基于Multisim《数字电子技术》课程教学实施与应用效果评价

王 琰

（连云港广播电视大学，江苏 连云港 222006）

一、基于Multisim教学实施背景

《数字电子技术》课程是电气自动化、应用电子技术、计算机技术等专业必修的一门专业基础课，其不仅具有完整的理论体系还是一门实践性很强的课程，在课程体系中起着重要作用，为微机原理、单片机技术等后续课程的学习打下坚实基础。其培养目标要求学生在掌握数字电路基本理论知识及分析设计电路的方法同时还要具备对数字电路分析、设计、维修、调试等重要实践技能，以满足社会专业职业岗位对应用型、技能型人才的需求。针对以上的培养目标我们在《数字电子技术》课程中通过电路自动化仿真设计软件Multisim实施仿真教学。实施的对象为电气自动化、应用电子技术、汽车维修技术等专业班级。

二、基于Multisim的教学实施方法

Multisim在《数字电子技术》课程教学中的实施主要体现在课堂理论教学、实验教学和课程设计教学三方面。

（一）在课堂理论教学中的实施

在课堂理论教学中加大仿真演示和仿真测试的环节。为了将电路仿真技术有效地应用到理论教学中对《数字电子技术》课程教学内容进行了项目化整合如项目一加法计算器的设计、项目二抢答器的设计、项目三计数器的设计、项目四数字钟的设计四个典型项目，每个项目又分为数个功能模块，每个功能模块又细分为若干个任务，分层次由底层到高层、由浅入深展开教学。课堂教学过程主要包括复习旧知识、引入新知识、讲解新知识、学生做一做几个阶段，电路仿真教学主要实施后三个阶段。在引入新知识阶段教师先调取设计好的与新知识相关的仿真案例在仿真环境下进行现场演示电路，为学生提供一个感性认识，此时学生会很好奇问：“这是什么电路？”、“这是什么元件”等诸如此类的问题，此时教师通过演示可以告知学生该电路的功能和名称，并明确表示本课程就学这个电路，明确本课程的学习目标，这样就可以在仿真情境中让学生带着问题和好奇进入讲解新知识阶段。在讲解新知识阶段教师在讲解电路功能原理的同时教师配以同步的仿真电路的搭建、仿真运行、实时测量、调试甚至可以故意设计一些故障供学生观看运行效果，根据效果分析电路现象，以便通过仿真实验来验证刚学的理论知识，使学生对电路功能原理的分析变的具体、生动、直观、有趣，加深学生对理论知识的理解和记忆，实现理论与虚拟实践的同步。新知识讲完后教师可以提出一些问题要求学生思考并通过亲自独立创建仿真电路包括搭建、仿真运行、仿真测量来进行验证和解答，并以书面作业的形式提交。

（二）在实验教学中的实施

实验教学中采用仿真实验与现实实验相结合的模式。实验能有效验证所学的理论知识，与理论是相互依存关系。实验主要包括验证性实验和拓展性实验。

1.验证性实验。验证性实验是整个实践环节的基础，一般用来验证某集成芯片的输入输出逻辑关系以便验证该集成芯片的功能。在学生验证性实验操作之前教师通过Multisim仿真环境先对实验电路进行仿真包括元件的选取、仿真连线、运行、测量、调试直至获得实验测量数据等整个实验过程现场仿真演示，使学生对整个实验过程有感性认识，明确实验目的和要求及要达到的效果，同时仿真测量得到的数据可以为学生进行实际实验测量提供参考和依据，也可以仿真一些故障电路的运行效果让学生了解故障现象。

2.拓展性实验。拓展性实验是在验证性实验基础上为其培养学生对拓展性实验电路具有初步的电路分析和设计及安装调试能力开设的实验。如用 74LS161接成十二进制计数器等。在教学中要求学生根据功能要求先用 Multisim设计出仿真电路图并进行仿真运行测量调试，对电路设计不断优化后再进行实际实验操作。设计过程中学生可以在仿真环境中按不同的设计方案和设计方法进行电路的搭建和运行及方案比较，选出其中最优的方案进行实际操作。确保实验操作科学性及合理性。

（三）课程设计教学中的实施

课程设计是《数字电子技术》课程的一项重要综合性实践环节，使学生得到综合系统性、实践性及项目创新设计的能力的训练与培养。通常以项目为引领如数字钟的设计、八路抢答器的设计等。其教学过程主要包括提出问题和设计要求、方案论证、学生查阅资料、功能模块仿真设计、总电路图的仿真设计、实际电路的制作、调试及撰写设计报告等几个环节。在设计初期教师利用某项目仿真案例演示运行向学生讲解项目电路的功能模块结构、设计思路、设计目标的实现方法，使学生了解课程设计的设计过程并掌握基本设计方法，可以集中辅导也可分组辅导。在学生进行项目电路设计过程中教师严格要求学生进行各模块和对总电路图的仿真设计，主要包括电路仿真搭建、运行、调试并根据测试结果对仿真电路进行不断优化。教师给予一定的指导。项目电路需先在 Multisim仿真环境中调试通过才允许进行硬件的安装与调试，提高设计过程的科学性，避免因设计错误在硬件安装时在人力、财力和时间上投入与浪费。

三、基于Multisim教学应用效果评价

将 Multisim仿真技术实施到《数字电子技术》教学中通过对教师的访谈和对学生的问卷调查分析分别从教师教学角度、学生学习角度及最终的教学考核评价三方面进行分析。

（一） 教师对教学应用效果的评价

在该项研究过程中对我校三位从事该课程的教师进行了访谈，并对访谈的内容进行了整理。首先将 Multisim仿真技术实施到教学中，教师自身利用计算机仿真技术进行电路设计能力得到提高，有利于推进仿真教学、任务驱动法、项目教学法等教学方法的改革，促进教师具有更先进的教学理念和科学教学方法。其次，课前由于教师需将课堂要讲的逻辑电路先要在仿真环境中搭建好且仿真运行和仿真测量与调试使得课前教学设计更合理，备课更充分，内容更丰富从而进一步使课堂教学更得心应手，提高了自身的教学业务能力的同时提升了课堂教学质量。第三，教学内容由抽象、枯燥向具体、生动、直观和趣味性转变，通过虚拟仿真电路的同步演示，原本繁杂、难懂的“0”、“1”代码和表示逻辑电路输入与输出逻辑关系的真值表也变得生动鲜活起来。通过一个典型的电路仿真案例就可以将教学重点和难点以直观生动的方式向学生表达清楚，教师教的轻松同时提升了教学质量。第四将 Multisim实施教学中实现理论与虚拟实践相同步，使学生所听即所见帮助学生加深对理论知识的理解和记忆。

（二）学生对学习应用效果的评价

以问卷调查的方式对我校 53名学生进行关于“基于Multisim《数字电子技术》课程教学应用效果评价调查问卷”，发出问卷53份，收回有效问卷53份，问卷包括选择题和问答题。并对调查问卷情况进行了整理。如果不采用仿真教学有 76%的同学认为理论内容抽象且 57%的同学认为学习数字电路的主要难度在于理论和实践知识的学习。将Multisim引入教学中首先有 91%的学生认为可以提高上课注意力和增加学习兴趣，激活学生的学习思维，充分调动学生学习积极性和好奇心。第二，有83%的学生认为能使课堂气氛活跃且和老师互动积极，原本难以理解和记忆的电路功能原理和电路输入及输出逻辑关系顿时变的简单化、直观化和生动有趣。第三93%学生认为能加深对理论知识的记忆、87%学生认为还能加强对电路功能原理的理解，84%认为能加深电路的感性认识。第四98%学生认为理论与仿真实践实现了同步结合，学生通过对电路仿真搭建、测试和调试体验学中做做中学，增加了电路直观体验，增加学习的主动性使学习过程变得轻松、快乐，提高了听课的效率。学生由“要我学”的被动学习模式向“我能学”“我要学”的积极自主性学习模式转变，真正成为教学活动主体。第五，在实践环节中利用仿真技术设计过程突出自主性强、设计思路灵活、大胆、开放的特点，有85%的同学认为提高了学生电路设计和实践操作能力同时激发了创新意识、提高了分析问题和解决问题的能力，培养了学生自主探究能力和团队合作精神。86%的同学对开放性虚拟实验室很感兴趣，89%的同学认为将 Multisim应用在数字电子技术教学中的总体效果很好，值得推荐。

对“在学习过程中您认为能完全依赖 Multisim虚拟实验室而脱离现实实践环节吗？请说一说原因。”的问答题中100%的同学认为不能脱离现实实践。认为虚拟仿真实验必定是虚拟的，与现实实践相差很大只能作为教师教学和学生学习的辅助工具，能帮助学生加强对知识的理论学习，降低学习难度，方便操作，所学的知识最终还要更好地运用到现实实践中。虚拟仿真实验室测量的数据过于理论化，完美化，现实实验中的测量误差和有些实验现象很难用仿真虚拟出来，仿真虚拟操作无法真正替代现实实践操作。现实实践是检验真理的唯一标准，在现实实践中得到的数据才是真实的，通过现实实践更能增加自身对电路实体的认知，只有靠自己对现实元器件进行连线、测量、调试等亲自融入实际实践操作才能真正深有感触，积累更多的经验，才能更充分更透彻理解理论知识，完全依赖 Multisim仿真环境容易造成对实践知识和实践技能的“开路”。将虚拟仿真实验与现实实现相结合可以达到很好的学习效果。

（三）考核结果对教学应用效果的评价

通过近年对应用电子技术、电气自动化专业、计算机、汽车维修等专业实施的仿真教学实验及对考试考核成绩跟踪，数字电子技术与其他课程相比成绩都有显著提高。实验实践环节的完成质量提高，整个实践环节完成的过程也越发科学规范，特别是学生的综合实践能力得到增强，在应用电子技术和电气自动化两个专业每年进行的计算机辅助设计师（电子CAD）考核通过率都达100%。

四、结语

将虚拟仿真技术实施到整个《数字电子技术》课程教学中将仿真实践与现实实践完美结合不断改进和优化教学内容使教师教的轻松学生学的快乐，提升了教师教学业务能力和教学质量同时又培养了学生利用所学知识进行电路设计的能力使学生的创造潜能得以开发，大大提高了学习效率。在整个教学实施过程充分体现以学生为主体的教学原则，教师努力引导学生转变学习方式，提高学生学习实效性。教师还向学生推荐一些其它的仿真技术优秀软件如Proteus等，鼓励学生积极地将仿真设计与实践相结合运用到其他的电子类课程学习中。依据高职院校人才培养目标我们将不断探索新的科学、高效的教学方法为社会培养满足需要的高质量技能型、应用型人才。

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