東莞職業(yè)技術(shù)學院 魏海紅

基于Multisim的《電子技術(shù)與實踐》項目式教學設(shè)計
——以數(shù)字鐘電路的制作為例

東莞職業(yè)技術(shù)學院 魏海紅

《電子技術(shù)與實踐》是高職電子信息類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課。在前期的教學中為了提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的實踐能力，我們做了一些探索，將課程教學從傳統(tǒng)的理論講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鬟^程導向的項目式教學法，雖然教學效果有了提高，但也碰到一些新的問題，為此本文在電子技術(shù)與實踐項目式教學模式基礎(chǔ)上引入Multisim仿真平臺輔助教學，激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂效率。

Multisim；電子技術(shù)；項目式教學法

1 前言

《電子技術(shù)與實踐》是高職電子信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，主要包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩大部分內(nèi)容，在傳統(tǒng)的教學方法中，需要學生具有較強的電路理論基礎(chǔ)和邏輯分析能力，而對于高職院校的學生來說，大多數(shù)人基礎(chǔ)薄弱，學習領(lǐng)悟能力不強，在這門課程學習的過程中不能跟上教學的步伐，大部分知識都不能很好理解，在專業(yè)學習的一開始，學習興趣就受到很大打擊，有些甚至會影響后續(xù)專業(yè)課學習的信心[1]。為了解決這一問題，在教學過程中引入了工作工程導向的項目式教學法，弱化理論講授，以高職學生比較強項的形象思維切入，在項目實踐中學習，培養(yǎng)動手能力。

2 項目式教學法在電子技術(shù)與實踐課程中的應(yīng)用

項目式教學法起源于歐洲的勞動教育思想，形成在19世紀美國的合作教育，經(jīng)過不斷發(fā)展，在20世紀盛行于德國，發(fā)展成為及行動為向?qū)У捻椖拷虒W法。引入我國后在職業(yè)教育領(lǐng)域得到廣泛討論和應(yīng)用，其主要思路是將傳統(tǒng)的科學體系打亂，以工作過程為導向，以典型的工作任務(wù)提煉出應(yīng)知應(yīng)會的理論知識，強調(diào)夠用的原則，在實踐中培養(yǎng)解決問題的能力，更加注重過程考核[2]。

在《電子技術(shù)與實踐》的教學中, 首先將理論知識分解成集成穩(wěn)壓直流電源的制作、單管音頻放大電路的制作、多級負反饋放大電路的制作、集成音頻放大電路的制作、低頻功率放大電路的制作、簡單搶答器的制作、產(chǎn)品質(zhì)量檢測儀的制作、加法器的制作、由觸發(fā)器構(gòu)成的改進型搶答器的制作、數(shù)字鐘的制作、叮咚門鈴的制作這11個項目，涵蓋了數(shù)字電子和模擬電子兩大部分中電子信息類高職學生應(yīng)學應(yīng)會的重要知識點，在項目設(shè)計上以工作過程為導向，充分考慮實際相關(guān)工作崗位應(yīng)具有的專業(yè)能力和社會能力進行開發(fā)，讓學生在整個項目實施過程中充分參與，從電子產(chǎn)品設(shè)計討論，到最后制作，充分調(diào)動學生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，和團結(jié)互助的合作精神，教師對項目實施的過程進行考核。

在實施項目式教學過程中,雖然教學效果有了很大提高，但也碰到了新的問題。首先，目前的項目化教學通常讓學生在面包板上進行電路的連接、調(diào)試或者焊接電路板，但由于學生的能力參差不齊，雖然在教學項目設(shè)計中實施了差異化教學，但仍有部分學生不能在規(guī)定的課時內(nèi)完成任務(wù)，課后又缺少實驗設(shè)備或者學生本身惰性的原因，最后實踐項目不了了之；其次，為了降低實驗室運行費用，提高設(shè)備、元器件的利用率，節(jié)能環(huán)保，通常用的面包板、者芯片等元器件都是重復利用的，在使用過幾次之后，很多元器件出現(xiàn)問題，而又是學生不能及時發(fā)現(xiàn)解決的，這就使學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成復雜電路的設(shè)計、調(diào)試增加了很大難度，打擊了學生的學習興趣；另外，受到實驗室開放時間或者實驗器材的限制，部分有興趣自學，并嘗試設(shè)計電子作品的學生無法及時利用課后實踐完成作品制作，不利于學生學習積極性的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。

3 Multisim軟件介紹

隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展，1988年加拿大Interactive Image Technologies公司(簡稱IIT公司)推出了一個專門用于電子電路仿真設(shè)計的EDA(Electronic Design Automation,電子設(shè)計自動化)工具軟件——Electronics workbench(簡稱EWB)，它具有模擬電路和數(shù)字電路的設(shè)計、分析和仿真能力，在此基礎(chǔ)上對該平臺不斷完善，滿足電子技術(shù)的飛速發(fā)展，IIT公司從EWB6.0版本開始，將專用于電子電路仿真與設(shè)計的模塊更名為Multisim。目前multsim10是比較常用的版本，它適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程[4]。

4 基于Multisim的項目式教學法在數(shù)字鐘電路中的應(yīng)用

基于Multisim的項目式教學法按照“布置任務(wù)示范講解仿真實操隨堂指導理論講授參數(shù)測量檢驗考核”七步來進行，項目實施如果用實際元器件來完成，不僅受到課時的限制，很大一部分同學在規(guī)定時間內(nèi)不能完整進行電路板的制作，而且在實驗室運行中為了降低損耗，節(jié)能環(huán)保，很多元器件都是重復使用，其中不乏有些元器件已經(jīng)出現(xiàn)故障，而學生很難檢查出來，這樣大大打擊了學生的積極性，但是利用Multisim完成仿真，每個同學只需要一部電腦，都能獨立完成項目，通過仿真軟件的差錯糾錯功能，也能很快找到電路出現(xiàn)問題的地方，大大提高了課堂效率。下面以“數(shù)字鐘”為例，介紹基于Multisim的項目式教學全過程。

4.1 布置任務(wù)

在數(shù)字鐘的項目中，主要讓學生學會計數(shù)器的相關(guān)知識，并應(yīng)用前面項目中已學過的內(nèi)容如，譯碼器、顯示器、觸發(fā)器等內(nèi)容，根據(jù)這一要求，教師將數(shù)字鐘的功能參數(shù)要求如下：1)以數(shù)字形式顯示時、分、秒的電子鐘，小時的計時要求為“24翻1”，分和秒的計時要求為60進位；2)有校時功能；3)有正點報時功能。

4.2 示范講解

根據(jù)上述數(shù)字鐘的功能要求，給出數(shù)字鐘的原理組成框圖，如圖1所示。教師也可使用Multisim將數(shù)字鐘的功能演示給學生看，讓學生有更直觀地感受。提供給學生必要的參考資料，如各芯片的參數(shù)手冊，各模塊的電路及相關(guān)原理等。

4.3 仿真實操

學生根據(jù)老師所提的項目要求以及參考資料分組討論，制定設(shè)計方案，最終在教師的指導下選擇適合的設(shè)計方案，在Multisim仿真平臺上進行電路的設(shè)計、調(diào)試。根據(jù)各組進度的不同，在功能仿真先完成的組中，可以進行按照設(shè)計原理圖，用實際元器件制作數(shù)字鐘。

4.4 隨堂指導

各組學生在利用Multisim進行功能仿真的過程中會遇到不同的問題，教師進行指導、答疑。

圖1 數(shù)字鐘原理框圖

4.5 理論講授

根據(jù)學生的完成情況，將共性問題、典型問題重點講解，并將計數(shù)器的知識點深入挖掘，讓學生掌握反饋清零法、反饋置數(shù)法等重點內(nèi)容，同時在Multisim仿真軟件上修改電路及相關(guān)參數(shù)，完成相關(guān)附加功能設(shè)計，如時計數(shù)器換成12進制應(yīng)做怎樣調(diào)整；增加數(shù)字鐘清零功能，電路要做怎樣改動；如果要增加鬧鐘功能怎么加。這些電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)的修改在Multisim仿真平臺上學生可以輕易實現(xiàn)修改，而不受實際元器件的限制。

4.6 參數(shù)測量

根據(jù)數(shù)字鐘的基本功能參數(shù)要求及附加功能參數(shù)要求，各組完成參數(shù)測試考核。

4.7 檢驗考核

根據(jù)參數(shù)測量考核結(jié)果、實驗報告完成情況及課堂表現(xiàn)，完成各組考核及個人考核。

5 總結(jié)

本文討論在高職《電子技術(shù)與實踐》教學中利用項目式教學法與Multisim仿真平臺相結(jié)合的方法，解決了課程理論性強不容易被學生接受、工程實踐性易受到課時及實驗設(shè)備限制的問題。只需要在電腦上就可以實現(xiàn)從電路的設(shè)計到功能仿真全過程，學生可以將學到的知識及時應(yīng)用到設(shè)計中，大大提高了學習效率，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

[1]田慕琴,宋建成,陳惠英,渠云田.論EDA技術(shù)在電工電子技術(shù)課程教學中的應(yīng)用[J].電子電氣教學學報,2010(32).

[2]王松紅.Multisim10在數(shù)字電路項目教學中的應(yīng)用[J].電子世界,2014(12).

[3]刁元妹.項目教學法在《電子技術(shù)》課程中的應(yīng)用[J].電子技術(shù),2013(5).

[4]馬秋明,趙繼德,吳志.EDA仿真軟件Multisim2001與放大電路頻率特性仿真[J].佳木斯大學學報(自然科學版),2003(1).

東莞職業(yè)技術(shù)學院質(zhì)量工程資助，項目編號：JGXM2014073。