Multisim在电类课程教学中的应用

2013-02-03黎明

中国现代教育装备 2013年17期

黎明

北京工商大学计算机与信息工程学院北京 100037

电路原理、模拟电子技术和数字电子技术是电类专业学生的3门专业基础课，而电工电子技术是将以上3门课及电机与电气技术综合为一体，为非电类专业工科学生开设的一门技术基础课，这些课程的共同特点是知识点抽象，难学难懂，尽管教师想方设法地描述，有些学生还是很难理解[1]。如何将这类知识点生动形象地展现给学生，使他们接受起来轻松愉快，在有限的学时内，获得满意的教学效果是我们期待解决的问题与追求的目标。美国学者拜格雷认为：“在当今的科技信息时代，任何领域的改革或多或少地受到现代技术的影响，在对教育体制进行改革时，必须把现代教育技术的应用与学校、教学的改革协调起来进行。”[2]在这一思路的指导下，我们将Multisim现代化电子设计自动化仿真软件应用于课程教学中，收到了可喜的效果。

1 Multisim在电类课程教学应用中的优势

在课堂上运用Multisim仿真软件为学生解析问题，具有许多传统教学手段难以实现的优势，主要体现在以下几个方面。

1.1 Multisim可以将电路实验搬到屏幕上

有些知识点的理论推导比较枯燥、抽象，如果在讲解这部分内容时，用实验的方法现场演示，能给学生留下深刻的印象，加深学生对知识的理解。例如，在讲解三相对称电路和不对称电路[3]时，可以在屏幕上用Multisim做一个三相对称电路和一个三相不对称电路的仿真实验，通过实验学生可以观测到在对称时电源和负载两中性点等电位，而不对称时出现中性点偏移，比纯理论推导更直观，学生的记忆更深刻。

1.2 Multisim可以使用理想的电路元件，给课堂演示实验带来方便

在课堂上用Multisim为学生做演示实验，我们可以在元件库中选择理想的元件，这是实物实验不易达到的理想状态，但在讲解理论知识时又希望学生能看到理想的状态。如三相对称负载实验，在现实中很难做到三相负载完全对称，而用Multisim仿真软件可以解决这一难题，做到三相完全对称，而且教师还可以随意更换元件，以便观察各种状况，为学生观测各种理想状态打开一道方便之门。

1.3 用Multisim演示实验可以提高课堂效率

以前在讲解一些比较抽象的内容时，教师费力描述，学生可能依然不能建立表象(如讲解单管放大电路信号失真)，此时如果我们用Multisim做一个演示实验便可一目了然。Multisim仿真软件具有自动化程度高、功能完善、运行速度快且操作界面友善[4]等优点，操作非常简便。教师可以课前做好仿真电路，课上通过更换元件参数，改变静态工作点，并通过示波器直接观察输出波形，这样省时省力，可以让学生直接看到各种参数改变后的结果，效果很好。

1.4 用Multisim演示实验可以收到更好的教学效果

为了取得较好的教学效果，教师在课堂教学中采用启发式教学法，经常会提出一些概念容易混淆的问题供学生讨论。例如：在讲完基尔霍夫电流定律时，我们会给学生提个小问题：图1所示电路中流过R1的电流是多少？根据基尔霍夫电流定律可知I=0[5]，这一答案尽管从理论上讲的通，但对于初学电工电子技术的学生来讲，没有通过实践的检验，还是将信将疑。如果我们这时做一个演示实验，在AB间加一个电流表，通过电流表的显示可以看到I确实为0，如果我们在CD间用短路线连接，中间加上电流表，可以看到AB间电流等于CD间电流，两电流大小相等，方向相反，将CD连线去掉，AB间电流又为0。虽然只是一个小实验，却让学生对基尔霍夫电流定律有了直观而深刻的理解。

图1 讨论电路

1.5 用Multisim演示实验可以提高学生的学习兴趣

在讲解一些容易混淆的概念时，我们可以给学生提出一些相关的讨论题，供学生思考和讨论，然后在课堂上用Multisim仿真实验验证，学生还可以自己到实验室做相关的仿真实验，这样做使学习变得生动形象，大大提高了学生的学习兴趣，比教师平铺直叙地讲解、推导更容易让学生接受。

2 Multisim在电类课程教学中的应用实例

在日常教学中，我们积累了许多用Multisim仿真实验的教学实例，下面举2个具体的实例。

2.1 单管放大电路非线性失真的仿真实验

模拟电子技术放大电路失真问题是让学生感到费解而抽象的难点，如果我们在理论分析的同时，做一个仿真实验，会让学生对这一问题有直观的认识。我们以研究固定偏置放大电路为例[5-7]，在图2所示电路中，调节R4，使VB=0.66 V，计算出静态工作点为：

图2 固定偏置放大电路仿真电路图

通过虚拟示波器，可观测仿真电路的输出波形如图4a所示，输出没有出现失真。

图3 饱和失真图解分析

图4 仿真电路输出波形

根据式(1)可知，当减小RB时，IB增大，而IB过大会使静态工作点接近饱和区，根据图3的图解分析可知，当静态工作点接近饱和区时，电路输出波形会出现饱和失真，我们可以通过仿真实验观察到示波器的输出波形如图4b所示，和理论分析结果一致；反之，当不断增大RB时，会使IB减小，静态工作点接近截止区，进而出现截止失真，出现如图4c所示的波形，通过仿真实验，结合理论分析，学生可以看到教师增大及减小RB时输出波形的变化，比单纯抽象的理论分析更容易被学生接受并留下较深刻的印象[8,9]。