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《电工技术基础与技能》课程是电类专业的专业基础课,课程的教学环节是由理论课和实验课构成。传统的教学方法一般是先介绍课本的理论知识,然后举例加以论证,再通过做作业巩固,最后通过做实验来加深对理论知识的理解。这样的教学方法对学生而言存在以下问题:
1.缺乏真实性
抽象的电路图分析让学生无法真实地感到电路的可实现性,更无从判断理论分析的正确性。
2.学生实验时不能把实验内容和理论联系在一起
理论难理解,实验就无从下手,往往只是简单模仿教师的实验过程,即使做完了也不知道自己做了什么,根本谈不上去加深对理论的理解。
如何使理论与实验有机结合是实际教学中存在的亟待解决的问题。伴随着计算机硬件与微电子技术的发展,通过软件虚拟的方法,用计算机辅助设计实验电路,可以解决传统教学的诸多不利因素。
Multisim10就是在这种需求的基础上发展起来的一种新型专业仿真软件,它可以在电子平台上直接搭建虚拟实验电路甚至装置,仿真演示整个实验的实现过程,最终达到实验目的。
因此,将Multisim10引入教学,教师可以在讲解理论,激发学生的学习兴趣,使他们对理论知识有所期待,同时也使课堂教学变得生动、直观、有理可据。
一、Multisim10简介
Multisim10是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
它的元件库提供数千种电路元器件,可选用实际元件和虚拟元件,用户也可以根据元器件产品使用手册提供的信息新建或扩充已有的元器件库。虚拟测试仪器仪表种类齐全,主要有万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流交流电源、波特图仪、逻辑分析仪,逻辑转换器、频谱分析仪等。它们提供快捷、简单的分析界面,能直接显示、存储仿真的数据和波形,拥有强大的仿真分析功能,如静态工作点分析、交流分析,瞬态分析、时域分析等近20种分析方法,可以对电路中的元器件设置各种人为故障,从而观察不同故障情况下的电路工作状况。
二、Multisim10在《电工技术基础与技能》课程的应用
Multisim10软件进行实验仿真时的基本步骤为:利用电子平台搭建电路设定各元器件的参数选项、选用虚拟仪器仪表、设定仿真分析、启动Multisim10仿真分析仿真结果。下面就通过几个实例来分析Multisim10电工技术基础与技能实验教学中的应用。
1.基尔霍夫电流和电压定律
基尔霍夫定律是电路的基本定律,它阐明了电路中各部分电流和电压之间的相互关系,是计算机复杂电路的基础,该定律的内容包含:
(1)对电路中任一个节点,在任一时刻有∑1 ,流入节点的电流之和,等于流出节点的电流之和。
(2)对电路中的回路,在任一时刻,沿任一回路绕行一周有 ∑U=0,它是能量守恒的逻辑推论,称为回路电压定律。
首先让学生按照所示的电路图,利用Multisim10进行仿真。在仿真电路中,放置三个直流电流法测量三条支路的电流 l1、l2和l3,如图3所示。让学生自己找出电流表l1 、l2 、l3间的关系(KCL定律)或电压表。从中归纳得出基尔霍夫电流定律或基尔霍夫电压定律。由于以上的结论是学生自己通过观察得出,所以学生理解且记忆深刻。经过测量得到结果,与理论计算相等,证明定理的正确性。
2.电容器连接特性
电容器的连接方式有串联、并联和混联三种。教师讲授电容器串联特性时,将Multisim10 引入教学。利用Multisim仿真软件,对图4电容器串联电路进行电路仿真,归纳电容器串联特性。首先设定信号源 正弦波输出方式,频率为1KHz,输出电压 =10V(即有效值约为7.07V)及 =15V(有效值约为10.6V)。
设定C1=C2=C3=1μF及信号源电压 VP=10V时,利用万用表分别测量 C1、C2 、C3 两端的电压;再改变信号源, VP=15V,并测量各电压,将测量结果记录于表1中。改变各电容器容量为 C1=1μF、C2=5μF 、C3=10μF ,再按上述要求进行仿真测量。
表1 电容器串联特性
学生通过测量可以自己归纳成电容器串联电路的特性:(1)串联电路两端总电压等于各个电容器两端电压之和,即:
UC=UC1+UC2+…UCn
(2)串联的各电容器所带电量(即存储的电量)均相等,即:
QC=QC1+QC2+…QCn
电容器并联特性探究方法如电容器串联特性方法一致,在此不作详细介绍。
Multisim10仿真软件在《电工技术基础与技能》课程的教学中的应用,可以丰富传统的理论授课内容,有助于学生理解课本中的理论知识和复杂的电路,将抽象问题形象化、复杂电路简单化,可以使课堂教学更直观、形象、生动。同时可以做到理论和实验相结合,很好地解决理论教学与实验动手相脱节这个难题,突破教学中的重点难点,提高学生的学习兴趣,充分调动学生的积极性和主动性,大大提高了教学效率,对学生创新能力有着重要的意义。
1.缺乏真实性
抽象的电路图分析让学生无法真实地感到电路的可实现性,更无从判断理论分析的正确性。
2.学生实验时不能把实验内容和理论联系在一起
理论难理解,实验就无从下手,往往只是简单模仿教师的实验过程,即使做完了也不知道自己做了什么,根本谈不上去加深对理论的理解。
如何使理论与实验有机结合是实际教学中存在的亟待解决的问题。伴随着计算机硬件与微电子技术的发展,通过软件虚拟的方法,用计算机辅助设计实验电路,可以解决传统教学的诸多不利因素。
Multisim10就是在这种需求的基础上发展起来的一种新型专业仿真软件,它可以在电子平台上直接搭建虚拟实验电路甚至装置,仿真演示整个实验的实现过程,最终达到实验目的。
因此,将Multisim10引入教学,教师可以在讲解理论,激发学生的学习兴趣,使他们对理论知识有所期待,同时也使课堂教学变得生动、直观、有理可据。
一、Multisim10简介
Multisim10是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
它的元件库提供数千种电路元器件,可选用实际元件和虚拟元件,用户也可以根据元器件产品使用手册提供的信息新建或扩充已有的元器件库。虚拟测试仪器仪表种类齐全,主要有万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流交流电源、波特图仪、逻辑分析仪,逻辑转换器、频谱分析仪等。它们提供快捷、简单的分析界面,能直接显示、存储仿真的数据和波形,拥有强大的仿真分析功能,如静态工作点分析、交流分析,瞬态分析、时域分析等近20种分析方法,可以对电路中的元器件设置各种人为故障,从而观察不同故障情况下的电路工作状况。
二、Multisim10在《电工技术基础与技能》课程的应用
Multisim10软件进行实验仿真时的基本步骤为:利用电子平台搭建电路设定各元器件的参数选项、选用虚拟仪器仪表、设定仿真分析、启动Multisim10仿真分析仿真结果。下面就通过几个实例来分析Multisim10电工技术基础与技能实验教学中的应用。
1.基尔霍夫电流和电压定律
基尔霍夫定律是电路的基本定律,它阐明了电路中各部分电流和电压之间的相互关系,是计算机复杂电路的基础,该定律的内容包含:
(1)对电路中任一个节点,在任一时刻有∑1 ,流入节点的电流之和,等于流出节点的电流之和。
(2)对电路中的回路,在任一时刻,沿任一回路绕行一周有 ∑U=0,它是能量守恒的逻辑推论,称为回路电压定律。
首先让学生按照所示的电路图,利用Multisim10进行仿真。在仿真电路中,放置三个直流电流法测量三条支路的电流 l1、l2和l3,如图3所示。让学生自己找出电流表l1 、l2 、l3间的关系(KCL定律)或电压表。从中归纳得出基尔霍夫电流定律或基尔霍夫电压定律。由于以上的结论是学生自己通过观察得出,所以学生理解且记忆深刻。经过测量得到结果,与理论计算相等,证明定理的正确性。
2.电容器连接特性
电容器的连接方式有串联、并联和混联三种。教师讲授电容器串联特性时,将Multisim10 引入教学。利用Multisim仿真软件,对图4电容器串联电路进行电路仿真,归纳电容器串联特性。首先设定信号源 正弦波输出方式,频率为1KHz,输出电压 =10V(即有效值约为7.07V)及 =15V(有效值约为10.6V)。
设定C1=C2=C3=1μF及信号源电压 VP=10V时,利用万用表分别测量 C1、C2 、C3 两端的电压;再改变信号源, VP=15V,并测量各电压,将测量结果记录于表1中。改变各电容器容量为 C1=1μF、C2=5μF 、C3=10μF ,再按上述要求进行仿真测量。
表1 电容器串联特性
学生通过测量可以自己归纳成电容器串联电路的特性:(1)串联电路两端总电压等于各个电容器两端电压之和,即:
UC=UC1+UC2+…UCn
(2)串联的各电容器所带电量(即存储的电量)均相等,即:
QC=QC1+QC2+…QCn
电容器并联特性探究方法如电容器串联特性方法一致,在此不作详细介绍。
Multisim10仿真软件在《电工技术基础与技能》课程的教学中的应用,可以丰富传统的理论授课内容,有助于学生理解课本中的理论知识和复杂的电路,将抽象问题形象化、复杂电路简单化,可以使课堂教学更直观、形象、生动。同时可以做到理论和实验相结合,很好地解决理论教学与实验动手相脱节这个难题,突破教学中的重点难点,提高学生的学习兴趣,充分调动学生的积极性和主动性,大大提高了教学效率,对学生创新能力有着重要的意义。