Multisim在“电工学”课堂教学中的应用研究

摘要：“电工学”是一门应用性很强的技术性课程，各种电路分析离不开实验环境的再现。介绍了Multisim虚拟实验平台的先进性，通过实例分析了Multisim在“电工学”课堂教学中的应用，使得教学过程形象、直观，更好地调动了学生的能动性，教学效果更好。

关键词：课堂教学；Multisim；虚拟仪器；仿真

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0073-02

“电工学”（电工与电子技术）是高等院校工科非电专业的一门重要的技术基础课，其任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打下电工电子技术的理论基础，并使他们受到良好的基本技能训练。“电工学”课程是一门技术应用型课程，一些重要概念、原理的讲解以及电路的分析都离不开实验环境的再现。为了提高“电工学”课程教学效果，在“电工学”课堂教学中引入了Multisim虚拟实验平台，使得这些概念、原理的学习形象化、具体化，而电路分析应用过程更贴近实际，使得学生可以更好、更快地掌握教学内容，提高综合分析问题的能力。

一、Multisim工具的先进性

1.Multisim概述[1]

Multisim是加拿大Interactive Image Technology公司于20世纪90年代末推出的电子线路仿真软件，可以对模拟、数字及其混合电路进行仿真，克服了传统电子产品设计受实验室条件限制的局限。电路设计者利用其提供的虚拟元件在计算机上就可以搭建各种电路，进行各种参数和性能指标的测试。与其他电路仿真软件比较，Multisim具有界面直观、操作方便等优点，创建电路、选用元件和测试仪器均可直接从屏幕图形中选取，而且测试仪器的图形和实物外形相似，有一般电子技术基础的人员，几个小时就可以学会Multisimd的操作，因此在电子工程设计和高校电子类教学领域得到了广泛应用。

Multisim是一种非常优秀的电子技术实训工具，作为电子类相关课程的辅助教学和实训手段，可以帮助学生更好地掌握课堂教学内容，加深对概念、原理的理解；通过对电路的仿真，可是使学生熟悉常见的电子仪器测量方法，进一步培养学生的综合分析能力、排除故障能力和开发、创新能力。

2.课堂教学使用Multisim的主要优势[2]

Multisim仿真软件使元器件虚拟化，易于学生理解电路组成。Multisim的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地操作该软件，便于在课堂教学中及时地插入和退出。

Multisim仿真软件众多的虚拟仪器，能像实际电路一样看到测量结果。用Multisim进行仿真实验，实验过程非常接近实际操作的效果。元器件选择范围广，参数修改方便，使电路调试变得快捷、方便，在课堂教学中的使用极大地节省了实验时间。此外，还可以对被仿真电路中的元件设置各种障碍，以便观察到故障情况下的电路工作状态。

Multisim仿真软件提供了较为完善的电路分析功能，其中基本的电路分析方法包括：直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、失真分析、噪声分析、直流扫描分析。这些分析方法可以满足课堂教学的要求。

3.Multisim的虚拟实验过程

一是熟悉Multisim用户界面；二是根据电路从工具栏的元件库中选择元件放到工作区；三是将工作区的元件用导线连接，并设置参数；四是选择仪器或仪表，与需观测的节点连接；五是电路仿真运行；六是观察仪器仪表，记录运行结果，也可以从“分析栏”中的“分析显示图”看到测量、分析的波形图；七是保存电路图和仿真结果。

二、Multisim在课堂教学中的应用实例

1.交流电路分析

在交流电路的课堂教学中，在讨论阻抗的性质时会用到感性、容性等概念，而在讨论交流电压、电流的关系时，又会用到超前、滞后等概念。以前在讲到该部分内容时，往往要通过板书绘图或挂图来显示波形关系，而现在可以在Multisim界面上设计如图1所示的交流电路，通过虚拟仪器测量电路电流和显示电路电压波形。

由图1可知，电路为RLC串联电路。串联等效阻抗Z为，阻抗的模为，幅角θ为。由图中元件参数可计算得，阻抗的幅角，即输入电压超前R1电阻两端电压θ。此结果与图2的仿真结果相吻合。

在课堂教学中，可以通过调整RLC的参数改变阻抗Z的性质，使之具有感性、容性、纯阻性，进而观察对两个电压波形相位关系的影响，使学生明白相位超前、滞后的概念。

2.放大电路分析

对于电子电路中单管放大电路的放大特性分析，设计共射极放大电路如图3所示，双踪示波器A通道测量的是输入波形，B通道测量的是输出波形。由图4示波器可以看出，输出波形与输入波形是反相的，再根据示波器显示的输入输出波形的幅值数据，就可以方便的计算出电路的电压放大倍数。这样的教学方式，比原来纯数学公式的推导更形象，也更容易理解记忆。

3.逻辑电路分析

逻辑转换仪是Multisim有的一种虚拟仪器，主要用于逻辑电路几种表示方法间的相互转换，如把逻辑电路转换为真值表、真值表转换为逻辑式、逻辑式转换为电路等。利用该功能，可以轻松的在课堂教学中将逻辑电路的表示方式介绍清楚。

图5是带有逻辑转换仪的一个逻辑电路，利用在数字电子技术中的知识可以看出此电路为一位全加器电路，根据转换类别点击逻辑转换仪的转换按钮，可得到如图6所示的结果。图6是将逻辑电路转换成真值表的形式。

三、Multisim应用效果分析

1.可以使教学实现真实性

Multisim虚拟实验平台运行时的电路技术指标和数据是真实的，与实际电路运行相同，同时避免了实验室传统实验中人为因素对实验的影响，实验效果更好。由于电路的搭设和改变方便快捷，在课堂上做一个演示实验所占时间不多，且学生有一种身临其境的感觉，其课堂效果自然比传统教学中语言的直接描述好得多。

2.可以使学生有一种参与感

在课堂教学过程中，对于电路的设计、分析可以让学生参与其中，提出自己的意见，避免教师灌输式的教学模式，可以极大地激发学生的兴趣，使学生对分析结果、概念、定理的理解更加牢固。

3.便于改革教学方法

以往教学模式是教师提出问题后自己分析，进而给出结论。有了Multisim虚拟实验平台的技术支持，可以通过实验提出问题，在分析的过程中提出各种变化可能，通过变更电路结构、电路参数等进行实验对比。

四、结束语

随着电工电子技术的飞速发展，课堂教学的内容越来越多，与实际联系也更加紧密，在“电工学”课堂教学中引入Multisim技术是一种发展趋势。今后将Multisim技术应用于“电工学”课堂教学，可以把教师的课堂演示、学生的实验操作、课外延伸学习贯穿一体；把理论教学、实验环境、问题分析有机融合；把课内与课外、理论与实践、理解与设计有机结合。使整个教学过程虚实结合、软硬结合、学做结合，更有利于学生个性化发展，培养学生的创造能力。

参考文献：

[1]薛香娥，等.Multisim7在电工电子教学中的应用分析[J].山西电子技术，2010，（2）：17-19.

[2]陈滟涛，等.Multisim7在《电工学》教学中的应用[J].中国现代教育装备，2008，（2）：86-87.

[3]刘贵栋，等.应用Multisim的“电子技术基础”研究性教学实践[J].电器电子教学学报，2010，（10）：60-61.

[4]张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理，2012，（4）：108-110.

[5]王子玲，等.基于仿真技术的电子线路课程教学优化[J].现代电子技术，2013，（8）：62-64.