基于Multisim的《电子技术与实践》项目式教学设计——以数字钟电路的制作为例

东莞职业技术学院 魏海红

基于Multisim的《电子技术与实践》项目式教学设计
——以数字钟电路的制作为例

东莞职业技术学院 魏海红

《电子技术与实践》是高职电子信息类专业的核心专业基础课。在前期的教学中为了提高学生的学习兴趣，培养学生的实践能力，我们做了一些探索，将课程教学从传统的理论讲授为主转变为工作过程导向的项目式教学法，虽然教学效果有了提高，但也碰到一些新的问题，为此本文在电子技术与实践项目式教学模式基础上引入Multisim仿真平台辅助教学，激发学生的学习兴趣，提高课堂效率。

Multisim；电子技术；项目式教学法

1 前言

《电子技术与实践》是高职电子信息类专业的核心基础课，主要包括模拟电子技术和数字电子技术两大部分内容，在传统的教学方法中，需要学生具有较强的电路理论基础和逻辑分析能力，而对于高职院校的学生来说，大多数人基础薄弱，学习领悟能力不强，在这门课程学习的过程中不能跟上教学的步伐，大部分知识都不能很好理解，在专业学习的一开始，学习兴趣就受到很大打击，有些甚至会影响后续专业课学习的信心[1]。为了解决这一问题，在教学过程中引入了工作工程导向的项目式教学法，弱化理论讲授，以高职学生比较强项的形象思维切入，在项目实践中学习，培养动手能力。

2 项目式教学法在电子技术与实践课程中的应用

项目式教学法起源于欧洲的劳动教育思想，形成在19世纪美国的合作教育，经过不断发展，在20世纪盛行于德国，发展成为及行动为向导的项目教学法。引入我国后在职业教育领域得到广泛讨论和应用，其主要思路是将传统的科学体系打乱，以工作过程为导向，以典型的工作任务提炼出应知应会的理论知识，强调够用的原则，在实践中培养解决问题的能力，更加注重过程考核[2]。

在《电子技术与实践》的教学中, 首先将理论知识分解成集成稳压直流电源的制作、单管音频放大电路的制作、多级负反馈放大电路的制作、集成音频放大电路的制作、低频功率放大电路的制作、简单抢答器的制作、产品质量检测仪的制作、加法器的制作、由触发器构成的改进型抢答器的制作、数字钟的制作、叮咚门铃的制作这11个项目，涵盖了数字电子和模拟电子两大部分中电子信息类高职学生应学应会的重要知识点，在项目设计上以工作过程为导向，充分考虑实际相关工作岗位应具有的专业能力和社会能力进行开发，让学生在整个项目实施过程中充分参与，从电子产品设计讨论，到最后制作，充分调动学生的创造性，培养严谨的工作作风，和团结互助的合作精神，教师对项目实施的过程进行考核。

在实施项目式教学过程中,虽然教学效果有了很大提高，但也碰到了新的问题。首先，目前的项目化教学通常让学生在面包板上进行电路的连接、调试或者焊接电路板，但由于学生的能力参差不齐，虽然在教学项目设计中实施了差异化教学，但仍有部分学生不能在规定的课时内完成任务，课后又缺少实验设备或者学生本身惰性的原因，最后实践项目不了了之；其次，为了降低实验室运行费用，提高设备、元器件的利用率，节能环保，通常用的面包板、者芯片等元器件都是重复利用的，在使用过几次之后，很多元器件出现问题，而又是学生不能及时发现解决的，这就使学生在规定的时间内完成复杂电路的设计、调试增加了很大难度，打击了学生的学习兴趣；另外，受到实验室开放时间或者实验器材的限制，部分有兴趣自学，并尝试设计电子作品的学生无法及时利用课后实践完成作品制作，不利于学生学习积极性的提高和创新能力的培养[3]。

3 Multisim软件介绍

随着计算机和信息技术的发展，1988年加拿大Interactive Image Technologies公司(简称IIT公司)推出了一个专门用于电子电路仿真设计的EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)工具软件——Electronics workbench(简称EWB)，它具有模拟电路和数字电路的设计、分析和仿真能力，在此基础上对该平台不断完善，满足电子技术的飞速发展，IIT公司从EWB6.0版本开始，将专用于电子电路仿真与设计的模块更名为Multisim。目前multsim10是比较常用的版本，它适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程[4]。

4 基于Multisim的项目式教学法在数字钟电路中的应用

基于Multisim的项目式教学法按照“布置任务示范讲解仿真实操随堂指导理论讲授参数测量检验考核”七步来进行，项目实施如果用实际元器件来完成，不仅受到课时的限制，很大一部分同学在规定时间内不能完整进行电路板的制作，而且在实验室运行中为了降低损耗，节能环保，很多元器件都是重复使用，其中不乏有些元器件已经出现故障，而学生很难检查出来，这样大大打击了学生的积极性，但是利用Multisim完成仿真，每个同学只需要一部电脑，都能独立完成项目，通过仿真软件的差错纠错功能，也能很快找到电路出现问题的地方，大大提高了课堂效率。下面以“数字钟”为例，介绍基于Multisim的项目式教学全过程。

4.1 布置任务

在数字钟的项目中，主要让学生学会计数器的相关知识，并应用前面项目中已学过的内容如，译码器、显示器、触发器等内容，根据这一要求，教师将数字钟的功能参数要求如下：1)以数字形式显示时、分、秒的电子钟，小时的计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进位；2)有校时功能；3)有正点报时功能。

4.2 示范讲解

根据上述数字钟的功能要求，给出数字钟的原理组成框图，如图1所示。教师也可使用Multisim将数字钟的功能演示给学生看，让学生有更直观地感受。提供给学生必要的参考资料，如各芯片的参数手册，各模块的电路及相关原理等。

4.3 仿真实操

学生根据老师所提的项目要求以及参考资料分组讨论，制定设计方案，最终在教师的指导下选择适合的设计方案，在Multisim仿真平台上进行电路的设计、调试。根据各组进度的不同，在功能仿真先完成的组中，可以进行按照设计原理图，用实际元器件制作数字钟。

4.4 随堂指导

各组学生在利用Multisim进行功能仿真的过程中会遇到不同的问题，教师进行指导、答疑。

图1 数字钟原理框图

4.5 理论讲授

根据学生的完成情况，将共性问题、典型问题重点讲解，并将计数器的知识点深入挖掘，让学生掌握反馈清零法、反馈置数法等重点内容，同时在Multisim仿真软件上修改电路及相关参数，完成相关附加功能设计，如时计数器换成12进制应做怎样调整；增加数字钟清零功能，电路要做怎样改动；如果要增加闹钟功能怎么加。这些电路结构及参数的修改在Multisim仿真平台上学生可以轻易实现修改，而不受实际元器件的限制。

4.6 参数测量

根据数字钟的基本功能参数要求及附加功能参数要求，各组完成参数测试考核。

4.7 检验考核

根据参数测量考核结果、实验报告完成情况及课堂表现，完成各组考核及个人考核。

5 总结

本文讨论在高职《电子技术与实践》教学中利用项目式教学法与Multisim仿真平台相结合的方法，解决了课程理论性强不容易被学生接受、工程实践性易受到课时及实验设备限制的问题。只需要在电脑上就可以实现从电路的设计到功能仿真全过程，学生可以将学到的知识及时应用到设计中，大大提高了学习效率，激发学生的学习兴趣，培养了学生的创新能力。

[1]田慕琴,宋建成,陈惠英,渠云田.论EDA技术在电工电子技术课程教学中的应用[J].电子电气教学学报,2010(32).

[2]王松红.Multisim10在数字电路项目教学中的应用[J].电子世界,2014(12).

[3]刁元妹.项目教学法在《电子技术》课程中的应用[J].电子技术,2013(5).

[4]马秋明,赵继德,吴志.EDA仿真软件Multisim2001与放大电路频率特性仿真[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2003(1).

东莞职业技术学院质量工程资助，项目编号：JGXM2014073。