基于Multisim仿真软件的电路实验教学的改革与探索

王建华 徐海涛 邓海东 赵 静 龙拥兵

（华南农业大学电子工程人工智能学院 广东·广州 510642）

0 引言

电路是电子类专业中一门实践性非常强的专业基础课，其教学效果的好坏，学生接受程度的高低，将直接影响学生后续各类相关专业课程的学习效果。电路实验课程是电路课程配套的实践教学课程，是联系课堂理论教学的桥梁，也是检测学生将自己所学电路知识综合应用于分析和解决问题的一门基础实践课程。它是学生学好电子类专业其他后续课程的重要基础，对学生培养电路的分析、设计和实际应用的能力具有非常重要影响。

在当前电路实验教学中，电路实验教师一般采取如下电路实验教学方法：教师首先向学生介绍和讲述电路的相关实验目的、实验原理、实验仪器和实验方法，然后由学生按照操作步骤进行实验，完成实验内容；最后学生完成实验，得到实验结果。然而，这样的电路实验教学方式存在如下的一些问题：

（1）实验方式单一，学生只需按照指导书逐步操作，机械的完成，即可得到验证性的结果，实验中启发式教学较少，学生发挥的空间小，创新性思维缺乏。

（2）实验学时严重不足，通常一个实验仅有2个学时，学生在准备不充分的情况下，通常很难在有限规定的时间内完成实验，实验效果通常难于得到有效保障。

（3）实验场地的不足，实验设备的缺乏、实验条件的有限等，制约了电路实验的数量和质量的完成，使得学生实验中存在“滥竽充数”混实验的现象，实验的质量难以保障。

（4）电路实验中元器件较多，功能较单一，电路参数复杂，设备维护费用高、损耗大、功能不全等，使得完成一个实验，特别是综合性和创新性实验，需要多种元件、仪器设备共同组合起来完成设计，不但成本高，使用也极不方便，一般情况下很难得到满足实现。

（5）学生在教师所设计好的实验模式的狭小范围内进行实验，思维限制地验证实验结果，不利于学生创造性思维能力。且在实验过程中，实验教师出于管理方便和学生安全考虑，通常会严格要求学生按照操作规程进行，不允许学生擅自改动电路，也更大大限制了学生对分析问题能力的培养。

（6）实验教学过程中存在实践演示与理论讲授相脱节的弊端，实验过程中又难于通过实验操作方式向学生展示理论知识的直观应用效果等，造成教师知识讲授枯燥无味、学生没有兴趣学习，整体实验教学效果不佳等问题。

由于上述这些因素会打击学生的学习积极性，限制了学生对新事物、新知识进一步的探究，不利于学生创新思维的培养。这就需要我们不断改进我们当前的实验教学内容，研究新的教学实验方法与手段，以满足我们当前不断提升的电路实验课程需求，从而提高我们当前电路实验的教学质量与效果。随着当前电子技术的飞速发展，新器件、新电路等不断涌现，具有强大设计、分析、仿真电路功能的Multisim电路仿真软件的出现，可以为上述这些问题的解决开辟了新的路径。

1 Multisim软件引入课堂的优点

Multisim电路仿真软件是加拿大的Interactive Image Technologies公司开发推出一款面向 windows系统且专门用于电子线路仿真与设计的自动化软件。该软件拥有一个完整的电路设计系统和强大的电路仿真和分析能力，可以无缝实现从电路原理图到PCB布线工具包的数据转换与传输功能。该软件克服了传统的电子产品设计受实验室客观条件限制的局限性，不需要实验场地，可直接利用软件中自带的虚拟元件，器件搭建各种电路，并用其自带的虚拟仪表和仿真分析方法进行各种参数和性能的电路进行测试，从而快速实现相关仿真。

在电路实验课程中，把Multisim仿真软件引入电路实验教学，具有如下优点：

（1）可以弥补了传统电路实验室中存在的实际仪器落后、元件损耗太大等各种的不足，有效拓展实验教学内容，节省大量的实验资源，提高实验教学效率。

（2）可以克服传统的电子电路的设计受实验室客观条件限制的缺陷，突破了空间的限制，不需要实验场地，就可以实现使用虚拟的元件搭建各种电路，使用虚拟的仪表和仿真分析方法进行各种参数和性能指标的测试，实现随时随地实时电路设计，仿真和分析功能，提高实验教学效率。

（3）可以降低因学生操作方面失误而导致的设备损坏或人员伤害，可以在一定程度上节约仪器维修和器件更换等方面费用，从而大大减轻高校在实验室设备方面的投资压力。

（4）可以在相同的实验课时内，更好地扩充实验内容，使当前的实验内容更加完备，可以大量节省实验的资源，提高实验的教学质量与效率。学生可以根据自己的兴趣和爱好，选择和设计一些不同类型的电路实验来做，这将有助于培养学生的自主创新的思维和开发能力。

2 基于Multisim的电路实验教学内容改革

2.1 充分利用Multisim软件，合理扩展原有的实验内容

充分利用Multisim软件，合理扩展原有的实验内容。可根据教学的需要，将原有的实验内容，设计出如验证型实验，故障排除型实验，设计型实验和综合型实验等多种形式实验，并在原有的实验内容基础上增设软件仿真功能，使得原有的每个实验既需实操实验，又需完成软件仿真功能，以一种更加真实、准确和形象的方式反映每个实验的本质，从而激发学生的学习积极性、提高学生自主创新意识，从而达到开展电路实验最大预期目的。例如：在直流电路实验中，将“戴维南定理实验”和“叠加定理实验”设计成验证型实验并增设软件仿真功能；在暂态电路实验中，将“RC一阶电路的频率特性的研究”和“RC二阶电路的频率特性的研究”设计成设计型实验并增设软件仿真功能。

2.2 充分利用Multisim软件，合理增设软硬结合型的实验

充分利用Multisim软件功能，合理增设软硬结合型的实验。在当前以硬件实验箱为产现对象的基础上，利用Multisim软件功能，合现增设软硬结合型的实验，使学生在熟悉掌握Mulitisim电路仿真软件基础上，并将当前电路实验的实操电路和仿真电路的两种方式归纳为一个实验，通过现场对比分析实操电路和仿真电路两者，加深对计算机辅助设计软件的理解和应用，认识了两者之间的差异，以激发了学生的积极性、培养学生的综合能力，提高学生自主创新意识。例如在“戴维南定理”实验中实际电路的接法与仿真电路中的电源内阻、元器件阻值、仪表测量误差等因素都会影响两者间的不同结果，以激发学生的积极性、提高学生的创新意识，从而达到开展电路实验最大预期目的。

3 基于Multisim的电路实验教学方法改革

3.1 实施以实操与仿真实验有机结合的教学方法

电路实验课程是电类专业中的第一门重要专业基础实验课程。针对大部分学生对一些仪表、元件、电路连线，电路的基本的测量方法知之甚少的问题，提出在电路实验中应坚持实施以实操实验与仿真实验有机结合的教学方法的原则。将课程的重点放在强化实操基础实验练习，同时加强计算机仿真实验教学在实验室实践教学应用力度。把基于Multisim仿真实验和基于传统实操实验进行有机地结合起来，可以取长补短，充分发挥两种教学方法的优势，让学生更好地受益于电路理论及其实验训练，更好地培养学生运用电路理论知识和实际操作电路知识能力。

3.2 实施软硬件相结合的教学方法

针对当前电路实验教学中多采用单一实验箱硬件作为实验对象进行教学的问题，提出了一种基于软硬件相结合的教学手段。通过在实验过程中引入使用电路设计与仿真功能强大的Mulitisim软件，突破传统时间和空间的限制，使学生可以随时随地利用软件来进行各种仿真实验，实物验证，缩短实验时间，真正掌握实验内容，进而提高实验教学效果。该教学方法既可以节省大量的实验资源，降低实验设备的损坏率，还可以激发学生的学习的积极性，培养学生的自主创新能力和实际解决问题的综合能力，从而达到提高电路实验教学质量的目的。

4 结束语

电路实验课程教学是一门联系电路理论教学的重要桥梁。本文在研究和分析当前电路实验教学存有一些问题以及Multisim软件功能特征基础上，开展了基于Multisim仿真软件的电路实验教学的改革与探索。提出一些关于电路实验教学内容与教学方法改革的具体内容和方法，其主要目的是为了提高电路实验教学的质量，加强培养学生应用现代最新分析手段进行独立分析和独立解决问题的能力。该探索它可以弥补传统电路实验中的不足，是实现电路实验研究型教学的一种行之有效的办法，也是当前实验教学改革的重要方向之一。