葉丹茜

◆摘? 要：針對(duì)電工電子課堂教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題，提出將Multisim仿真引入課堂教學(xué)，使得理論教學(xué)與仿真技術(shù)相結(jié)合，該改革彌補(bǔ)了理論教學(xué)中的不足，也減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損耗，使得在課堂上就能驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。實(shí)踐證明，該改革有助于學(xué)生理解課堂重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

◆關(guān)鍵詞：Multisim;電工電子;教學(xué)

1引言

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)快速發(fā)展。另一方面，學(xué)生課前預(yù)習(xí)不足，分配給教學(xué)的課時(shí)不斷減少，而且電工實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需要大量的經(jīng)費(fèi)投入，考慮到這些因素，有必要對(duì)電工電子課程進(jìn)行教學(xué)改革。

電工課程中有許多定理、定律及需要計(jì)算的電路問題，傳統(tǒng)的電工教學(xué)主要利用實(shí)驗(yàn)來解決和驗(yàn)證電路問題，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，將Multisim仿真應(yīng)用于電工課堂教學(xué)，學(xué)生在課堂上就可以根據(jù)題目搭建虛擬電路模型，根據(jù)軟件仿真得到結(jié)果，使得教學(xué)更加方便，也更加便于學(xué)生理解?？偟膩碚f，該仿真軟件可以起到以下幾個(gè)方面的作用：減少常規(guī)的數(shù)學(xué)計(jì)算;更加直觀的展示計(jì)算過程;檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果;比較不同方法獲得的解;可以對(duì)類似過程進(jìn)行建模。

電工實(shí)驗(yàn)室一般由實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)量?jī)x表、儀器等組成，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需要很多資金的投入，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的存放也需要場(chǎng)地支持。實(shí)驗(yàn)室不僅需要常用的電氣元件，還包括常用測(cè)量?jī)x器，如示波器、電壓表、電流表等等，而實(shí)驗(yàn)的設(shè)置又受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，比如在做驗(yàn)證疊加定理的實(shí)驗(yàn)中，一旦電路中電阻的阻值改變了，則相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路中所接的電阻也要跟著改變，而實(shí)驗(yàn)室往往很難具備相應(yīng)的條件。

Multisim具有用戶友好的界面，豐富的元件庫和儀表庫，而且使用方便。在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)電路也可以通過使用Multisim虛擬仿真實(shí)現(xiàn)。

2 Multisim在電工教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)RLC串聯(lián)交流電路和RLC并聯(lián)交流電路是整個(gè)電工技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)難點(diǎn)，高職學(xué)生本身基礎(chǔ)不好，這一塊內(nèi)容又新增了很多概念，感抗、容抗、無功功率、功率因素等等，以及涉及到向量的運(yùn)算，學(xué)生普遍表示難以理解。將Multisim引入電工課堂教學(xué)中，教師運(yùn)用 Multisim搭建實(shí)驗(yàn)電路，并利用虛擬電壓表、電流表、示波器等虛擬儀表直觀展示分析結(jié)果。

例1、復(fù)雜電路中仿真應(yīng)用

復(fù)雜電路就是無法應(yīng)用電阻串并聯(lián)的方法化解，然后應(yīng)用歐姆定律求解的電路。求解復(fù)雜電路問題的方法主要有支路電流法、疊加定理、戴維南定理和諾頓定理，這部分內(nèi)容概念多、各種定理學(xué)生容易混淆。

授課的模式主要是采用課堂講解結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師往往先進(jìn)行定理內(nèi)容的講解，繼而讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，理論授課和實(shí)驗(yàn)往往不能再一次課內(nèi)完成，時(shí)間間隔長(zhǎng)，往往起不到很好的實(shí)驗(yàn)效果。

例如在講解疊加定理時(shí)，要求學(xué)生完成下圖1所示電路的求解，教師可以在講解完定理內(nèi)容后，讓學(xué)生先動(dòng)手利用相應(yīng)定理計(jì)算結(jié)果，再利用Multisim仿真當(dāng)堂驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。

這一方面解除了對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，無論什么樣的電路都可以通過仿真得到結(jié)果，另一方面也減少了實(shí)驗(yàn)器材的損耗，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)，又通過仿真強(qiáng)化訓(xùn)練，教學(xué)效果更好。

例2.單一元件交流電路仿真應(yīng)用

交流電路抽象難懂，大部分學(xué)生對(duì)電感、電容電路中電流與電壓的相位關(guān)系不能很快理解，教師利用Multisim搭建電路如圖1所示。

再利用示波器顯示得到純電阻電路、純電感電路和純電容電路的電流與電壓之間的關(guān)系。如圖2所示。

上圖中，紅色曲線為電壓波形，藍(lán)色曲線為電流波形。

改變電源頻率值，還可以進(jìn)一步得到電阻、感抗、容抗與電源頻率之間的關(guān)系。

此外，Multisim同樣可以應(yīng)用于RLC的串并聯(lián)電路、諧振電路的教學(xué)，對(duì)于高職學(xué)生來說，這部分內(nèi)容確實(shí)難以理解，通過Multisim仿真，學(xué)生可以直觀地看到電路中各個(gè)物理量的大小及相位，更能被學(xué)生所接受。

Multisim的應(yīng)用給解決電路問題提供了新的方法，學(xué)生可以通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)得到的計(jì)算值和測(cè)量值以及他們之間的相位差，也可以比較給定元件的電流和電壓的相位差以及瞬時(shí)功率的變化。或者根據(jù)波形的特點(diǎn)，可以確定無源元件的類型。

3結(jié)論

利用Multisim仿真軟件進(jìn)行電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)，不但有助于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，更能利用仿真代替實(shí)驗(yàn)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗，也有更便于實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐一體化，使得在課時(shí)較少的情況下也能取得較好的學(xué)習(xí)效果。

基金項(xiàng)目：2021校級(jí)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目Multisim在高職《電工電子技術(shù)》教學(xué)中的實(shí)踐研究（項(xiàng)目編號(hào)Tkyjg202114）

臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目電工技術(shù)課程思政教學(xué)探索與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)Szyj202107）

臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院電工與電子技術(shù)示范課程（項(xiàng)目編號(hào)Szkc202105）

臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院電氣控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)活頁式教材（項(xiàng)目編號(hào)Xbjc202106）

臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院第三批基于“云班課”信息化教學(xué)課程電氣控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)（項(xiàng)目編號(hào)Tkbk2021034）