王建華 徐海濤 鄧海東 趙 靜 龍擁兵

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)電子工程人工智能學(xué)院 廣東·廣州 510642）

0 引言

電路是電子類專業(yè)中一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)效果的好壞，學(xué)生接受程度的高低，將直接影響學(xué)生后續(xù)各類相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果。電路實(shí)驗(yàn)課程是電路課程配套的實(shí)踐教學(xué)課程，是聯(lián)系課堂理論教學(xué)的橋梁，也是檢測(cè)學(xué)生將自己所學(xué)電路知識(shí)綜合應(yīng)用于分析和解決問(wèn)題的一門基礎(chǔ)實(shí)踐課程。它是學(xué)生學(xué)好電子類專業(yè)其他后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生培養(yǎng)電路的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用的能力具有非常重要影響。

在當(dāng)前電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，電路實(shí)驗(yàn)教師一般采取如下電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法：教師首先向?qū)W生介紹和講述電路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方法，然后由學(xué)生按照操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；最后學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然而，這樣的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在如下的一些問(wèn)題：

（1）實(shí)驗(yàn)方式單一，學(xué)生只需按照指導(dǎo)書(shū)逐步操作，機(jī)械的完成，即可得到驗(yàn)證性的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中啟發(fā)式教學(xué)較少，學(xué)生發(fā)揮的空間小，創(chuàng)新性思維缺乏。

（2）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)嚴(yán)重不足，通常一個(gè)實(shí)驗(yàn)僅有2個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)生在準(zhǔn)備不充分的情況下，通常很難在有限規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果通常難于得到有效保障。

（3）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏、實(shí)驗(yàn)條件的有限等，制約了電路實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和質(zhì)量的完成，使得學(xué)生實(shí)驗(yàn)中存在“濫竽充數(shù)”混實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量難以保障。

（4）電路實(shí)驗(yàn)中元器件較多，功能較單一，電路參數(shù)復(fù)雜，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高、損耗大、功能不全等，使得完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，特別是綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，需要多種元件、儀器設(shè)備共同組合起來(lái)完成設(shè)計(jì)，不但成本高，使用也極不方便，一般情況下很難得到滿足實(shí)現(xiàn)。

（5）學(xué)生在教師所設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降莫M小范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，思維限制地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維能力。且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教師出于管理方便和學(xué)生安全考慮，通常會(huì)嚴(yán)格要求學(xué)生按照操作規(guī)程進(jìn)行，不允許學(xué)生擅自改動(dòng)電路，也更大大限制了學(xué)生對(duì)分析問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

（6）實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在實(shí)踐演示與理論講授相脫節(jié)的弊端，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中又難于通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作方式向?qū)W生展示理論知識(shí)的直觀應(yīng)用效果等，造成教師知識(shí)講授枯燥無(wú)味、學(xué)生沒(méi)有興趣學(xué)習(xí)，整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳等問(wèn)題。

由于上述這些因素會(huì)打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，限制了學(xué)生對(duì)新事物、新知識(shí)進(jìn)一步的探究，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。這就需要我們不斷改進(jìn)我們當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，研究新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法與手段，以滿足我們當(dāng)前不斷提升的電路實(shí)驗(yàn)課程需求，從而提高我們當(dāng)前電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量與效果。隨著當(dāng)前電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新器件、新電路等不斷涌現(xiàn)，具有強(qiáng)大設(shè)計(jì)、分析、仿真電路功能的Multisim電路仿真軟件的出現(xiàn)，可以為上述這些問(wèn)題的解決開(kāi)辟了新的路徑。

1 Multisim軟件引入課堂的優(yōu)點(diǎn)

Multisim電路仿真軟件是加拿大的Interactive Image Technologies公司開(kāi)發(fā)推出一款面向 windows系統(tǒng)且專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的自動(dòng)化軟件。該軟件擁有一個(gè)完整的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)和強(qiáng)大的電路仿真和分析能力，可以無(wú)縫實(shí)現(xiàn)從電路原理圖到PCB布線工具包的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸功能。該軟件克服了傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)受實(shí)驗(yàn)室客觀條件限制的局限性，不需要實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，可直接利用軟件中自帶的虛擬元件，器件搭建各種電路，并用其自帶的虛擬儀表和仿真分析方法進(jìn)行各種參數(shù)和性能的電路進(jìn)行測(cè)試，從而快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)仿真。

在電路實(shí)驗(yàn)課程中，把Multisim仿真軟件引入電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)室中存在的實(shí)際儀器落后、元件損耗太大等各種的不足，有效拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)資源，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

（2）可以克服傳統(tǒng)的電子電路的設(shè)計(jì)受實(shí)驗(yàn)室客觀條件限制的缺陷，突破了空間的限制，不需要實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，就可以實(shí)現(xiàn)使用虛擬的元件搭建各種電路，使用虛擬的儀表和仿真分析方法進(jìn)行各種參數(shù)和性能指標(biāo)的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地實(shí)時(shí)電路設(shè)計(jì)，仿真和分析功能，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

（3）可以降低因?qū)W生操作方面失誤而導(dǎo)致的設(shè)備損壞或人員傷害，可以在一定程度上節(jié)約儀器維修和器件更換等方面費(fèi)用，從而大大減輕高校在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備方面的投資壓力。

（4）可以在相同的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，更好地?cái)U(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加完備，可以大量節(jié)省實(shí)驗(yàn)的資源，提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量與效率。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛(ài)好，選擇和設(shè)計(jì)一些不同類型的電路實(shí)驗(yàn)來(lái)做，這將有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新的思維和開(kāi)發(fā)能力。

2 基于Multisim的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 充分利用Multisim軟件，合理擴(kuò)展原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

充分利用Multisim軟件，合理擴(kuò)展原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?？筛鶕?jù)教學(xué)的需要，將原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)出如驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，故障排除型實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)等多種形式實(shí)驗(yàn)，并在原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)上增設(shè)軟件仿真功能，使得原有的每個(gè)實(shí)驗(yàn)既需實(shí)操實(shí)驗(yàn)，又需完成軟件仿真功能，以一種更加真實(shí)、準(zhǔn)確和形象的方式反映每個(gè)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)，從而達(dá)到開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)最大預(yù)期目的。例如：在直流電路實(shí)驗(yàn)中，將“戴維南定理實(shí)驗(yàn)”和“疊加定理實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)成驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)并增設(shè)軟件仿真功能；在暫態(tài)電路實(shí)驗(yàn)中，將“RC一階電路的頻率特性的研究”和“RC二階電路的頻率特性的研究”設(shè)計(jì)成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)并增設(shè)軟件仿真功能。

2.2 充分利用Multisim軟件，合理增設(shè)軟硬結(jié)合型的實(shí)驗(yàn)

充分利用Multisim軟件功能，合理增設(shè)軟硬結(jié)合型的實(shí)驗(yàn)。在當(dāng)前以硬件實(shí)驗(yàn)箱為產(chǎn)現(xiàn)對(duì)象的基礎(chǔ)上，利用Multisim軟件功能，合現(xiàn)增設(shè)軟硬結(jié)合型的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在熟悉掌握Mulitisim電路仿真軟件基礎(chǔ)上，并將當(dāng)前電路實(shí)驗(yàn)的實(shí)操電路和仿真電路的兩種方式歸納為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比分析實(shí)操電路和仿真電路兩者，加深對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的理解和應(yīng)用，認(rèn)識(shí)了兩者之間的差異，以激發(fā)了學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)。例如在“戴維南定理”實(shí)驗(yàn)中實(shí)際電路的接法與仿真電路中的電源內(nèi)阻、元器件阻值、儀表測(cè)量誤差等因素都會(huì)影響兩者間的不同結(jié)果，以激發(fā)學(xué)生的積極性、提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，從而達(dá)到開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)最大預(yù)期目的。

3 基于Multisim的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

3.1 實(shí)施以實(shí)操與仿真實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方法

電路實(shí)驗(yàn)課程是電類專業(yè)中的第一門重要專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。針對(duì)大部分學(xué)生對(duì)一些儀表、元件、電路連線，電路的基本的測(cè)量方法知之甚少的問(wèn)題，提出在電路實(shí)驗(yàn)中應(yīng)堅(jiān)持實(shí)施以實(shí)操實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方法的原則。將課程的重點(diǎn)放在強(qiáng)化實(shí)操基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)練習(xí)，同時(shí)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用力度。把基于Multisim仿真實(shí)驗(yàn)和基于傳統(tǒng)實(shí)操實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮兩種教學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生更好地受益于電路理論及其實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，更好地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用電路理論知識(shí)和實(shí)際操作電路知識(shí)能力。

3.2 實(shí)施軟硬件相結(jié)合的教學(xué)方法

針對(duì)當(dāng)前電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多采用單一實(shí)驗(yàn)箱硬件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行教學(xué)的問(wèn)題，提出了一種基于軟硬件相結(jié)合的教學(xué)手段。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引入使用電路設(shè)計(jì)與仿真功能強(qiáng)大的Mulitisim軟件，突破傳統(tǒng)時(shí)間和空間的限制，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地利用軟件來(lái)進(jìn)行各種仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)物驗(yàn)證，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，真正掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。該教學(xué)方法既可以節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)資源，降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞率，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和實(shí)際解決問(wèn)題的綜合能力，從而達(dá)到提高電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

電路實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)是一門聯(lián)系電路理論教學(xué)的重要橋梁。本文在研究和分析當(dāng)前電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)存有一些問(wèn)題以及Multisim軟件功能特征基礎(chǔ)上，開(kāi)展了基于Multisim仿真軟件的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索。提出一些關(guān)于電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革的具體內(nèi)容和方法，其主要目的是為了提高電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代最新分析手段進(jìn)行獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。該探索它可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)中的不足，是實(shí)現(xiàn)電路實(shí)驗(yàn)研究型教學(xué)的一種行之有效的辦法，也是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要方向之一。