基于Multisim軟件的虛擬仿真實驗在高職電子電路教學中的應(yīng)用研究

張瑜

摘要：Multisim軟件具備了速度快、實驗成本低、效率高的特征，將其引入高職電子電路教學中有助于提升實驗效率，提升實驗有效性。為此，本文系統(tǒng)論述了Multisim軟件的優(yōu)勢與局限性，對其在教學中的應(yīng)用進行了詳細分析，旨在推動高職電子電路教學工作的有序開展。

關(guān)鍵詞：Multisim軟件;虛擬仿真實驗;電子電路;教學

1 ?Multisim軟件在高職電子電路教學中應(yīng)用的必要性

電子電路技術(shù)課程為一門理論與實踐結(jié)合比較緊密的課程，課程教學中通常需要進行實驗操作?？墒牵ǔ嶒炘O(shè)備以及場地無法達到教學要求，導(dǎo)致了課程實驗難以完全實施。

從現(xiàn)在情況來看，傳統(tǒng)實驗設(shè)備在教學中依然存在著諸多不足，具體表現(xiàn)在下述幾個方面。

第一，傳統(tǒng)實驗設(shè)備功能相對單一。

隨著測控技術(shù)的不斷發(fā)展，實驗儀器不僅需要對某個量進行單獨測量，同時不同設(shè)備之間還要進行信通的聯(lián)通和共享，從而實現(xiàn)對被測機械設(shè)備系統(tǒng)的綜合性分析與系統(tǒng)化評估，獲得更加精準的判斷。傳統(tǒng)實驗設(shè)備在這方面存在著嚴重的不足，很少有傳統(tǒng)設(shè)備可以滿足這些方面的要求。

第二，使用效率低下。

對于復(fù)雜化的被測機械設(shè)備系統(tǒng)，各個廠家不同的測試儀器，使用者要掌握更多的知識，這樣實驗儀器不僅利用率以及使用頻率低，硬件還會存在冗余。

第三，操作復(fù)雜，易損。

實驗項目需要學生可以做到舉一反三，不斷的進行規(guī)律總結(jié)。傳統(tǒng)設(shè)備通常需要進行重復(fù)性測量，調(diào)試的過程中也會出現(xiàn)硬件損壞的問題，導(dǎo)致物力與人力的浪費。

從上述幾個方面考量，仿真軟件被廣泛的用于實驗教學中，其中Multisim作為一種具備強大功能，同時交互性較好的軟件，應(yīng)用范圍較廣。

2 ?Multisim軟件的虛擬仿真實驗在高職電子電路教學中優(yōu)勢

Multisim軟件為美國NI公司研發(fā)的一種仿真工具，其將Windows系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，主要被用在板級的模擬/數(shù)字電路板設(shè)計工作中，主要包括了電路原理圖圖形輸入以及電路硬件描述語言輸入等方式，具備了一定的仿真分析能力，主要特征如下：

第一，圖形界面更加直觀。

Multisim操作更加的便捷，可以實現(xiàn)可視化電路截面圖的繪制以及拖拽電路仿真實驗所需要的各種元器件、測試儀器，并且在計算機屏幕中將最終的實驗結(jié)果輸出。

第二，元器件更加豐富。

Multisim可以向客戶提供17000多種主流元器件，同時可以實現(xiàn)對各種元器件相關(guān)參數(shù)的修改，使用代碼模式與模型生成器創(chuàng)建模型和個性化的元器件。

第三，仿真能力非常強大。

Multisim將Xspice以及SPICE3F5為內(nèi)核的方針引擎，借助Electronic workbench的增強設(shè)計功能優(yōu)化數(shù)字與混合模式仿真能力。包括了電路向?qū)?、SPICE仿真、VHDL仿真等主要功能。

第四，測試儀器更加的豐富。

Multisim能夠為用戶提供22種虛擬儀器，這些儀器包括了失真度儀、示波器、萬用表、邏輯分析儀等，他們可以有效測量電路動作。這些儀器所采用的設(shè)置方法與真實一樣，可以進行動態(tài)化顯示。除Multisim本身所提供了的一些默認儀器以外，還能夠創(chuàng)建自定義設(shè)備。

利用Multisim能夠非常輕松的對機械設(shè)備中電路原理圖進行搭建和仿真，有助于虛擬實驗教學的有序開展，利用Multisi以及虛擬儀器技術(shù)，高職電子電路教學可以更加的便捷、高效。

3 ?Multisim軟件的虛擬仿真實驗在高職電子電路教學中的局限性

Multisim軟件盡管功能非常豐富，可是在實際應(yīng)用過程中依然存在著一定的不足，無法完全代替真實實驗，學生利用虛擬仿真實驗無法提升自身的接線以及焊接技術(shù)。Multisim軟件的使用環(huán)境是理想的，但是實際操作過程中，這種理想環(huán)境是無法達到的，會遇到各種意外，比如線路接觸故障、電磁干擾以及溫濕度條件等對于電路所產(chǎn)生的影響，這些都是軟件所難以模擬的。計算機也很難取代教師對學生開展教學工作，無法實現(xiàn)對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，也無法對電路進行調(diào)試操作。教師在課堂上向?qū)W生傳授的不僅僅是知識，同時也有實驗操作規(guī)范以及職業(yè)道德，此外還會與學生進行情感溝通、互動。假如教師過分依賴Multisim軟件進行仿真教學，無視實際操作教學，將會導(dǎo)致學生對真實儀器感受不斷的淡化，學生在以后的工作中面對各種機械設(shè)備時會感到無從下手。因此仿真實驗通常無法單獨存在，需要和傳統(tǒng)實驗結(jié)合在一起，彼此輔助。在實驗教學中，教師可以先采用Multisim軟件先進行仿真模擬，待學生了解實驗內(nèi)容以及基本操作以后，再進行實際操作環(huán)節(jié)，將Multisim軟件構(gòu)建的虛擬實驗與實踐教學進行有效結(jié)合，彼此配合，發(fā)揮虛擬教學與實訓(xùn)的優(yōu)勢，最終實現(xiàn)良好的教學效果。

4 ?Multisim軟件在實踐教學中的應(yīng)用問題

4.1 仿真軟件和課程教學整合難度大

盡管電子電路課程中存在Multisim軟件操作使用這部分內(nèi)容，可是該課程通常安排在大三最后一門課程，作為對電子知識與電工技巧的匯總與提高。在學期開始的時候，盡管很多學生已經(jīng)掌握了計算機操作知識與技能，對電子仿真軟件的操作界面與運行環(huán)境都比較了解，可是對于部分軟件的操作依然需要從頭開始學起。一方面，教師需要向?qū)W生講解仿真軟件本身所具備的功能，指導(dǎo)他們掌握相應(yīng)的方法，另一方面，學生要開展課程內(nèi)容學習，二者無法做到統(tǒng)一。有部分教師將Multisim軟件操作放到了電子專業(yè)課程之前實施，或者是將其相關(guān)內(nèi)容安排為課外活動，或者是以課程學習興趣小組的形式開展，整合難度較大，會提升學生學習負擔。

4.2 教學活動設(shè)計無法周全

教師需要掌握電子仿真軟件使用技巧，合理利用仿真軟件的相關(guān)功能，并且和課程教學進行有效融合。對于那些需要在課堂上驗證的仿真實驗，教師要提前設(shè)計電路，并對參數(shù)進行調(diào)整，以此達到既定的演示效果。需要學生不斷的探索發(fā)現(xiàn)，教師做好充足準備，為學生提供更加健全的學習材料。在實驗中的準備仿真輔助，還需要教師檢查提供實驗材料性能參數(shù)，保證其和仿真電路能夠保持一致。盡管每次教學活動都需要教師給予精心設(shè)計，可是因為學生學習能力相對有限，仿真實驗過程中學生本身的想法存在差異性，在教學具體實施進程中，必然會存在一些無法預(yù)知的問題，教師難以做到面面俱到。

5 ?基于Multisim軟件的虛擬仿真實驗在高職電子電路教學中的應(yīng)用策略

5.1 創(chuàng)設(shè)真實情境

電子電路課程是一門具備較強實踐性的電子技術(shù)課程，假如教師僅僅使用簡單的PPT課件進行靜態(tài)模型圖的展示，將無法提供動態(tài)、實時的電路狀態(tài)以及波形，難以采用情景對電路元件狀態(tài)變化進行解釋，而Multisim仿真軟件則能夠很好的解決這方面的問題，將現(xiàn)場試驗與課堂教學進行有效連接。采用Multisim構(gòu)建仿真實驗，借助多媒體設(shè)備向?qū)W生展現(xiàn)一個真實波形，這樣就能夠?qū)⒄n堂上一些無法用語言描述的電路變化進程與實際狀態(tài)，實時利用數(shù)據(jù)、圖形以及曲線進行充分表現(xiàn)。

5.2 注重實戰(zhàn)訓(xùn)練

高職院校主要培養(yǎng)學生的應(yīng)用技能，開展電路實訓(xùn)的根本目的是加強學生問題解決的能力，鞏固以及深化課堂中學到的各種實驗操作技能以及理論知識，掌握模擬電路線路的常規(guī)設(shè)計方法，提升模擬電路實驗與設(shè)計能力，推動后續(xù)電路學習中逐漸產(chǎn)生認真、嚴肅的作風。我國每年都會組織大學生競賽，涉及到的內(nèi)容包括了實際操作以及設(shè)計兩方面的內(nèi)容，將電子電路設(shè)計作為基礎(chǔ)，涵蓋單片機、DSP、EDA軟件以及可編程器件等競賽題目，重點考察學生基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力以及實踐創(chuàng)新能力。為了充分培養(yǎng)學生的設(shè)計能力，高職院校都設(shè)有實訓(xùn)項目。但是因為多方面因素的影響，很多學校由于實驗時間較短、經(jīng)費非常緊張、指導(dǎo)教師資源匱乏等方面的原因，沒有能夠達到設(shè)計目標。Multisim軟件的運用，能夠解決實訓(xùn)課程效率不高的問題。將一些難點以及重點問題，或者是實際操作無法達到既定效果的實驗內(nèi)容搬到軟件中開展虛擬仿真實驗，學生可以通過虛擬仿真實驗了解具體的實驗步驟和操作規(guī)范，將自己的設(shè)計構(gòu)思通過仿真實驗呈現(xiàn)出來，從而提升實驗設(shè)計能力。

5.3 轉(zhuǎn)變教學方法

使用現(xiàn)代媒體工具開展教學活動，創(chuàng)設(shè)出更加逼真的學習情境，不斷的豐富教學內(nèi)容，保持形式更加直觀而又生動，可是假如沒有師生間、學生間的互動和交流，學生無法進行有效的思考，構(gòu)建知識體系，那么即便是再精彩的舞臺和氛圍，也無法體現(xiàn)出足夠的教學效果。假如僅僅將電子仿真教學法看做是一種全新的電子教學載體與工具，難免會讓學生停留于看熱鬧中，缺少思考，無法完成知識內(nèi)化，此時需要教師對教學方法進行創(chuàng)新，側(cè)重于啟發(fā)教育。職業(yè)教育的主要目標是培養(yǎng)出具備綜合實踐能力的高素質(zhì)人才，在學習的進程中逐漸培養(yǎng)嚴謹、認真的工作態(tài)度。在課程教學中，需要將問題與任務(wù)的解決作為主要形式開展教學活動，布置實際工作任務(wù)和預(yù)設(shè)問題，使得學生將解決問題作為根本目標，在學中思，思中學。然后實施仿真實驗，分析最終的實驗結(jié)果。探索實驗是否達到了既定的目標，如果沒有達到，需要如何改進。利用啟發(fā)和引導(dǎo)的形式，積極的引導(dǎo)學生主動思考和學習。教學中，教師要秉承“以學生為核心”的基本原則，立足學生需要與教學實際，合理使用啟發(fā)性的教學方法，塑造獨立、自主的學習者形象。

6 ?結(jié)語

總而言之，基于Multisim軟件的虛擬仿真實驗具備了傳統(tǒng)電子實驗難以比擬的優(yōu)勢，同時，其本身也存在著諸多不足，無法為學生帶來實驗的真實感，因此只有將虛擬仿真實驗與實物實驗充分結(jié)合起來，才能夠達到良好的實驗效果。

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