沈艷河，李自鵬

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

電工電子技術(shù)課程是高職高專非電類工科專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它包含電路基礎(chǔ)、電機(jī)與變壓器、電氣控制、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等多門學(xué)科基本知識，是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和今后工作的基礎(chǔ)，也是學(xué)生實踐動手能力培養(yǎng)與提高的重要部分。 但是，該課程概念抽象、數(shù)學(xué)公式多、實驗性和工程性強(qiáng)，這使我們在使用傳統(tǒng)教學(xué)手段教學(xué)的過程中遇到困難。

隨著計算機(jī)仿真軟件的不斷發(fā)展，如何有效地利用各種軟件提高電工電子技術(shù)課程的教學(xué)效果值得研究[1]。 而Multisim 軟件的出現(xiàn)與多媒體教學(xué)手段的廣泛使用，為電工電子技術(shù)課程教學(xué)理念的更新和教學(xué)手段的改革提供了條件。 本文試結(jié)合黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)中相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)改革實踐，對Multisim 在電工電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 引入Multisim 的必要性與可行性

1.1 必要性

2006 年12 月，學(xué)院被教育部、財政部正式確定為國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計劃2006 年度立項建設(shè)單位。 隨著示范性建設(shè)的深入展開，學(xué)院確立了以就業(yè)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的教學(xué)理念，教學(xué)計劃也隨之發(fā)生了相應(yīng)的變化。 大學(xué)物理課程不再作為機(jī)電工程系工程機(jī)械、汽車故障診斷和維修、數(shù)控技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、模具設(shè)計、機(jī)械制造與設(shè)計6 個專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，同時高等數(shù)學(xué)的學(xué)時也大幅壓縮。 由于大學(xué)物理課程內(nèi)容中電學(xué)方面知識的缺失和數(shù)學(xué)分析手段的弱化，給電工電子技術(shù)教學(xué)帶來了更大的難度。

目前在電工電子技術(shù)實驗教學(xué)方面，我院仍主要采用實物元器件進(jìn)行硬件連線的測試方式。 這種傳統(tǒng)實驗方式由于受實驗條件的限制，在給學(xué)生開設(shè)擴(kuò)展型、設(shè)計型和綜合型的實驗課時經(jīng)常遇到困難，特別是新器件、新設(shè)備價格昂貴，購置更為不易。 并且，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品與計算機(jī)聯(lián)系日益緊密， 電子電路也日臻完善，而實驗儀器的更新周期卻越來越短，由于資金等方面的原因， 學(xué)校實驗室不可能總是購買最新的實驗設(shè)備。 這在一定程度上造成了實驗條件、設(shè)備與工程實際的脫節(jié)。 同時，原有的實驗設(shè)備老化也造成了實驗的不便和不理想[2]。 另外，高校擴(kuò)招后，隨著我校學(xué)生數(shù)量的增多，在實驗教學(xué)的安排上也出現(xiàn)了一定程度的緊張，在規(guī)定的時間，學(xué)生無法真正完成實驗， 造成電工電子技術(shù)實驗課質(zhì)量下滑的現(xiàn)象。 如何在我校現(xiàn)有的條件下，提高理論教學(xué)和實驗教學(xué)效果， 是任課教師一直在探索和思考的問題。

Multisim 的出現(xiàn)，在一定時期內(nèi)、一定程度上為我們解決這個問題提供了條件。 Multisim 仿真技術(shù)與多媒體教學(xué)相結(jié)合，可以將虛擬實驗室搬到理論課堂的教學(xué)中。 教師可以深入淺出地分析各種電路及元器件的特性，講解各種參數(shù)改變造成的影響，貼近實際地進(jìn)行實驗設(shè)備的調(diào)試分析。

1.2 可行性

1.2.1 Multisim 10 的特點

Multisim 是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics 簡稱IIT 公司)推出的以Wind ows 為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國NI 公司收購后，更名為NI Multisim。 而V10.0 即NI Multisim 10，是National Instruments 推出的Multisim 最新版本。 它具有以下特點[3]:

（1）用軟件的方法虛擬電子、電工元器件。（2）元器件庫提供了數(shù)千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫。 （3）虛擬測試儀器儀表種類齊全。（4）具有較為詳細(xì)的電路分析功能。（5）可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。（6）可以實現(xiàn)計算機(jī)仿真設(shè)計和虛擬實驗。

1.2.2 Multisim 10 在教學(xué)中的應(yīng)用

1）理論教學(xué)。綜合Multisim 10 仿真技術(shù)和多媒體教學(xué)，將虛擬實驗室搬到理論教學(xué)課堂的教學(xué)中，借助Multisim 10，對一些抽象的概念和繁雜的數(shù)學(xué)推理進(jìn)行仿真，用波形、圖形等形式生動形象地進(jìn)行表現(xiàn)，可以使理論教學(xué)的內(nèi)容言之有物，不再枯燥無味，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

2）實驗教學(xué)。 （1）使用Multisim 10 的虛擬電子實驗技術(shù)，在創(chuàng)建實驗電路時，元器件和測試儀器均可直接從元件庫中選取，而且軟件中的測試儀器的圖形與實物外形基本相似。 在仿真試驗的過程中，可使學(xué)生熟悉常用電子儀器的測量方法。（2）利用軟件中提供的各種分析方法，可以幫助學(xué)生更快更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，加深對概念、原理的理解。（3）利用Multisim 10 仿真軟件進(jìn)行電工電子技術(shù)教學(xué)，不僅可以彌補(bǔ)實驗儀器、元器件短缺以及規(guī)格不符合要求等缺點，還能培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力。 總之，仿真實驗是計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的必然產(chǎn)物，是一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段，它能彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足。 與傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法相比，這種虛擬儀器技術(shù)既省時又經(jīng)濟(jì)，而且還可以避免試驗中發(fā)生各種損壞和事故。

當(dāng)然，也不能將實驗教學(xué)完全建立在仿真實驗的基礎(chǔ)上，因為仿真實驗畢竟有自己的缺陷。 比如完全采用仿真實驗來進(jìn)行實驗教學(xué)，會淡化學(xué)生對真實儀器的感受，減弱學(xué)生的基本操作技能[4]。

基于此，我們采用仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的方法，根據(jù)現(xiàn)有實驗條件去完成基本的實驗，相對復(fù)雜的實驗采用仿真實驗進(jìn)行預(yù)習(xí)，使學(xué)生熟悉實驗儀器、實驗原理、實驗內(nèi)容和實驗操作，等到有一定的感性認(rèn)識后再進(jìn)行實際操作，以避免初次實驗時的盲目性和對元器件的損壞。 另外，采用仿真實驗去完成創(chuàng)新性、綜合性實驗和設(shè)計，或指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)興趣采用仿真方法進(jìn)行一些實驗。 仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的方法不僅加深了學(xué)生對實驗的理解，同時提高了他們實踐動手能力、創(chuàng)新能力和計算機(jī)應(yīng)用能力。

2 Multisim 應(yīng)用實踐

2.1 組裝調(diào)幅收音機(jī)實習(xí)應(yīng)用實例

組裝調(diào)幅收音機(jī)是我院電工電子技術(shù)課程一個重要實習(xí)項目，通過這項實習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，使學(xué)生能夠識別常見的電子元器件，能夠操作相應(yīng)的電工工具，使用相關(guān)的儀器，了解電子設(shè)備制作、裝調(diào)的全過程，掌握查找及排除電子電路故障的常用方法。 但是，在實習(xí)過程中，學(xué)生普遍反映收音機(jī)的原理太抽象、理解不了，組裝的過程中也經(jīng)常發(fā)生元器件張冠李戴的錯誤，對元器件造成很大的損壞和浪費(fèi)。

在電工電子技術(shù)課程中引入Multisim 10 仿真軟件之后，我們在理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間架起了銜接的橋梁，解決了理論教學(xué)與實踐脫節(jié)問題。 在進(jìn)行收音機(jī)組裝項目之前，我們先安排了4 個課時的仿真實驗， 通過Multisim 10 虛擬實驗室功能，對收音機(jī)的原理及各元器件的功能進(jìn)行講解和演示，使學(xué)生對收音機(jī)的原理及各元器件都有了初步的認(rèn)識。 之后，再進(jìn)行實習(xí)，錯誤就很少發(fā)生，元器件基本上沒有張冠李戴現(xiàn)象。

2.2 AM 調(diào)制實習(xí)應(yīng)用實例

下面以AM 調(diào)制為例，來介紹Multisim 10 在電工電子課程實驗中的使用[5]。

2.2.1 分析實驗原理調(diào)幅是載波信號的振幅隨著調(diào)制信號的某種特征的變換而變化。聲音信號由1KHZ 交流信號源V1（圖中用藍(lán)色正弦信號顯示）提供，高頻載波信號由20KHZ 交流信號源V2 提供，模擬乘法器A1 使聲音信號與載波信號做乘法運(yùn)算，V3=V1*V2。 虛擬示波器XSC1 的A、B 通道分別輸入的是聲音信號和載波信號，虛擬示波器XSC2 用來觀察AM 信號。

2.2.2 創(chuàng)建試驗電路

電路原理分析之后，我們就可以創(chuàng)建AM 調(diào)制試驗電路圖了。 其步驟如下：（1）創(chuàng)建新表單。 點擊“文件”，選擇“新建”，選中“原理圖”，就成功創(chuàng)建了一個新的空白電路圖表單。（2）創(chuàng)建電路圖。在元件工具欄中點擊在元件庫列表中，選擇兩個交流電源及兩個接地端，兩個交流信號源分別作為聲音信號源和載波信號源。 按照要求，選中參數(shù)和屬性設(shè)置，然后點擊、選中元件。 點擊，在元件庫列表中選擇電阻，根據(jù)要求進(jìn)行屬性和參數(shù)設(shè)置后，在表單上單擊，顯示選中的元件。（3）在測試儀器工具欄中，點擊，選擇兩個虛擬示波器，放入電路圖表單中。（4）連線。 把元器件添加完之后，就可以連線了，把鼠標(biāo)放到元器件的接線端子上，按住鼠標(biāo)左鍵不放，移動到另一元器件的接線端子上，松開鼠標(biāo)，就完成了這兩個端子之間的連接。 按照上面的操作，可以完成全部線路的連接。

2.2.3 實驗仿真

圖1 AM 調(diào)制電路圖Fig.1 AM modulation circuit diagram

圖2 聲音信號和載波信號波形Fig.2 Voice signal and carrier signal wave shape

圖3 AM 調(diào)制后的波形Fig.3 AM wave shape after modulation

2.2.4 實驗結(jié)果

從仿真曲線結(jié)果可以看出：AM 調(diào)制是用調(diào)制信號（例如聲音）去控制載波信號的振幅，使振幅隨著調(diào)制信號瞬時值產(chǎn)生線性變化， 而載波的頻率和初相位則保持不變。

在這一以仿真實驗的過程中，我們可以像進(jìn)行真實實驗一樣，對元器件“如實”操作。 在此過程中，學(xué)生不僅掌握了AM 調(diào)制原理，同時也熟悉了元器件特性和使用方法，并且避免了由于盲目操作對元器件的損壞。

3 結(jié)語

教學(xué)實踐證明，對于電工電子技術(shù)課程教學(xué)來說，Multisim 仿真軟件是一種很好的輔助手段。Multisim 仿真實驗非常方便，形象直觀，為學(xué)生自主性、創(chuàng)造性進(jìn)行實驗提供了廣闊空間。它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，能夠更好地幫助學(xué)生理解、掌握基本知識，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

[1] 劉亞娟，黃顯德. Multisim 在《信號與系統(tǒng)》教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中外教育研究，2009(1):55-56.

[2] 吳君曉，宋守云，平林端. 基于Multisim 的模擬電子技術(shù)實驗的教學(xué)改革[J]. 河南機(jī)電高專學(xué)報，2007(1):20-22.

[3] 甘祥根，陳麗紅. Multisim 及其在電子技術(shù)課程中的應(yīng)用[J]. 科技與經(jīng)濟(jì)，2006 (23):109-111.

[4] 呂君. 基于EDA 仿真技術(shù)在電子實驗教學(xué)的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2006(8):197-198.

[5] 楊欣，王玉鳳，劉湘黔，等. 電子設(shè)計從零開始[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005：38-39.