Multisim在中職電氣自動化專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用獲獎科研報告

Multisim在中職電氣自動化專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用獲獎科研報告摘

要：中職電氣自動化專業(yè)課程豐富，理論性和實(shí)踐性要求高，將Multisim計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)引入到教學(xué)當(dāng)中，為學(xué)生提供了更為直觀、有效、經(jīng)濟(jì)的學(xué)習(xí)手段，使得學(xué)生更容易理解和掌握電氣知識，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α１疚囊耘_州第一技師學(xué)院（籌）電氣自動化專業(yè)為背景，介紹Multisim軟件在電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)以及電力電子變流技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：中職電氣自動化;仿真;教學(xué)

1概述

隨著職業(yè)教育的不斷發(fā)展，以培養(yǎng)高級工以上技能人才為任務(wù)的技師學(xué)院辦學(xué)實(shí)力和水平穩(wěn)步提高，極大的促進(jìn)了就業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?，F(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展使電氣自動化技術(shù)方面的人才需求大增，依托于溫嶺市的電氣自動化行業(yè)特點(diǎn)，臺州第一技師學(xué)院電氣自動化設(shè)備與維修（技師）專業(yè)培養(yǎng)從事電氣自動化設(shè)備安裝、編程、調(diào)試與維修的高素質(zhì)技術(shù)技能人才，推動了當(dāng)?shù)仉姎庾詣踊a(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

中職電氣自動化專業(yè)部分課程設(shè)置如表1所示。

表中涉及到的多數(shù)專業(yè)課程為理實(shí)一體化課程。由于學(xué)生普遍存在動手實(shí)踐能力強(qiáng)，但理論基礎(chǔ)薄弱的情況，在理實(shí)一體化教學(xué)過程中，較易出現(xiàn)能夠按照要求完成實(shí)訓(xùn)，但是對于實(shí)訓(xùn)的原理仍然較為模糊，出現(xiàn)知其然而不知其所以然的現(xiàn)象。為了改變單一的授課類型，提高學(xué)生的知識接收效果，豐富電路分析手段，在專業(yè)課程教學(xué)中，結(jié)合Multisium仿真軟件，對電路原理及效果進(jìn)行直觀展示，加深學(xué)生對理論理解的同時，通過Multisim軟件仿真貫穿多個課程，學(xué)生能夠更好的掌握軟件的功能以及使用方法，為實(shí)踐探索提供更好的理論支撐和技術(shù)手段。

2Multisim仿真實(shí)驗(yàn)

2.1Multisim軟件在電工基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用

電工基礎(chǔ)課程中，涉及到較多的基礎(chǔ)運(yùn)算，尤其是復(fù)雜直流電路的分析，既為后續(xù)學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)等課程奠定理論基礎(chǔ)，又是電工操作中重要的分析方法。因此，理解并掌握復(fù)雜直流電路的分析方法，具有重要的意義。

以疊加原理為例，常見的授課方法有實(shí)驗(yàn)法和理論分析法。實(shí)驗(yàn)法是通過搭建實(shí)際電路，測量各觀測點(diǎn)的電壓值，得出疊加原理。另一種是通過理論計算，分別計算出電壓源和電流源單獨(dú)作用時候的電路圖2、圖3中，流過R3的電流值和，并通過實(shí)際測量圖1中的值，得到+=，即疊加原理。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，學(xué)生易于理解和掌握，缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)條件受限，無法使每個同學(xué)都能夠參與到探究中。

在Multisim軟件中搭建電路如下所示。圖1是原始電路，圖2、圖3分別是電壓源和電流源單獨(dú)作用時候的電路圖，3個電路在同一個仿真界面中同時運(yùn)行，便于觀察電路工作情況，得出規(guī)律。學(xué)生根據(jù)測量要求，自行放置電壓表和電流表，記錄并觀察測量的值。在得出+=疊加原理的結(jié)論后，通過改變電路中的電源或電阻值，驗(yàn)證結(jié)論是否正確。再通過練習(xí)，加深對疊加原理的理解，鞏固和提高應(yīng)用能力。

通過在Multisim軟件中搭建電路，以計算機(jī)仿真的形式實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行測量和探索，體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，提高了學(xué)習(xí)的興趣和求知欲。同時，又?jǐn)[脫了實(shí)驗(yàn)條件的限制，可以使每位同學(xué)都參與到自主探究的活動中來，改善了教學(xué)效果。

2.2Multisim軟件在電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用

Multisim軟件提供了多種測量和分析器件，如電壓表、電流表、多通道示波器、波特測試儀、失真分析儀等，為觀測電路工作情況提供了強(qiáng)大的支撐。以電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中分壓式射極偏置放大電路（圖4）為例，通過虛擬示波器XSC1的A、B通道，能夠觀測到輸入電壓和輸出電壓的波形變化情況，計算電壓放大倍數(shù)。圖5和圖6分別是負(fù)載開關(guān)斷開和閉合狀態(tài)下的，輸入、輸出電壓的波形，可以明顯看出接入負(fù)載電阻后，輸出電壓幅值降低，電壓放大倍數(shù)下降。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，可以很直觀的對放大電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，同時，教師還可以設(shè)置一系列的探索性問題，例如電流放大倍數(shù)如何測量等等，給予學(xué)生自主探究的空間，提高分析問題，解決問題的能力。

2.3Multisim軟件在電力電子變流技術(shù)課程中的應(yīng)用

電力電子變流技術(shù)是一門理論性與實(shí)踐性都非常強(qiáng)的課程[1]。需要結(jié)合電工基礎(chǔ)和電子技術(shù)基礎(chǔ)對電路原理及功能進(jìn)行分析。同時，對于交變電路，還要求能夠畫出各個元件的電壓和電流波形，做進(jìn)一步的分析。對電路分析的各知識點(diǎn)的融會貫通的要求表較高，中職學(xué)生獨(dú)立分析的能力欠缺，因此單純的理論課的教學(xué)效果很差。實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然能夠在一定程度上幫助學(xué)生更直觀的得到波形，但是由于實(shí)驗(yàn)所涉及的都是功率器件，學(xué)生操作不熟練，因此故障率較高，得不到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，直接影響了實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。

在教學(xué)中引入仿真實(shí)驗(yàn)的方法，用模擬元件代替實(shí)際元件獲得電路輸出電壓和電流的波形，避免了實(shí)驗(yàn)的誤操作引起的安全問題，又能夠得到理想的實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生基本能夠在計算機(jī)上獨(dú)立完成仿真實(shí)驗(yàn)。以三相半波整流電感性負(fù)載電路為例[2][3]。在multisim中搭建仿真電路如圖7所示，晶閘管門極控制信號由方波脈沖信號源提供，參數(shù)設(shè)置如圖所示。通過虛擬示波器，觀測輸入三相交流電波形、觸發(fā)信號波形、輸出電流波形以及VT1晶閘管的電壓波形。由于Multisim沒有直接可以顯示電流波形的虛擬儀器，因此在測量輸出電流波形時，使用了電流探針功能，可以將流過探針的電流值，按比例轉(zhuǎn)化成電壓值輸出（圖8），再將輸出接到示波器即可得到按比例放大/縮小以后的電流波形如圖9所示。

3、結(jié)論

在中職電氣自動化專業(yè)課程中引入Multisim軟件的仿真實(shí)驗(yàn)，可以使枯燥的理論知識更為生動、形象化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，促進(jìn)中職學(xué)生對理論知識的理解，同時也拓寬了學(xué)生對計算