Multisim在高中物理电学教学中应用.docVIP

Multisim在高中物理电学教学中应用摘要：将Multisim引人到高中物理电学教学中，既能克服传统教学中存在的不足，促进学生对理论知识的理解和掌握，提高教学质量，又能激发学生的学习兴趣，利于培养学生的动手能力和创新意识，为新课改下物理课堂及实验新的教学手段和方法增添活力。 关键词：高中物理；Multisim；教学；仿真示例；电学实验 中图分类号：G424.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）06-0157-02 物理学是一门以观察和实验为基础的科学。实验是高中物理课程的重要组成部分，是连接理论知识与实践应用的重要环节。教师根据教学内容构建恰当的、有效的演示性、验证性或探究性实验等方式开展教学，有助于学生在实验中理解物理知识，掌握物理规律，激发学生对物理的兴趣和求知欲[1]。 一、传统电学知识教学中的困难 电学是高中物理课程中的一个重要部分。长期以来，电学的课堂教学是教师通过硬件电路实验与黑板板书相结合对知识进行讲解。由于随堂教学的硬件实验常存在调试时间长、可视性差、数据的读取和计算精确度不高、教学效率低等不足，以及存在受实验仪器限制，实验无法构建的困难。教师如果在教学中处理不当，课堂教学易变为理论说教，这导致学生对知识结论心存疑惑，难以理解和掌握。同时，传统的实践教学环节是让学生进入实验室，在固定的教学时间内，按照教师的指导要求、统一的方法步骤、既定的仪器条件进行操作。这不仅不利于学生通过实验进一步理解物理知识，掌握物理规律，且不利于激发学生的主动性和创造性，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。因此，教师以提高教学质量为目的，选择有效的实验手段和方法开展教学非常重要[2]。 二、Multisim软件的特点介绍[3] Multisim是专门用于电子电路仿真与设计的工具软件之一。它借助计算机提供了一个较为合适的虚拟电子实验平台，用它可方便构建各种电子电路，完成从电路设计到仿真的全过程。近年来，Multisim在国内外高校及电子设计领域得到了广泛应用。它具有如下优势和特点：（1）友好直观的工作界面，仿真电路的连接构建与实际操作近乎相同；（2）丰富的元器件库，该软件内含数万种元器件和多种常用的虚拟仪器仪表；（3）强大的电路仿真能力，虚拟仪器仪表的外观和使用方法与真实器件基本相同，仿真数据精确可靠，绘制的物理量波形生动直观。（4）实现成本低，用户仅需在计算机安装该软件即可使用；（5）易学易用，用户不必具备编程知识，模块化的元件仪表即见即所得。随着电脑的普及，高中阶段计算机课程的开设，教师和学生学习采用Multisim进行电路设计及实验仿真是不会感到困难的。 三、Multisim在高中物理电学教学中的应用 计算机仿真实验教学是现代教育技术在物理课程教学中得到具体应用，且又适应新课程标准的、一种新兴的教学方式[2][4]。由于Multisim电路仿真实验效果直观明显，操作简单，教师和学生容易学习和掌握，因此基于Multisim的仿真实验为电子电路教学提供了一种新的、较为合适的手段和分析方法。 （一）课堂教学中的应用 新课程标准中电学部分的教学内容包括相关定理、元器件特性、电路接法、电表使用、数据读取等许多综合复杂知识及其运用，因此电学的理论性、实践性及综合性成为了教学难点。根据电学知识特点，可在课堂教学中引入Multisim实现的电路仿真教学示例。如讲授“伏安法测电阻，电流表的不同接入方式对测量电阻的误差影响，以及电流表接入方式的选择问题”时，可引入Multisim实现的电路实验进行仿真演示教学。图1和图2分别是直流电流表（Ammeter）外接和内接方式的仿真电路图。通过鼠标双击电阻Rx、电流表和电压表（Voltmeter）可分别设定不同大小的待测电阻、电流表内阻RA及电压表内阻RV。仿真中各电表能自动显示每次测量获得的电流和电压值。图1所示的外接法电路设定RA=1Ω，RV=10MΩ，每次仿真实验测量不同Rx情况下对应的电流I和电压V的数值，并记录在表1中。图2所示的内接法仿真电路仍设定RA=1Ω，RV=10MΩ，每次仿真测量不同Rx情况下各电表对应的电流和电压值，并记录在表2中。对表1和表2的测量数据按公式V/I和|R-Rx|/R分别计算出电阻测量值R、测量的相对误差。由表1数据比较看出，电流表外接电路由于电压表的分流作用，待测电阻Rx的实际测量值R实为Rx与电压表内阻RV的并联值，即R=（RxRV）/（Rx+RV），当Rx愈小，则电压表分流愈小，测量值R愈逼近真实电阻值。因此选用电流表外接方法测阻值小的电阻（RxRx=（Ve-VA）/I关系。这里Ve是直流电源电动势，VA=IRA是电流表分压，I为所测得的电流值。当Rx越大，VA越小，则测量值越接近电阻值。因