基于EveryCircuit软件的电控教学实践研究

基于 EveryCircuit软件的电控教学实践研究

向勇

浙江省绍兴市阳明中学， 312000

摘要：电子控制技术教学中面临理论性强、知识抽象、实践困难等问题，利用EveryCircuit电路仿真软件从电路设计、数据分析、真题探究三个方面开展教学实践，并通过对照实验进行教学效果分析，从而展示EveryCircuit软件辅助教学在知识传授、素养培养方面的作用。

关键词:电子控制技术；EveryCircuit；电路仿真

受限于高中生的知识水平与学校的软硬件条件，选择以“讲”代“练”进行电控教学已经成为课堂教学的无奈与常态。这种理论与实际的脱节极易导致学生对电路认知的偏差，在后续的学习中过早出现瓶颈，更不利于学生核心素养的提高。因此，就如上问题我们开展了诸如学生动手纸绘、面包板电路连线、电控实验室探究等教学尝试，但在实际应用中依然存在困境有待突破：1.真实电路连线和调试较为复杂；2.数据采集、显示、处理困难；3.与试题无法形成直接关联。

随着现代科技与课堂教学结合的不断深入，依托智能手机、交互平板的电路模拟软件为我们解决上述问题提供了新的思路。笔者利用EveryCircuit（电路模拟器）在电路仿真中的优势，开展教学实践，并通过对照实验进行教学效果检验。

一.EveryCircuit的特点与功能

相较于multisim10、Protel、EWB等电路模拟软件，EveryCircuit具有操作简单、显示直观、组件适配等优点。同时，软件可以依托学生熟悉的智能手机、交互平板作为运行平台，易于学生上手也方便在多种场景中使用。

图1是EveryCircuit的操作界面：A为数据显示区，可以实现对指定物理量的动态观测；B为组件选择区，在“+”处能找到电控教材对应的基本元器件；C为电路操作区，点触操作实现电路的连接，并在运行后进行动画展示；D为调节区域，可以通过转盘实现各元器件参数的调整。

结合上述软件界面和功能的介绍，我们不难发现EveryCircuit在电路编辑、数据呈现、抽象概念具象化上有巨大的优势。

二.EveryCircuit在电控教与学中的应用

以三极管放大电路教学为例，充分利用EveryCircuit软件在电路仿真中的优势，从电路设计、数据分析、真题探究三个方面进行教学实践。

（一）电路调试与辅助设计中的应用

电路设计、连线、调试是电子电路学习的重要内容，也是选考中的重点和难点。但“纸上设计”情景体验感较差，“面包板电路”操作又过于复杂，EveryCircuit结合了上述两种方式的优势，兼顾了真实性和便携性，为教师课堂教学、学生课后探究提供了一个较好的载体。

A

B

直流状态下三极管共发射极与共集电极基本接法如图2.1所示，保持各元器件不变，在三极管共集电极放大电路（图2.1B）中将下电阻增到10kΩ，我们发现LED灯依然无法增加到共发射极接法（图2.1A）中的亮度。通过分析基极电位的变化，学生很容易理解此电路中Re的直流负反馈作用，这对共集电极接法无法迈入饱和区的原因有了深刻认识。

利用EveryCircuit软件对三极管开关特性进行仿真实验（图2.2），在未接入基极偏置电阻的情况下，引导学生对下电阻进行小幅调节并观察Ic的变化，通过动态数据分析我们不难发现此时三极管放大区很窄，三极管在截止与饱和状态进行切换，学生对三极管开关状态的结构、现象、原理有更直观和深刻的认知。

（二）数据显示与理论研究中的应用

作为一款三端元器件，学生在理解三极管的直流工作状态上是存在困难的。利用EveryCircuit软件对三极管放大电路进行定性和定量仿真分析能很好地突破这个教学难点。

表1为三极管探究学习的任务清单，通过“三横五列”的探究活动帮助学生理解三极管各个状态，并学会对三极管的状态和变化进行判断。相较于面包板电路，EveryCircuit软件仿真（图2.3）无论在操作上还是在数据呈现上都有无与伦比的优势。

如图2.3所示，学生在EveryCircuit软件上通过拖曳和点触即可完成三极管共发射极放大电路的搭建，观测基极电阻微调后的三极管输出电压特性：Uce在三个工作区中的表现以及三极管从截止迈入饱和过程中变化情况。关于Ib、Ic、Ube的测量，学生同样可以通过课内、课外的自主探究，借助仿真电路的直观数据和真实体验，加深对三极管理论知识的理解。

（三）自主学习和真题仿真中的应用

高考不仅是对学生学习的检验，也为教师指明了教学方向。通过对通用技术考试标准（表2）和真题的分析研究，我们不难发现高中阶段学生不仅需要掌握三极管的原理，也需要学会简单的应用。例如在近几年浙江选考中出了三极管多级放大电路、三极管自锁电路、差分放大电路等，这些电路的学习门槛较高，大部分学生存在理解困难。

2019年4月技术选考（图2.4）考察了三极管差分电路，此电路利用三极管发射极相连的方式将V3管的发射极电流传递到V4管的发射极，形成两个三极管之间的相互影响。利用EveryCircuit软件对题中电路进行仿真实验，当R1改变时，V2的发光亮度和电流数据明显发生变化（图2.5），D选项显然是错误的。通过软件探究，学生不仅能快速地获得结论，更能通过数据分析加深理解，这种效率和效果是传统讲授法无法做到的，尤为关键的是这种探究是学生完全可以自主开展的，不再受限于课堂教学的时间与空间，极大地激发了学生的主观能动性和创新积极性。

三．EveryCircuit软件辅助教学实践结果

依托于本校的平板教学，笔者选取两个成绩较为相近的班级开进行教学对照实验。在一个学期的实践中，开展EveryCircuit软件辅助教学的实验班学生学习积极性明显优于对照班，作业上交率也较高，为进一步检验教学效果，笔者利用智学网数据对两个班级一学期的作业情况进行了跟踪，如图3.1所示。

将对照图分为三个区域：A为基础学习期。此时学习内容的为EveryCircuit软件入门和基本元器件认知，两个班级的成绩并未出现差距；B为差距形成期。随着对照实验的不断深入，开展EveryCircuit软件辅助教学的实验班学生在对三极管、门电路等较为抽象概念的理解上表现出明显的优势；C为差距稳定区。当电控教学迈入综合性问题解决时，两个班级的差距变得稳定，此时学科思维乃至学科素养上两者已经出现了差距。

同时，两个班级的差距并不仅仅出现在作业于考试成绩上，在进行对照实验的一个学期中，实验班学生的创新思维、动手能力、团队合作等也明显优于对照班：实验班学生参加科技类活动与竞赛36人次，获全国一等奖4人次、二等奖4人次等；对照班在此期间仅有4人参与竞赛，11人参加学校科技活动，且无人获得重要奖项。

四．结语

EveryCircuit（电路模拟器）不局限于操作平台，可以随时随地进行电路搭建、参数调节、数据呈现等操作。教师通过电路仿真，对抽象知识进行直观展示，突破教学难点；学生通过自主探究，加深对知识的理解，培养自己的创新思维和实践能力。另外，Every Circuit 软件易学易用、操作界面简洁清晰、仿真结果生动形象的优点，大大激发了学生学习的兴趣和主动性，也在实践中取得了良好的教学效果。

本文系绍兴市教育科学规划立项课题“基于创新设计素养的通用选修课程群的实践与研究”（编号SJG21113）的阶段性研究成果。

作者简介：向勇，男，36岁，汉族，中学一级教师，绍兴市阳明中学通用技术教师，研究生学历

参考文献：

[1]沈利芳,李晓丽,邓开连,华一村,张永芳.“电子技术设计与实践”综合改革与探索[J].电气电子教学学报,2020(01).

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[3]侯宝华,王伟,李建军.EveryCircuit在电工学课程教学中的应用[J].新疆农机化,2018(02).

[4]甘永双.基于EveryCircuit的电工电电子技术仿真的研究[J].科技视界,2014(03).

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