数字电子技术课程教学模式的研究与实践 长春大学电子信息工程学院

董玉冰　李明晶　孙颖　郑立军

【摘 要】本文在新工科背景下对高校的数字电子技术课程教学模式进行了全面的综述和分析，指出了现有的教学模式不能满足创新工程教育，制约了学生的求知欲和个体多元智能的培养。因此，提出了Multisim软件仿真技术和项目情境式教学相结合的混合式创新教学模式。实践表明，以项目情境为载体重构知识体系，引入仿真技术Multisim软件进行设计和仿真，发挥学生的主观能动性，挖掘其潜能，在高等教学中有着重要的意义。

【关键词】项目情境；Multisim仿真软件；数字电子技术；创新工程教育

由于数字电路的芯片、模块和设计方法的多样性、复杂性等因素，现有的教学资源不能满足理论、实验、实训和竞赛等教学环节的要求。针对这些实际问题，采用基于Multisim软件仿真技术和项目情境式教学相结合的混合式创新教学模式，可以将复杂的数字电路设计和工作过程以生动、直观、高真实性地展现给学生，并通过调整系统参数或控制策略，增强学生分析问题的能力，使理论和工程实际相结合。因此，客观、全面、综合、积极、科学地教学模式，是激发和引导学生树立正确的学习观和认知观，增强学生自学能力，提高其综合分析能力、创新能力和实践能力，有效地推进应用型人才的培养。

一、项目情境教学法

项目情境教学法，是通过“项目”来设置“模拟情境”开展课程教学，实现课程教学目标。在国外，不少教育家在他们的教育论著和教学实践中留下了对情境教学的思考与经验，例如，苏格拉底的“产婆术”，卢梭的爱弥儿中自然情境的利用，杜威的关于“我们必须有一个实际的经验情境，作为思维的开始阶段”的主张，苏霍姆林斯基的大自然的书和他的情境教学实践等。在国内，有不少学者、专家教师对情境教学做过理论指导和教学实践。著名的专家和学者有武汉教院教授、语文教育家韦志成，江苏淮安淮阴师院孔凡成，中央教科所研究员田慧生等，积极参与情境教学—情境教育的理论研究和实践，使这一理论日臻完善，产生了广泛而深远的影响。

二、Multisim仿真教学

Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。Multisim在学术界及产业界被广泛地应用于电路电子、单片机和PLC教学、电路图设计以及SPICE模拟等。NI公司提出的理念：“把实验室装进PC机中”和“软件就是仪器”。

国外利用Multisim仿真软件进行教学已非常普遍，例如：在Rose-Hulman工学院，课堂上教师利用仿真软件创设情境，引出课程问题，激发学生新的话题，引导学生讨论，课外学生利用仿真软件完成作业，解决实际问题。另外，Edward R.Doeringl就教学效果做了相关研究，发现Multisim可以培养学生对电路的初步感觉，激发学生的学习兴趣。在国内，很多学校都相继建立了仿真教学实验室，如：福建工学院建立了电工基础Multisim仿真实验平台，浙江邮电学院把Multisim仿真技术应用在电子电路教学中等。

因此，Multisim仿真技术和项目情境的教学方法在国外已非常普遍，渗透到高等教育的多门课程的理论、实验和实践教学中。而国内的高校也相继进行了Multisim虚拟实验室等仿真技术的应用，取得较好的教学效果。

三、混合式创新教学研究

采用Multisim软件仿真技术和项目情境式教学相结合的混合式创新教学模式，可以完美的解决数字電子技术教学中的如下问题：

（1）可以解决理论教学中，课时少和内容多的矛盾：采用项目式教学，通过对知识点的整合，大大节约了课时量。

（2）可以减小实验教学投入，降低实验成本：Multisim软件器件库中有常用的大量仪器设备、元器件、芯片和模块等，可以开展验证性、设计性和综合性实验，无需增加实验器材的投入，也为各种竞赛和开放性实验搭建了平台。

（3）保证实验的高真实性：Multisim软件仿真技术的应用可以通过参数的调整和环境参数（温度、噪声等）的设定，高真实性地模拟实验环境。

（4）增加实验的多样性：通过Multisim软件的平台，可以做故障性实验等，借助其强大分析功能可观测到实际仪器不能测到和记录的数据、曲线等。

采用项目式教学，通过对知识点的整合，缩短理论教学的课时。通过Multisim软件仿真技术可进行各种实验项目，保证实验教学的高真实性，且灵活、可靠，也为各种竞赛提供开放性的平台。

四、混合式创新教学实践

在数字电子教学中引入Multisim软件仿真教学和项目情境式教学相结合的混合式创新教学模式，具体实践如下：

（1）以项目情景为载体重构知识体系，体现“工学结合”思想。数字电子技术课程内容以智力竞赛抢答器、数字电子钟、数字频率计等项目为载体进行重构。每个学习情境（项目）均是一个完整的工作过程，又由多个子情境构成，子情境也是一个完整和相对独立的工作过程。学习情境的最后一个子情境都是一个涵盖前几个子情境内容的综合性项目。每个学习情境（项目）及子情境之间由简单到复杂、由低级到高级、由单一到综合，这种工作过程系统化的设计符合学生的认知规律，符合教育规律及职业成长规律，体现“工学结合”思想。

（2）引入计算机仿真技术Multisim软件对子情境进行设计和仿真。按照数字电子技术课程的知识体系，引入计算机仿真技术Multisim软件，建立子情境电路的设计和仿真。例如：子情景为设计2人抢答器，在此背景下引出本节课所要讲授的知识点基本RS触发器，讲授完后利用Multisim软件设计并仿真子情景。使学生遐想连篇，如果抢答的人多怎么办，如果需要计时抢答怎么办……学生由被动记忆RS触发器电路和真值表转变为主动探索各种触发器功能。

（3）在课程设计中，把相关的子项目情景结合起来实现不同项目情境的仿真和制作。通过以上具体的实践内容和细节，混合式创新教学模式真正实现了创新工程教育，培养具有创新精神和创新能力的工程创新人才迈出了重要的一步。

五、结论

本文对高校数字电子技术课程的教学模式进行了全面的分析与研究，指出现有的教学资源及投入不能满足新工科背景下创新工程教育的需求，提出了Multisim软件仿真技术和项目情境式教学相结合的混合式创新教学模式，通过对数字电子技术教学中存在的问题，提出完美的解决方案，阐述了具体的实践方法和细节，真正做到开展创新工程教育。

参考文献：

[1]董玉冰，Multisim 9 在电工电子技术中的应用[M]，清华大学出版社，2008年.

[2]王艳芬，基于《EDA技术》的《数字电子技术》课程改革研究[J]，科技与创新，2016（14）.

[3]荣雪琴，EDA技术与数字电子技术课程的教学改革[J]，科技资讯，2014（33）.

[4]包秀荣，基于EDA技术的数字电路课程设计[J]，教育教学论坛，2014（04）.

[5]秦进平，数字电子与EDA技术课程教学改革与实践[J]，中国冶金教育，2013（05）.endprint