數字電子技術課程教學模式的研究與實踐 長春大學電子信息工程學院

董玉冰　李明晶　孫穎　鄭立軍

【摘 要】本文在新工科背景下對高校的數字電子技術課程教學模式進行了全面的綜述和分析，指出了現有的教學模式不能滿足創新工程教育，制約了學生的求知欲和個體多元智能的培養。因此，提出了Multisim軟件仿真技術和項目情境式教學相結合的混合式創新教學模式。實踐表明，以項目情境為載體重構知識體系，引入仿真技術Multisim軟件進行設計和仿真，發揮學生的主觀能動性，挖掘其潛能，在高等教學中有著重要的意義。

【關鍵詞】項目情境；Multisim仿真軟件；數字電子技術；創新工程教育

由于數字電路的芯片、模塊和設計方法的多樣性、復雜性等因素，現有的教學資源不能滿足理論、實驗、實訓和競賽等教學環節的要求。針對這些實際問題，采用基于Multisim軟件仿真技術和項目情境式教學相結合的混合式創新教學模式，可以將復雜的數字電路設計和工作過程以生動、直觀、高真實性地展現給學生，并通過調整系統參數或控制策略，增強學生分析問題的能力，使理論和工程實際相結合。因此，客觀、全面、綜合、積極、科學地教學模式，是激發和引導學生樹立正確的學習觀和認知觀，增強學生自學能力，提高其綜合分析能力、創新能力和實踐能力，有效地推進應用型人才的培養。

一、項目情境教學法

項目情境教學法，是通過“項目”來設置“模擬情境”開展課程教學，實現課程教學目標。在國外，不少教育家在他們的教育論著和教學實踐中留下了對情境教學的思考與經驗，例如，蘇格拉底的“產婆術”，盧梭的愛彌兒中自然情境的利用，杜威的關于“我們必須有一個實際的經驗情境，作為思維的開始階段”的主張，蘇霍姆林斯基的大自然的書和他的情境教學實踐等。在國內，有不少學者、專家教師對情境教學做過理論指導和教學實踐。著名的專家和學者有武漢教院教授、語文教育家韋志成，江蘇淮安淮陰師院孔凡成，中央教科所研究員田慧生等，積極參與情境教學—情境教育的理論研究和實踐，使這一理論日臻完善，產生了廣泛而深遠的影響。

二、Multisim仿真教學

Multisim是一款著名的電子設計自動化軟件，與NI Ultiboard同屬美國國家儀器公司的電路設計軟件套件。是入選伯克利加大SPICE項目中為數不多的幾款軟件之一。Multisim在學術界及產業界被廣泛地應用于電路電子、單片機和PLC教學、電路圖設計以及SPICE模擬等。NI公司提出的理念：“把實驗室裝進PC機中”和“軟件就是儀器”。

國外利用Multisim仿真軟件進行教學已非常普遍，例如：在Rose-Hulman工學院，課堂上教師利用仿真軟件創設情境，引出課程問題，激發學生新的話題，引導學生討論，課外學生利用仿真軟件完成作業，解決實際問題。另外，Edward R.Doeringl就教學效果做了相關研究，發現Multisim可以培養學生對電路的初步感覺，激發學生的學習興趣。在國內，很多學校都相繼建立了仿真教學實驗室，如：福建工學院建立了電工基礎Multisim仿真實驗平臺，浙江郵電學院把Multisim仿真技術應用在電子電路教學中等。

因此，Multisim仿真技術和項目情境的教學方法在國外已非常普遍，滲透到高等教育的多門課程的理論、實驗和實踐教學中。而國內的高校也相繼進行了Multisim虛擬實驗室等仿真技術的應用，取得較好的教學效果。

三、混合式創新教學研究

采用Multisim軟件仿真技術和項目情境式教學相結合的混合式創新教學模式，可以完美的解決數字電子技術教學中的如下問題：

（1）可以解決理論教學中，課時少和內容多的矛盾：采用項目式教學，通過對知識點的整合，大大節約了課時量。

（2）可以減小實驗教學投入，降低實驗成本：Multisim軟件器件庫中有常用的大量儀器設備、元器件、芯片和模塊等，可以開展驗證性、設計性和綜合性實驗，無需增加實驗器材的投入，也為各種競賽和開放性實驗搭建了平臺。

（3）保證實驗的高真實性：Multisim軟件仿真技術的應用可以通過參數的調整和環境參數（溫度、噪聲等）的設定，高真實性地模擬實驗環境。

（4）增加實驗的多樣性：通過Multisim軟件的平臺，可以做故障性實驗等，借助其強大分析功能可觀測到實際儀器不能測到和記錄的數據、曲線等。

采用項目式教學，通過對知識點的整合，縮短理論教學的課時。通過Multisim軟件仿真技術可進行各種實驗項目，保證實驗教學的高真實性，且靈活、可靠，也為各種競賽提供開放性的平臺。

四、混合式創新教學實踐

在數字電子教學中引入Multisim軟件仿真教學和項目情境式教學相結合的混合式創新教學模式，具體實踐如下：

（1）以項目情景為載體重構知識體系，體現“工學結合”思想。數字電子技術課程內容以智力競賽搶答器、數字電子鐘、數字頻率計等項目為載體進行重構。每個學習情境（項目）均是一個完整的工作過程，又由多個子情境構成，子情境也是一個完整和相對獨立的工作過程。學習情境的最后一個子情境都是一個涵蓋前幾個子情境內容的綜合性項目。每個學習情境（項目）及子情境之間由簡單到復雜、由低級到高級、由單一到綜合，這種工作過程系統化的設計符合學生的認知規律，符合教育規律及職業成長規律，體現“工學結合”思想。

（2）引入計算機仿真技術Multisim軟件對子情境進行設計和仿真。按照數字電子技術課程的知識體系，引入計算機仿真技術Multisim軟件，建立子情境電路的設計和仿真。例如：子情景為設計2人搶答器，在此背景下引出本節課所要講授的知識點基本RS觸發器，講授完后利用Multisim軟件設計并仿真子情景。使學生遐想連篇，如果搶答的人多怎么辦，如果需要計時搶答怎么辦……學生由被動記憶RS觸發器電路和真值表轉變為主動探索各種觸發器功能。

（3）在課程設計中，把相關的子項目情景結合起來實現不同項目情境的仿真和制作。通過以上具體的實踐內容和細節，混合式創新教學模式真正實現了創新工程教育，培養具有創新精神和創新能力的工程創新人才邁出了重要的一步。

五、結論

本文對高校數字電子技術課程的教學模式進行了全面的分析與研究，指出現有的教學資源及投入不能滿足新工科背景下創新工程教育的需求，提出了Multisim軟件仿真技術和項目情境式教學相結合的混合式創新教學模式，通過對數字電子技術教學中存在的問題，提出完美的解決方案，闡述了具體的實踐方法和細節，真正做到開展創新工程教育。

參考文獻：

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