Mutisim软件优化“电路分析基础”课堂教学

李亚宁

（空军工程大学 电子技术教研室，陕西 西安 710051）

1 教学现状分析

“电路分析基础”是空军工程大学电子类、机电类本科生必修的第一门专业基础课，其理论性很强，讲述的是电子技术中最基本的理论和最有代表性的电路。它担负着普及电路基础知识和为后续专业课程打基础的双重任务。

“电路分析基础”课程教学一般由理论教学和实验教学两个环节构成。在目前的教学模式下，理论和实验课教学存在着一定的弊端，主要体现在以下两个方面：（1）实验教学和理论教学是分开进行的，而这两个环节在课程教学进度的编排上是分开的，理论课按照自己的进度实施，实验课也是如此，所以经常会出现理论课学完了，对应的实验还没开始，有时实验已经做了，而理论还没学到，这就造成了两者之间的脱节。（2）在传统实验教学模式下，验证性实验占大部分比重，学生只要按照实验指导书给出的电路和步骤操作即可完成实验，学生做完实验对电路的理论知识仍然是一知半解。由于学时的限制，实验的内容相对固定，实验室就不能对课堂上的知识点逐一进行验证，实验室里完成一个实验一般需要2～3个学时，对于一些复杂的电路和抽象的知识点，学生就很难按时、按质、按量完成实验，从而出现数据不全，课后学生对实验结果不能全面分析，就造成了“理论学不懂，实验做不动”的局面[1]。

2 利用仿真软件辅助课堂教学

运用仿真软件教学，可以任意设计电路、观察运行状况、进行数据分析，学生对教师讲解的内容能非常直观地看到、理解，并且可以尝试进行修改，增加了教与学的互动。

Multisim最初是由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司推出的电路设计与仿真软件。它提供了丰富的元件库，提供了包括示波器、频谱分析仪等多种虚拟仪表；它具有完备的分析手段，如交直流分析、动态分析、瞬态分析、噪声图形分析等多种分析手段，基本上能满足一般电路设计与仿真的要求；它图形界面简单、直观易用，电路图的建立、仿真、分析和结果显示均在同一环境中完成，不必在不同的程序间进行切换。

在“电路分析基础”课堂教学中引入Multisim仿真软件，突破了时间和空间的限制，学生可以在课后时间继续进行研究，做到了实验进课堂；从另一个层面上来讲，在理论课上引入虚拟仿真实验环节，拓展了学生的知识面。掌握一种功能强大、应用广泛的虚拟实验软件并将其应用于将来的工程实践，是电气工程师在实际工程设计和实验中常用的手段，先在虚拟实验中对电路的原理、可行性、功能等一系列指标进行仿真分析和验证，根据仿真实验所得到的结果和结论再修改设计并进行实物实验并最终获得产品，将来学生在实际科研项目或毕业设计中都需要用到这种模式，从而将能力培养与素质培养真正落到实处[2]。

3 实施过程举例

科学、合理、有效地选择教学方法，对教学效果至关重要。Multisim仿真软件加入“电路分析基础”课堂教学后，仿真环节的设置需要老师进行合理的安排，这个环节是对老师的考验。在教学过程中，灵活地将虚拟实验与理论教学结合起来，比如先讲理论，再通过虚拟实验加以验证，也可以先通过虚拟实验让学生看到一种现象，然后带着问题进入理论的学习中去，最后再回到实验中获得最直观的理解和体验。当学生对电路相关理论以及虚拟仿真软件有了一定的了解后，就可以给学生布置扩展的内容，由学生课下去做进一步的发掘和研究，以提高他们的综合能力[3]。

3.1 案例1：叠加定理

根据叠加定理理论描述，搭建如图1所示电路。图中3个电流表分别测量了电源共同作用和单独作用时，所求支路电流的大小，其代数和满足叠加定理。

得到直观的展示后，再解释叠加的本质即可加性和比例性。利用此性质，在线性电路中，可将复杂的电路转换为若干个简单电路之和，或将电路中的解变量设为已知，利用电路中的比例关系求出该变量。在电路分析中，这是一种重要的分析方法，利用这种思想可以避免列方程，简化求解过程。

图1 根据叠加定理理论描述搭建的电路

3.2 案例2：RLC串联电路（全响应）

当电路中含有两个独立的动态元件时，这样的动态电路称为二阶电路，搭建如图2所示电路。

图2 二阶电路

和一阶电路不同，这类电路的响应可能出现震荡的形式。当初始储能和外加激励共同作用时，响应为全响应，即零输入响应和零状态响应的叠加。零状态响应和外加激励具有相同的形式，而零输入响应可分为过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼4种情况，两者叠加即为全响应的结果。

这个过程讲起来费事，学生也是云山雾绕不明所以。如果把实物实验带进课堂，所需设备准备、调试麻烦，也不便于全体学生观察，我们就用Multisim软件制作了一个RLC串联电路，通过投影设备演示出来。在电路输出端连接一台虚拟示波器，以观察产生信号的波形。从虚拟示波器上可以直接观察到电路的各种状态[4]。

调整电阻R的值，可以观察到过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼4种情况。

在理解电路原理的基础上，可以适时加入几个简易电路小制作、知识拓展、实际应用电路等，既有助于巩固学生对基本电路原理的认知，又能培养学生自主学习的习惯，激发学生创造的热情[5]。

4 结语

对于理论教学来说，将Multisim引入电路分析基础教学中，利用其强大的仿真功能，对课程的重点、难点电路进行电路仿真，利用虚拟仪器仪表和仿真分析法可以得到电路的实验数据和响应曲线，大大加深了学生对基本概念的理解。

对于实验教学来说，摆脱了完全依赖实验室的困境。硬件实验和软件实验相结合，在实验方法和内容上互为补充，让学生可以系统地完成该课程的所有的实验，从而提高教学质量。

Multisim仿真软件的引入，对“电路分析基础”课程的实验教学和理论教学两个环节，都起到了极大的补充与促进，很大程度上开阔了学生的思维和动手能力，提高了学生学习该课程的兴趣和积极性。