“卓越计划”中电工电子虚拟实验探索

【摘要】文章阐述了在“卓越计划”执行中改革电工电子实验教学，采用模块化实验教学方法，将Multisim10虚拟实验平台运用到电工电子实验教学中的探索过程，介绍了虚拟平台和Multisim10功能，肯定了虚拟实验平台在培养学生综合设计和创新能力方面的作用。

【关键词】卓越计划　电工电子虚拟实验　Multisim10　模块化

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）11-0223-02

1.引言

“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是教育部促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在以实施卓越计划为突破口，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。

浙江科技学院是一所致力于培养具有实践能力、创新精神和国际素养的高素质应用型专门人才的大学，是教育部第一批执行“卓越工程师教育培养计划”的高校之一。为了实现“卓越计划”我校进行了一系列的教学改革创新。实践教学是我校教学改革的重要环节，而电工电子实验课程是工科类专业的核心课程，也是最基础的实践课程，因此电工电子实验教学内容和教学方法的改革对学生综合素质的提高、创新能力的培养和“卓越计划”的顺利实施具有很大的影响。

在电工电子实验改革中，我们引进了模块化的实验理念，按专业、开设课时要求分基础训练、综合设计、创新实验3大实验模块。在各个模块实验中，不是学生简单地按照教师制定的实验步骤方法得到实验结果，而是教师提出实验要求、设计指标和主要参考仪器设备元器件，需要学生利用所学的理论知识，完成实验方案、实验电路的设计，列出实验步骤，完成实验和参数测试，这就需要学生反复不断设计、实践。使用现有的实验设备台套数不够，一旦设计不合理线路错误会烧坏元器件，损坏仪器设备。而且随着电子技术的高速发展，新技术和新方法不断涌现，实验硬件设备仪器的更新远远跟不上知识的推陈出新和电子技术的日新月异，这严重阻碍了学生的实践和创新能力的培养。虚拟电工电子实验平台很好地解决了上述问题。

2.电工电子虚拟实验平台

电工电子虚拟实验平台是利用EDA技术在计算机上运用专业软件完成电子设计、电路仿真运行、参数测试。在计算机上做电工电子路实验所用的元器件、测试用的仪器仪表、导线以及电路连接等，全部由软件模拟实现。教师可以利用虚拟元器件库丰富的元器件方便地搭出各种电路演示给学生看，可以把最新的技术及时传授给学生。学生随时可以在虚拟实验台上运行教师要求的实验，又可自主设计实验，有利于学生动手能力、设计创新能力的培养。而且只要有计算机安装专业软件就可以实验，提高了实验设备利用率以及实现电子电路与系统的EDA，电工电子虚拟实验平台也是当今电子技术实验室的一个发展方向。

随着电子技术的发展，越来越多的计算机仿真软件和虚拟仪器相继出现，我们在电工电子虚拟实验教学中选用了目前国际上比较流行和得到广泛应用的Multisim10软件。

3.Multisim　10软件介绍

Multisim10仿真软件是美国国家仪器有限公司（简称NI公司）推出的一款专门用于电子线路仿真与设计的EDA软件，是迄今为止在电路级仿真上表现最为出色的软件。有了Multisim10软件相当于拥有了一个设备齐全的电工电子实验室，它不受时间、地点、设备的限制，可以非常方便的从事电路的设计、仿真、分析工作。其特点如下：

3.1　Multisim10具有丰富的元器件库：教育版有13000种元器件，为学习者提供了虚拟的3D面包板实验平台和3D元器件库，使用者可以方便的搭建电路并在虚拟面包板上模仿电路行为。还配备了一个功能强大和有完整的原理图的元器件编辑系统，可以方便的编辑元器件参数和创建新的元器件，使得元件库中的元件与电子技术发展同步，满足不同层次使用者的需要。

3.2　Multisim10具有多种常用的虚拟仪器仪表：仪器库包含了示波器、函数信号发生器、IV特性分析仪、频率计数器、扫频仪、失真度分析仪、逻辑分析仪、逻辑转换仪、频谱分析仪、网络分析仪和数字万用表、功率表等10多种虚拟仪器。配备了仿安捷伦、泰克常用品牌的虚拟仪表。还可以运用LabVIEW实现完全自定义的虚拟仪器。

3.3Multisim10具有强大的仿真分析功能：提供二十多种分析功能。运用虚拟实验平台，通过仿真分析，不需要构造具体的物理电路，也不需要使用实际的测试仪器，就可以确定电子电路的工作特性。可以通过运用仿真数据来提高测试能力，减少失误，缩短设计时间，增加设计量。

Multisim10界面形象直观、操作方便，易学易用，有利于培养学生的综合分析、开发和创新能力。

4.Multisim10运用于电工电子实验教学

4.1　Multisim10在基础训练模块中的应用探索

在电工电子基础训练实验模块中，主要为学生安排的教学内容之一是掌握电类基本的仪器仪表使用，如：示波器，毫伏表、函数信号发生器、万用表，电源的使用。之二是配合理论教学的原理性分析实验，例如：电路原理的网络等效变换、RC回路的串联谐振；模拟电路的单管放大电路性能指标测试、负反馈电路；数字电路实验的门电路教学、时序逻辑电路的分析，555定时器的电路原理等等。这些原理性的实验内容按照传统的实验方法需要大量的仪器设备，花费学生很多的正常学习时间才能完成。现在我们可以利用　Multisim10多种常用的虚拟仪器仪表库和强大的仿真分析功能，把这类实验安排在计算机上模拟分析。按照专业要求，电类专业选修电路、模电、数电电子技术实验的同学，基础训练实验在课外仿真实验平台上完成。物理仪器设备的使用，实际电子电路的连接调试在后续的综合设计模块中实现。非电类专业选修电工学实验的同学挑选1、2个实验在物理实验台上完成，大部分实验内容要求在课外计算机上仿真修习。学生提交实验报告，教师利用网络平成实验指导，及时解决学生提出的问题。仿真教学打破了实验室空间设备的限制，突出了教学以学生为主的模式，开阔了学生的思维。

4.2　Multisim10在综合设计模块中的应用探索

“卓越计划”中为了提高学生的工程能力培养，在电工电子实验中综合设计实验项目处在主要地位，教师提出设计任务，要求学生采用现代设计手段，先进的器件来完成设计要求，完成产品的制作和参数测定。提出的综合设计题目如：函数信号发生器设计、电子温度计设计、数字万用表的设计、电子定时电路设计、电子遥控器设计等等，要求学生从多个设计项目中选择1-2个综合设计实验项目，也可以自行拟题完成。综合设计强调的是学生自主设计。但在电子科技高速发展的今天，新器件、新材料不断出现，各实验室由于实验资金的限制不可能备齐最新的实验器材，阻碍了综合设计实验的顺利完成。而且在调试过程中一旦设计不合理，线路有错误，就会造成元器件烧坏，成功的希望也随之破灭。Multisim10电子虚拟实验平台有丰富的元件库，可以创建最新的元件和编辑参数，有各种各样的仪器仪表，可以反复调试、仿真，不断修正设计，事先排除大部分设计缺陷，然后利用实际元器件模型创建电路，最后将二者的仿真分析结果进行比较，使得设计更加合理。而Multisim10形象的电路仿真运行功能和强大的电路分析使学生在设计过程中获得了无限乐趣，提高了学生的学习积极性。

4.3　Multisim10在创新实验模块中的应用探索

在创新实验模块中安排了开放实验项目和电子竞赛项目。如太阳能最大功率点跟踪控制器设计、三相正弦波逆变电源设计等等。系统设计综合性更强，电路更加复杂，需要学生掌握的知识更加广泛，运用了一些集成度比较高的元器件，使用的分析仪器更加专业，常规功能的实验室不可能备齐各种仪器设备和大量的元器件，很难满足要求。而Multisim10电子实验平台有逻辑分析仪，频谱分析仪、逻辑转换仪等仪器为电路仿真提供了强大的保证，有丰富的元件库，学生可以采用多种设计方案，不断仿真调试，达到最佳设计，提高了学生的自学、探索和创新能力。

5.结论

实践证明，电工电子虚拟实验在“卓越计划”执行中起到了培养学生工程能力、创新能力的作用，使学生掌握了先进的电子电路设计方法，弥补了硬件实验教学的不足，为学生提供了广阔的设计平台，提高了学生工程实践能力和就业竞争力。

但是仿真实验只存在于虚拟实验中，设计的最宗目的还是以产品形式体现，我们的学生所缺乏的实际操作能力是无法用虚拟仿真来获得的。因此，将虚拟实验与传统硬件实验有机的结合，实践与理论相结合，培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才是我们努力的方向。

参考文献：

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作者简介：

裘君英（1962），女，高级实验师，浙江杭州人，主要研究方向为电子技术与自动化。