仿真软件在电路教学中的应用探索

商姣+燕洁+张照芳

摘要：传统电路教学中存在学生学习积极性低、难以发挥学习主动性等问题。引入仿真软件后，电路理论教学变得更加生动、直观，实验教学更加安全、方便，有利于提高学生的学习兴趣，提高教学效率和质量。

关键词：电路；仿真软件；应用

电路是高校电子与电气信息类专业的技术基础课，是后续专业课程，如模拟电子技术、电力系统分析等课程的基础。传统理论教学较为枯燥，学生缺乏学习积极性；实验教学大多采用挂箱，学生难以发挥自主性。为解决这些问题，教师可以将仿真软件引入电路教学。

一、传统电路教学现状

电路研究对象是实际电路按照一定的依据进行科学抽象而得到的电路模型，所有元件具有确定的电磁性质和精确的数学定义。传统理论教学中，以介绍理想电路元件的电压电流关系、电路的求解方法为主，理论知识和数学推导居多，学生觉得抽象、难度大、枯燥，缺乏学习积极性。在传统实验教学中，大部分高校采用实验挂箱进行实验，学生只需按照实验指导书按部就班操作即可，难以对实际电路元件、接线、原理有较好的认识，实验也就成了走过场。由于实验室器材及实验教学时间有限，一些综合性、探索性实验难以实现，制约了学生的学习主动性。

二、教学中引入仿真软件的优势

电路仿真软件，如Multisim、EWB、PSPice等都具有电路设计与仿真的功能，在教学中引入仿真软件，可以解决传统教学中的一些问题。

理论教学中引入仿真软件后，教师可以在仿真软件中搭建电路模型，将理论计算结果与仿真结果进行对比，从而激发学生的学习兴趣。对于一些复杂的波形，如动态电路的电压、电流变化波形，可以通过软件仿真得到，效果更加直观，可以提高教学效率和质量。一些仿真软件还具有分析功能，如MATLAB，可以对仿真得到的波形作更深入的分析，加深学生对理论知识的理解。

实验教学中，可以将实物实验与仿真实验结合进行。在实物实验前，先通过仿真熟悉电路工作原理，有效避免实物实验中因不熟悉工作原理导致的器件损坏或人员伤害事故。仿真软件具有丰富的元件库，参数修改灵活，连线方便。一些综合性、探索性实验可以通过仿真进行，能有效解决实验室器材及教学时间受限的问题。仿真实验没有器材、地点、时间、安全的限制，学生可以自主进行仿真，扩展了实践空间。

三、MATLAB/Simulink在教学中的应用举例

MATLAB/Simulink中的SimpowerSystems工具箱提供了一些电路元件，学生可以搭建电路模型进行仿真，借助于MATLAB强大的编程功能，可以进行复杂的数据分析。

本文以一阶RC电路的零输入响应为例，在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型，如图1所示。R=100Ω，C=10mF，电容初始电压U0=100V，开关在t=0时闭合，观察电容电压的变化。按理论分析，，将理论波形与仿真波形对比，如图2所示，可以加深学生对一阶RC电路动态波形的理解。将一些典型的电容电压仿真值与对应时间列于表1中，理论上电容电压从U0变为36.8%U0，对应的时间为τ，，仿真中对应时间为0.0102s，与理论值0.01s接近，由此能形象说明时间常数的意义。

四、结语

将仿真软件引入电路教学中，可以使理论教学更加直观、形象，激发学生的学习兴趣；可以使基础性实验最大限度地发挥作用，加深学生对电路工作原理的理解；还可以为综合性实验、探索性实验提供不受时间、空间、器件限制的计算机仿真实验平台，为培养学生的自主思考和创新能力提供了机会。

参考文献：

[1]邱关源，罗先觉.电路[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]王群，耿云玲.電路教学常用的分析和仿真软件[J].高教论坛，2009（10）：50-54.