电工电子学实验教程与Multisim教学应用综合评述

电工电子学实验教程作为电气信息类学科的核心实践课程体系，承担着培养学生电路分析、电子系统设计与调试能力的重要任务。传统实验教学以硬件设备操作为主，存在设备成本高、故障率高、实验场景受限等痛点。Multisim作为国际主流的电路仿真软件，凭借其可视化建模、实时数据采集和虚拟仪器联动等优势，为实验教学提供了数字化解决方案。通过将Multisim融入电工电子技术实验教学，可实现"理论-仿真-实操"三位一体教学模式，有效降低实验风险、扩展设计边界，同时通过虚拟波形测量、参数扫描等功能深化学生对电路暂态过程、频域特性等抽象概念的理解。本文基于多平台教学实践，从传统实验模式对比、Multisim功能实现、教学效果量化三个维度展开深度分析，并通过实验数据验证虚拟仿真与硬件实操的协同效应。

一、电工电子实验教学的传统模式与局限性

传统电工电子实验课程主要依托直流电源、示波器、函数信号发生器等硬件设备，采用固定实验箱完成验证性实验。表1显示典型实验项目的资源消耗情况：

数据显示，复杂实验项目存在设备成本高、使用周期长、元件损耗严重等问题。尤其在涉及交流电路、动态过程等实验时，受示波器带宽限制和传感器精度影响，学生观测到的波形常出现失真，导致对相量分析、谐振现象等理论内容的理解产生偏差。此外，传统模式难以开展参数扫频、极限条件测试等拓展实验，制约了学生创新设计能力的培养。

二、Multisim仿真平台的功能实现与教学优势

Multisim通过虚拟元件库、SPICE引擎和交互式测试仪器，构建了完整的电路仿真生态。表2对比其核心功能与传统实验的差异：

在教学应用中，教师可通过预设故障模型（如开路、短路、元件参数漂移）培养学生排错能力。例如图1所示三极管放大电路仿真，学生可实时观测基极电流IB与集电极电压VCE的动态关系，通过DC Sweep功能获取输出特性曲线，直观理解饱和区与线性区的工作差异。软件自带的虚拟仪器联动功能，支持四通道示波器、频谱分析仪等设备的同步显示，解决了传统实验中仪器数量不足的瓶颈。

三、多平台融合教学模式的实施效果

某高校电气工程专业实施"仿真+实操"混合式教学后，采集了显著的数据提升。表3展示关键指标对比：

数据表明，通过Multisim预习仿真，学生在硬件实验前已掌握电路拓扑搭建和参数计算，实际操作阶段能更专注于现象观测与问题分析。特别是在有源滤波器设计等综合性实验中，学生可在仿真平台完成截止频率计算、Bode图绘制，再通过面包板搭建验证幅频特性，使理论推导与工程实践形成闭环。教学反馈显示，83.6%的学生认为仿真环节有效降低了硬件调试的盲目性，78.2%的学生能更准确描述相位超前/滞后等抽象概念。

四、多平台协同教学的关键实施策略

• 阶段化教学设计：基础实验（如欧姆定律验证）采用纯仿真训练；中级实验（如RC暂态响应）实施"仿真预习→硬件验证"双阶段；高级实验（如PWM控制）要求仿真优化后提交PCB设计方案
• 差异化考核体系：设置仿真模型准确度（占30%）、硬件调试效率（占40%）、创新设计报告（占30%）的多元化评价标准
• 资源共享平台建设：建立包含200+典型电路案例的云端仿真库，支持手机端访问，实现课内外学习无缝衔接

值得注意的是，虚拟仿真不能完全替代硬件实操。表4揭示两者的能力培养侧重：

该数据表明，教师需合理规划两类平台的使用比例，在培养学生电路设计能力的同时，强化焊接工艺、仪表使用等工程素养。建议理论性较强的章节（如叠加定理、戴维南等效）以仿真为主，而功率电路、传感器应用等贴近实际的模块应增加硬件实践比重。

五、教学优化方向与发展趋势

当前Multisim教学应用仍需关注三个改进方向：其一，开发本土化元件库，补充国内特色电子元器件模型；其二，构建智能评分系统，实现仿真步骤与结果的自动批改；其三，探索VR/AR技术与仿真平台的深度融合。未来可期待通过数字孪生技术实现"虚拟调试-实物映射"的全链条教学，使电工电子实验进入智能化、个性化的新阶段。