利用Multisim仿真软件提高模拟电子技术实验教学效果

模拟电子技术是电子、信息类专业一门重要的专业基础课, 也是一门理论性和实践性都很强的课程。通过教学不仅要求学生掌握必要的理论知识和基本技能, 更重要的是如何通过电路实验提高学生对电路的分析、设计和创新能力的培养, 为后续课程的学习打好基础。模拟电子技术实验是培养学生学习兴趣、帮助学生巩固理论知识、提高学生动手实践和创新能力的重要环节。

1 引入仿真软件的必要性

1.1 目前模拟电子实验教学存在的问题

传统的实验模式由于受学校投入经费少、仪器设备老化、实验课时少及实验内容偏多等因素的制约, 不仅无法保证学生在正常的时间内正确、及时地完成烦琐的电路连接、调试及参数测量, 更无法达到培养学生实践能力和创新能力的目的, 其主要表现为以下几个方面:

(1) 实验内容偏多, 实验课拖堂现象比较普遍。这种现象不仅给学生带来了心理压力, 也给任课教师带来困扰。 (2) 实验设备不断老化, 故障率不断增加, 影响了实验进度, 使学生产生畏难情绪。 (3) 现有的仪器设备扩展功能不强、实验室开放条件有限, 难以开展研究性和设计性实验教学, 不能适应实验教学改革的需要。 (4) 实验教学方法单一, 现代教育技术的运用缺乏, 教学效果有待提高。 (5) 学生学习的主动性不强, 学习热情不高, 应试心态严重, 严重影响了学生的实际动手能力和创新能力的提高。

1.2 引入仿真软件的必要性

随着计算机技术的发展和教学改革的深入, 各高校近几年不断引入仿真教学, Multisim是一个完整的电路设计和仿真工具软件, 具有丰富的元件库、强大的仿真分析方法和虚拟仪器仪表等功能, 它可以对模拟、数字、模拟/数字混合电路进行仿真。Multisim仿真软件具有操作界面简单、灵活、成本低、效率高等特点。学生可以在课余时间, 利用一台电脑, 随时随地通过电路仿真及仿真分析, 完成虚拟实验功能, 或检验电路设计方案的正确性和可行性, 以达到熟悉电路、掌握工作原理、培养学生的实践和创新能力的目的。

2 如何利用仿真软件提高实践教学效果

2.1 利用仿真软件强化学生实验预习效果

模拟电子技术课程是一门理论和实践性都很强的课程, 影响电路的因素比较多学生接触时普遍感觉理论比较抽象, 每次实验课时间紧张, 忙于连接和调试电路, 没有时间分析一些实验现象, 实验效果不理想。虽然教师要求学生课前要加强实验理论预习, 但真正实施起来难以检查落实, 预习效果难以把握。引入Multisim仿真软件后, 我们制作了完善的实验课预习课件, 对实验内容进行设计, 提出实验过程中的一些现象和问题, 让学生带着问题利用Multisim进行虚拟实验, 完成预习报告, 教师在课堂前进行检查和提问。一段时间实施下来发现课堂实验效果有了明显改善, 由于课前充分的预习后, 学生对实验现象有了直观的印象, 学生课堂实验时间不再那么手忙脚乱, 拖堂现象也有明显改善。

2.2 利用仿真软件提高设计性实验教学效果

在模电实验中, 为了提高学生分析问题和解决问题的能力, 增加了许多综合性和设计性的实验内容。传统的电路设计实验过程一般为:方案选择、电路原理设计、实验、修改、定型, 在此过程中, 实验和修改的过程通常需要进行很多次反复, 并且会使用大量的元器件, 最后才能得到正确的结果。由于受实验箱条件的限制, 加上实验课时和场地紧张, 导致设计性实验往往流于形式, 起不到真正的培养学生创新能力的要求。引入Multisim仿真软件后, 学生可以利用课余时间完成从电路的设计、到电路仿真、到电路系统分析以及指标测试等完善的功能, 大大提高设计性实验的效率。

如在单级低频放大器的设计与调试实验中, 利用Multisim软件建立电路后, 利用Multisim提供的多种分析方法, 可以利用虚拟万用表测量电路的静态工作点的电压和电流, 方便的进行静态工作点分析;通过仿真软件可以对电路进行瞬态分析、交流分析, 通过虚拟仪器可以直观的观察电路的输入输出波形, 分析放大器的频率响应曲线等。通过与理论设计计算值进行比较, 利用Multisim仿真软件与实物实验相结合的方式, 改变了以往设计性实验难以实施和常常拖堂的现象, 大大提高了设计性实验的教学效果。

2.3 利用仿真软件探索分层次教学模式

分层次教学的思想, 源于孔子提出的“因材施教”。在当前的大学本科教育中, 要切实落实素质教育方针, 就必须承认学生个体间的差异, 体现因材施教的原则。通过几年的教学实践改革, 我们针对学生特点对实验内容进行分层次设计, 对学生的实践动手能力提出分层次要求, 每个实验内容都制定了基本要求和学习提高两个部分, 对基础相对差的学生要求能完成实验的基本要求, 对学有余力的学生提出更高的要求。对于完成不同实验内容的学生给予不同的课堂成绩。

2.4 利用仿真软件探索研究性实验教学

传统的实验以验证性实验为主, 实验内容陈旧, 教学模式和教学方法单一。验证性实验教学方式在一定程度上限制了学生学习的主动性和积极性, 难以激发学生思考的兴趣和激情, 不利于学生突破传统思维定势, 促进创新性思维的发展。

研究性实验是一种介于基本教学实验和实际科学实验之间的一种较高层次的实验训练, 它要求学生用所学的理论知识, 根据给定的实验题目自行查阅资料, 设计方案, 组装实验设备, 拟定实验步骤, 观察和记录实验现象和数据, 并对实验现象进行分析, 最后以小论文的形式写出完整的实验报告。开展研究性实验教学模式能够充分发挥学生学习的自主性和创造性, 是高校现代实验教学的需要。

为了提高学生创新能力的培养, 我们对模电实验教学内容和教学模式进行了改革, 增加了研究性实验教学内容。进行研究性实验需要丰富的实验设备和元器件的支持, 考虑到学校的实验室条件不能很好地满足广大学生进行研究性实验的需要, 我们利用Multisim强大的仿真功能弥补基于实物仪器的研究性实验的种种不足, 把仿真实验和实物实验相结合, 要求学生组成几个小组利用课余时间完成给定选题的设计, 利用实验室开放时间完成方案调试和定型, 最后教师在课堂上进行验收和答辩, 并把这作为模电实验课考核的一项重要内容, 通过这项措施, 激发了学生的学习和研究的热情, 取得良好的教学效果。

3 结语

利用Multisim仿真实验与传统实物实验相结合, 不但能够弥补传统实验教学中存在的实验设备老化、实验场地紧张、实验元器件不足等问题, 也改变了传统实验教学模式单一、学生学习积极性不高、实验课拖堂等现象, 更利于教师探索分层次教学和研究性实验教学模式, 培养学生学习的自主性, 激发学生的创新能力, 提高实践教学效果, 为后续相关课程的学习打好基础。

摘要：传统的实验模式由于受学校投入经费少、仪器设备老化、实验课时少、实验内容多等因素的制约, 实验教学效果不理想, 本文结合模拟电子技术实验教学存在的问题, 探索采用Multisim仿真软件与传统实验教学相结合的教学模式来提高实验教学效果。

关键词：仿真软件,实验教学,教学效果