虚拟仿真技术在构建模拟电路高效课堂中的应用

王春娟

摘要：高效课堂的最终目标是实现学生的“三维”发展。在模拟电路的理论教学中，学生参与课堂的主动性不高，将虚拟仿真技术应用在该课程教学中，通过使用仿真软件Multisim 9来讲授模拟电路的理论知识，能够发动学生，让学生主动参与实际的学习过程，自己获得所学的理论知识，实现高效课堂的目标。

关键词：虚拟仿真技术；Multisum ；高效课堂

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）35-8479-02

Application of Virtual Simulation Technology in Constructing Highly Efficient Classroom of Analog Circuit

WANG Chun-juan

（Department of Computer and Electronic Information， Shaanxi Xueqian Normal University， Xian 710100， China）

Abstract： The ultimate goal of highly efficient classroom is to realize "three-dimensional" development. In the theory teaching of analog circuit， it is not high of students' active participation in the class， the virtual simulation technology is applied in the teaching of this course， the knowledge of analog circuit can be taught by using simulation software Multisim 9， students can be mobilized、participate in the actual learning actively and obtain the theory of knowledge， the efficient classroom can be realized.

Key words： Virtual Simulation Technology； Multisum；Efficient Classroom

高效课堂的基本价值取向为“生本、导学、抑教” [1]，即心系学生、以学生为本，有效地引导学生，把课堂还给学生，努力创建学生学习的“课堂”。学生是学习的主体，是知识技能的建构者、学习过程的亲历者与价值倾向的掌舵者，要在模拟电路的教学中实现“高效课堂”，教学必须关注每个学生的“三维”发展[2]，即知识技能、学习过程方法与情感态度价值观的综合发展。只有以学生主动学习为基础，教学效果才可能有效、高效，形成“想学—会学—学会”的良性循环[1]。只有这样才能不断开发学生潜能，培养学生的探究精神和创新能力。

1 构建模拟电路高效课堂中存在的问题

模拟电路课程的知识点很多，在平时的教学过程中，主要采用电路理论分析法进行讲解，学习比较枯燥。以单管共发射极放大电路为例，要求学生掌握该电路的3个动态指标：电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。主要通过讲授三极管及整个放大电路的微变等效电路[3] 的方法来分析该电路的动态指标并进行理论估算。在分析和讲解过程中，学生总体表现为在老师的带动下被动的接受相关的理论知识，与老师的互动也很被动，主动学习少，教学效果不是很好。没有学生身心在场、主体参与的课堂很难是高效的课堂，很难实现每一个学生的“三维”发展。

2 虚拟仿真技术在构建模拟电路高效课堂中的应用

2.1 虚拟仿真技术及软件简介

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲，虚拟仿真是指随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术。

Multisim 9是Electronic Workbench公司于2005年12月推出的仿真软件[4]，用于各类电路的虚拟仿真。在该软件中能够实现电路元器件编辑、选取；电路图绘制；提供多种常用的虚拟仪表，可以通过这些仪表观察电路的运行状态以及仿真结果。该软件还为学生提供了3D面包板实验平台和3D元件库，允许学生搭建他们的电路图并且在面包板上进行试验，不必构造具体的物理电路，进而测试电路工作状况和电路特性分析等。

2.2 虚拟仿真技术的应用

下面就以单管共发射极放大电路为例，说明使用仿真软件Multisim 9来讲解放大器3个常用动态指标即电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的具体应用。

1）实验电路图

在仿真软件Multisim 9中，打开选择组件窗口，选择需要的元器件、信号发生器和示波器等组件，连接如图1所示的电路图。

2）放大器动态指标仿真分析

（1） 电压放大倍数Au的仿真

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo，则电压放大倍数为Au=Uo/Ui。

具体的测量方法是：在图1所示的电路中，闭合开关J1和J2，打开信号发生器XFG1的界面，调整输入信号的幅值和频率，单击仿真开关进行仿真，打开示波器XSC1，观察输入、输出电压波形。在输出电压不失真的情况下，使用万用表XMM1和XMM2测量出uo和ui的有效值Uo和Ui，即可计算出电压放大倍数。

（2） 输入电阻Ri的仿真

输入电阻是指从放大器输入端看进去的等效电阻，它表明放大器对信号源的影响程度。

按照图2所示的电路来测量输入电阻，在被测放大器的输入端与信号源之间串联一个已知电阻R，用交流毫伏表测出Us和Ui，根据输入电阻的定义可得Ri=Ui/（Us-Ui）*R。具体的测量方法是：在图1所示的实际电路中，闭合开关J2，打开信号发生器XFG1界面，调整输入信号的幅值和频率，单击仿真开关进行仿真，打开示波器XSC1，观察输入、输出电压，在输出电压不失真的情况下，用万用表测出开关J1在打开和闭合两种情况下ui的有效值Ui1和Ui2，按照下面的公式Ri=Ui1/（U i2- Ui1）* R8，即可测出输入电阻。

（3） 输入电阻Ro的仿真

输出电阻是从放大器输出端看进去信号源的等效电阻，放大器的输出端可以等效为一个理想的电压源uo和输出电阻Ro相串联。

按照图2所示的电路来测量输出电阻，测出输出端不接负载R5时输出的有效电压Uo和接入负载时的输出有效电压UL，根据输出电阻的定义可得Ro=（Uo/UL-1）*R5。具体的测量方法是：在图1所示的实际电路中，闭合开关J1，打开信号发生器XFG1界面，调整输入信号的幅值和频率，单击仿真开关进行仿真，在J2打开和闭合时，使用万用表XMM2分别测得输出端不接负载R5时输出的有效电压Uo和接入负载时的输出有效电压UL，按照上面的公式即可测出输出电阻。

2.3总结

通过上述仿真过程的讲解，可以发现将仿真软件合理的应用在模拟电路的实际教学过程中，可以发动学生、发展学生，让学生主动参与实际的学习过程，掌握所学的理论知识。虚拟仿真技术在构建模拟电路高效课堂的具体应用体现在以下几个方面。

1）激发学生学习的兴趣

使用仿真软件来模拟实际的放大电路，富于情趣，创造了和谐的学习氛围，仿真软件的图形演示功能为教师提供形象表达工具，将难点问题以仿真的方式呈现出来，加强直观性，吸引学生注意力，使像“微变等效电路”这样抽象的教学问题变得具体形象，提高知识的可接受性。可以激发学生学习的兴趣，培养学生学好的信心，让学生主动参与到课堂教学活动中来。师生的情感也得到增强，学习效果必然得到提高。

2）引导学生进行独立思考、实现自主学习

采用虚拟仿真的方法来进行教学，以学生的知识和能力基础为出发点，关注对学生“学”的设计，通过仿真模拟这样直观的方式来展现放大电路的整个工作过程，针对仿真过程中出现的各种现象，引导学生主动的提出问题并积极进行思考，在教师的理论讲解过程中主动挖掘其中蕴含的理论知识，主动经历知识产生、发展和形成过程，努力实现“三维”目标的有机结合和统一，让学生真正成为课堂的主人，进行独立思考，实现自主学习，不断提高课堂教学效果。

3）指导学生完成实验、进行电路设计

虚拟仿真教学完成后，可以引导学生进行实际的实验操作，学生可以根据图1所示的放

大电路选取合适的原件，使用实际的实验原件和仪器连接实际的电路，进行放大器动态指标

的实际测量，并与理论估算的数据进行对比，理解实际实验数据与理论数据的差异并分析原因。

同时，学生可以根据掌握的理论知识，并使用仿真软件进行电路的设计，把所学的知识应用到实际的放大电路设计中，体会知识在现实生活中的应用价值，让学生不仅成为学习的主人，还将成为生活的主人，培养学生具有终身学习的能力。

3 结束语

理想的高效课堂是要实现学生知识技能、学习过程方法与情感态度价值观的综合发展，绝不是有着固定教学模式的课堂，要结合所讲授的课程内容，采用合适的教学方法。根据模拟电路的课程内容和特点，可以通过使用虚拟仿真软件Multisim 9将虚拟仿真技术合理地应用到实际的教学过程中，调动学生学习模拟电路的兴趣，引导学生参与到知识的主动获取过程中，使学生进行独立思考、实现自主学习，最终实现高效课堂的教学目标。

参考文献：

[1] 龙宝新，张立昌.论当代我国高效课堂改革的成因和走向[J].教育科学，2014（2）.

[2] 王秀珍、张秀君.优质高效课堂教学改革策略研究[J].中国教育学刊，2014（5）.

[3] 周雪.模拟电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.10.

[4] 郭锁利，刘延飞，等.基于Multisim的电子系统设计、仿真与综合应用[M].北京：人民邮电出版社，2012.