基于Multisim 的高职模拟电子技术课程仿真实训及教学实施

常书惠

摘要：模拟电子技术课程是高职电子类专业的专业基础课程。文章以直流稳压电源制作项目为例，通过Multisim 14仿真软件在理论知识和实体实训过程中引入仿真实训。从课程教学目标分解、课程教学设计和仿真实训设计、教学实施等方面阐述了仿真实训在理论知识和实体实训之间起到了有效衔接的桥梁作用。同时可以降低理论知识教学难度，消除学生学习该课程的畏难情绪，有助于提高课程教学效果和教学质量。

关键词：Multisim软件；项目化教学；教学设计；仿真实训；教学实施

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）10-0143-03

模拟电子技术课程是高职电子类专业的专业基础课程，对电路硬件知识能力的培养有着不可替代的作用。该课程内容抽象难懂，对于高职学生学习有较大难度。学生在学习过程中容易将理论与实践割裂开来，缺乏理论联系实践，理论指导实践的能力。Multisim 14仿真软件功能强大、操作简单、使用灵活。通过仿真实验，将抽象的理论知识转变为感性认识，有助于提高学生的学习兴趣、动手实践能力、操作能力和教学效果[1]。直流稳压电源应用非常广泛，例如手机充电器、电脑笔记本电源适配器和电子设备供电等。直流稳压电源属于高职模拟电子技术课程的重点教学内容。为了更好地说明Multisim仿真实训在该课程教学中的桥梁作用，本文以直流稳压电源项目教学为例，从课程教学目标分解、课程教学设计和仿真实训设计、教学实施等方面进行阐述。

1 课程教学目标分解

为了使学习过程更加符合高职学生的特点和学习认知规律，模拟电子技术课程进行了项目化教学改革。项目化教学是根据企业的具体岗位，围绕项目开展的新型教学活动[2]。该课程以企业实际工程项目为载体，对课程内容进行重构，形成五个小型电子产品制作项目。每个项目包括项目描述、知识储备和项目实施三个环节。课程内容与职业能力培养要求结合，适应地方经济发展对高技能应用型人才培养的要求。引入行业企业技术标准和职业资格标准，精简理论，注重实践。强化器件外部特性，淡化器件内部原理；强化宏观设计应用，淡化微观细节。将课程教学目标根据项目内容分解为知识目标体系、能力目标体系和素质目标体系，构建项目化课程体系如图1所示。

2 课程教学设计

2.1 课程整体设计

课程分为五个项目，每个项目包括项目描述、知识储备和项目实施三个环节。项目教学过程中知识点、技能点按照理论知识、仿真实训和实体实训三个阶段安排教师讲授内容和学生学习内容，根据每类学生特点、基础不同，进行分层次项目化教学[3]。传统的课程教学中直接从理论过渡到实体实训，该课程在理论教学与实体实训过程之间引入仿真实训教学，形成理论知识→仿真实训→实体实训三个阶段的进阶型学习任务，建立了理论学习与实体实训二者之间有效衔接的桥梁。Multisim 14仿真软件简单易学，电路仿真形象直观，有助于学生的理论理解[4]。通过虚拟元件搭建各种电路。通过虚拟仪表进行电流、电压等参数的测量，非常方便灵活，克服了传统电路分析和设计受实验室硬件条件限制的缺点[5]，同时为实体实训奠定基础，学习过程更加符合学生认知规律，从而提高课程教学效果和教学质量。

2.2 教学环节设计

该课程在每个项目教学过程中结合课程教学目标，以项目为载体将课程教学内容分项目、分环节、分任务实现知识目标、能力目标和素质目标，见表1所示。在直流稳压电源的制作项目教学过程中，项目描述环节教师讲授直流稳压电源整机电路组成、作用及用途。通过实物展示、学生观察实物与整机电路图、分单元电路与实物对照讲授。学生小组根据教师讲授和电路图识图情况列出元器件清单，并且标明已经认识和熟悉的元器件和还不认识的元器件，有的放矢进行项目内容的学习。知识储备环节教师讲授的知识点主要有半导体二极管结构、特性和电路符号，整流电路组成、工作原理分析，滤波电路组成、工作原理分析，稳压电路组成、工作原理分析。小组通过Multi?sim 14仿真软件进行仿真实训、实验箱等实体实训进行选取元器件、电路搭建、电路性能参数测试、电路输入和输出波形观察。项目实施环节教师讲授实体仪器仪表操作规范、使用方法，电路装配流程和电路检测和调试方法。小组按照元器件清单进行元器件实物识别、性能检测，按照电路图进行实物装配，并进行检测、调试和故障排除。教师讲授内容和学生学习任务交替进行，形成“做中学，学中练，学中做”的教、学、做一体化教学模式。

2.3 仿真实训设计

2.3.1 仿真实训的步骤

仿真实训内容主要包括按照电路图进行元器件的选取、搭建电路、选择合适的仪器仪表接入电路，观察输入输出信号电压、电流波形，以及正确操作仪器仪表读取测量参数等基本内容。在仿真实训过程中主要按照下面三个步骤进行：第一步是元器件选取，包括元器件类型、型号的选取和参数的设置，正确进行元器件的选取需要对其参数进行正确的计算，选取符合实际工作环境和工作要求的元器件。第二步是测试仪器仪表的选择：仿真环境中测试仪器包括万用表、双踪示波器、四踪示波器、函数信号发生器、功率表、频率计数器、失真度分析仪、电壓探针、电流探针等虚拟仪器[6]。第三步是搭建仿真电路和性能测试。根据电路图将元器件和测试仪器仪表进行正确连接，打开仿真仪表进行调试，观察电压、电流波形以及测量参数值，与理论计算值进行对比和验证。如果出现问题找出原因，进行元器件参数调整、测量仪器仪表调整和电路连接调整，直到仿真测试结果与理论分析、计算结果基本一致。

2.3.2 仿真实训任务设计

下面以直流稳压电源的制作项目为例介绍。直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分单元电路组成，仿真实训内容将四部分单元电路性能测试作为四个仿真实训任务。每个任务中包含元器件选取、测量仪器仪表选择、仿真电路搭建和性能测试三个步骤。每个单元电路功能相同，但可能有多种电路实现，哪种单元电路性能最优，最符合应用需求，通过电路仿真测试进行验证是一个很好的途径。例如，滤波电路有电容滤波、电感滤波、L型滤波和Π型滤波等电路。滤波电路仿真实训任务要求合理选取元器件及设定参数值，搭建电容滤波、电感滤波仿真测试电路，进行仿真电路性能测试和对比。

1） 电容滤波仿真测试电路。合理选取元器件搭建单相桥式整流电容滤波仿真测试电路如图2所示。通过单相桥式整流电路作为电容滤波电路的输入信号，使S1、S3闭合，S2断开，接入电压电流探针读取输出端输出电压、电流值如图2中所示。接入仿真双踪示波器观察输入、输出电压波形如图3所示。通过电压电路探针测量值和输入、输出电压波形可以看出仿真测试结果与理论计算结果基本一致。在电容滤波仿真测试电路中使S2断开，S1、S3闭合，改变可调电阻RL2值，会发现随着RL2增加输出电压Uo的纹波系数减小。使S1断开，S2、S3闭合，即增大滤波电容值，输出电压Uo的纹波系数减小。

2） 电感滤波电路仿真测试。合理选取元器件搭建单相桥式整流电感滤波仿真测试电路如图4所示。通过单相桥式整流电路作为电感滤波电路输入信号，使S1、S3断开，S2闭合，取电感L2=10H，接入电压电流探针读取输出端电压、电流值如图4所示。接入仿真示波器观察输入、输出电压波形如图5所示。通过仿真双踪示波器观察到输出电压纹波输出系数较大，脉动性较大，滤波效果没有电容滤波效果好，与理论分析、计算结果一致。在电感滤波仿真测试电路中通过改变S1、S2和S3的开关状态改变接入电路的电感值，以及调整负载电阻RL值，会发现L越大，RL越小，输出电压纹波系数越小，滤波效果越好。

3 仿真实训教学实施

该课程采用进阶型混合教学模式，将线上线下教学视为一个整体，线上线下教学优势互补，采用一体化教学模式，结合“项目导向，任务驱动”教学方法，使学生在“做中学，学中练，学中做”。在“互联网+”对传统行业的影响和推动下，线上线下混合教学模式被普遍视为教学新常态[7]，将课堂教学进行了延伸，分为课前、课中和课后三部分，课前、课后为线上教学，课中为线下课堂教学。

由于仿真实训的特殊性和课堂教学时间有限，仿真实训开始时教师可以安排在课中时间进行，在学生掌握基本的操作步骤后，可以适当安排在课前、课后环节，作为线上教学的一部分内容，学生利用课前、课后时间，分小组完成仿真实训任务并进行线上提交，教师进行线上批阅并及时指导。小组分组可以采用项目化小组，每组设一个项目负责人，负责本小组的项目任务的推进工作及沟通工作[8]。教师可以设计一定数量、难度不同的进阶型仿真实训任务设计，比如整流电路可以分为半波整流、双管全波整流电路和桥式整流电路。滤波电路可以分为电容滤波、电感滤波、L型滤波和Π型滤波等多种滤波方式。稳压电路可以采用并联稳压、串联稳压电路和三端集成稳压器等稳压电路，使学生根据自身情况，分层次完成不同进阶型仿真实训任务，通过仿真实训任务的反复练习，达到熟悉元器件特性，深入理解电路工作原理，并能够对电路进行有效分析，从而提高对抽象理论知识的掌握程度。

4 结束语

仿真实训需要具备一定的理论知识，仿真实训过程安全性高、容易操作，教师可以设计大量的仿真实训任务，增加学生对元器件特性、电路性能的理解和掌握，但在实体实训过程中不需要将每一个仿真测试电路进行实体验证，而是将仿真测试电路中性能较好的电路进行实体实训验证即可，这样减少了实际材料的损耗，将实体实训结果与理论分析、计算结果和仿真测试结果进行对比，同样可以取得较好的实体实训效果。通過仿真实训会发现抽象的理论分析和计算变得更具有操作性。在虚拟仿真环境中，学生更容易消除对学习内容的畏难情绪，在抽象的理论学习基础上，通过仿真实训逐渐加深对理论的理解，学会应用理论联系实践，理论指导实践，并通过实践促进理论学习，使得理论与实践、知识与技能相互促进，提高课程教学效果和教学质量。

参考文献：

[1] 王树泉.基于 Multisim 的二极管基本应用电路仿真实验[J]. 数字技术与应用，2023（7）：94-96.

[2] 陈海斌.高职机械制造技术课程项目化教学设计方法探索

【通联编辑：梁书】