常書惠

摘要：模擬電子技術(shù)課程是高職電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。文章以直流穩(wěn)壓電源制作項目為例，通過Multisim 14仿真軟件在理論知識和實體實訓(xùn)過程中引入仿真實訓(xùn)。從課程教學(xué)目標(biāo)分解、課程教學(xué)設(shè)計和仿真實訓(xùn)設(shè)計、教學(xué)實施等方面闡述了仿真實訓(xùn)在理論知識和實體實訓(xùn)之間起到了有效銜接的橋梁作用。同時可以降低理論知識教學(xué)難度，消除學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的畏難情緒，有助于提高課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Multisim軟件；項目化教學(xué)；教學(xué)設(shè)計；仿真實訓(xùn)；教學(xué)實施

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）10-0143-03

模擬電子技術(shù)課程是高職電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對電路硬件知識能力的培養(yǎng)有著不可替代的作用。該課程內(nèi)容抽象難懂，對于高職學(xué)生學(xué)習(xí)有較大難度。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易將理論與實踐割裂開來，缺乏理論聯(lián)系實踐，理論指導(dǎo)實踐的能力。Multisim 14仿真軟件功能強(qiáng)大、操作簡單、使用靈活。通過仿真實驗，將抽象的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)楦行哉J(rèn)識，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動手實踐能力、操作能力和教學(xué)效果[1]。直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用非常廣泛，例如手機(jī)充電器、電腦筆記本電源適配器和電子設(shè)備供電等。直流穩(wěn)壓電源屬于高職模擬電子技術(shù)課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。為了更好地說明Multisim仿真實訓(xùn)在該課程教學(xué)中的橋梁作用，本文以直流穩(wěn)壓電源項目教學(xué)為例，從課程教學(xué)目標(biāo)分解、課程教學(xué)設(shè)計和仿真實訓(xùn)設(shè)計、教學(xué)實施等方面進(jìn)行闡述。

1 課程教學(xué)目標(biāo)分解

為了使學(xué)習(xí)過程更加符合高職學(xué)生的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，模擬電子技術(shù)課程進(jìn)行了項目化教學(xué)改革。項目化教學(xué)是根據(jù)企業(yè)的具體崗位，圍繞項目開展的新型教學(xué)活動[2]。該課程以企業(yè)實際工程項目為載體，對課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，形成五個小型電子產(chǎn)品制作項目。每個項目包括項目描述、知識儲備和項目實施三個環(huán)節(jié)。課程內(nèi)容與職業(yè)能力培養(yǎng)要求結(jié)合，適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展對高技能應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。引入行業(yè)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)，精簡理論，注重實踐。強(qiáng)化器件外部特性，淡化器件內(nèi)部原理；強(qiáng)化宏觀設(shè)計應(yīng)用，淡化微觀細(xì)節(jié)。將課程教學(xué)目標(biāo)根據(jù)項目內(nèi)容分解為知識目標(biāo)體系、能力目標(biāo)體系和素質(zhì)目標(biāo)體系，構(gòu)建項目化課程體系如圖1所示。

2 課程教學(xué)設(shè)計

2.1 課程整體設(shè)計

課程分為五個項目，每個項目包括項目描述、知識儲備和項目實施三個環(huán)節(jié)。項目教學(xué)過程中知識點(diǎn)、技能點(diǎn)按照理論知識、仿真實訓(xùn)和實體實訓(xùn)三個階段安排教師講授內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)每類學(xué)生特點(diǎn)、基礎(chǔ)不同，進(jìn)行分層次項目化教學(xué)[3]。傳統(tǒng)的課程教學(xué)中直接從理論過渡到實體實訓(xùn)，該課程在理論教學(xué)與實體實訓(xùn)過程之間引入仿真實訓(xùn)教學(xué)，形成理論知識→仿真實訓(xùn)→實體實訓(xùn)三個階段的進(jìn)階型學(xué)習(xí)任務(wù)，建立了理論學(xué)習(xí)與實體實訓(xùn)二者之間有效銜接的橋梁。Multisim 14仿真軟件簡單易學(xué)，電路仿真形象直觀，有助于學(xué)生的理論理解[4]。通過虛擬元件搭建各種電路。通過虛擬儀表進(jìn)行電流、電壓等參數(shù)的測量，非常方便靈活，克服了傳統(tǒng)電路分析和設(shè)計受實驗室硬件條件限制的缺點(diǎn)[5]，同時為實體實訓(xùn)奠定基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)過程更加符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，從而提高課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

2.2 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

該課程在每個項目教學(xué)過程中結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)，以項目為載體將課程教學(xué)內(nèi)容分項目、分環(huán)節(jié)、分任務(wù)實現(xiàn)知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，見表1所示。在直流穩(wěn)壓電源的制作項目教學(xué)過程中，項目描述環(huán)節(jié)教師講授直流穩(wěn)壓電源整機(jī)電路組成、作用及用途。通過實物展示、學(xué)生觀察實物與整機(jī)電路圖、分單元電路與實物對照講授。學(xué)生小組根據(jù)教師講授和電路圖識圖情況列出元器件清單，并且標(biāo)明已經(jīng)認(rèn)識和熟悉的元器件和還不認(rèn)識的元器件，有的放矢進(jìn)行項目內(nèi)容的學(xué)習(xí)。知識儲備環(huán)節(jié)教師講授的知識點(diǎn)主要有半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)、特性和電路符號，整流電路組成、工作原理分析，濾波電路組成、工作原理分析，穩(wěn)壓電路組成、工作原理分析。小組通過Multi?sim 14仿真軟件進(jìn)行仿真實訓(xùn)、實驗箱等實體實訓(xùn)進(jìn)行選取元器件、電路搭建、電路性能參數(shù)測試、電路輸入和輸出波形觀察。項目實施環(huán)節(jié)教師講授實體儀器儀表操作規(guī)范、使用方法，電路裝配流程和電路檢測和調(diào)試方法。小組按照元器件清單進(jìn)行元器件實物識別、性能檢測，按照電路圖進(jìn)行實物裝配，并進(jìn)行檢測、調(diào)試和故障排除。教師講授內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)交替進(jìn)行，形成“做中學(xué)，學(xué)中練，學(xué)中做”的教、學(xué)、做一體化教學(xué)模式。

2.3 仿真實訓(xùn)設(shè)計

2.3.1 仿真實訓(xùn)的步驟

仿真實訓(xùn)內(nèi)容主要包括按照電路圖進(jìn)行元器件的選取、搭建電路、選擇合適的儀器儀表接入電路，觀察輸入輸出信號電壓、電流波形，以及正確操作儀器儀表讀取測量參數(shù)等基本內(nèi)容。在仿真實訓(xùn)過程中主要按照下面三個步驟進(jìn)行：第一步是元器件選取，包括元器件類型、型號的選取和參數(shù)的設(shè)置，正確進(jìn)行元器件的選取需要對其參數(shù)進(jìn)行正確的計算，選取符合實際工作環(huán)境和工作要求的元器件。第二步是測試儀器儀表的選擇：仿真環(huán)境中測試儀器包括萬用表、雙蹤示波器、四蹤示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、功率表、頻率計數(shù)器、失真度分析儀、電壓探針、電流探針等虛擬儀器[6]。第三步是搭建仿真電路和性能測試。根據(jù)電路圖將元器件和測試儀器儀表進(jìn)行正確連接，打開仿真儀表進(jìn)行調(diào)試，觀察電壓、電流波形以及測量參數(shù)值，與理論計算值進(jìn)行對比和驗證。如果出現(xiàn)問題找出原因，進(jìn)行元器件參數(shù)調(diào)整、測量儀器儀表調(diào)整和電路連接調(diào)整，直到仿真測試結(jié)果與理論分析、計算結(jié)果基本一致。

2.3.2 仿真實訓(xùn)任務(wù)設(shè)計

下面以直流穩(wěn)壓電源的制作項目為例介紹。直流穩(wěn)壓電源由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分單元電路組成，仿真實訓(xùn)內(nèi)容將四部分單元電路性能測試作為四個仿真實訓(xùn)任務(wù)。每個任務(wù)中包含元器件選取、測量儀器儀表選擇、仿真電路搭建和性能測試三個步驟。每個單元電路功能相同，但可能有多種電路實現(xiàn)，哪種單元電路性能最優(yōu)，最符合應(yīng)用需求，通過電路仿真測試進(jìn)行驗證是一個很好的途徑。例如，濾波電路有電容濾波、電感濾波、L型濾波和Π型濾波等電路。濾波電路仿真實訓(xùn)任務(wù)要求合理選取元器件及設(shè)定參數(shù)值，搭建電容濾波、電感濾波仿真測試電路，進(jìn)行仿真電路性能測試和對比。

1） 電容濾波仿真測試電路。合理選取元器件搭建單相橋式整流電容濾波仿真測試電路如圖2所示。通過單相橋式整流電路作為電容濾波電路的輸入信號，使S1、S3閉合，S2斷開，接入電壓電流探針讀取輸出端輸出電壓、電流值如圖2中所示。接入仿真雙蹤示波器觀察輸入、輸出電壓波形如圖3所示。通過電壓電路探針測量值和輸入、輸出電壓波形可以看出仿真測試結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。在電容濾波仿真測試電路中使S2斷開，S1、S3閉合，改變可調(diào)電阻RL2值，會發(fā)現(xiàn)隨著RL2增加輸出電壓Uo的紋波系數(shù)減小。使S1斷開，S2、S3閉合，即增大濾波電容值，輸出電壓Uo的紋波系數(shù)減小。

2）?電感濾波電路仿真測試。合理選取元器件搭建單相橋式整流電感濾波仿真測試電路如圖4所示。通過單相橋式整流電路作為電感濾波電路輸入信號，使S1、S3斷開，S2閉合，取電感L2=10H，接入電壓電流探針讀取輸出端電壓、電流值如圖4所示。接入仿真示波器觀察輸入、輸出電壓波形如圖5所示。通過仿真雙蹤示波器觀察到輸出電壓紋波輸出系數(shù)較大，脈動性較大，濾波效果沒有電容濾波效果好，與理論分析、計算結(jié)果一致。在電感濾波仿真測試電路中通過改變S1、S2和S3的開關(guān)狀態(tài)改變接入電路的電感值，以及調(diào)整負(fù)載電阻RL值，會發(fā)現(xiàn)L越大，RL越小，輸出電壓紋波系數(shù)越小，濾波效果越好。

3 仿真實訓(xùn)教學(xué)實施

該課程采用進(jìn)階型混合教學(xué)模式，將線上線下教學(xué)視為一個整體，線上線下教學(xué)優(yōu)勢互補(bǔ)，采用一體化教學(xué)模式，結(jié)合“項目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)方法，使學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中練，學(xué)中做”。在“互聯(lián)網(wǎng)+”對傳統(tǒng)行業(yè)的影響和推動下，線上線下混合教學(xué)模式被普遍視為教學(xué)新常態(tài)[7]，將課堂教學(xué)進(jìn)行了延伸，分為課前、課中和課后三部分，課前、課后為線上教學(xué)，課中為線下課堂教學(xué)。

由于仿真實訓(xùn)的特殊性和課堂教學(xué)時間有限，仿真實訓(xùn)開始時教師可以安排在課中時間進(jìn)行，在學(xué)生掌握基本的操作步驟后，可以適當(dāng)安排在課前、課后環(huán)節(jié)，作為線上教學(xué)的一部分內(nèi)容，學(xué)生利用課前、課后時間，分小組完成仿真實訓(xùn)任務(wù)并進(jìn)行線上提交，教師進(jìn)行線上批閱并及時指導(dǎo)。小組分組可以采用項目化小組，每組設(shè)一個項目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)本小組的項目任務(wù)的推進(jìn)工作及溝通工作[8]。教師可以設(shè)計一定數(shù)量、難度不同的進(jìn)階型仿真實訓(xùn)任務(wù)設(shè)計，比如整流電路可以分為半波整流、雙管全波整流電路和橋式整流電路。濾波電路可以分為電容濾波、電感濾波、L型濾波和Π型濾波等多種濾波方式。穩(wěn)壓電路可以采用并聯(lián)穩(wěn)壓、串聯(lián)穩(wěn)壓電路和三端集成穩(wěn)壓器等穩(wěn)壓電路，使學(xué)生根據(jù)自身情況，分層次完成不同進(jìn)階型仿真實訓(xùn)任務(wù)，通過仿真實訓(xùn)任務(wù)的反復(fù)練習(xí)，達(dá)到熟悉元器件特性，深入理解電路工作原理，并能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行有效分析，從而提高對抽象理論知識的掌握程度。

4 結(jié)束語

仿真實訓(xùn)需要具備一定的理論知識，仿真實訓(xùn)過程安全性高、容易操作，教師可以設(shè)計大量的仿真實訓(xùn)任務(wù)，增加學(xué)生對元器件特性、電路性能的理解和掌握，但在實體實訓(xùn)過程中不需要將每一個仿真測試電路進(jìn)行實體驗證，而是將仿真測試電路中性能較好的電路進(jìn)行實體實訓(xùn)驗證即可，這樣減少了實際材料的損耗，將實體實訓(xùn)結(jié)果與理論分析、計算結(jié)果和仿真測試結(jié)果進(jìn)行對比，同樣可以取得較好的實體實訓(xùn)效果。通過仿真實訓(xùn)會發(fā)現(xiàn)抽象的理論分析和計算變得更具有操作性。在虛擬仿真環(huán)境中，學(xué)生更容易消除對學(xué)習(xí)內(nèi)容的畏難情緒，在抽象的理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過仿真實訓(xùn)逐漸加深對理論的理解，學(xué)會應(yīng)用理論聯(lián)系實踐，理論指導(dǎo)實踐，并通過實踐促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，使得理論與實踐、知識與技能相互促進(jìn)，提高課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王樹泉.基于 Multisim 的二極管基本應(yīng)用電路仿真實驗[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2023（7）：94-96.

[2] 陳海斌.高職機(jī)械制造技術(shù)課程項目化教學(xué)設(shè)計方法探索

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