陸運華

(洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)高級技工學校，海南洋浦，578101)

0 引言

隨著國家大力發(fā)展職業(yè)教育，將其提升為與普通教育并列的類型教育，在《國家職業(yè)教育改革實施方案（職教20條）》中提出了“三教”改革的任務。我們認為在“三教”改革中，教師是根本，教材是基礎，教法是途徑，三者相輔相成形成了一個完整的閉環(huán)體系。通過“三教”改革使我們更加清晰“誰來教？教什么？如何教？”的問題。

就教法改革現(xiàn)狀和需求而言，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的教學方法忽視了學生的課堂主體地位，不僅很難激發(fā)學生的課堂學習興趣，而且也不利于挖掘學生的潛力。另一方面當下企業(yè)對人才的各方面都提出了更高的要求，學生除了要掌握足夠的專業(yè)文化知識和實踐應用技能以外還需要有一定的自主探究學習和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。傳統(tǒng)課堂的“填鴨式”教育模式所培養(yǎng)出的學生往往缺乏自主探究學習能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。鑒于此，諸如理虛實一體化教學法、情境教學法、項目教學法、案例教學法等一系列新的教學方法已經(jīng)在職業(yè)教育教學領域應運而生，不僅極大地強化了師生課堂互動，而且也增加了課堂教學的趣味性，這對于改善課堂生態(tài)和提高教學質量的促進作用非常明顯。因此，職業(yè)院校教師要遵循當代學生的認知規(guī)律特點，把這些新的教學方法引入課堂教學中，克服傳統(tǒng)教學中的不足，改善課堂生態(tài)并提高教育教學效果。

據(jù)我們調查統(tǒng)計，目前職業(yè)學校電類專業(yè)的實驗實踐教學普遍存在以下突出問題：一是實驗室管理制度措施落后，眾多職業(yè)院校的實驗室基本上采用封閉式管理，實驗室僅在上課時間開放，學生不能自由進入實驗室，這樣既不利于學生動手能力的提高，也不利于實驗室功能價值的發(fā)揮；二是資金不足導致實驗設備及耗材投入不夠，致使職業(yè)院校的實驗室只能照本宣科地開設常規(guī)的幾個驗證性實驗，無法滿足學生的創(chuàng)新能力和個性化能力培養(yǎng)的需求，更有甚者，有的學校甚至連基本的實驗實訓都無法保質保量開足開齊；三是實驗手段和方法落后，由于投入不足導致實驗設備落后，多數(shù)設備年久失修處于癱瘓或半癱瘓狀態(tài)，實驗技術落后，跟不上專業(yè)發(fā)展的需要，實驗僅限于幾個簡單的驗證性實驗，甚至半數(shù)驗證性實驗也無法開齊開足。造成的結果只能是從書本到書本，做幾個簡單的實驗應付教務的檢查了事，學生的自主探究學習能力、工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力無法有效提高。

基于職業(yè)院校以上堪憂實驗實踐教學的現(xiàn)狀，我們提出采用虛擬仿真軟件與理論和實踐教學相結合的“理虛實一體化”教學方法來彌補現(xiàn)階段職業(yè)院校電類專業(yè)實驗實踐教學的不足。以期改善課堂生態(tài)，提高教育教學效果，為學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力及自主學習能力培養(yǎng)奠定基礎。

1 虛擬電子電路實驗室NI Multisim 14

Multisim 14是美國國家儀器(National Instrument)公司推出的一款以Windows為平臺的電子電路虛擬仿真軟件，其前身為20世紀80年代加大拿圖像交互技術公司Interactive Image Technologies公司的EWB電子工作平臺。其一經(jīng)推出就在模擬和數(shù)字電路的設計、仿真驗證等工作領域中得到廣泛的應用。除此之外它在Labview虛擬儀器、單片機仿真技術等方面也是可圈可點的。

學生、教師甚至是工程師可以像使用其他Windows應用程序一樣輕松地利用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真校驗。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，并將其圖形化。從而讓使用者避開生澀難懂的SPICE語句即可快速的進行設計、仿真和分析新的設計，專注于板級的電路設計和仿真，大大提高工作效率。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子技術教師可以輕松完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。

在Multisim 14中使用基于工業(yè)標準SPICE而提煉的電子元器件、電子與電工儀器和儀表，實現(xiàn)了“符號即元器件”、“圖標即儀器”。Multisim 14的元器件庫提供數(shù)千種參照元件生產(chǎn)廠家技術參數(shù)建模的電子電路元器件使得仿真實驗更逼近實物電路的運行效果。同時為了提高電子技術教學的形象性、逼真性，其元器件庫中還建模有3D元器件，能使仿真分析更加生動、形象。軟件還允許使用者新建或擴充已有的元器件庫，來更好地擴展我們的應用范圍。

NI Multisim 14可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電故障等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。

2 Multisim14在電子技術基礎實踐教學中的應用案例分析

當下大多數(shù)中職學校傳統(tǒng)的電子技術實驗教學受制于經(jīng)費限制，無法購置完備的儀器設備和充足的實驗耗材，僅局限于幾個常規(guī)電路和職業(yè)技能等級認定考綱覆蓋范圍的幾個電路實訓實驗。這樣既不利于學生全面掌握電子知識，培養(yǎng)對神秘電子技術殿堂的興趣愛好，也不利于學生創(chuàng)新能力和終生學習能力的培養(yǎng)。同時對于一些極限實驗和破壞性實驗根本無法在大多數(shù)中職學校的傳統(tǒng)實驗室里完成。而Multisim14卻能很好地彌補傳統(tǒng)電子技術實驗教學的不足。接下來以電子技術基礎實驗教學中的兩個實驗舉例說明Multisim 14仿真軟件在電類專業(yè)實驗教學中的運用。

從事電工基礎教學的老師大家都有一個共同的感悟，在正弦三相交流電源的講授時，面對三相正弦交流電源是由三個頻率相同、大小相等、相位互差120°的概念講述特別的蒼白無力，普通的實驗室又無法完成直觀形象地測量三相電源波形的實驗，使得我們的教學只能由教師先從講述三相發(fā)電機的構造原理，然后在黑板上作圖呈現(xiàn)三相正弦交流電源的波形，不僅費時費力，課堂效率低；而且學生難以理解所教知識內容。

圖1 對稱三相正弦交流電路仿真實驗電路

如若采用Multisim14仿真軟件來輔助教學，借助Multisim14自帶的元件庫和儀表庫不僅能夠快速地構建仿真實驗電路，而且能夠通過四蹤示波器以用戶喜好設定的不同顏色在示波器窗口中動態(tài)直觀地呈現(xiàn)三相電源的波形，所有的操作跟實驗室實際操作非常貼近，大大地提高了課堂教學效率和教學效果。

教師（或學生）只需在相應的元件庫和儀器儀表庫中按圖1所示快速調取所需元器件和儀器儀表至Multisim14工作窗口，合理布局之后連接好仿真電路，設置好器件參數(shù)和示波器測量通道電纜的顏色即可運行仿真電路。可通過雙擊示波器圖標打開示波器面板即可直接觀測三相正弦交流電源的波形和三相正弦交流電的各項參數(shù)（周期、相位、幅度等），如圖2所示。

圖2 仿真所測的三相正弦交流電的波形和各項參數(shù)

示波器的操作與真實儀器的操作非常接近，可以用鼠標非常方便地調節(jié)示波器的時基倍率和幅值倍率使示波器顯示的波形適合實驗者觀測即可，同時還可以通過移動兩個時間標尺來測量各相交流電的參數(shù)及兩相交流電之間的相位差。同時該仿真軟件還能像電影慢鏡頭一樣呈現(xiàn)三個負載X1～X3按正弦交流電相序輪流交替導通，且各相負載亮度隨正弦波幅值變化而變化的動態(tài)效果。非常的形象逼真，這也是常規(guī)實驗中無法實現(xiàn)的。

從圖1仿真實驗中我們通過交流電流表測量到了中性線的電流示值為零，這也符合對稱三相交流電路中性線電流的規(guī)律。

我們在圖1電路的基礎上稍作修改，如圖3所示接入兩只瓦特表，即可直觀快速測得該三相電源電路電源所提供（或負載所消耗）的平均功率為兩瓦特表的測量值之和300W，這符合兩瓦計法測量三相正弦交流電路的功率方法，也為后續(xù)的工程實踐提供接線操作方法參考，從而起到“理→虛→實一體化”的教學效果。

圖3 采用兩瓦計法測量三相電源的功率

非常值得一提的是Multisim還自帶了一個電路設計向導功能，實驗者只需逐步點擊級聯(lián)菜單Tools→Circuit wizards 下的 555 timer wizard（555 時基向導）、Filter wizard（濾波器向導）、Opamp wizard（運算放大器向導）、CE BJT amplifier wizard（共射極放大電路向導），按著向導步驟設置用戶所需參數(shù)即可快速生成以上各類經(jīng)典應用電路，供仿真設計分析之用。

下面我們以生成一個共射極放大電路為例來具體說明，以期起到舉一反三、拋磚引玉之用。

實驗者只需按圖4所示步驟操作，即可彈出如圖5所示共發(fā)射極放大電路設置向導對話框。

圖5 共發(fā)射極放大電路設置向導

實驗者根據(jù)需要在各相應功能區(qū)域合理修改輸入各項參數(shù)之后，點擊“Verfy”按鈕之后會在如圖6所示的Amplifier characteristics區(qū)域計算出對應放大電路的最小電壓增益、最小電流增益和最大電壓增益等參數(shù)。

圖6 放大參數(shù)欄

如果實驗者接受上述電路參數(shù)，點擊“Build circuit”按鈕，即可生成電路附著在光標上，移至電路工作窗口的適當區(qū)域點擊左鍵即可完成電路放置。然后從右邊儀器儀表欄中調取雙蹤示波器至電路工作窗口適當位置，并將連接至電路的輸入端和輸出端的A、B通道輸入電纜修改為藍色和紅色（導線上單擊右鍵，在彈出菜單中左鍵單擊“Segment color”，在隨后彈出顏色標簽中選取相應顏色即可），雙擊打開示波器面板，合理設置水平和垂直顯示倍率之后即可測量該共發(fā)射極放大電路的輸入/輸出波形參數(shù)如圖7所示。

圖7 共射極放大電路向導生成電路及參數(shù)測量

從以上操作可以看出實驗者若能合理利用電路向導工具，即可事半功倍地生成所需要的高質量經(jīng)典電路并仿真測試，從測量結果可以看出電路的運行效果與我們在向導里設置的預期參數(shù)高度吻合，可謂是心想事成。

3 結束語

通過上述實踐案例不難看出，NI Multisim 14具有易學易用，便于電子信息、通信工程、自動化、電氣控制類專業(yè)學生自學；便于開展綜合性的設計和實驗，有利于培養(yǎng)學生工程實踐能力、開發(fā)和創(chuàng)新的能力。

職業(yè)院校在電類實驗教學中引入Multisim14電子設計自動化仿真軟件，輔助電類專業(yè)課程實驗教學，是未來電類實驗教學的發(fā)展趨勢，不僅可減少實驗設備的損耗與更換周期，更重要的是可提高實驗效率，激發(fā)學生的興趣，提高學生的動手能力與設計創(chuàng)新能力，使實驗課不僅僅局限于實驗課中的定理驗證與現(xiàn)有實驗設備之內的實驗，而是把實驗與工程應用能力結合起來，對電類實驗課程的教學有著極大的促進作用，進一步提高實驗教學的靈活性。同時還能拓展電類專業(yè)實驗（實踐）的時空限制，使學生的實驗（實踐）不受學校實驗室開放時間和老師授課時間的限制，更好地培養(yǎng)學生的自主學習能力、探究能力和創(chuàng)新思維能力，為學生終生學習能力的培養(yǎng)奠定堅實的基礎。