Circuit Wizard在电子技术线上教学中的应用

达正花 马玲 何继爱

摘  要  Circuit Wizard仿真软件被引入电子技术线上教学，有助于学生理解晦涩难懂的电路理论，同时解决线上教学不具备实验设备的难题，为学生线下预习和复习提供便利。其形象逼真的组件库和仿真功能，为提升学生实践能力保驾护航，从而提高教学效率和教学质量。此外，Circuit Wizard软件也适用于辅助电子技术线下的教学和学习。

关键词  Circuit Wizard；电子技术；线上教学；仿真实验

中图分类号：G712   文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）16-0060-04

0  引言

电子技术课程是机电、通信、电子信息等专业必修的基础课，是一门实践性很强的课程，不但需要掌握电路理论基本知识，更要掌握工程实践技能，实践操作是该门课的重要组成部分。2020年初，因防控新冠肺炎疫情的需要，各类学校延期开学。其间教育部发出“停课不停学”的倡导[1]，学校纷纷采用线上教学，线上教学成为疫情防控期间教学的最佳选择。电子技术课程线上教学由于不具备线下实验环境，致使电路设计及验证很难实现。为了保证教学质量，线上实践只能采用虚拟仿真实验。目前，高校教学中普遍使用Multisim和Proteus仿真软件，这两款软件组件齐全，仿真功能强大[2]，

是专业级的仿真软件，安装和运行需要内存都比较大。如果需要仿真和设计的电路比较简单，就没有必要安装专业仿真软件，这个时候Circuit Wizard就显示出它小巧灵活和便捷的优势。

Circuit Wizard是一款体积小巧、功能齐全的电路仿真软件，特别适合教学课时紧张的电子技术课程教学和学习使用。如图1所示，Circuit Wizard界面直观，组件和仪器逼真，操作简单，不需要构建电路网络的专门技能。新建项目包括电路设计、PCB板设计、产品设计和程序设计四部分，每一部分都有具体的设计模板，如电路设计部分包括电子线路图、印刷电路板布局和实验电路板设计等模板，用户只要打开对应的设计模板，就可以按照自己的意愿设计电路。

在Circuit Wizard组件菜单中具备常用的组件设备，如电源、电阻、半导体、逻辑门和仪器仪表等，用户只需从组件库中选取所需器件，将它们连接在一起，绘制出电路图，然后启动仿真按钮，即可开始模拟电路工作过程或动画，并能轻松测试和完善电路。此外，Circuit Wizard还提供用于分析PCB电路性能和布线板的各种仪器，并生成简单的“物料清单”电子表格，其中包含指定设计中组件的特性，便于电路设计项目的成本预算和实施。

将Circuit Wizard软件引入电子技术线上教学，教师在讲解电路工作原理的同时，可以用Cir-cuit Wizard软件来演示电路的工作过程，让学生在听教师讲解内容的同时也能通过仿真软件的演示“看到”电路的工作过程，这种教学方式有利于活跃课堂气氛，调动学生学习的积极性和主动性。需要实验验证的理论和设计的电路，可以让学生自己用Circuit Wizard软件进行仿真验证和设计。仿真实践增强了学生对常见仪器仪表的使用方法及电子线路的分析能力，有助于培养学生电路设计、分析及调试的实践技能，可以替代实际教学实验设备。

1  Circuit Wizard在线上教学过程中的应用

1.1  辅助教师制作教学课件资源

不论线下还是线上教学，高质量的教学课件都是有效开展教学的基础。由于线上教学中教师不能直接面对学生讲授，而呈现在学生面前屏幕上的主要是教学课件，因此，对线上教学来说课件尤为重要。线上课程由于教学平台、设备和网络等因素限制，不能设计过多的实时互动环节和理论讲述，还要将教学内容讲解清楚，保证教学质量，这更需要高质量的教学课件。

电子技术课程中有大量元器件符号图、电路构成图、电路原理图和仪器仪表图等，这些图在课件制作过程中往往需要耗费大量的时间和精力，即使使用专门的绘图工具，也是比较耗费时间的。由于Multisim和Proteus仿真软件中元器件符号和我国的元器件符号有差异，也不能直接用它们来绘制电路图。而采用Circuit Wizard仿真软件绘制电路图，会非常方便。操作过程是先新建一个电路设计项目，将需要绘制的元器件和仪器仪表直接拖到项目区，按需要布局好组件连接即可，然后复制粘贴到课件，非常方便，省时省力。此外，还可以将电路搭建过程和仿真过程用屏幕录制软件录成小视频，嵌入课件，便于教学和学习。用Circuit Wizard绘制电路图，不但可以降低教师制作课件的工作量，还可以提升课件的质量。

1.2  通过电路仿真和动画演示，加深学生对电路工作原理的理解

线上教学，课堂学习氛围营造比较困难[3]。线上课堂师生无法实时进行情绪互动，教师也无法了解每个学生的掌握情况，只能凭经验来判断。对学生而言，在听教师讲授内容的同时要看屏幕上的教学内容，由于电子产品屏幕所限，并不能准确获得

教师的非语言信息，如果是单纯的理论讲授，学生更容易走神，严重影响教学和学习效果。为了增强教学效果，线上授课中呈现在屏幕上的教学内容要丰富、直观和明确。而Circuit Wizard仿真软件就可以做到将教学内容非常直观地演示出来。如在讲解三极管正常工作需要加合适的偏置电压时，搭建好三极管放大电路，用Circuit Wizard软件自带的示波器观看电路输出波形，通过调可变的偏置电阻，使三极管输出波形在正常和失真间相互转换，让学生分析输出波形失真的原因，从而得出三极管工作的偏置条件。还可以通过软件自带的动画演示电路中电流过程，直观模拟电路工作效果，有助于提升学生兴趣并加深学生理解电路工作原理。

1.3  有利于教师创建和分析电路原理图

电子技术教学过程中讲解电路的构成和分析电路工作原理是必不可少的环节，在线绘制电路图和分析演示电路过程更非易事，大部分教师在课堂上并不能准确直观地绘制出复杂电路的原理图和分析过程，这也是部分学生觉得电子技术晦涩难懂的原因之一。在电子技术线上教学中，如果采用Circuit Wizard仿真软件，将很容易绘制电路构成图，并通过仿真演示电路工作过程，使学生直观地观察电路的构成和工作过程，有助于加深其对教学内容的理解。

此外，Circuit Wizard平台还提供电压值仿真、电流值仿真、逻辑值仿真和实际电路仿真等不同模板供用户选择。这些功能对于分析电路工作过程中电压变化、电流变化和逻辑值的变化非常直观，一目了然，对学生理解电路原理非常有益。如在讲到用555定时器构成多谐振荡器时，教师可以边搭建电路边讲解，电路搭建好后启动仿真按钮，学生就可以在虚拟示波器上清楚直观地观测到电路的振荡波形，如图2所示。教师搭建电路的过程有助于学生了解多谐振荡器电路的构成，仿真演示让学生直接观察到自激振荡的结果，通过调节可变电阻还可以看到振荡波形的变化。接着让学生自己动手搭建555定时器的其他应用电路并分析影响结果的因素。在整个教学过程中，学生调动了眼、耳和手等多种感觉器官，多种感觉器官的参与有助于信息的加工和理解，保证电子技术线上教学的质量。

2  Circuit Wizard用于学生仿真实验

电子技术是一本实践性很强的课程，不仅需要学生掌握电路原理的分析和构成，更注重学生掌握各种电路的实际应用，其实践操作也是后续专业课程设计中必须具备的基本技能。线上教学虽然无法进行实际实验，但可以用Circuit Wizard仿真实验替代，模拟出大部分电路效果，观察输出和波形的变化。图2所示为555定时器构成的自激多谐振荡器的电路结构和输出波形图，其中R1和VR1是外接定时电阻，C2是外接定时电容，它们构成充放电回路。在Circuit Wizard软件中搭建好仿真电路，启动仿真开关，双击示波器，可得输出波形。锯齿波形为电容C2上的电位信号，矩形波为定时器3端输出的电位波形，显然电路无须激励，自动产生脉冲信号。发光二极管明暗交替变化也定性说明电路产生振动脉冲。通过调节VR1可以改变振荡频率。振荡频率可以通过示波器测算出来，测算出来的频率值可以和振荡频率理论值f=1/[0.7（R1+2VR1）C2]作比较[4]。

此外，还可以用虚拟实验板搭建电路进行实验，如图1所示。由于Circuit Wizard中仿真组件和仪器非常逼真，在Circuit Wizard中搭建Element-ary Circuit和Breadboard Circuit实验电路，就像拥有真实的实验台一样进行实验操作，可以弥补线上实验设备的不足，锻炼学生的工程实践能力。

3  Circuit Wizard在电子技术课程设计中的应用

电子技术课程设计是提升学生综合应用专业知识和操作实践能力的重要环节，可以培养学生的工程实践观念。课程设计不但要求学生掌握必要的电路理论知识，也需要学生具备应用知识的实践能力。在实际应用知识的过程中，学生除了分析电路原理图，还需要了解所需元器件和集成电路的性能指标、典型应用、连接方法、元器件布局、调试方法等。这些过程必须通过实际操作才能掌握，而Circuit Wizard软件可以弥补线上教学实验设备的不足。

图3就是在Circuit Wizard仿真平台上用555定时器、两块CD4026译码器、两个七段数码显示管和若干电阻设计的两位十进制计数器的设计仿真图，其计数脉冲来自555型自激振荡器产生的脉冲，其中VR1用来调节计数频率，SW1为复位按钮。在整个电路设计过程中先要进行功能分析，根据功能要求挑选电路所需组件，创建电路原理图，设置组件参数进行仿真调试，结果满意则可以转换成PCB电路设计图。

4  结束语

Circuit Wizard仿真软件在电子技术线上教学中应用的优点有三：一是教师在讲授电路原理过程中可以适当采用Circuit Wizard仿真电路的动画演示以及仿真工作过程，观察输入输出之间的关系，调节教学气氛，加深学生理解电路原理；二是学生可以在Circuit Wizard仿真平台中使用虚拟元器件、虚拟仪器在虚拟的面包板上搭建电路或者进行仿真实验；三是学生可以用Circuit Wizard软件进行电路原理图的设计、创建和仿真，以此来增强实际动手能力，培养工程实践观念，将理论知识转换为实践能力。Circuit Wizard软件不仅可以用于电子技术线上教学，也可以辅助电子技术线下理论和实践教学。虽然Circuit Wizard仿真软件小巧，器件库中的元器件和仪器数量并不是非常齐全，对于一些专业设计和复杂仿真来说有些不足，但对于电子技术教学和初学者来说，Circuit Wizard的功能已经足以满足基本的使用需求。

参考文献

[1] 祝智庭，郭绍青，吴砥，等.“停课不停学”政策解读、关键问题与应对举措[J].中国电化教育，2020（4）：1-7.

[2] 吴副高，张明增.Multisim电路仿真及应用[M].北京：航空工业出版社，2015：193-195.

[3] 韦芙芽，孙士平.电子线路CAD线上线下混合教学模式探索[J].中国教育技术装备，2020（22）：71-73.

[4] 张彦丽，卢建勤，吴仁君.电子技术基础[M].北京：航空工业出版社，2020：226-227.

作者：达正花，兰州职业技术学院，副教授，研究方向为电子信息教学；马玲，兰州职业技术学院，讲师，研究方向为电子信息教学；何继爱，兰州理工大学，教授，研究方向为信号处理（730050）。