虚拟项目教学在数字电子技术课程中的应用

王 海

（安徽经济管理学院 信息工程系，安徽 合肥 230051）

1 引言

数字电子技术是高校电类相关专业的一门重要的专业基础课，工程实践性强，教学难度大，传统的教学方法学生学习兴趣不足.国内许多教师在教学方法上进行了大量的研究和改革，取得了许多研究成果，归纳起来主要表现在以下三个方面：一，在理论教学中引入仿真软件，利用事先做好的电路文件在课堂上进行仿真演示；二，在实验环节引入仿真软件，利用仿真软件解决实验器材不足的问题；三，设计项目进行实物制作，达到项目教学的目的.但限于客观条件的束缚，要么效果不明显，要么实现困难.本文拟采用虚拟项目教学的方式来解决以上问题，通过一个学期的实践，取得了较好的教学效果.

虚拟项目教学是一种用仿真软件实现一个完整的项目过程的教学方法.首先要求教师设计出符合教学大纲且难度中等的项目，然后在教师的指导下要求学生制定项目实施计划，完成整个项目.教师通过整个项目的实施过程充分调动学生的积极性，达到理论和实践相结合，提升学生综合能力的目的.

本文采用的仿真软件是Multisim10.Multisim10是美国NI(National Instruments)公司开发的EWB(Electronics Workbench)仿真软件.该软件配有丰富的元器件数据库和种类齐全的虚拟测试仪器仪表，同时提供了较为详细的电路分析功能，适合学生进行脱离实验箱束缚进行项目创新，锻炼独立思考能力与创新能力.

2 虚拟项目的构建

虚拟项目构建的原则是，设计的虚拟项目应覆盖该课程大部分的知识点和技能点，同时能进行适当扩展.具体操作时，要求学生以小组为单位，共同制定项目实施计划，分工协作完成整个项目.学生通过实施项目达到加深课程中关于该项目相关知识点、技能点的理解，并感受这些知识和技能应用到实践中的过程，真正达到学以致用的目的.

根据以上原则，可以将数字电子技术课程设计为4类12个子项目，如表1所示.

教师在教学过程中，可以根据具体情况对项目具体内容进行增减.

3 实例验证

本文以数字时钟的设计为例介绍虚拟项目教学在数字电子技术课程中的应用.虚拟项目教学在具体操作时，可以分三个阶段进行.具体如下：

3.1 项目准备阶段

该阶段教师的主要工作是根据课程能力要求设计出符合大纲的项目，结合该项目介绍相关知识点，并给出项目的具体参数和不同的层次要求；学生的主要工作是根据项目的具体参数结合课堂教学内容通过查找相关资料设计出符合要求的具体电路.

数字时钟是用数码显示的一种现代计时器，具有走时准确、显示直观的特点.该项目具体的功能要求如下：

表1 数字电子技术课程虚拟项目实训内容

（1）设计一个具有时、分、秒的十进制数字显示的计时器.

（2）具有手动校时、校分的功能.

（3）通过开关能实现小时的十二进制和二十四进制转换.

结合以上参数要求，可以对数字时钟电路进行总体设计，具体原理框图如图1.

图1 时钟电路的原理框图

3.2 项目实施阶段

该阶段要求教师随时掌控项目的实施进度，结合学生的具体掌握程度在不改变项目主体内容的情况下适当的调节具体要求；学生则根据之前的设计电路进行仿真测试.数字时钟设计项目主要可以分解成振荡分频电路设计，计时电路设计，校时电路设计三个子项目.在该项目的具体实施中采用层次电路设计法，这里按三个子项目进行从下而上的方法.

3.2.1 振荡分频电路设计

该电路的主要功能是产生标准秒脉冲信号，该电路由一个555定时器和三个74160芯片构成，具体电路如图2所示，其仿真结果如图3所示.在仿真正确后要求学生将电路更改成子电路的形式.

图2 秒脉冲产生电路

图3 千分频秒脉冲仿真波形

3.2.2 计时电路设计

由图1可以知道，整个计时电路包含秒计数器、分计数器和时计数器三者组成.秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位的计时.显示6位的“时”、“分”、“秒”需要6片中规模的计数器.其中，秒和分计数器是60进制，时计数器是24/12进制，选取74160芯片来实现，实现方法采用反馈清零法.具体电路原理图如图4和图5所示.仿真正确后将其更改为子电路形式.

图4 60进制计数显示电路

图5 24/12进制计数显示电路

3.2.3 校时电路设计

校时、校分电路应具有预置小时、预置分、等待启动、计时等功能，在设计电路时既要方便可靠的实现校时校分功能，又不能影响时钟的正常计时，通常采用逻辑门切换的方式解决.具体电路原理图如图6所示.在Q=1时，预置信号输入，Q=0时，分进位信号输入.

图6 校时电路原理示意图

3.3 项目总结评估阶段

该阶段要求教师根据学生仿真情况给出合理的评判；要求学生总结项目的收获和体会.如某学生设计的最终电路如图7所示，该电路将校时电路进行简化，利用开关电路实现校时功能，达到设计要求.

图7 数字时钟电路图

4 结束语

通过以上分析，可以发现利用Multisim 10平台进行数字电子技术课程虚拟项目教学的方法易于实现，不仅解决了工程实践性强的难学课程问题，还解决了大多数院校硬件投入不足的问题.经过一学期的实践，发现在学校数字电子技术课程的教学中，学生的学习积极性和参与度都有了显著提高，取得较好的教学效果.

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