新工科背景下Multisim 在电工电子技术课程教学中的应用研究

阙慧颖 张政

摘要：在新工科背景下，对应用型本科院校的人才培养提出了更高的要求。针对电工电子技术课程的特点及教学现状，利用Multisim软件对教学过程进行优化，可进一步激发学生学习兴趣，提升教学效果。文章首先介绍电工电子技术课程和虚拟仿真技术的特点，重点阐述了Multisim在电工电子技术教学中的应用，包括理论教学中利用仿真技术创新设教学情境，在实训练习中建立模拟平台，在数字电路中使用项目教学法等。

关键词：Multisim；新工科；电工电子技术；仿真；课堂教学

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）11-0164-03

0 引言

在国民经济产业转型和新旧动能转换的大背景下，为应对我国“新经济”的快速发展，“新工科”这一理念应运而生，其目的是培养能够适应、引领未来工程需求的工科人才[1-2]。在新工科背景下，地方应用型本科院校对于应用型人才的培养，不仅要求学生具有一定的理论基础，还要求具有实践创新能力。如何利用现代化的手段辅助教学、加强理论知识与课程实践的联系，进一步提升课程教学质量，是高校课程教学过程中所面临的新挑战。

电工电子技术课程是大部分高校针对工科专业所开设的专业必修基础课，具有理论抽象、实践性强、知识点密集等特点，既有很强的理论性，又具有较强的工程实践性[3]。昌吉学院历来都是选择将理论知识教学和实训练习相分离的教学模式，但在教学过程中发现，通过单一的理论知识教学，无法激发学生对课程学习的兴趣。显然，这种教学方式是与“教学做一体”的思想相脱节，且以传统的板书、PPT为主的教学方法，在对电路波形、电路状态进行展示时，具有不直观和不灵活的缺点。而在实训练习过程中，尽管可以使用电学实验器材、实物演示等进行教学，但是由于现实条件的约束，只能搭建简单的电路，与此同时还伴随着电路参数难调节、电路元器件易损坏等缺点，教学过程中也伴随着安全隐患。

随着计算机技术的发展，在现代课程教学过程中，使用计算机软件辅助教学可以很大程度上提升教学质量。美国国家仪器（NI） 有限公司开发了一款在实际工程应用中备受青睐的电子电路仿真设计软件——Multisim，具有形象直观的特点[4]。在电工电子技术课程中引入Mulisim 仿真软件，对电路进行仿真模拟，可以将抽象复杂的理论知识生动、形象地展示出来，能够提升学生的学习积极性，帮助学生理解抽象的理论知识，能够在轻松愉悦的氛围下夯实知识储备、提升知识素养，有效地实现教学目标，进而提升学生综合应用知识的能力以及创新意识。

1 Multisim 在电工电子技术教学中的应用

目前，针对电工电子技术教学活动中出现的理论与实践结合不足的问题，很多一线教师摸索出项目教学、翻转课堂、任务导向等各种教学方法[5]，事实也证明教学方式的不断创新和改进促使教学效果在一定程度上得到提升。但是，教学方式的改革的重心不能仅放在学生对理论知识的掌握情况，更要注重理论与实践相结合，达到促进学生全面综合发展的目的。这就要求教师进行积极探索和创新，将电路仿真技术融合在课堂教学过程中，充分发挥仿真软件的优势，进一步加深学生对电路基本知识的理解，潜移默化地培养学生的自主能力、创新能力，提升教学效果。

1.1 以学生为中心，理论教学中创设虚拟教学情境

教学实践证明，前期知识的积累和储备能够增强学生对学习的信心。电工电子技术课程具有很强的理论性和应用性，章节之间知识点联结较为紧密，如果前期理论知识不扎实不牢固，影响学生整门课程的学习效果。在学习这门课程的初期阶段，学生可以凭借高中电路知识的积累对课程内容进行初步把握，但是从复杂电路开始，由于难度的提升就容易让学生在心理上产生排斥，因此，教师在开展理论教学过程中，可以运用仿真软件创设教学情境，激发学生学习兴趣，把枯燥抽象的理论知识生动形象地展示出来，为课堂教学的有序进行提供保障。

例如，在关于“等效电路”相关知识点进行教学时，可运用Multisim仿真软件将电路真实状态模拟出来，通过虚拟仿真，将无法用语言描述的直流电路动态变化直观生动地展示出来。首先让学生根据课本例题自主搭建电路，通过自主设置电路中的电阻阻值、电源参数等数值，验证电路结果是否一致，使得学生更好地理解电压源和电流源的等效原理。在教学过程中创建情景模拟，学生不仅可以更好地掌握理论知识，还可以在虚拟情境中深入了解掌握实践操作的原理，同时循序渐进地解决教学重难点，夯实学生的实践操作能力。

1.2 理论联系实际，实验教学中建立Multisim 仿真平台

电工电子技术是一门理论教学与实训实验相结合的综合课程，理论与实验相辅相成，相互促进，理论知识指导实验课程开展，实验课程验证理论教学。在实验教学过程中，学生需要熟练地掌握实验仪器的使用，熟悉各种元器件的参数和指标，以及基本电路的调试方法，同时存在因学生操作失误或操作不当引发的电路安全隐患，这在一定程度上增加了实验教学的困难。因此，在实验教学过程中，通过建立模拟平台，学生通过使用Multisim软件进行电路仿真，能够让学生更加直观地理解电路中各元器件的作用，丰富教学内容，更好地促进实验与理论知识的相互融合，从而进一步激发学生学习积极性和主动性，提升教学效果。

例如，以Multisim仿真NPN单管共射集放大电路为例，在进行实训前要求学生对放大电路的工作原理有较好的掌握，并且要求会画直流通路和交流通路。教师可以充分运用Multisim软件进行实践教学来深化理论知识，具体做法是在理论内容讲解之后，组织学生运用Multisim软件分小组开展仿真探索实验。通过仿真软件的运用，学生能够对电路中各个元器件的作用原理有更加明確的认识，以及对基本电路中各点电位、电流及输入输出波形有全面直观的了解。通过实训练习对所学理论知识进行巩固，学生能够从设计者角度全面分析电路、解释数据和波形。

1.3 运用项目驱动法，提升学生综合运用知识的能力

数字电路是电工电子技术课程中较为重要的模块，但因受到仪器设备和实验条件等因素的影响，在实验项目教学计划安排中验证性实验占较大比重，学生只须简单地参照电路图搭建电路，通过对实验现象的验证来完成实验，无疑这种实验教学模式会让学生缺乏主动思考的意识，且削弱了学生的动手能力以及创新能力，教学效果不理想。教师可采用项目驱动教学法，依据Multisim软件设计综合型实验，激发学生主动思考的意识。与传统的教学方法相比，最大的区别就是在教学过程中，项目驱动教学法是以学生作为课堂的中心，教师主要起到引导辅助教学的作用，学生的学习热情和创造性在最大程度上得到提升[6]。因此，运用项目驱动教学法，可以锻炼培养学生独立分析、解决问题的能力，切实加强学生对理论知识的实践应用能力。

例如，在数字电路的实验教学章节中，二进制加法计数器的设计是教学的重难点，也是学生知识点掌握较为薄弱的部分。根据实验设计的要求，利用Multisim对实验项目进行仿真，首先列出异步二进制加法计数器状态表，根据计数状态连接仿真电路图，使用逻辑分析仪可以形象直观地对仿真工作波形进行观察。在数字电路教学过程中，结合Multisim仿真软件的使用，在进行实验箱操作的同时不仅可以帮助学生更加直观地观察各点的输入输出波形，还可以通过仿真软件上数据反馈等信息及时发现线路存在的问题，对电路进行优化升级，进一步加深学生对理论知识的印象，激发学生自主设计的兴趣，有助于学生对电工电子技术课程的综合性把握，学会设计电路，调试电路，夯实学生对知识的综合应用水平与能力。

2 教学过程的优化

教学过程的优化，其目的就在于让学生更好地汲取知识，获得综合运用知识的能力，其关键还在于学生本身，而教师在其中主要起到辅助学生学习知识的作用。所以，如何激发学生的学习兴趣，培养自主学习的能力是教学过程所需要突破的关键一环。将Multisim软件仿真融入教学过程中，不仅仅是简单地在教学过程中添加这一环节，而是对传统课堂的重构，对整个教学过程的优化，一般包括课前、课中和课后三个部分。在教学的具体过程中，对教师的教学方法和授课技巧都有一定的要求，这样才能更好地提升教学效果。下面以“电路基本分析方法”这一章节为例，具体阐述整个教学环节的实施过程。

2.1 课前注重学情分析，激发学习兴趣

课前，教师可利用雨課堂、智慧树等学习平台引导学生自主完成课本主要知识，根据测试结果对学情有大致的分析，进而确定讲课内容。通过学情分析，可提升课堂效率。依据教学内容的难易程度，将教师课堂讲授学时缩减，学生能够通过线上视频或其他渠道完成自学的内容，教师就没有必要再进行授课，而是需要在此基础上进行延伸。学生在完成自学任务的同时，可在网络平台进行互动交流，提出疑问，带着问题进课堂，教师要做的就是在课堂授课过程中对学生的疑问进行解答。此外，通过教学实践，发现学生对有知识储备和积累的知识点更容易接受且有更进一步学习的兴趣。关于电路的基本理论知识的学习，学生在中学时就已经涉及，将中学所学知识作为课堂引入，可以提升学生对本堂课的学习兴趣。例如，通过引入中学时学习过的欧姆定律，引入本节课要讲授的基尔霍夫定律，同一电路使用两种方法去分析，有助于学生更好地理解两定理之间的联系和区别，加深印象。

2.2 课上注重教学方法，优化教学过程

课中，主要是课堂教学过程，可根据课前的学情分析，对重难点开展课堂教学，比如基尔霍夫定律、等效电路的基本概念等。使用多种教学手段，翻转课堂，将课堂内容分模块进行教学，摒弃之前老师讲学生听的教学方法，根据知识点的难易程度分阶段教学。将教学重点放在如何引导学生主动发现问题，自主寻找答案的教学过程中。在课堂的导入环节就可以使用学生课前提出的疑问作为引入，这样容易引起学生共鸣。简要回顾知识点后，以小组合作的形式利用Multisim软件搭建仿真电路，通过改变电路阻值和电源参数，分析电路中电压与电流之间的关系，让学生自己总结规律并进行归纳，最后利用所学的电路定理进行验证。之后，教师抛出问题：“电压源与电流源为什么等效？”在经过小组讨论后，安排对戴维南等效电路的习题解答，通过分析讨论、头脑风暴等，完成习题解答，进而实现知识的内化与迁移。

2.3 课后注重教学反馈，增强知识巩固

课后，对教学过程的优化不容忽视的一步是学生的评价反馈环节。教学反馈不仅是对知识点的简单巩固，而是对课堂学习效果进行剖析，对学生的学习轨迹进行分析，以便完成下一步的教学计划。利用课后习题考查学生对知识点的掌握程度也是很有必要的，在实验仿真之后利用雨课堂平台对学生进行知识测验，分析测试结果发现学生知识掌握的薄弱点，针对薄弱点制定下一节的复习计划进行强化练习。采用任务驱动法进行课后教学，利用雨课堂软件设置师生交流任务，学生在完成任务的过程中，需要不断自主寻求解决问题的方法，增强知识的灵活应用能力，同时老师在解答问题时也会不断地拓展知识面，通过学生的分享获得一些优质资源，供后期的学习和研究，起到教学相长的作用。此外，更重要的是师生相互交流探讨课程中的知识可拓宽和延长学习时间，加深课后师生之间的交流，促进师生感情拉近师生距离，便于更好地营造新型的师生关系。

课外，通过Multisim软件的学习，教师可以将科研训练项目与软件技能相结合，积极鼓励学生参与项目的研发和优化的课题中，实现学生的分层发展。在进行课外项目的探究过程中，学生能够通过文献检索、课外探索等手段，拓宽知识面，进一步激发学生自主学习能力和探究学习能力。

3 结论

利用Multisim软件进行电路仿真是帮助学生深入理解电路原理的有效手段，一方面学生在设计电路和测试电路过程中使用仿真技术，能够更加直观理解电路中各个元器件的作用，加深对理论知识的理解掌握。另一方面，学生对电路原理的深刻理解和灵活运用是仿真过程成功的关键，在仿真练习过程中发现问题、解决问题，是一个理论知识深化的过程。因此采用Multisim仿真教学是一种切实有效的教学形式，可丰富教学内容，充分激发学生的学习积极性和主动性，使课堂教学生动形象，达到所见即所得的效果。在新工科背景下，在教学过程中融入Multisim仿真教学，有利于提高学生的动手能力、培养学生的创新意识，对于人才培养目标的达成有着重大的意义。

参考文献：

[1] 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等. 加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J]. 高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 胡波，冯辉，韩伟力，等. 加快新工科建设，推进工程教育改革创新：“综合性高校工程教育发展战略研讨会” 综述[J]. 复旦教育论坛，2017，15（2）：20-27，2.

[3] 陈越超，毕倡源，王佳敏.“课程思政” 理念下电工电子技术五位一体教学模式改革研究[J]. 大学教育，2022，11（5）：39-41，52.

[4] 罗杰，单澜，何群英. Multisim仿真软件在电工电子技术课程教学中的应用研究[J]. 科学与信息化，2021（19）：5-6.

[5] 陈利恒. Multisim仿真在电工电子实验中的应用[J]. 无线互联科技，2013（1）：184.

[6] 孙晓红. 电子电工教学中项目教学法的运用[J]. 科技风，2022（17）：136-138.

【通联编辑：王力】