虚拟仿真技术融入“电路分析”课程的教学探索

刘义才　张红霞　陈鑫

摘 要 “电路分析”课程是机器人工程专业的专业基础课程，具有较强的理论性和实践性，同时教学内容也较为抽象不易理解，但现阶段实验室条件难以满足理论教学的要求。针对此问题，本文从理论课程以及实验课程出发，结合虚拟仿真软件Multisim在电路分析课程中的应用，探索了理论课堂教学，线下虚拟仿真实验与实体实验相结合的课程教学模式。实践结果表明：该课程教学模式能够一定程度上激发学生的学习积极性，加深学生对知识的掌握程度，并且优化实践教学的效果.。

关键词 虚拟仿真 电路分析 教学探索

中图分类号：G424                                   文獻标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.067

The Teaching Exploration of Virtual Simulation Technology

in the Course of "Circuit Analysis"

LIU Yicai， ZHANG Hongxia， CHEN Xin

（Department of Mechatronics Engineering， Wuhan Business University， Wuhan， Hubei 430056）

Abstract The course of "circuit analysis" is a professional basic course of robotics engineering， which has a strong theoretical and practical nature. At the same time， the teaching content is relatively abstract and difficult to understand， but the current laboratory conditions are difficult to meet the requirements of theoretical teaching. To solve this problem， this paper starts from the theory course and experiment course， combined with the application of Multisim in circuit analysis course， explores the teaching mode of theory classroom teaching， offline virtual simulation experiment and entity experiment. The practical results show that the teaching mode of this course can stimulate students' enthusiasm for learning to a certain extent， deepen students' mastery of knowledge， and optimize the effect of practical teaching.

Keywords virtual simulation; circuit analysis; teaching exploration

0引言

“电路分析”是机器人工程专业的专业基础课程，具有较强的理论性和实践性，同时教学内容也较为抽象不易理解。[1，2]但是，对于在众多高校里，工科院系都要开设电路分析等相关课程，由于班级众多，受限于实验场地以及相应经费等条件的约束，相应的实验设备难从数量得到满足;同时由于实验室设备为了维护方便，所涉及能完成的实验更多的是验证性实验，学生只需按电路图进行连线以及测试，难以开展设计性实验，因此不利于学生创新思维的发展;如果学生对实验原理不甚理解，容易在实验操作过程中，损坏实验设备，导致在规定时间内完成不了实验内容。[3]

1基于虚拟仿真技术的电路分析课程教学模式

国家在中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）中指出要加快教育信息化的进程，强化信息技术在教学中的应用，提高教师应用信息技术的水平，改进相应的教学模式和方法，提高教学效果。[4]Multisim是美国国家半导体公司推出的一款适用于电子电路虚拟仿真的软件。因此基于此，本课题所提出的教学模式由“理论教学”“虚拟仿真实验”以及“实验室实体验证”三个环节组成，其中虚拟仿真教学贯穿了该模式的所有环节。下面以电路分析课程中的一阶动态电路三要素法结合Multisim虚拟仿真软件来简单介绍该模式的具体实施方案：

1.1 理论教学

“电路分析”中的一阶动态电路的状态及响应分析是该课程的重点教学内容，但是由于知识内容比较抽象导致学生难以理解透彻。[5-6]因此课堂上首先应针对此部分内容进行理论讲授。

图1 一阶动态电路原理图

如图1所示电路已处于稳态，时开关S由a切换至b，时电容电压是如何变化的？（设图中）。为了从概念上理解该问题更清晰，采用定性讨论与定量分析相结合来讲授该理论知识点。

1.1.1 定性分析

时开关S合于电压源给电容C充电。由题意知电路已达稳定，时电压，电容上电荷，电流，开关S合于b， 电源接着再对电容C充电（因）。再看几个特定时刻：