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机电专业的《电工电子技术》课程仿真教学研究

检讨书 时间:2022-02-15 10:05:12

【摘 要】电工电子技术是高职机电专业学生的一门基础课程,其内容函盖电工、模拟电子和数字电子三方面的内容。在实际教学中,由于高职机电专业学生的基础薄弱,学习理解起来有一定的困难。本文针对教学过程中内容难点,采用Multisim仿真软件,对本课程三大方面的部分内容进行电路进行仿真设计和测量,获得直观测量数据。即让学生感受到实际的电路状况,也让学生对电工电子方面的测量工具有熟悉的认知,提升他们的学习兴趣,加深对本课程的理解,同时也锻炼了电路知识的实践能力。

【关键词】电工电子;电路;Multisim;仿真;教学

0.引言

高等职业教育的培养目标是具备工程实践能力的一线工程技术人员[1],而《电工与电子技术》是机电专业学生从事一线工程工作的必备基础知识。但由于本课程概念、公式多,内容抽象难懂,学生应用知识的实践少。因此,出现“学无致用”,部分学生还产生了厌学情绪等。为了切合当前高职学校培养应用型人才的需要,有必要改进电工与电子技术的教学方法。为了调动学生学习的积极性,提高教学效果,促进教学质量的提高[2],我们采用教学Multisim10的电子电路设计与仿真软件,针对电路中的各种实际问题进行设计、测量和分析,让学生有直观的感受。通过动手操作改善学生的实践能力,真正用操作去理解电工电子技术的知识点,改变以往仅靠教师说教和学生做笔记以及做题目应付考试的被动局面。还能通过部分仿真电路仪器的测量使用对实际电路测量仪器有比较清晰的认识。

1.Multisim软件介绍

电子线路仿真软件Electronics Workbench(EWB)即虚拟电子工作台是加拿大Interactive Image Technology(IIT)公司20世纪80年代推出的颇具特色的用于电路仿真与设计的EDA软件,曾风靡全球;2005年以后,加拿大IIT公司隶属美国国家仪器公司(National Instruments, 简称NI公司),NI公司于2006年年初首次推出Multisim9.0版本;2007年年初,美国NI公司又推出NI Multisim10版本。[3]它包含了电路原理图的图形输入和电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力,学习简单方便,很适合高职高专类学生学习。

2.基础电路部分

叠加定理是反映线性电路基本性质的重要定理,它的内容是:在有多个电源共同作用的线性电路中,任一支路中的电流(或电压)等于各个电源分别单独作用时在该支路中产生电流(或电压)的代数和。[4]针对这个定理的理解,传统教学模式是通过例题套公式计算来说明这个定理,如果该学生数学和物理能力不强,理解起来也不那么容易。我们可以通过电路仿真实验来加深该定理的认识,如下图图1所示的一个电路图,要求通过电阻20Ω的电流。按常规思路,将两个电源分别单独作用,根据计算公式可计算出该电流。但是部分高职学生的数学和物理基础不是很好,完全计算也有一定难度,可通过虚拟电流表在三种情况中测量值,可得到0.714A=0.571A+0.143A,完全符合叠加定理的文字论述。通过实际电路的测量仿真使学生加深了认识,更能直观的反映出该定理的内容。

3.模拟电路部分

单管共发射极放大电路,是放大电路的基本的形式[4]。该放大电路存在两种情况的放大工作状态,一种是静态工作情况,一种是动态工作情况。而静态工作状况的讲授通常是教师画个简单电路,摆出公式,最后套公式计算,背诵公式,显然这样提不起学生的兴趣。而通过模拟放大电路静态工作情况仿真,如图2所示,用三个虚拟万用表直接仿真测量出三极管基极、集电极和发射级的电流值,即可以直接看出三者之间的关系,有能熟悉电路的相关测量方法,起到学习和测量同步的效果,比仅仅靠电路图和计算公式说教更能吸引学生,激发他们的学习兴趣。

4.数字电路部分

数字电路的研究内容一般可以归为两类:一类是分析已有电路的逻辑功能,称为逻辑分析;另一类是根据逻辑功能要求设计出满足该逻辑功能的电路,称为逻辑设计。[5]针对高职机电专业学生的特点,有关门电路的逻辑理解运算起来有点困难,可通过仿真演算来帮助简化运算。例如有一个逻辑运算式:F=■+■,可用电路仿真出来,通过逻辑运算器可清楚的看出,该逻辑运算的最简表达式是:F=■+B+C,如图3所示。图中7400N表示与非门,7404N表示非门,7432N表示或门,通过数字电路的仿真运算,让学生从枯燥的背诵公式中解脱出来,而只要搞清楚与非门、非门和或门的相关定义就能很好理解该逻辑表达式。

5.结束语

职业教育的教学过程强调的是职业实践[6],而相对与高职院校而言,电工电子技术需要的职业实践就意味着大量仪器设备的投入,而通过虚拟电路仿真设计和测量,可以取到相关定理和公式计算数值,对学校而言可以省掉部分购买测量仪器的成本,对学生而言可脱离烦琐的公式计算。通过仿真学习,在测量中学习知识,在仿真的虚拟环境中学习电路,可以提高学生的学习兴趣,也能加深对课本的理解。本文通过对电工电子技术这门课程中的三大块知识点的部分内容进行仿真运行和测量,获得相关数据,帮助学生理解和深化。在高职院校电工电子技术的测量设备欠缺的环境下,使用该仿真软件进行仿真不失为一种明智的学习研究方法,对学生实践能力也有很好的启发作用。

【参考文献】

[1]赵景波.电工电子技术[M].人民邮电出版社,2008.

[2]戴新敏.《电工电子技术》课程的教改实践[J].机械职业教育,2003.

[3]卢艳红.基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用[M]. 人民邮电出版社,2009.

[4]焦阳.电工电子技术[M].电子工业出版社,2006.

[5]杨德明.电工电子技术项目教程[M]. 北京大学出版社,2010.

[6]李善锋.六阶段教学在高职教学中应用的探索与实践[J].当代职业教育,2011.

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