張霞

摘要：模擬電路是電類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，具有很強的工程性和實踐性，該文結(jié)合虛擬仿真技術(shù)將思政元素融入模擬電路的教學(xué)過程中，實現(xiàn)全程育人和全方位育人。以模電中單管共射極放大電路的圖解法為例，詳細介紹了將 Multisim仿真軟件引入思政教學(xué)的過程，能將抽象的理論形象以數(shù)據(jù)波形等直觀的結(jié)果形式顯示出來，極大地加深了學(xué)生對知識的掌握程度。教學(xué)實踐證明，將Multisim引入模擬電路思政教學(xué)中，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，操作性強，結(jié)果清楚直觀。

關(guān)鍵詞：全程育人;模擬電路;Multisim;思政元素

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）34-0206-03

1引言

高等教育中工科課程的實踐性很強，在理論教學(xué)中教師很難通過課堂教學(xué)使學(xué)生將復(fù)雜的理論知識透徹地掌握，近年來我國學(xué)者對工科課堂教學(xué)進行了很多嘗試，目的使學(xué)生更容易理解并掌握基礎(chǔ)理論知識。李東源，余群提出借助虛擬技術(shù)可輔助學(xué)生進行理論和實驗學(xué)習(xí)，采用HTML軟件以《電路》中的波形轉(zhuǎn)換和整形電路為例詳細地介紹了虛擬軟件進行輔助實驗教學(xué)的過程[1]。張輝，何春燕，王瑋采用項目驅(qū)動法詳細地從軟件的學(xué)習(xí)、器件的選型、電路的設(shè)計、結(jié)果的調(diào)試及分析，介紹了Multisim在節(jié)日彩燈控制器設(shè)計的應(yīng)用過程[2]。張濤等，以模擬電路中積分電路為例介紹了采用Multisim、 Analog Discovery 2和 Waveforms仿真軟件在模擬電路實驗中的應(yīng)用，并對仿真結(jié)果和實際結(jié)果進行對比，得出虛擬仿真實驗的不足，擺脫了空間、時間限制，可以極大地方便師生的教學(xué)和學(xué)習(xí)[3]。這些探索都是從實驗教學(xué)為出發(fā)，在節(jié)省資源達到仿真和實際電路的差距上進行說明，而在實際理論原理的論證上沒有探索新的方法，使抽象的理論便于理解，本文旨在采用虛擬仿真軟件Multisim，并將之應(yīng)用到實際理論教學(xué)中，極大地方便老師對原理的論證和推導(dǎo)，方便學(xué)生將理論知識和實際工程相結(jié)合，滿足現(xiàn)代化教學(xué)體系的要求。

2 構(gòu)建模擬電路思政課堂存在的問題

模擬電路課程在實際應(yīng)用中非常廣泛，是航空航天、民用產(chǎn)品等設(shè)備的控制器的基本組成部分，讓學(xué)生在理解知識點的同時和實際應(yīng)用相結(jié)合，達到學(xué)以致用是模擬電路課程的存在的主要問題，且模擬電路知識點多，理論分析抽象且難理解，學(xué)習(xí)起來比較枯燥。以單管共射極放大電路的圖解法為例，要求學(xué)生掌握靜態(tài)工作點的圖解分析、動態(tài)工作情況的圖解分析和靜態(tài)工作點對波形失真的影響3個知識點。主要通過講授畫出直流通路，根據(jù)輸入回路和輸出回路列出回路電壓方程，然后在輸入輸出特性曲線上做出輸入直流負載線和輸出負載線，負載線和輸入輸出特性曲線的交點稱為靜態(tài)工作點。在動態(tài)分析時根據(jù)輸入的交流信號波形的最大值和最小值在輸入特性曲線上到靜態(tài)工作點Q的變化范圍，進而得到iB和iC的波形，進而在輸出特性曲線上近似地得到uCE的波形。對靜態(tài)工作點偏高或者偏低引起的截止失真和飽和失真理解起來更加困難。在整個分析時波形的變化只能通過老師的一步步地帶動推進得出波形的形狀，學(xué)生沒有感官的認識，只是被動地接受，與老師被動地互動，教學(xué)效果差。沒有學(xué)生主動參與的課堂，很難使學(xué)生的大腦中建立三維的感觀，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際的目的。

3 虛擬仿真技術(shù)在模擬電路思政課堂中的應(yīng)用

3.1 Multisim軟件介紹

Multisim14.0是美國國家儀器（National Instruments）公司推出的一款相當優(yōu)秀的專業(yè)化SPICE仿真標準環(huán)境，Multisim14.0功能強大，可以最大化地滿足用戶的設(shè)計需求、可視化仿真界面、元件庫豐富、參數(shù)可調(diào)、具有3D效果的仿真電路、虛擬儀表齊全功能強大、分析功能與圖形顯示窗口等等。操作簡便，是電路教學(xué)解決方案的重要基礎(chǔ)，是目前在電路分析中應(yīng)用較廣的仿真軟件[4-8]。

3.2 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

下面就以單管共射極放大電路的圖解法為例，說明使用Multisim14.0仿真軟件講解放大電路圖解分析法的靜態(tài)工作點的圖解分析、動態(tài)工作情況的圖解分析和靜態(tài)工作點對波形失真的影響3個知識點的具體分析過程。

3.2.1實驗電路圖

單管共射放大電路各級波形相位的關(guān)系抽象難理解，為了更好地說明虛擬仿真軟件在課堂理論教學(xué)中的應(yīng)用，本文采用單管共射放大電路中基極電阻 R1 的變化對基極電流、集電極電流和輸出電壓波形的影響，三級選用 2N1711 型進行放大電路的實驗。對于 R1分別采用 500KΩ 和250KΩ和7000KΩ的電阻進行測試分析，利用 XSC2 四通道示波器分別測量輸入波形、iB波形vBE波形、iC波形，XSC1雙通道示波器顯示輸入V1波形輸出vCE波形。

在仿真電路時由于示波器只能顯示電壓的波形，為了分析從輸入信號到輸出信號各個電壓和電流相位之間的關(guān)系，在顯示iB和iC波形時采用在電路中接入了電流互感器V2和V3。實驗電路如圖1所示。

3.2.2實驗結(jié)果分析

放大電路中的電壓電流波形如圖2所示，示波器XSC2的A通道顯示輸入電壓V1波形（紫色），B通道顯示iB波形（藍色），C通道顯示vBE波形（綠色），D通道iC波形（紅色），示波器XSC1顯示輸入V1波形（紫色）和輸出vCE波形（紅色）。從圖2（a）可以看出V1、iB、vBE、iC波形相位相同，圖2（b）可以看出V1、vCE波形相位相反。

當R1=250KΩ時示波器XSC2顯示的波形如圖3（a）所示，此時出現(xiàn)了飽和失真。A通道顯示輸入電壓V1波形（紫色），B通道顯示iB波形（藍色），C通道顯iC波形（黃色）出現(xiàn)了明顯的頂部失真，D通道vCE波形（紅色）出現(xiàn)了底部失真。當R1=7000KΩ時示波器XSC2顯示的波形如圖3（b）所示，B通道顯示iB波形（藍色）的底部出現(xiàn)了失真，C通道顯iC波形（黃色）出現(xiàn)了底部失真，D通道vCE波形（紅色）出現(xiàn)了頂部失真。圖（b）的截止失真波形和教材上理論出現(xiàn)的圖形有明顯的差別。

4 結(jié)束語

本文介紹了構(gòu)建模擬電路思政課堂教學(xué)過程中存在的問題，提出在課堂教學(xué)中加入虛擬仿真教學(xué)，將課堂上理論和實際聯(lián)系緊密的理論知識點，用仿真圖像的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，使枯燥的理論知識變得生動、形象，方便理解。軟件操作簡單、使用方便，這種采用“仿真”和“調(diào)試”的方法能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、改善課程教學(xué)條件，拓寬教學(xué)模式和方法，突破教學(xué)內(nèi)容的局限，提高學(xué)生對模擬電路知識的理解程度，最大限度地開發(fā)學(xué)生的潛力，幫助學(xué)生提高分析電路的能力，達到學(xué)以致用的目的，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：王力】