摘 要：電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是電工電子技術(shù)課程的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)因受實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地、排課時(shí)間等因素的制約，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)成效不佳。針對(duì)這一現(xiàn)象，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將Multisim仿真技術(shù)融入工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)時(shí)效性等方面進(jìn)行改革，逐步形成了“虛實(shí)結(jié)合、線上線下一體化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐表明，融入Multisim仿真技術(shù)的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，能有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性思維，提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) Multisim 教學(xué)改革 教學(xué)模式

電工電子技術(shù)集合了電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等知識(shí)，是非電類工科專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程兼顧有較強(qiáng)的理論性和實(shí)驗(yàn)性，因此在課程學(xué)時(shí)安排中開設(shè)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的補(bǔ)充[1]，更是對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的鞏固、驗(yàn)證和應(yīng)用；為學(xué)生構(gòu)建完整的基礎(chǔ)知識(shí)體系、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的精神和創(chuàng)新意識(shí)發(fā)揮著重要作用[2]。隨著虛擬仿真技術(shù)和新媒體技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，僅依賴專用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，已不能滿足當(dāng)前形勢(shì)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求；傳統(tǒng)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)受設(shè)備、場地、時(shí)間的限制[3-4]，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。鑒于此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)著手從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面進(jìn)行改革研究，最終以Multisim仿真軟件為依托，將Multisim仿真技術(shù)融入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)建自主體驗(yàn)式和探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

1 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

電工電子技術(shù)是柳州工學(xué)院車輛工程、汽車服務(wù)工程等汽車類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，該課程經(jīng)歷了從32學(xué)時(shí)純理論、到40學(xué)時(shí)理論+8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)、再到40學(xué)時(shí)理論+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展過程。從學(xué)時(shí)設(shè)置看出，電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)在該課程的地位以及在整個(gè)人才培養(yǎng)中的重要性。近年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可拓展性較差

依托現(xiàn)有固定式電路實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)箱等儀器設(shè)備進(jìn)行設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，側(cè)重于對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)相對(duì)較少。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可拓展性較差，無法較好地訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)綜合應(yīng)用與設(shè)計(jì)能力。教學(xué)儀器設(shè)備更新?lián)Q代周期相對(duì)較長，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新慢，容易造成與學(xué)生學(xué)情不匹配、脫離工程實(shí)踐等現(xiàn)象。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較為簡單

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，指導(dǎo)教師主要采用講授式+演示法的教學(xué)模式進(jìn)行授課；學(xué)生通過聽教師講授，觀看實(shí)驗(yàn)演示操作，對(duì)照指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)要求和步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？v觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，學(xué)生被動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，機(jī)械式地完成實(shí)驗(yàn)操作，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求、步驟等的思考，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

1.3 實(shí)驗(yàn)的時(shí)效性較差

在以往的教學(xué)中，通常將實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排在完成理論教學(xué)之后，容易造成實(shí)驗(yàn)與理論的脫節(jié)，不利于學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，也起不到對(duì)理論知識(shí)理解和鞏固的作用。

2 融入Multisim的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

Multisim是美國國家儀器推出的一款集成了豐富虛擬元件和儀器儀表，能夠進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)、測(cè)試、仿真的軟件[5]，該軟件被廣泛應(yīng)用于電子電路教學(xué)和工程實(shí)踐等領(lǐng)域。為解決當(dāng)前電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正起到輔助理論教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的作用。教學(xué)團(tuán)隊(duì)將Multisim仿真技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)時(shí)效性等方面進(jìn)行改革。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

為了擺脫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置受實(shí)驗(yàn)條件的限制，拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，豐富實(shí)驗(yàn)類型，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在保留原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，基于Multisim仿真軟件，圍繞著理論知識(shí)點(diǎn)，設(shè)置了不同內(nèi)容和類型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。已形成驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、虛實(shí)相交的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。新增虛擬仿真實(shí)驗(yàn)如表1所示。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的加入，加深學(xué)生對(duì)概念和原理的理解，加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。此外，Multisim仿真技術(shù)的融入，有效地減少因?qū)嶒?yàn)操作不當(dāng)造成的器件損壞和安全隱患，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中試錯(cuò)的機(jī)會(huì)，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供幫助。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革

電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)專用器材投入較大，指導(dǎo)教師配備人數(shù)較多、設(shè)備利用率和教師工作效率不高；學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)不多，缺乏獨(dú)立思考的過程。隨著虛擬仿真技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教學(xué)過程中的廣泛應(yīng)用，為電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革提供了思路。本實(shí)驗(yàn)課不僅融入了Multisim仿真技術(shù)，同步采用了“超星學(xué)習(xí)通”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，形成了“虛實(shí)結(jié)合、線上線下一體化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程如圖1所示。此模式流程下，學(xué)生主導(dǎo)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，其主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性得到充分發(fā)揮，也充分體現(xiàn)了教學(xué)以學(xué)生為中心。

2.3 實(shí)驗(yàn)時(shí)效性的改革

教學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)真梳理理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)分配，分析過往幾屆學(xué)生的理論教學(xué)進(jìn)度，重新制訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度計(jì)劃。當(dāng)前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行課程教學(xué)大綱和教學(xué)日歷的修訂，做好理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度上的匹配，規(guī)劃好課程整體教學(xué)進(jìn)度；在學(xué)校教務(wù)部門下達(dá)排課任務(wù)時(shí)，將規(guī)劃好的教學(xué)進(jìn)度上報(bào)給教學(xué)秘書進(jìn)行排課；完成排課后，任課教師應(yīng)嚴(yán)格遵照教學(xué)進(jìn)度開展相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，以此真正保障電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的時(shí)效性。

3 融入Multisim的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)融入Multisim仿真技術(shù)后，增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以此進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。以組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)為例說明基于Multisim的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)開展情況。

3.1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求

請(qǐng)?jiān)贛ultisim中利用與非門設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決電路，要求能實(shí)現(xiàn)：當(dāng)有兩人或兩人以上同意時(shí)、表決通過，否則表決不通過；并對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

3.2 分析與設(shè)計(jì)過程

依據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)中三人表決要求，設(shè)計(jì)三人分別用Ａ、B、C表示；每人在表決時(shí)，同意用1表示，不同意用0表示；表決結(jié)果用F表示，當(dāng)F通過用1表示，反之不通過用0表示。以此邏輯關(guān)系，可將投票情況和結(jié)果用真值表表示，如表2所示。

綜合真值表的數(shù)據(jù)可以得到邏輯表達(dá)式①：

從邏輯表達(dá)式①可以看出，搭建三人決定電路實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)表決要求，需要三組兩輸入與門，和一組三輸入或門。但實(shí)驗(yàn)任務(wù)中已明確使用與非門進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，因此需要將邏輯表達(dá)式①進(jìn)行變換，得到與非關(guān)系的邏輯表達(dá)式②：

依據(jù)表達(dá)式②中三人之間的關(guān)系可知，本次表決電路需用到三組兩輸入與非門，和一組三輸入與非門，因此設(shè)計(jì)如圖2所示的三人表決電路。其中選定三組單刀雙擲開關(guān)S1、S2、S3分別表示Ａ、B、C三人，X1、X2、X3三組藍(lán)色指示燈分別表示三人各自投票狀態(tài)，X7紅色指示燈表示三人表決的最終結(jié)果；藍(lán)色和紅色指示燈亮起時(shí)表示同意或通過，熄滅時(shí)表示不同意或不通過。

3.3 仿真結(jié)果與總結(jié)

依據(jù)邏輯表達(dá)式②衍生設(shè)計(jì)的三人表決電路（圖2），基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，初步實(shí)現(xiàn)了三人表決功能。但電路相較粗糙，未考慮各元件在真實(shí)應(yīng)用時(shí)的連接關(guān)系和供電需求。因此，學(xué)生需在利用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化此電路，切實(shí)利用實(shí)際元件完成本次實(shí)驗(yàn)任務(wù)。此外，從設(shè)計(jì)過程中可以看出，實(shí)現(xiàn)三人表決功能不局限于與非門，還可以利用與門和或門的組合實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)所具備的條件，靈活使用元件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。經(jīng)過此次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了對(duì)自我理論所學(xué)的檢驗(yàn)，鍛煉了自我獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、解決問題的能力。

4 結(jié)語

柳州工學(xué)院車輛工程專業(yè)電工電子技術(shù)課程，自2020級(jí)開始，教學(xué)團(tuán)隊(duì)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、修訂課程教學(xué)大綱，并嘗試將Multisim仿真技術(shù)融入理論和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，歷經(jīng)兩屆學(xué)生的教學(xué)改革和實(shí)踐，初見成效。車輛工程專業(yè)2018-2021級(jí)電工電子技術(shù)課程考核中，及格率從開始的54.49%提升至92.05%；優(yōu)秀率從0.64%提升至11.41%；學(xué)生在該課程的綜合成績明顯提升。教學(xué)團(tuán)隊(duì)持續(xù)進(jìn)行電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和案例庫，規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)機(jī)制，逐漸形成系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施保駕護(hù)航，同時(shí)也為其他類型實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革提供參考。

基金項(xiàng)目：2022年廣西民辦教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于線上教學(xué)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析的民辦高校教學(xué)策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2022MBZX24）；2020年度柳州工學(xué)院教學(xué)改革研究和實(shí)踐項(xiàng)目“基于Multisim仿真的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：2020JGCY016）。

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