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摘要：根据工科学生的实际情况，结合NI公司推出的最新Multisim11.0电子虚拟仿真软件的特性，以“电路分析”教学为例，将Multisim11.0与项目教学法结合应用于课堂教学中。实践结果表明：该方法能够激发学生的积极性，加深学生对相关知识的理解，优化课堂教学的效果同时提高学生的动手能力，促进了学生学习的兴趣发展。
关键词：虚拟仿真；电路分析；项目教学法
中图分类号：TN710.9 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）30-0039-02
Multisim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，适用于板级的模拟/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[1]。
国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）指出要加快教育信息化进程，建立虚拟实验室，强化信息技术应用。提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果[2]。
本课题利用虚拟仿真软件Multisim 11.0，结合“项目教学法”，应用于“电路分析”教学中，让学生利用信息技术主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决项目中难题的能力，有效解决电类及相关专业教学中存在的实验实训室场所有限、实验设备更新速度慢、实验实训教学等项目相对固定，可开发的空间不大等难题，并且能够激发学生的积极性，加深学生对相关知识的理解，优化课堂教学的效果。同时提高学生的动手能力，促进了学生学习的兴趣发展。
一、“电路分析”课特点分析
“电路分析”是电气、电子信息、通信、计算机、自控类专业一门重要的专业技术基础课程，是研究电路理论的入门课程。学生对“电路分析”课程的掌握情况直接关系到后续专业课程的学习，是学好专业课程的前提和必要条件[3]。
目前，大部分高等院校仍采用传统“电路分析”教学方法，表现特点为：
教师教学以灌输课程知识为主，忽视了启发性学习、探究性学习、发现性学习、行动性学习和设计性学习对学生发展的价值。
只注重讲解理论知识和习题练习而忽视培养动手能力和创新思考能力。
学生仅仅被动地接受知识，教学过程中缺乏学生与教师的互动，学生学习的主动性、积极性、协助性受到很大的影响。
传统的“电路分析”教学内容理论性强，公式推导复杂，要学好它，不仅需要具有较高的数学功底、较扎实的物理知识，而且需要学生具有较高的抽象思维能力和自主探究能力，对于工科学生来说，采用传统的方法授课，不仅感到这门课程枯燥乏味，而且很难掌握。
二、Multisim 11.0结合项目教学法在“电路分析”教学中的优势
Multisim11.0具有直观的图形界面、丰富的元器件、强大的仿真能力、丰富的测试仪器、完备的分析手段、独特的射频（RF）模块、强大的MCU模块、完善的后处理、详细的报告、兼容性好的信息转换等强大功能。它可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题，可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来[4-6]。
“项目教学法”突破了传统课堂教学中“以教师为中心”的教学理念，强调学生是学习的主体，注重学科之间的交叉性，倡导自主学习和协作学习[7]。
Multisim11.0结合“项目教学法”在“电路分析”教学中的优势：高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源，弥补了实践经费不足，实验实训室场所有限，实验设备更新速度慢等缺憾；扩展了学生的实践空间和实验实训内容，扩大信息接受量，增大课堂教学容量，调动学生学习的积极性；易于学生进行拓展性、研究性实验，开阔思维，提高学生学习兴趣；促进学生加深知识的理解和记忆，有利于师生之间的情感交流。
三、Multisim 11.0结合项目教学法在“电路分析”教学中的应用实践
“电路分析”主要内容之一是研究电子电路各节点的电流电压关系，Multisim 11.0特有的测量工具Measurement Probe（测量探针）[8]，具备了这一强大功能，可以利用Multisim 11.0这一特性设计项目。
1.确定项目任务，编写《项目任务书》
举例项目任务：利用Multisim 11.0的测量工具Measurement Probe学习基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）[9]。测试图1电路中各回路的电压及各节点电流，验证基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）。该项目可分解为3个子任务。
子任务1：Measurement Probe的学习及使用。
子任务2：基尔霍夫电压定律（KVL）的学习。分别测试图1中闭合回路1-2-3-0-1，2-5-4-3-2，3-4-5-0-3，1-2-5-0-1的电压降的代数和是否为零，符合基尔霍夫电压定律（KVL）。
子任务3：基尔霍夫电流定律（KCL）的学习。分别测试图1中流入节点2、3、5电流总和是否等于流出节点2、3、5的电流总和，符合基尔霍夫电流定律（KCL）。
2.布置项目任务
分发项目任务书，讲解项目要求，使各小组明确学习任务和要求。
3.各工作小组拟订活动方案，教师审核方案
如该项目的活动方案：首先搞清楚图1中7个Measurement Probe分别显示的内容，掌握探针的使用；其次搞清楚如何求闭合回路的电压降，巩固KVL知识点；最后搞清楚如何求流经节点电流的总和，巩固KCL知识点。
4.项目小组的活动实施，学生动手实践
学生通过查阅资料、教师辅导、相互讨论等形式自主获取课题的相关知识、资料，并整理、取舍资料，进行项目任务的验证和设计。 如实施该项目子任务1，通过学生的自主学习、相互讨论和教师辅导，基本掌握Measurement Probe的使用。图1中共7个Measurement Probe，每个Probe显示的内容依次为：总电压（V），交流电压峰峰值（V（p-p）），交流电压有效值（V（rms）），直流电压（V（dc）），总电流（I），交流电流峰峰值（I（p-p）），交流电流有效值（I（rms）），直流电流（I（dc）），交流频率（Freq）。
掌握Measurement Probe后，对完成整个项目非常便捷，以子任务2为例，验证闭合回路1-2-3-0-1：
（1）
由图1可知：
（2）
（3）
（4）
（5）
由式（2）～（5）得：，闭合回路1-2-3-0-1符合基尔霍夫电压定律（KVL）。
子任务3以节点2为例，验证：
（6）
其中：
（7）
由式（7）得：
（8）
误差是由于Measurement Probe显示3位有效数造成，符合基尔霍夫电流定律（KCL）。
5.项目答辩与师生评价。在此阶段，通过“项目成果汇报、学生自我评估、组别互评、教师点评、师生共同总结”等程序完成对各小组项目任务完成的评价。
6.归档或项目结果应用。项目教学总结，并把项目工作的结果归档或应用到企业和学校的生产教学实践中去，以使项目工作的结果尽可能具有实用价值，指导后续工作。
此外，对该项目进行拓展，还可以利用测量探针得到的电压电流值，学习并巩固叠加定理，置换定理，互易定理等重要电路理论。
四、实践结果分析
“电路分析”课程期中、期末都组织了考试，本次调查选取了同年级的电子科学与技术专业和信息工程专业两个班级分别作为教改班和普通班，两个班级总人数分别为39人、41人，就期中、期末成绩进行了对比分析。具体分析如表1所示：
表1 教改班与普通班期中、期末成绩各分数段对比
分数 100～90分 89～80分 79～70分 69～60分 60分以下
班级 教改班 普通班 教改班 普通班 教改班 普通班 教改班 普通班 教改班 普通班
期中人数 4 4 6 5 16 16 10 13 3 3
期中人数/班级总人数 10.26 9.76 15.38 12.19 41.03 39.02 25.64 31.71 7.69 7.32
期末人数 8 5 10 7 16 15 2 11 3 3
期末人数/班级总人数 20.51 12.19 25.64 17.07 41.03 36.59 5.13 26.83 7.69 7.32
由表1可知，教改班和普通班从期中到期末考试中各个分数段的人数差异逐渐增大。由此可见，将Multisim 11.0结合“项目教学法”应用于“电路分析”教学中产生的作用是逐步体现的。
从期中成绩可知，教改班和普通班各个分数段的学生人数所占班级总人数百分比的差别不大。但期末成绩变化很明显，观察各个分数段，教改班100～90分、89～70分和79～70分三个分数段的学生人数所占班级总人数百分比都比普通班的多，分别高出8.32%、8.57%、4.44%；而69～60分这一分数段教改班学生人数明显少于普通班，百分比低了21.70%；60分以下分数段两个班学生人数差别不大，并且从期中到期末考试学生人数所占班级总人数百分比没有改变，这一现象说明在教学中应用Multisim 11.0结合“项目教学法”可以提高大部分学生的学习成绩，但是对于小部分成绩相对差的学生效果不明显。分析主要原因是因为工科学生在学习态度、学习方法等各方面的差异较大，本课题采用的教学方法对大部分学生都起到了良好的教学效果，但个别学生的学习习惯较差、态度不端正，学习主动性低，仅靠教学方法的改变来解决这一问题是不现实的。
五、结论
将Multisim11.0与项目教学法结合应用于“电路分析”课堂教学中，生动、直观、方便、有趣，实现理论与实践一体化。实践结果表明：该方法能够激发学生的积极性，加深学生对相关知识的理解，优化课堂教学效果的同时提高学生的动手能力，促进了学生学习的兴趣。
该教学方法也有其不可避免的缺点：如对个别成绩差的学生效果不明显，另外，学生的精力全部集中于Multisim11.0软件的操练和项目的设计上，运用完每个知识点后没有太多时间去理解巩固，某些知识虽然会用，但没有从根本上彻底掌握。
改进措施：任何教学方法都不能离开教师的主导作用，运用该教学方法的同时，也要注意与其他教学方法有机结合，比如传统的教学方法，主要知识点以教师讲授为主，发挥教师的主导作用，同时保持学生的主体地位，给学生更多的想象空间，更长的认知过程，使课堂教学气氛更活跃。
参考文献：
[1]Barry Paton.电子学教育平台实验教程-NI ELVIS Ⅱ，Multisim， LabviewTM[M].America：National Instruments Corporation，2009.
[2]顾明远.国家中长期教育改革和发展规划纲要解读[M].北京：北京师范大学出版，2010.
[3]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.
[4]Tracy Shields.教学思路实践-使用Multisim 10[M].America： Electronic Workbench Corporation，2009.
[5]徐赟.从理论到实现——图形化系统设计助力工程教育创新[C].北京：第六届NI高校教师交流会，2010.
[6]张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理，2012，29（4）：108-114.
[7]张华燕.电子技术课程项目教学活动设计与评价[J].中国职业技术教育，2013，（8）：37-41
[8]National Instruments. Pausing Simulation with the Measurement Probe in NI Multisim [EB/OL].[2010-08-01].http：//www.ni.com/white-paper/3764/en/.
[9]谭立新.电路基础——基于项目导向[M].长沙：中南大学出版社，2011.
（责任编辑：刘翠枝）
关键词：虚拟仿真；电路分析；项目教学法
中图分类号：TN710.9 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）30-0039-02
Multisim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，适用于板级的模拟/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[1]。
国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）指出要加快教育信息化进程，建立虚拟实验室，强化信息技术应用。提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果[2]。
本课题利用虚拟仿真软件Multisim 11.0，结合“项目教学法”，应用于“电路分析”教学中，让学生利用信息技术主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决项目中难题的能力，有效解决电类及相关专业教学中存在的实验实训室场所有限、实验设备更新速度慢、实验实训教学等项目相对固定，可开发的空间不大等难题，并且能够激发学生的积极性，加深学生对相关知识的理解，优化课堂教学的效果。同时提高学生的动手能力，促进了学生学习的兴趣发展。
一、“电路分析”课特点分析
“电路分析”是电气、电子信息、通信、计算机、自控类专业一门重要的专业技术基础课程，是研究电路理论的入门课程。学生对“电路分析”课程的掌握情况直接关系到后续专业课程的学习，是学好专业课程的前提和必要条件[3]。
目前，大部分高等院校仍采用传统“电路分析”教学方法，表现特点为：
教师教学以灌输课程知识为主，忽视了启发性学习、探究性学习、发现性学习、行动性学习和设计性学习对学生发展的价值。
只注重讲解理论知识和习题练习而忽视培养动手能力和创新思考能力。
学生仅仅被动地接受知识，教学过程中缺乏学生与教师的互动，学生学习的主动性、积极性、协助性受到很大的影响。
传统的“电路分析”教学内容理论性强，公式推导复杂，要学好它，不仅需要具有较高的数学功底、较扎实的物理知识，而且需要学生具有较高的抽象思维能力和自主探究能力，对于工科学生来说，采用传统的方法授课，不仅感到这门课程枯燥乏味，而且很难掌握。
二、Multisim 11.0结合项目教学法在“电路分析”教学中的优势
Multisim11.0具有直观的图形界面、丰富的元器件、强大的仿真能力、丰富的测试仪器、完备的分析手段、独特的射频（RF）模块、强大的MCU模块、完善的后处理、详细的报告、兼容性好的信息转换等强大功能。它可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题，可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来[4-6]。
“项目教学法”突破了传统课堂教学中“以教师为中心”的教学理念，强调学生是学习的主体，注重学科之间的交叉性，倡导自主学习和协作学习[7]。
Multisim11.0结合“项目教学法”在“电路分析”教学中的优势：高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源，弥补了实践经费不足，实验实训室场所有限，实验设备更新速度慢等缺憾；扩展了学生的实践空间和实验实训内容，扩大信息接受量，增大课堂教学容量，调动学生学习的积极性；易于学生进行拓展性、研究性实验，开阔思维，提高学生学习兴趣；促进学生加深知识的理解和记忆，有利于师生之间的情感交流。
三、Multisim 11.0结合项目教学法在“电路分析”教学中的应用实践
“电路分析”主要内容之一是研究电子电路各节点的电流电压关系，Multisim 11.0特有的测量工具Measurement Probe（测量探针）[8]，具备了这一强大功能，可以利用Multisim 11.0这一特性设计项目。
1.确定项目任务，编写《项目任务书》
举例项目任务：利用Multisim 11.0的测量工具Measurement Probe学习基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）[9]。测试图1电路中各回路的电压及各节点电流，验证基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）。该项目可分解为3个子任务。
子任务1：Measurement Probe的学习及使用。
子任务2：基尔霍夫电压定律（KVL）的学习。分别测试图1中闭合回路1-2-3-0-1，2-5-4-3-2，3-4-5-0-3，1-2-5-0-1的电压降的代数和是否为零，符合基尔霍夫电压定律（KVL）。
子任务3：基尔霍夫电流定律（KCL）的学习。分别测试图1中流入节点2、3、5电流总和是否等于流出节点2、3、5的电流总和，符合基尔霍夫电流定律（KCL）。
2.布置项目任务
分发项目任务书，讲解项目要求，使各小组明确学习任务和要求。
3.各工作小组拟订活动方案，教师审核方案
如该项目的活动方案：首先搞清楚图1中7个Measurement Probe分别显示的内容，掌握探针的使用；其次搞清楚如何求闭合回路的电压降，巩固KVL知识点；最后搞清楚如何求流经节点电流的总和，巩固KCL知识点。
4.项目小组的活动实施，学生动手实践
学生通过查阅资料、教师辅导、相互讨论等形式自主获取课题的相关知识、资料，并整理、取舍资料，进行项目任务的验证和设计。 如实施该项目子任务1，通过学生的自主学习、相互讨论和教师辅导，基本掌握Measurement Probe的使用。图1中共7个Measurement Probe，每个Probe显示的内容依次为：总电压（V），交流电压峰峰值（V（p-p）），交流电压有效值（V（rms）），直流电压（V（dc）），总电流（I），交流电流峰峰值（I（p-p）），交流电流有效值（I（rms）），直流电流（I（dc）），交流频率（Freq）。
掌握Measurement Probe后，对完成整个项目非常便捷，以子任务2为例，验证闭合回路1-2-3-0-1：
（1）
由图1可知：
（2）
（3）
（4）
（5）
由式（2）～（5）得：，闭合回路1-2-3-0-1符合基尔霍夫电压定律（KVL）。
子任务3以节点2为例，验证：
（6）
其中：
（7）
由式（7）得：
（8）
误差是由于Measurement Probe显示3位有效数造成，符合基尔霍夫电流定律（KCL）。
5.项目答辩与师生评价。在此阶段，通过“项目成果汇报、学生自我评估、组别互评、教师点评、师生共同总结”等程序完成对各小组项目任务完成的评价。
6.归档或项目结果应用。项目教学总结，并把项目工作的结果归档或应用到企业和学校的生产教学实践中去，以使项目工作的结果尽可能具有实用价值，指导后续工作。
此外，对该项目进行拓展，还可以利用测量探针得到的电压电流值，学习并巩固叠加定理，置换定理，互易定理等重要电路理论。
四、实践结果分析
“电路分析”课程期中、期末都组织了考试，本次调查选取了同年级的电子科学与技术专业和信息工程专业两个班级分别作为教改班和普通班，两个班级总人数分别为39人、41人，就期中、期末成绩进行了对比分析。具体分析如表1所示：
表1 教改班与普通班期中、期末成绩各分数段对比
分数 100～90分 89～80分 79～70分 69～60分 60分以下
班级 教改班 普通班 教改班 普通班 教改班 普通班 教改班 普通班 教改班 普通班
期中人数 4 4 6 5 16 16 10 13 3 3
期中人数/班级总人数 10.26 9.76 15.38 12.19 41.03 39.02 25.64 31.71 7.69 7.32
期末人数 8 5 10 7 16 15 2 11 3 3
期末人数/班级总人数 20.51 12.19 25.64 17.07 41.03 36.59 5.13 26.83 7.69 7.32
由表1可知，教改班和普通班从期中到期末考试中各个分数段的人数差异逐渐增大。由此可见，将Multisim 11.0结合“项目教学法”应用于“电路分析”教学中产生的作用是逐步体现的。
从期中成绩可知，教改班和普通班各个分数段的学生人数所占班级总人数百分比的差别不大。但期末成绩变化很明显，观察各个分数段，教改班100～90分、89～70分和79～70分三个分数段的学生人数所占班级总人数百分比都比普通班的多，分别高出8.32%、8.57%、4.44%；而69～60分这一分数段教改班学生人数明显少于普通班，百分比低了21.70%；60分以下分数段两个班学生人数差别不大，并且从期中到期末考试学生人数所占班级总人数百分比没有改变，这一现象说明在教学中应用Multisim 11.0结合“项目教学法”可以提高大部分学生的学习成绩，但是对于小部分成绩相对差的学生效果不明显。分析主要原因是因为工科学生在学习态度、学习方法等各方面的差异较大，本课题采用的教学方法对大部分学生都起到了良好的教学效果，但个别学生的学习习惯较差、态度不端正，学习主动性低，仅靠教学方法的改变来解决这一问题是不现实的。
五、结论
将Multisim11.0与项目教学法结合应用于“电路分析”课堂教学中，生动、直观、方便、有趣，实现理论与实践一体化。实践结果表明：该方法能够激发学生的积极性，加深学生对相关知识的理解，优化课堂教学效果的同时提高学生的动手能力，促进了学生学习的兴趣。
该教学方法也有其不可避免的缺点：如对个别成绩差的学生效果不明显，另外，学生的精力全部集中于Multisim11.0软件的操练和项目的设计上，运用完每个知识点后没有太多时间去理解巩固，某些知识虽然会用，但没有从根本上彻底掌握。
改进措施：任何教学方法都不能离开教师的主导作用，运用该教学方法的同时，也要注意与其他教学方法有机结合，比如传统的教学方法，主要知识点以教师讲授为主，发挥教师的主导作用，同时保持学生的主体地位，给学生更多的想象空间，更长的认知过程，使课堂教学气氛更活跃。
参考文献：
[1]Barry Paton.电子学教育平台实验教程-NI ELVIS Ⅱ，Multisim， LabviewTM[M].America：National Instruments Corporation，2009.
[2]顾明远.国家中长期教育改革和发展规划纲要解读[M].北京：北京师范大学出版，2010.
[3]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.
[4]Tracy Shields.教学思路实践-使用Multisim 10[M].America： Electronic Workbench Corporation，2009.
[5]徐赟.从理论到实现——图形化系统设计助力工程教育创新[C].北京：第六届NI高校教师交流会，2010.
[6]张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理，2012，29（4）：108-114.
[7]张华燕.电子技术课程项目教学活动设计与评价[J].中国职业技术教育，2013，（8）：37-41
[8]National Instruments. Pausing Simulation with the Measurement Probe in NI Multisim [EB/OL].[2010-08-01].http：//www.ni.com/white-paper/3764/en/.
[9]谭立新.电路基础——基于项目导向[M].长沙：中南大学出版社，2011.
（责任编辑：刘翠枝）