毕业论文Multisim在中职电工电子类课程教学中的应用研究.docx

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毕业论文Multisim在中职电工电子类课程教学中的应用研究

Multisim在中职电工电子类课程教学中的应用研究

摘要

中职的电工电子类课程是门实践性很强的专业技术基础课,要提高教学质量和教学效果，就要采用新技术，开拓新的教育环境。

将仿真软件Multisim应用到电工电子类课程教学中，在讲授理论的同时，运用Multisim仿真演示基本电路及其难点，可以消除学生对课程的抽象感；提高学习兴趣、效率；以及具有直观性、经济性、安全性等特点。

本文通过对应用仿真软件辅助教学的理论基础的深入研究，认真分析了目前在中职电工电子类课程教学中普遍存在的问题，并且针对Multisim在各中职学校中被应用来辅助教学的这个问题做了一个调查问卷，对其进行客观性的分析。

然后再对问卷调查的分析提出了在中职电工电子类课程中引入Multisim来进行辅助教学这一设想，并将其引入到中职电工电子类课程的教学中，对本文所提出的设想进行了实践和深入研究。

然后对实验效果进行对比分析及总结。

并且提出将Multisim软件引入电工电子类课程教学中有待继续研究的问题。

关键词：

Multisim；仿真实验；中职教学；电工电子技术

Abstract

Theelectricianelectroniccourseisaverypracticalprofessionalbasiccourseoftechnology,toimprovethequalityofteachingandtheteachingeffect,weshouldadoptnewtechnologies,developneweducationenvironment.ThesimulationsoftwareMultisimisappliedtoelectricalandelectronicteachinginteachingtheory,andatthesametime,usingMultisimsimulationdemonstratesbasiccircuitanditsdifficulty,caneliminatethestudentcourseabstractfeeling;interestinlearning,improveefficiency;andintuitive,economy,securityfeatures.

Basedontheapplicationofsimulationsoftwaretoassistteachingbasictheoriesresearch,carefulanalysisofthecurrentintheelectricalandelectroniccoursesteachingtheuniversalexistencequestion,andaimedattheMultisiminthesecondaryvocationalschoolisappliedtoauxiliaryteachingofthisproblemtodoasurveyquestionnaire,carriesontheobjectiveanalysis.ThenthequestionnaireanalysisputforwardintheelectricalandelectroniccoursesintroducingMultisimtotheteachingofthisvision,andtheintroductionofSecondaryVocationalSchoolofelectricalandelectroniccurriculumclassroomteaching,thispaperputsforwardtentativeideatothepracticeandstudy.Thentheteachingeffectisanalysedandsummarized.AndtheMultisimsoftwareintoelectricalandelectronicteachingproblemsneedtoberesearched.

KeyWords:

Multisim;Simulationexperiment;Secondaryteaching;Electricalandelectronictechnology

目录

引言1

1课题研究的理论基础2

1.1科技的迅速发展2

1.2当前电工电子类课程的特点2

1.3目前电工电子类课程教学中存在的问题3

2关于中职学校应用Multisim的抽样调查分析4

2.1设计调查问卷4

2.2问卷的发放及回收4

2.3调查对象信息说明4

2.4调查结果分析4

3引入Multisim在中职电工电子类课程的应用研究10

3.1EDA（电子设计自动化）技术的发展10

3.2Multisim的特点[11]10

3.3引入Multisim进行辅助教学11

4Multisim在中职电工电子类课程中的教学测评与分析16

4.1Multisim在课程中的教学效果测评16

4.2Multisim引入课堂后的教学效果分析16

5结论17

5.1电工电子类课程教学中引入Multisim的效果17

5.2电工电子类课程教学中引入Multisim有待解决的问题17

参考文献19

致谢20

附录调查问卷21

引言

电工电子技术是一门专业基础课程，它包含电路基础、电气控制、模拟电子技术、数字电子技术等多门学科基本知识，是联系基础课程和专业课程的桥梁。

目前，中职院校的电子专业基本上都开设了这门课程。

但是，该课程概念抽象、数学公式多、实验性和工程性强，这使电工电子课程成了学生们怕学、难学好的一门课，那么如何解决这个问题呢？

这是我们在该课程教学改革中必须解决的问题。

结合传统的电工电子的教学模式、结合目前各个学校教学硬件设施的发展和实验室硬件条件，我们应革新教学方法，创新教学的手段[1]。

随着教育改革的不断深入，教育技术现代化，教学手段现代化已成为我国教育改革所面临的十分重要的课题。

其中电子线路EDA技术的发展，正好弥补了目前我国各院校电子学实验室条件的不足，特别是新器件，新设备价格昂贵时，而开设一些内容更新颖、具时代意义的创新型、设计型以及综合型实验而设置的。

由于过去的仿真软件存在普及型软件功能太弱，专业型软件价格太贵，故在教学领域里未能引起太多的关注，只是局限在部分大专院校和少部分职业中学中使用，而且应用仿真的教学内容并不系统，未能作为一个有效手段在教学中普遍展开。

现在随着个人计算机提高和互联网的发展，令功能强大的电子仿真软件能与广大的教师见面，并且将它逐步的应用到教学之中，出现了全新的教学模式。

在中职电工电子课程教学中，由于传统的教学模式与教学手段在某些方面存在问题，己经很难适应现代化社会对人才培养的需求。

这就要求我们在先进的教学理论指导下，利用先进的教学设备对传统的实验教学模式和教学手段进行改革。

并且要解决一些问题，例如：

实验经费、实验设施不足；理论教学与实际动手实验相脱节等。

引入Multisim仿真软件，可以有效解决理论教学中存在的问题，使教师能够在理论教学过程中对电路原理进行现场演示并分析，讲解各种输入信号的变化或者电路参数改变对电路输出信号的影响，操作速度快，学生能够直接、形象、直观地观察到电路的工作情况，了解不同形式的电路功能[2]。

同时学生积极调动思维考虑为什么会有这样或那样的结果，然后带着问题听老师讲解电路原理。

采用该类教学课件，不需要昂贵的实验设备，只需利用课件，就可以快速地反映出所设计的电路的性能，使学生全面地分析、验证电路。

可以说，利用仿真演示课件进行专业课程教学，对提高课堂教学效果、使学生掌握新型元器件的使用会起到事半功倍的效果。

这样，学生由被动接受转为主动探求，而在整个教学系统中每个环节都能起到比较积极的作用，教学效果明显不同。

Multisim软件使模拟电路、数字电路的设计及仿真更为方便。

所以将Multisim仿真软件应用于课堂教学和实验教学，有十分的必要性。

1课题研究的理论基础

1.1科技的迅速发展

21世纪，社会在进步，科技在进步。

在科学技术飞速发展的同时，教育的教学手段也在改进，多媒体与网络技术被广泛的应用到教学中来。

先是多媒体被应用到教学中来展示教学内容，有利于提高课堂教学质量、展现复杂的电路图和波形图，激发学生的学习兴趣。

后是许多仿真软件被放到计算机上来帮助学生理解生硬的文字，还有进行设计和仿真等等。

随着电子设计自动化（EDA）技术的发展，开创了利用“虚拟仪器”、“虚拟器件”在计算机上进行电子电路设计和实验的新方法[3]。

同时，使EDA进入课堂成为可能，也使得中职学校的电工电子这门课程在电路原理上更易学懂、易理解。

这也为我们的教学提供了有利的平台，使得我们的教学手段现代化。

Multisim仿真技术与多媒体教学相结合，可以将虚拟实验室搬到理论课堂的教学中。

教师可以深入浅出地分析各种电路及元器件的特性，讲解各种参数改变造成的影响，贴近实际地进行实验设备的调试分析。

通过计算机模拟各种设备，无论是对工程设计的模拟还是对现场的检测都表现了很强的优势，特别是它那强大的数据处理能力使一般传统测控设备望尘莫及，它那种与真实仪器相近的控制和显示方式倍受使用者青睐，因此该技术成为了现代电子仪器发展的重要分支[4]。

面对电子领域这种日新月异的发展形式，我们培养该领域人才的方法不可墨守成规，应该在教学中向学生多介绍新技术，使他们了解该领域发展的前沿；多应用新手段，使他们尽早地接触和掌握新“工具”和新方法。

1.2当前电工电子类课程的特点

电工电子技术是中职院校电子专业重要的专业基础课，它包含电路基础、电气控制、模拟电子技术、数字电子技术等多门学科基本知识，是联系基础课程和专业课程的桥梁。

该课程不但要求学生掌握电路的基本原理，更重要的是培养学生对电路的分析，设计及应用。

该课程概念抽象、数学公式多、实验性和工程性强，这使电工电子课程成了学生们怕学、难学好的一门课，那么如何解决这个问题呢？

这是我们在该课程教学改革中必须解决的问题。

结合传统的电工电子的教学模式、结合目前各个学校教学硬件设施的发展和实验室硬件条件，我们应革新教学方法，创新教学的手段。

随着计算机软件技术的快速发展，电路仿真软件的种类和功能越来越强大，在众多的电路仿真软件中，选用Multisim仿真软件引入“电工电子技术”的教学中，不仅可解决实践设备缺乏的问题，又可实现理论与实践教学的一体化[5]。

1.3目前电工电子类课程教学中存在的问题

21世纪是个信息化时代，以电子信息技术为特征的高新技术产业已成为全社会发展最强劲的产业，而电工电子技术正是其发展的基础之一[6]。

电工电子类课程是电子、电气、等专业的基础课，它为学生学习本专业后继课程和毕业后从事相关专业技术工作提供必要的专业理论知识和专业实践技能，是培养学生系统掌握专业知识、应用理论知识、解决实际问题、训练科学实验能力和创新能力的重要环节。

然而，目前电工电子类课程的教学中还存在着一些问题[7]：

1.3.1学生欠缺独立性与自主性

一是很多学生缺少分析能力，缺乏独立思考问题的能力。

在需要学生提出问题、分析问题、解决问题时，他们常常会表现出思维能力的孱弱。

二是教师在课堂的教学中往往把课本知识当成定论，教学就是要把结论告诉学生，让他们理解了，记忆下来。

这样就起不到很好的教学效果。

1.3.2学生对知识的掌握停留在初级水平

很多学生对知识的掌握不牢固，基本停留在对理论的死记硬背上，在面对与课本中的例题相类似的问题，他们也没有学会举一反三。

就更不用说在实际生活中，问题的条件、目的都隐含在具体情景中，而且在不同的情景中会有不同的表现形式，面对这样的问题，我们的学生就常常显得束手无策了。

1.3.3没有充分利用计算机辅助设计作为教学工具和教学手段

随着中职学校招生规模逐年扩大，我们的中职学校的实验室设备更新也成了问题，许多学校中现有实验室存在着设备老化，经费不足，实验场地紧张等困难，这些问题得不到及时的解决就很难满足学生人数的增长对实验教学提出的要求。

尤其是在实验这一块上，经常都是，或者一直都是多人一组来进行实验，这就使得实验效果大打折扣，不能使每个同学都积极参与到实验中来。

长期以来，电工电子类课程的教学，是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成。

大多数学生对电工电子类课程的学习不感兴趣，主要是电工电子类课程本身内容比较抽象、枯燥，不容易理解。

如果在教学实践中，结合理论课的进程，引入Multisim作为辅助教学的工具，将可能使教学效果发生变化。

2关于中职学校应用Multisim的抽样调查分析

2.1设计调查问卷

从研究背景、意义和中职电工电子类课程教学中存在的问题等等看出这项研究很有必要。

但是光从一些理论知识和认知基础，还不能说明什么。

所以，我为Multisim引入中职电工电子类课程进行辅助教学设计了一个调查问卷。

附录A是设计的调查问卷，计划总共发放问卷2000份，该问卷共包含10道选择题，供调查对象选择。

调查问卷面向的是重庆内部分中职院校的学生及教师，目的在于了解和分析Multisim被应用于电工电子类课程的教学中的一个情况。

以便教师更好地改进教学方式、教学手段，更有效地提高学生学习的质量。

希望通过这次问卷的调查，让更多老师及学生知道和了解并引入Multisim来进行辅助教学。

2.2问卷的发放及回收

由于时间和经费问题，本问卷调查的对象只是重庆市内部分中职学校，问卷总份数也少。

本问卷的发放采用的是分散发放，通过和调查对象的单位领导洽谈，让其帮助发放及回收调查问卷。

总共发放问卷2000份，在扣除掉无效问卷后，于1月25日共计回收1500份有效问卷，并以此样本数进行各项分析。

2.3调查对象信息说明

由于时间问题，本问卷对重庆市内部分中职学校采取抽样调查。

问卷调查的对象有江津江南职业技术学校、江津区财贸技工学校、垫江县职业教育中心。

这三个职业学校电子专业的老师三分之二教学水平处于中等，三分之一的教学水平处于中等以上，它们的学生的学习能力大部分都处于中等，少部分处于中等以上，更少一部分处于中等以下。

而这三个学校的实验设备的数量和更新都打不到实验要求。

总体来说，教师和学生的一个整体的综合素质和能力都是相当的。

这些都对我们的调查问卷有一定的帮助作用。

2.4调查结果分析

2.4.1调查问卷数据分析

在问卷收集后使用Microsoft Excel软体做资料统计，并产生分析图表。

依图表显示的结果做说明与分析。

2.4.1.1调查对象

图2.4.1.1-1

分析：

由上图可知，调查对象包括教师和学生，但教师比较少，只占比例为18.7%，而学生较多，占比例为81.3%，所以本次调查分析，学生为主，教师为辅。

2.4.1.2认为传统实验的不足

图2.4.1.2-1

分析：

由上图可知，绝大多数的人都认为传统实验是不足的，占比例为52.3%，有少部分的人认为是实验设备昂贵，占比例13.3%，还有14.1%的人认为是教学模式的不足以及20.3%认为是教学环节具有脱节现象。

总而言之，传统实验具有很多的不足之处。

2.4.1.3是否知道Multisim软件

图2.4.1.3-1

分析：

由上图可知，就目前来看，大多数人都还不认识Multisim软件，只有小部分人知道Multisim软件，占比例约为35%，还有65%的人不知道Multisim软件。

2.4.1.4通过什么方式了解Multisim软件的

图2.4.1.4-1

分析：

由上图可知，超出一半的人都是通过别人介绍才了解到Multisim软件，占比例为51.1%，有32.5%的人是通过网络了解Multisim软件，只有少部分的人是通过报纸了解Multisim软件，占比例为16.4%。

2.4.1.5在您上班（就读）的学校（班上）是否引入Multisim进行辅助教学

图2.4.1.5-1

分析：

由上图可知，现在很多的学校都还没有引进Multisim进行辅助教学，占比例61.1%，只有23.7%已经引进Multisim进行辅助教学，最后还有15.2%的人不知道是否引进Multisim进行辅助教学。

2.4.1.6Multisim有哪些特点

图2.4.1.6-1

分析：

由上图可知，Multisim的特点很明确，这说明Multisim软件具备了应有具有的功能，除了完美的分析手段意外，其他的优点都很明确的显示出来，说明Multisim软件具有很大的使用价值。

2.4.1.7选择Multisim来进行辅助教学有哪些好处

图2.4.1.7-1

分析：

有上图可知，Multisim软件的应用是非常有必要的，能够进行多功能的应用，能够很形象的显示出来，方便学生对其工作原理的理解，只有少部分的人认为Multisim软件单一，仅占百分之几的比例，而大约79%的人认为有点非常多。

2.4.1.8Multisim进行仿真实验和传统实验这两者相比，哪个更能激发学生的学习兴趣

图2.4.1.8-1

分析：

由上图可知，除了不到10%的人认为是传统实验或者是不知道以外，都认为Multisim软件进行仿真能激发学生的兴趣，占比例为92.2%，所以能加强对Multisim软件的使用。

2.4.1.9Multisim被应用于教学中是否能提高学生的综合与创新能力

图2.4.1.9-1

分析：

由上图可知，6.3%的人认为Multisim软件不能提高学生的综合与创新能力，还有10%的人暂时不知道，但是大量的人都认为是Multisim被应用于教学中能提高学生的综合与创新能力，占比例83%。

2.4.1.10Multisim引入是否能解决传统使用的不足

图2.4.1.10-1

分析：

由上图可知，Multisim还一定能全部解决传统实验的不足，有8%的人认为是不能或者是不知道，但是有92%的人认为Multisim软件能解决传统实验的不足。

说明Multisim软件已经能解决传统实验的大部分不足，只有少部分的还不能解决。

2.4.2深入分析

通过对调查问卷的一个数据分析，可以看出，很多不了解Multisim的老师和学生通过问卷的一个调查，让他们对Multisim表现出很大的兴趣。

而且Multisim的特点和功能很强大，采用直观的电路图输入方式，界面友好、操作方便、简单易学；具有庞大的元器件库；完善的电路分析手段和分析方法。

如果在教学实践中，结合理论课的进程，引入Multisim作为辅助教学的工具，将可能使教学效果发生变化。

充分利用现代化的教学手段，可大大提高学生的学习兴趣和动力，可使抽象、难以理解的内容，变得形象直观，容易理解。

提高教学效率和质量，而且还可使过去只能想而难以实现的教学方法变为现实。

3引入Multisim在中职电工电子类课程的应用研究

3.1EDA（电子设计自动化）技术的发展

 Multisim是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT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[8]。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程[9]。

Multisim软件的历史升级为EWB4.0>EWB5.0>EWB6.0>Multisim2001>Multisim7>Multisim8，后由美国国家仪器（NI）有限公司收购InteractiveImageTecnologie，自此起版本为Multisim9>Multisim10>Multisim11[10]。

3.2Multisim的特点[11]

3.2.1界面直观、易懂

采用直观的电路图输入方式,界面友好、操作方便、简单易学。

该软件在Windows平台上运行，其界面与其它Windows应用软件相似，因此学生学习使用时，很容易上手。

另外，该软件采用直观的图形界面创建电路，在屏幕上模仿真实实验室的工作台，简单直观。

3.2.2具有庞大的元器件库

该软件具有1600多种元件模型，具备如信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各种元器件，而且仪器的操作开关、按键与实际仪器仪表极为相似，可以对模拟、数字电路和混合电路进行仿真，实时显示测量结果。

3.2.3完善的电路分析手段和分析方法

该软件具有电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析和频域分析，器件的线性和非线性分析，电路的噪声分析和失真分析，以及离散傅里叶分析、交直流灵敏度分析和容差分析等电路分析方法。

通过这些分析，可以了解电路的基本状况，测量和分析电路的各种响应，其结果比用实际仪器测量的精度更高，范围更宽。

3.3引入Multisim进行辅助教学

随着科学技术的迅猛发展，实验仪器的更新周期越来越短，学校实验室不可能总是及时更新实验设备，在一定程度上造成了实验条件和设备与工程实际的脱节，同时原有的实验设备老化，也造成了实验的不便和不理想[12]。

将Multisim软件应用于电子技术的课堂教学和实验中，将使得课堂的实验演示更加灵活方便，是对传统实验教学方式十分有益的革新与补充。

在重庆江津江南职高选了2个班级做教学对比，每个班是45个人。

到最后再通过试卷测评来分析教学效果。

下面是一个仿真实例：

分压偏置单管放大电路的分析[13]

先是按图3.3.1从元件库中调出各种实际元件模型，从仪器工具栏中调用示波器，接好线路。

图3.3.1分压偏置电路

再是从仪器工具栏中调出函数信号发生器接入，设置信号种类、频率及幅值，如图3.3.2。

图3.3.2函数信号发生器设置

然后打开仿真开关，试着改变Rw的值，双击示波器观察输入波形，如图3.3.3所示。

图3.3.3输入波形

观察输入波形后，再让学生来观察输出波形，如图3.3.4所示。

该波形是失真波形，学生们可以在下课后来进行加强练习，把该波形进行调试，直到不失真为止。

这就让学生在课后复习知识的同时，也有可能会发现更多的问题。

对开发和提高学生的发散思维很有帮助。

图3.3.4输出的失真波形

接下来是基本分析：

以直流工作点的分析、交流分析为例

DCOperatingPoint…（直流工作点分析）：

该分析类型是在放大电路输入端的交流信号，电容视为开路的状态下计算静态工作点。

单击【Simulation】【|Analysis】【|DCOperatingPoint…】，弹出分析设置对话框，如图3.3.5所示。

图3.3.5直流工作点分析设置

该对话框包含3个标签，其中，“MiscellaneousOptions”标签用来设置与分析相关的参数，“Summary”标签显示设定的参数和选项便于用