基于Multisim《數字電子技術》課程教學實施與應用效果評價

王 琰

（連云港廣播電視大學，江蘇 連云港 222006）

一、基于Multisim教學實施背景

《數字電子技術》課程是電氣自動化、應用電子技術、計算機技術等專業必修的一門專業基礎課，其不僅具有完整的理論體系還是一門實踐性很強的課程，在課程體系中起著重要作用，為微機原理、單片機技術等后續課程的學習打下堅實基礎。其培養目標要求學生在掌握數字電路基本理論知識及分析設計電路的方法同時還要具備對數字電路分析、設計、維修、調試等重要實踐技能，以滿足社會專業職業崗位對應用型、技能型人才的需求。針對以上的培養目標我們在《數字電子技術》課程中通過電路自動化仿真設計軟件Multisim實施仿真教學。實施的對象為電氣自動化、應用電子技術、汽車維修技術等專業班級。

二、基于Multisim的教學實施方法

Multisim在《數字電子技術》課程教學中的實施主要體現在課堂理論教學、實驗教學和課程設計教學三方面。

（一）在課堂理論教學中的實施

在課堂理論教學中加大仿真演示和仿真測試的環節。為了將電路仿真技術有效地應用到理論教學中對《數字電子技術》課程教學內容進行了項目化整合如項目一加法計算器的設計、項目二搶答器的設計、項目三計數器的設計、項目四數字鐘的設計四個典型項目，每個項目又分為數個功能模塊，每個功能模塊又細分為若干個任務，分層次由底層到高層、由淺入深展開教學。課堂教學過程主要包括復習舊知識、引入新知識、講解新知識、學生做一做幾個階段，電路仿真教學主要實施后三個階段。在引入新知識階段教師先調取設計好的與新知識相關的仿真案例在仿真環境下進行現場演示電路，為學生提供一個感性認識，此時學生會很好奇問：“這是什么電路？”、“這是什么元件”等諸如此類的問題，此時教師通過演示可以告知學生該電路的功能和名稱，并明確表示本課程就學這個電路，明確本課程的學習目標，這樣就可以在仿真情境中讓學生帶著問題和好奇進入講解新知識階段。在講解新知識階段教師在講解電路功能原理的同時教師配以同步的仿真電路的搭建、仿真運行、實時測量、調試甚至可以故意設計一些故障供學生觀看運行效果，根據效果分析電路現象，以便通過仿真實驗來驗證剛學的理論知識，使學生對電路功能原理的分析變的具體、生動、直觀、有趣，加深學生對理論知識的理解和記憶，實現理論與虛擬實踐的同步。新知識講完后教師可以提出一些問題要求學生思考并通過親自獨立創建仿真電路包括搭建、仿真運行、仿真測量來進行驗證和解答，并以書面作業的形式提交。

（二）在實驗教學中的實施

實驗教學中采用仿真實驗與現實實驗相結合的模式。實驗能有效驗證所學的理論知識，與理論是相互依存關系。實驗主要包括驗證性實驗和拓展性實驗。

1.驗證性實驗。驗證性實驗是整個實踐環節的基礎，一般用來驗證某集成芯片的輸入輸出邏輯關系以便驗證該集成芯片的功能。在學生驗證性實驗操作之前教師通過Multisim仿真環境先對實驗電路進行仿真包括元件的選取、仿真連線、運行、測量、調試直至獲得實驗測量數據等整個實驗過程現場仿真演示，使學生對整個實驗過程有感性認識，明確實驗目的和要求及要達到的效果，同時仿真測量得到的數據可以為學生進行實際實驗測量提供參考和依據，也可以仿真一些故障電路的運行效果讓學生了解故障現象。

2.拓展性實驗。拓展性實驗是在驗證性實驗基礎上為其培養學生對拓展性實驗電路具有初步的電路分析和設計及安裝調試能力開設的實驗。如用 74LS161接成十二進制計數器等。在教學中要求學生根據功能要求先用 Multisim設計出仿真電路圖并進行仿真運行測量調試，對電路設計不斷優化后再進行實際實驗操作。設計過程中學生可以在仿真環境中按不同的設計方案和設計方法進行電路的搭建和運行及方案比較，選出其中最優的方案進行實際操作。確保實驗操作科學性及合理性。

（三）課程設計教學中的實施

課程設計是《數字電子技術》課程的一項重要綜合性實踐環節，使學生得到綜合系統性、實踐性及項目創新設計的能力的訓練與培養。通常以項目為引領如數字鐘的設計、八路搶答器的設計等。其教學過程主要包括提出問題和設計要求、方案論證、學生查閱資料、功能模塊仿真設計、總電路圖的仿真設計、實際電路的制作、調試及撰寫設計報告等幾個環節。在設計初期教師利用某項目仿真案例演示運行向學生講解項目電路的功能模塊結構、設計思路、設計目標的實現方法，使學生了解課程設計的設計過程并掌握基本設計方法，可以集中輔導也可分組輔導。在學生進行項目電路設計過程中教師嚴格要求學生進行各模塊和對總電路圖的仿真設計，主要包括電路仿真搭建、運行、調試并根據測試結果對仿真電路進行不斷優化。教師給予一定的指導。項目電路需先在 Multisim仿真環境中調試通過才允許進行硬件的安裝與調試，提高設計過程的科學性，避免因設計錯誤在硬件安裝時在人力、財力和時間上投入與浪費。

三、基于Multisim教學應用效果評價

將 Multisim仿真技術實施到《數字電子技術》教學中通過對教師的訪談和對學生的問卷調查分析分別從教師教學角度、學生學習角度及最終的教學考核評價三方面進行分析。

（一） 教師對教學應用效果的評價

在該項研究過程中對我校三位從事該課程的教師進行了訪談，并對訪談的內容進行了整理。首先將 Multisim仿真技術實施到教學中，教師自身利用計算機仿真技術進行電路設計能力得到提高，有利于推進仿真教學、任務驅動法、項目教學法等教學方法的改革，促進教師具有更先進的教學理念和科學教學方法。其次，課前由于教師需將課堂要講的邏輯電路先要在仿真環境中搭建好且仿真運行和仿真測量與調試使得課前教學設計更合理，備課更充分，內容更豐富從而進一步使課堂教學更得心應手，提高了自身的教學業務能力的同時提升了課堂教學質量。第三，教學內容由抽象、枯燥向具體、生動、直觀和趣味性轉變，通過虛擬仿真電路的同步演示，原本繁雜、難懂的“0”、“1”代碼和表示邏輯電路輸入與輸出邏輯關系的真值表也變得生動鮮活起來。通過一個典型的電路仿真案例就可以將教學重點和難點以直觀生動的方式向學生表達清楚，教師教的輕松同時提升了教學質量。第四將 Multisim實施教學中實現理論與虛擬實踐相同步，使學生所聽即所見幫助學生加深對理論知識的理解和記憶。

（二）學生對學習應用效果的評價

以問卷調查的方式對我校 53名學生進行關于“基于Multisim《數字電子技術》課程教學應用效果評價調查問卷”，發出問卷53份，收回有效問卷53份，問卷包括選擇題和問答題。并對調查問卷情況進行了整理。如果不采用仿真教學有 76%的同學認為理論內容抽象且 57%的同學認為學習數字電路的主要難度在于理論和實踐知識的學習。將Multisim引入教學中首先有 91%的學生認為可以提高上課注意力和增加學習興趣，激活學生的學習思維，充分調動學生學習積極性和好奇心。第二，有83%的學生認為能使課堂氣氛活躍且和老師互動積極，原本難以理解和記憶的電路功能原理和電路輸入及輸出邏輯關系頓時變的簡單化、直觀化和生動有趣。第三93%學生認為能加深對理論知識的記憶、87%學生認為還能加強對電路功能原理的理解，84%認為能加深電路的感性認識。第四98%學生認為理論與仿真實踐實現了同步結合，學生通過對電路仿真搭建、測試和調試體驗學中做做中學，增加了電路直觀體驗，增加學習的主動性使學習過程變得輕松、快樂，提高了聽課的效率。學生由“要我學”的被動學習模式向“我能學”“我要學”的積極自主性學習模式轉變，真正成為教學活動主體。第五，在實踐環節中利用仿真技術設計過程突出自主性強、設計思路靈活、大膽、開放的特點，有85%的同學認為提高了學生電路設計和實踐操作能力同時激發了創新意識、提高了分析問題和解決問題的能力，培養了學生自主探究能力和團隊合作精神。86%的同學對開放性虛擬實驗室很感興趣，89%的同學認為將 Multisim應用在數字電子技術教學中的總體效果很好，值得推薦。

對“在學習過程中您認為能完全依賴 Multisim虛擬實驗室而脫離現實實踐環節嗎？請說一說原因。”的問答題中100%的同學認為不能脫離現實實踐。認為虛擬仿真實驗必定是虛擬的，與現實實踐相差很大只能作為教師教學和學生學習的輔助工具，能幫助學生加強對知識的理論學習，降低學習難度，方便操作，所學的知識最終還要更好地運用到現實實踐中。虛擬仿真實驗室測量的數據過于理論化，完美化，現實實驗中的測量誤差和有些實驗現象很難用仿真虛擬出來，仿真虛擬操作無法真正替代現實實踐操作。現實實踐是檢驗真理的唯一標準，在現實實踐中得到的數據才是真實的，通過現實實踐更能增加自身對電路實體的認知，只有靠自己對現實元器件進行連線、測量、調試等親自融入實際實踐操作才能真正深有感觸，積累更多的經驗，才能更充分更透徹理解理論知識，完全依賴 Multisim仿真環境容易造成對實踐知識和實踐技能的“開路”。將虛擬仿真實驗與現實實現相結合可以達到很好的學習效果。

（三）考核結果對教學應用效果的評價

通過近年對應用電子技術、電氣自動化專業、計算機、汽車維修等專業實施的仿真教學實驗及對考試考核成績跟蹤，數字電子技術與其他課程相比成績都有顯著提高。實驗實踐環節的完成質量提高，整個實踐環節完成的過程也越發科學規范，特別是學生的綜合實踐能力得到增強，在應用電子技術和電氣自動化兩個專業每年進行的計算機輔助設計師（電子CAD）考核通過率都達100%。

四、結語

將虛擬仿真技術實施到整個《數字電子技術》課程教學中將仿真實踐與現實實踐完美結合不斷改進和優化教學內容使教師教的輕松學生學的快樂，提升了教師教學業務能力和教學質量同時又培養了學生利用所學知識進行電路設計的能力使學生的創造潛能得以開發，大大提高了學習效率。在整個教學實施過程充分體現以學生為主體的教學原則，教師努力引導學生轉變學習方式，提高學生學習實效性。教師還向學生推薦一些其它的仿真技術優秀軟件如Proteus等，鼓勵學生積極地將仿真設計與實踐相結合運用到其他的電子類課程學習中。依據高職院校人才培養目標我們將不斷探索新的科學、高效的教學方法為社會培養滿足需要的高質量技能型、應用型人才。

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