生電路以及輸出穩(wěn)定電壓的直流電源電路，教師設(shè)定的功能電路題目要保證80%以上學(xué)生能夠獨(dú)立完成，以達(dá)到學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)求解復(fù)雜電路、設(shè)計(jì)電路和綜合應(yīng)用電路的目的。下面以第一章和第十章作業(yè)內(nèi)容改革為例進(jìn)行說明。

第一章主要教學(xué)內(nèi)容為半導(dǎo)體器件的特性。課后習(xí)題1-4考查的是二極管的單向?qū)щ娮饔茫母锴?，教師讓學(xué)生在作業(yè)本上畫出電路輸出波形，改革后，讓學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)一個(gè)二極管半波整流電路，采用示波器觀察電路的輸入輸出波形（見圖1），輸出波形直觀給出二極管具有單向?qū)щ姷奶攸c(diǎn)。這個(gè)電路元件少，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，適合初學(xué)Multisim軟件來仿真模擬電路的學(xué)生。

第十章主要教學(xué)內(nèi)容為直流電源的電路組成和工作原理。綜合本章知識(shí)點(diǎn)，教師讓學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)一個(gè)輸出+5V直流電源電路。整個(gè)電路只要求輸入是220V交流電，輸出是+5V直流電，除了穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓芯片選擇LM7805，變壓器、整流電路、濾波電路的元件選擇可以不同，學(xué)生設(shè)計(jì)自由度高，而且，采用四路示波器可同時(shí)觀測(cè)每一組成電路的輸出波形，采用萬用表可同時(shí)測(cè)量每一組成電路輸出電壓的大?。ㄒ妶D2）。

可見，采用Multisim軟件可以分析每一組成電路功能，學(xué)習(xí)效果直觀，能夠加深學(xué)生對(duì)模擬電子技術(shù)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用模擬電子技術(shù)知識(shí)分析電路、設(shè)計(jì)電路的能力。

二、模擬電子技術(shù)課程研究報(bào)告考核的改革

改革前，學(xué)術(shù)研究報(bào)告是教師提出多個(gè)電路研究題目，讓學(xué)生查找課外資料，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行拓展、豐富。改革后，教師在給學(xué)生布置研究報(bào)告時(shí)，不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)查找課外資料，拓展模擬電子技術(shù)功能電路的應(yīng)用領(lǐng)域，還要讓學(xué)生關(guān)注不斷出現(xiàn)的新器件和新電路，擴(kuò)展到模擬電子技術(shù)科技前沿的應(yīng)用與展望，而且要讓學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)新電路的功能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神與文化自信。

“模擬電子技術(shù)”課程的知識(shí)點(diǎn)與生活、學(xué)術(shù)前沿聯(lián)系較為密切，根據(jù)模擬電子技術(shù)教材內(nèi)容，教師可以向?qū)W生提出多個(gè)具體功能電路研究題目，例如，功率放大電路的研究、波形發(fā)生電路的研究以及直流電源的研究等，讓學(xué)生自主選擇一個(gè)研究題目，課后查找資料，撰寫研究報(bào)告，要求學(xué)生所研究的電路題目要采用新器件和新電路，而且使用Multisim軟件仿真實(shí)現(xiàn)所研究的電路，培養(yǎng)學(xué)生拓寬視野、歸納總結(jié)、分析解決工程問題的能力。這里以功率放大電路的研究報(bào)告舉例說明。

功率放大電路在人們?nèi)粘Ｉ罾飸?yīng)用較多，教材里介紹的集成功放芯片是LM386，所以，學(xué)生在理論課上學(xué)到的功率放大電路和在實(shí)驗(yàn)課上制作功放音響設(shè)備時(shí)，采用的功放芯片都是LM386，但是Multisim軟件元件庫里沒有這個(gè)型號(hào)芯片，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生積極查找課外資料，查閱生活里還有哪些常用的低頻功放芯片，比較它們各自的性能特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域，而且在Multisim軟件元件庫里能夠找到這種型號(hào)的芯片，然后采用該芯片搭建功放電路對(duì)其進(jìn)行仿真、分析、研究，撰寫開題報(bào)告。例如，通過查閱資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)TDA2030功放芯片在音響領(lǐng)域應(yīng)用較多，放大倍數(shù)比較大，采用TDA2030功放芯片分析低頻功放電路效果很好[6]。而且能在Multisim元件庫里找到TDA2030芯片，可以采用Multisim軟件對(duì)TDA2030芯片構(gòu)成的功放電路進(jìn)行仿真研究，輸出功率較大，仿真振鈴聲音較大，功率放大效果明顯（見圖3）。

通過Multisim軟件仿真來完成研究報(bào)告，會(huì)加快學(xué)生對(duì)新知識(shí)的探索，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感，同時(shí)鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、反思能力、創(chuàng)新能力。

三、模擬電子技術(shù)課程考核改革的保障條件

為了使抽象、難懂的模擬電路理論知識(shí)變得具體、易懂，在模擬電子技術(shù)課堂教學(xué)中，大多數(shù)教師會(huì)在特定章節(jié)選用Multisim軟件講解電路、分析電路，與此同時(shí)，學(xué)生便學(xué)會(huì)了一些有關(guān)Multisim軟件中模擬電子電路元件庫的使用方法，基本的模擬電子電路測(cè)試方法、分析方法，為以后學(xué)生自主使用Multisim軟件設(shè)計(jì)模擬電子電路打下基礎(chǔ)。

教師組建一個(gè)Multisim軟件技術(shù)支持交流QQ群，學(xué)生遇到查找元件、設(shè)計(jì)電路、仿真電路等問題時(shí)，可向教師和同學(xué)們尋求技術(shù)支持，同時(shí)，群內(nèi)其他同學(xué)也會(huì)看到問題的解答，這樣，學(xué)生的仿真電路能力被逐漸培養(yǎng)起來，最終大多數(shù)學(xué)生能夠熟練使用Multisim軟件來設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)的功能電路。

作業(yè)考核成績(jī)占課程總成績(jī)的10%，其中，計(jì)算作業(yè)成績(jī)占8%，仿真作業(yè)成績(jī)占2%。為了實(shí)現(xiàn)成績(jī)的公平、公正性，教師創(chuàng)建一個(gè)提交作業(yè)的QQ群，學(xué)生需要把每次完成的仿真作業(yè)以文件的方式上傳到QQ群，每個(gè)文件以學(xué)號(hào)－姓名－作業(yè)名稱來命名。教師在線評(píng)分，同學(xué)之間可以互相監(jiān)督，互相學(xué)習(xí)，拒絕抄襲，電路結(jié)構(gòu)可以類似，但是，元件型號(hào)、參數(shù)不能完全相同，電路完全相同記為零分，使得學(xué)生切實(shí)達(dá)到自主學(xué)習(xí)效果，綜合設(shè)計(jì)電路的能力得以提高。

研究報(bào)告考核成績(jī)占課程總成績(jī)的10%。由于學(xué)術(shù)研究報(bào)告創(chuàng)新性高，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，建議學(xué)生以三人小組合作形式完成學(xué)術(shù)研究報(bào)告，大家一起查找資料，互相討論、互相學(xué)習(xí)，分工合作，共同提出研究方案，解決不了的問題可以及時(shí)向老師求助。要求學(xué)生制作研究報(bào)告PPT，課上以小組合作形式交流匯報(bào)，同時(shí)，采用Multisim軟件演示新電路的功能。

大多數(shù)院校具備教學(xué)使用的計(jì)算機(jī)機(jī)房條件，在晚自習(xí)、周末等課余時(shí)間，學(xué)院可定期開放機(jī)房供學(xué)生使用，而且，學(xué)?？蔀閷W(xué)生提供正版Multisim軟件，為學(xué)生充分提供硬件和軟件的學(xué)習(xí)條件，讓學(xué)生能夠很好地利用Multisim軟件來完成仿真作業(yè)和研究報(bào)告。

四、基于Multisim軟件的模擬電子技術(shù)課程考核改革的優(yōu)勢(shì)與效果

（一）有助于實(shí)現(xiàn)OBE成果導(dǎo)向教育理念

1.以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向

模擬電子技術(shù)是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，每當(dāng)學(xué)完各章知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生綜合運(yùn)用本章所學(xué)知識(shí)，通過Multisim軟件設(shè)計(jì)、仿真教師提供的實(shí)際功能電路，實(shí)現(xiàn)以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育目標(biāo)，注重“學(xué)生產(chǎn)出”，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問題，而不是僅僅掌握理論知識(shí)。

2.以學(xué)生為中心

學(xué)生可以根據(jù)教師提供的功能電路題目，通過Multisim軟件自由的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試電路，充分挖掘?qū)W生設(shè)計(jì)電路、創(chuàng)新電路的潛力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，充分培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、科學(xué)思維的能力。

3.反饋與改進(jìn)

通過QQ群的答疑和學(xué)生提交的各章仿真電路作業(yè)，教師能夠及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)模擬電子技術(shù)各章知識(shí)的學(xué)習(xí)情況，能夠了解學(xué)生對(duì)模擬電路知識(shí)的綜合運(yùn)用情況，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法，將“交互反饋”貫穿始終，教學(xué)質(zhì)量得以不斷提高。

4.終身學(xué)習(xí)

通過關(guān)注不斷出現(xiàn)的新器件和新電路，讓學(xué)生鉆研、探索、完成具有深度、廣度、新度的學(xué)術(shù)研究報(bào)告，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)意識(shí)被逐漸培養(yǎng)起來，為以后適應(yīng)不斷變化的社會(huì)需求打下終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，能夠游刃有余地面對(duì)職業(yè)生涯中層出不窮的挑戰(zhàn)，不斷突破自我界限。

（二）有助于思政元素的融入

1.工匠精神

教師要求學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)電路的設(shè)計(jì)與仿真，設(shè)計(jì)電路時(shí)可以由易到難，不懂就問，孜孜以求，求實(shí)求是，杜絕抄襲，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決問題的意識(shí)，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)誠(chéng)信、開拓進(jìn)取、艱苦奮斗的工匠精神。

2.科學(xué)精神

研讀課外資料會(huì)讓學(xué)生拓寬視野、探索未知、追求真理。采用Multisim軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)新電路會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新思維。整理資料、撰寫學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)讓學(xué)生深入思考、觀察分析、歸納總結(jié)。通過完成具有深度、廣度、新度的學(xué)術(shù)研究報(bào)告，來培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科思維方法和探索未知的使命感，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神與文化自信。

3.團(tuán)隊(duì)精神

由于學(xué)術(shù)研究報(bào)告內(nèi)容復(fù)雜、要求高，個(gè)人實(shí)現(xiàn)比較困難，教師鼓勵(lì)學(xué)生以小組為單位研究、完成研究報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)溝通、互助友善、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的科學(xué)研究素養(yǎng)，課上以小組交流匯報(bào)研究報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)能力、集體主義和團(tuán)隊(duì)精神。

（三）有助于達(dá)成“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)

1.高階性

改革后的仿真作業(yè)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)答案，教師只對(duì)學(xué)生提出一個(gè)功能電路題目，學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)及其元件參數(shù)均可不同，學(xué)生設(shè)計(jì)自由度高，滿足課程要求的高階性，鍛煉了學(xué)生高級(jí)思維訓(xùn)練，增強(qiáng)了學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的有機(jī)融合。

2.創(chuàng)新性

改革后的研究報(bào)告具有前沿性和時(shí)代性，讓學(xué)生關(guān)注不斷出現(xiàn)的模擬電子技術(shù)的新器件和新電路，讓學(xué)生采用Multisim軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)新電路的功能，學(xué)習(xí)效果具有探究性和創(chuàng)新性，滿足課程要求的創(chuàng)新性，培養(yǎng)了學(xué)生探究能力和創(chuàng)新能力。

3.挑戰(zhàn)度

改革后的部分作業(yè)和研究報(bào)告具有一定的深度和難度，需要學(xué)生不斷學(xué)習(xí)、鉆研、探索，學(xué)生要付出一定的時(shí)間、精力和努力才能完成，同時(shí)，教師要做好后勤答疑保障工作，對(duì)于學(xué)生具有一定的挑戰(zhàn)度，跳一跳才能夠得著，滿足課程要求的挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)了學(xué)生不怕困難、開拓進(jìn)取、艱苦奮斗的挑戰(zhàn)精神。

本次考核改革課程不僅適用于學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、通信專業(yè)等工科學(xué)生，還適用于學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬電路部分）的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、物理學(xué)專業(yè)等理工科學(xué)生。通過基于Multisim軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課程作業(yè)、研究報(bào)告考核的有效改革，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，提高學(xué)生自學(xué)能力、反思能力、創(chuàng)新能力，同時(shí)，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神、科學(xué)精神、團(tuán)隊(duì)精神，培養(yǎng)新時(shí)代具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的人才。

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[6] 黃樂程.基于Multisim的音響放大器設(shè)計(jì)及仿真[J].電子制作，2024，32（10）：89-92.

（責(zé)任編輯：孟冬冬）

*基金項(xiàng)目：哈爾濱師范大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究一般研究項(xiàng)目“基于Multisim軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課程考核改革的研究與實(shí)踐”（XJGY202420）。

" "作者簡(jiǎn)介：由春秋（1978—），女，碩士，講師，研究方向：電路系統(tǒng)和信號(hào)處理；張偉光（1968—），男，本科，教授，研究方向：電子技術(shù)與自動(dòng)控制；黃超（1983—），女，博士，講師，研究方向：自動(dòng)控制。