Multisim仿真在电工电子教学中的应用

叶丹茜

◆摘  要：针对电工电子课堂教学的现状及存在的问题，提出将Multisim仿真引入课堂教学，使得理论教学与仿真技术相结合，该改革弥补了理论教学中的不足，也减少实验设备的损耗，使得在课堂上就能验证计算结果。实践证明，该改革有助于学生理解课堂重点和难点，提高学生学习兴趣。

◆关键词：Multisim;电工电子;教学

1引言

近年来，计算机技术和信息技术快速发展。另一方面，学生课前预习不足，分配给教学的课时不断减少，而且电工实验室的建设需要大量的经费投入，考虑到这些因素，有必要对电工电子课程进行教学改革。

电工课程中有许多定理、定律及需要计算的电路问题，传统的电工教学主要利用实验来解决和验证电路问题，随着信息技术的不断发展，将Multisim仿真应用于电工课堂教学，学生在课堂上就可以根据题目搭建虚拟电路模型，根据软件仿真得到结果，使得教学更加方便，也更加便于学生理解。总的来说，该仿真软件可以起到以下几个方面的作用：减少常规的数学计算;更加直观的展示计算过程;检验计算结果;比较不同方法获得的解;可以对类似过程进行建模。

电工实验室一般由实验装置、测量仪表、仪器等组成，实验室的建设需要很多资金的投入，同时实验设备的存放也需要场地支持。实验室不仅需要常用的电气元件，还包括常用测量仪器，如示波器、电压表、电流表等等，而实验的设置又受到实验设备的限制，比如在做验证叠加定理的实验中，一旦电路中电阻的阻值改变了，则相应的实验电路中所接的电阻也要跟着改变，而实验室往往很难具备相应的条件。

Multisim具有用户友好的界面，丰富的元件库和仪表库，而且使用方便。在实验室中设置的实验电路也可以通过使用Multisim虚拟仿真实现。

2 Multisim在电工教学中的应用

在教学过程中发现RLC串联交流电路和RLC并联交流电路是整个电工技术基础的教学难点，高职学生本身基础不好，这一块内容又新增了很多概念，感抗、容抗、无功功率、功率因素等等，以及涉及到向量的运算，学生普遍表示难以理解。将Multisim引入电工课堂教学中，教师运用 Multisim搭建实验电路，并利用虚拟电压表、电流表、示波器等虚拟仪表直观展示分析结果。

例1、复杂电路中仿真应用

复杂电路就是无法应用电阻串并联的方法化解，然后应用欧姆定律求解的电路。求解复杂电路问题的方法主要有支路电流法、叠加定理、戴维南定理和诺顿定理，这部分内容概念多、各种定理学生容易混淆。

授课的模式主要是采用课堂讲解结合实验验证，教师往往先进行定理内容的讲解，继而让学生动手实验验证，理论授课和实验往往不能再一次课内完成，时间间隔长，往往起不到很好的实验效果。

例如在讲解叠加定理时，要求学生完成下图1所示电路的求解，教师可以在讲解完定理内容后，让学生先动手利用相应定理计算结果，再利用Multisim仿真当堂验证计算结果。

这一方面解除了对实验设备的限制，无论什么样的电路都可以通过仿真得到结果，另一方面也减少了实验器材的损耗，学生在课堂上学习，又通过仿真强化训练，教学效果更好。

例2.单一元件交流电路仿真应用

交流电路抽象难懂，大部分学生对电感、电容电路中电流与电压的相位关系不能很快理解，教师利用Multisim搭建电路如图1所示。

再利用示波器显示得到纯电阻电路、纯电感电路和纯电容电路的电流与电压之间的关系。如图2所示。

上图中，红色曲线为电压波形，蓝色曲线为电流波形。

改变电源频率值，还可以进一步得到电阻、感抗、容抗与电源频率之间的关系。

此外，Multisim同样可以应用于RLC的串并联电路、谐振电路的教学，对于高职学生来说，这部分内容确实难以理解，通过Multisim仿真，学生可以直观地看到电路中各个物理量的大小及相位，更能被学生所接受。

Multisim的应用给解决电路问题提供了新的方法，学生可以通过实际实验和仿真实验得到的计算值和测量值以及他们之间的相位差，也可以比较给定元件的电流和电压的相位差以及瞬时功率的变化。或者根据波形的特点，可以确定无源元件的类型。

3结论

利用Multisim仿真软件进行电工技术基础教学，不但有助于学生对课程内容的理解，更能利用仿真代替实验，节约实验设备损耗，也有更便于实现理论实践一体化，使得在课时较少的情况下也能取得较好的学习效果。

基金项目：2021校级高等教育教学改革研究项目Multisim在高职《电工电子技术》教学中的实践研究（项目编号Tkyjg202114）

台州科技职业学院教学研究项目电工技术课程思政教学探索与实践（项目编号Szyj202107）

台州科技职业学院电工与电子技术示范课程（项目编号Szkc202105）

台州科技职业学院电气控制技术实训活页式教材（项目编号Xbjc202106）

台州科技职业学院第三批基于“云班课”信息化教学课程电气控制技术实训（項目编号Tkbk2021034）