徐亞宏

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在電工電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用Multisim10能夠幫助學(xué)生完成知識的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的有效性。這有利于學(xué)生能夠用直觀的方式學(xué)習(xí)，并加深其對理論知識的理解，掌握電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)知識，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)知識的熱情。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 電工電子技術(shù);Multisim10;實(shí)踐教學(xué)

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）18-0172-02

受到計(jì)算機(jī)軟硬件和微電子技術(shù)發(fā)展的影響，使用軟件虛擬和計(jì)算機(jī)能夠輔助完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的工作，從而對實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行仿真，這能夠解決許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法中的局限性，以更加直觀的實(shí)驗(yàn)形式來調(diào)動學(xué)生的熱情，幫助學(xué)生加深對電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的掌握。教師在開展電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常會使用Multisim10作為仿真軟件，在電子平臺上直接搭建虛擬的實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)利用仿真技術(shù)來演示實(shí)驗(yàn)的全過程，并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和檢測，以此來達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

一、電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

電工電子技術(shù)屬于理科專業(yè)的課程，該課程包括電工電子技術(shù)的相關(guān)概念，以及分析和設(shè)計(jì)電路的方法，學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)能夠有效提升電工電子專業(yè)學(xué)生的解決問題能力，培養(yǎng)其逐漸形成電工電子技術(shù)人員的素質(zhì)水平，為該專業(yè)的學(xué)生在工作和學(xué)習(xí)中使用電工電子技術(shù)做好充分的準(zhǔn)備工作。在科技高速發(fā)展的影響下，電工電子技術(shù)的教學(xué)工作也在持續(xù)地優(yōu)化完善，并且電工電子技術(shù)課程的教學(xué)時(shí)間是有限的，包含的教學(xué)內(nèi)容較多，如果教師使用傳統(tǒng)的授課方式來完成電工電子技術(shù)的教學(xué)，就會增加學(xué)生的理解難度。此外，還有一些教師為了確保能夠在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)講解完所有的電工電子技術(shù)理論知識，就會壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間。一些教師所設(shè)計(jì)的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間只有6～8節(jié)課，學(xué)生只能在這些有限的實(shí)驗(yàn)課堂中完成對應(yīng)知識點(diǎn)的驗(yàn)證工作，這就會導(dǎo)致學(xué)生無法全面理解和掌握電工電子技術(shù)所有的知識點(diǎn)。電工電子技術(shù)的課程屬于該專業(yè)中的基礎(chǔ)課程，因此許多的班級都會開設(shè)這門課程。然而，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室資源是有限的，教師在安排電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課期間就會受到客觀因素的制約。在這種情況下，教師想要達(dá)到理想的教學(xué)效果就可以借助信息化手段，使用電路仿真軟件來完成教學(xué)任務(wù)，這樣能夠以更加直觀、形象的方式來呈現(xiàn)電工電子技術(shù)的理論知識，從而幫助學(xué)生以更加簡單有效的方式對電工電子技術(shù)知識進(jìn)行理解和應(yīng)用。

二、Multisim10 軟件簡述

Multisim10 軟件是一個(gè)虛擬的工作平臺，用以實(shí)現(xiàn)電子電路的仿真和設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)工作人員可以使用Multisim10來對設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)仿真和調(diào)試。這樣可以對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行有效的驗(yàn)證，以此來確保其滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)。此外，還可以對電路中的元器件參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，從而進(jìn)一步提升電路的性能。Multisim10 中也添加了和實(shí)物一致的實(shí)驗(yàn)面板，這有利于進(jìn)一步加深學(xué)生對電路的認(rèn)識，以此來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子的熱情。此外，Multisim10的設(shè)計(jì)建立中具備較強(qiáng)的教學(xué)功能，因此教師在教學(xué)期間可以使用這一方法來完成教學(xué)任務(wù)，以此來提升教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)意性[1]。

三、Multisim10 軟件的功能和特點(diǎn)

Multisim翻譯成中文就是萬能仿真的意思，其實(shí)是在EWB的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級。早在2001年，IIT公司就推出了仿真工具，后來被NI公司收購，并改名為NT Multisim。在2007年時(shí)，推出了Multisim10的版本，并增加了許多的教學(xué)功能，能夠輔助教師完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。Multisim10具備以下這些功能：Multisim10具備較為完備的16383個(gè)元器件;Multisim 10具備較為靈活的輸入電路圖的工具且操作較為簡單，用戶在鼠標(biāo)的作用下就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)仿真電路的工作。因此，用戶能夠在較短的時(shí)間內(nèi)掌握使用的方法;Multisim 10的仿真器具備完全交互性，使用者在操作的過程中能夠隨時(shí)變化電路的參數(shù)，并對仿真的結(jié)果進(jìn)行觀察分析，以此來研究電路在性能方面的不同;Multisim 10所提供的虛擬儀器數(shù)量較多且具有不同的種類，并且能夠與實(shí)際使用的儀器外觀保持一致，如在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中常用的頻譜分析器等;Multisim 10提供了虛擬的面板環(huán)境，在此環(huán)境中學(xué)生能夠自己完成電路實(shí)驗(yàn)的制作工作，并且該環(huán)境的實(shí)驗(yàn)效果與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)效果相差較小;Multisim 10能夠支持MCU的仿真，在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)期間則更為方便，電路仿真的使用范圍也有所增加;Multisim 10可以使用梯形圖語言，也可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的仿真工作;Multisim 10的分析功能較為強(qiáng)大，用戶可以使用的分析功能有24種，如交流電路的分析、傅里葉分析等，同時(shí)也可以使用仿真后處理的功能。

四、在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用Multisim 10

以單相可控整流電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在教學(xué)過程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)單相橋式全控整流和單相橋式半控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形等內(nèi)容。明確電路在不同負(fù)載影響下的工作情況，如純電阻負(fù)載、感性負(fù)載以及帶反電動勢負(fù)載。通過該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需要，學(xué)生在掌握Multisim10軟件的使用方法時(shí)，還能利用該軟件來繪制單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路的電路圖，測量其電路所輸出的電壓，測試整流電路的輸入和輸出電壓波形。教師可以引導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行單相橋式全控整流電路的實(shí)驗(yàn)。在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，教師可以用提問的方式來引導(dǎo)學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的方向。單相橋式全控整流電路是單相整流電路中使用較多的，如果把單相半波可控整流電路中的一個(gè)晶閘管替換為四個(gè)晶閘管所構(gòu)成的單相橋式全控整流電路，教師進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)的基礎(chǔ)上來分析整流輸出的電壓波形和大小會發(fā)生哪些變化？ 讓學(xué)生加深對這兩個(gè)電路不同之處的理解。

當(dāng)學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)的方向后，教師可以安排實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在使用Multisim 10進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中所需要注意的內(nèi)容。首先，學(xué)生需要在Multisim 10軟件的作用下來打造仿真環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上來完成單相橋式全控整流電路仿真實(shí)驗(yàn)電路圖的繪制工作。學(xué)生在使用Multisim 10軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，仿真實(shí)驗(yàn)的電路圖中包含受控源、示波器，因此需要進(jìn)行接地的處理。學(xué)生需要認(rèn)真完成受控源和脈沖電壓源的連線和設(shè)置工作，避免出現(xiàn)連線錯(cuò)誤的情況，這樣會對仿真的最終結(jié)果造成不良影響。如果在電路圖中進(jìn)行刪除元件或者添加元件、變動連線和儀器變動等，都需要確保仿真的開關(guān)處于斷開的狀態(tài)。在記錄波形的過程中，如果觀察到正確的波形可以點(diǎn)擊暫停按鈕，避免Multisim 10軟件長期處于仿真運(yùn)行的狀態(tài)下，這樣能夠有效避免死機(jī)等情況。如果需要觀察多個(gè)波形，那么學(xué)生可以區(qū)別設(shè)置示波器連線的顏色，這樣能夠?yàn)閷W(xué)生觀察和記錄波形提供便利。學(xué)生在使用Multisim 10軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的過程中，需要正確測量實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，并準(zhǔn)確記錄波形以及實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)信息[2]。

之后，教師可以讓學(xué)生使用Multisim 10軟件來自主探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在使用Multisim 10軟件進(jìn)行仿真電路圖的繪制工作期間，需要將電源的電壓控制在220V，受控電壓源為1V，脈沖的電壓值設(shè)置為15V。學(xué)生需要在此數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上雙擊示波器，開始仿真工作，并在帶電阻負(fù)載情況下的單相橋式全控整流電路進(jìn)行觀察，記錄在改變觸發(fā)角的情況下，整流輸出電壓、電流大小和波形的變化情況。學(xué)生也可以在R1的支路上串聯(lián)一個(gè)200mH的電感工作，這就要求學(xué)生需要按照正確的操作來接入電壓表和電流表，并點(diǎn)擊示波器和仿真按鈕，在帶電阻電感負(fù)載的情況下對單相橋式全控整流電路進(jìn)行觀察分析。接著學(xué)生需要對觸發(fā)角進(jìn)行變化，并記錄當(dāng)前輸出電流、電壓的大小和波形的變化情況[3]。

在學(xué)生完成該實(shí)驗(yàn)的操作后，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和內(nèi)容等進(jìn)行交流分析，學(xué)生需要正確完成接入電流表和電壓表的操作，并科學(xué)完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。如交流電壓源、電壓控制電壓源、脈沖電壓源等。此外，學(xué)生還需要對所記錄的信息進(jìn)行分析研究，學(xué)生可以采用比較的方法來總結(jié)單相橋式全控整流電路在工作中的特點(diǎn)，并使用所學(xué)的理論知識來對不同觸發(fā)角下整流輸出電壓平均值和整流輸出電流平均值進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以此來對仿真的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生還需要在不同觸發(fā)角的情況下對整流電路的輸出電壓值進(jìn)行對比，從而確定觸發(fā)角的移相范圍。除此之外，教師還要求學(xué)生對四個(gè)晶閘管中對應(yīng)兩端的電壓波形進(jìn)行觀察分析，以此來幫助學(xué)生加深對于換相概念的理解，明確電感在電路中所起到的作用。單相橋式全控整流電路中使用到的晶閘管有四個(gè)，分別為兩個(gè)導(dǎo)電的回路，兩個(gè)晶閘管可以組成一個(gè)導(dǎo)電回路，并實(shí)現(xiàn)電路的控制。事實(shí)上，只需要一個(gè)晶閘管就可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電回路的控制工作，可以使用二級管來替代第二個(gè)晶閘管，這樣能夠有效簡化電路。

學(xué)生在開展單相橋式半控整流電路的實(shí)驗(yàn)研究期間，可以將單相橋式全控整流電路作為基礎(chǔ)，來開展繪制仿真實(shí)驗(yàn)圖的工作，這就為分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形的工作提供了諸多的便利條件，同時(shí)在進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)的過程中，教師也可以采用提問的方式來幫助學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)的方向，由此來展開具體的實(shí)驗(yàn)操作。

五、Multisim10在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用感受

學(xué)生使用 Mutisim10軟件來完成仿真的實(shí)驗(yàn)，并且對實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，有利于幫助學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)反思的習(xí)慣，并加強(qiáng)學(xué)生自主探究能力的訓(xùn)練，有利于學(xué)生加深對于電工電子技術(shù)理論知識的理解和應(yīng)用。教師能夠在學(xué)生使用 Multisim10軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的過程中分析學(xué)生的繪圖能力、仿真測試的能力、數(shù)據(jù)分析的能力等，從而有利于對學(xué)生進(jìn)行綜合性的客觀評價(jià)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己在電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)中的不足和問題，有利于教師開展針對性的指導(dǎo)，以此來進(jìn)一步提升電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體水平[4]。

六、結(jié)語

鑒于上述分析可知，Multisim10軟件在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用，有利于幫助學(xué)生對電工電子技術(shù)的理論知識進(jìn)行有效應(yīng)用，學(xué)生可以利用仿真的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果來加深對于電工電子技術(shù)理論知識的理解，同時(shí)也可以打破課程時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室有限的限制。 Multisim10仿真軟件的應(yīng)用能夠讓學(xué)生在課下的時(shí)間對電工電子技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)，這能夠在一定程度上提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 魯翠紅