東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 魏海紅

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

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 魏海紅

《電子技術(shù)與實(shí)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(xué)中為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，我們做了一些探索，將課程教學(xué)從傳統(tǒng)的理論講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鬟^程導(dǎo)向的項目式教學(xué)法，雖然教學(xué)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(shí)踐項目式教學(xué)模式基礎(chǔ)上引入Multisim仿真平臺輔助教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率。

Multisim；電子技術(shù)；項目式教學(xué)法

1 前言

《電子技術(shù)與實(shí)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(xué)方法中，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的電路理論基礎(chǔ)和邏輯分析能力，而對于高職院校的學(xué)生來說，大多數(shù)人基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)領(lǐng)悟能力不強(qiáng)，在這門課程學(xué)習(xí)的過程中不能跟上教學(xué)的步伐，大部分知識都不能很好理解，在專業(yè)學(xué)習(xí)的一開始，學(xué)習(xí)興趣就受到很大打擊，有些甚至?xí)绊懞罄m(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)的信心[1]。為了解決這一問題，在教學(xué)過程中引入了工作工程導(dǎo)向的項目式教學(xué)法，弱化理論講授，以高職學(xué)生比較強(qiáng)項的形象思維切入，在項目實(shí)踐中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)動手能力。

2 項目式教學(xué)法在電子技術(shù)與實(shí)踐課程中的應(yīng)用

項目式教學(xué)法起源于歐洲的勞動教育思想，形成在19世紀(jì)美國的合作教育，經(jīng)過不斷發(fā)展，在20世紀(jì)盛行于德國，發(fā)展成為及行動為向?qū)У捻椖拷虒W(xué)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(xué)體系打亂，以工作過程為導(dǎo)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(qiáng)調(diào)夠用的原則，在實(shí)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(shí)踐》的教學(xué)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(fù)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(jìn)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(xué)生應(yīng)學(xué)應(yīng)會的重要知識點(diǎn)，在項目設(shè)計上以工作過程為導(dǎo)向，充分考慮實(shí)際相關(guān)工作崗位應(yīng)具有的專業(yè)能力和社會能力進(jìn)行開發(fā)，讓學(xué)生在整個項目實(shí)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(xué)生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，和團(tuán)結(jié)互助的合作精神，教師對項目實(shí)施的過程進(jìn)行考核。

在實(shí)施項目式教學(xué)過程中,雖然教學(xué)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(xué)通常讓學(xué)生在面包板上進(jìn)行電路的連接、調(diào)試或者焊接電路板，但由于學(xué)生的能力參差不齊，雖然在教學(xué)項目設(shè)計中實(shí)施了差異化教學(xué)，但仍有部分學(xué)生不能在規(guī)定的課時內(nèi)完成任務(wù)，課后又缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備或者學(xué)生本身惰性的原因，最后實(shí)踐項目不了了之；其次，為了降低實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行費(fèi)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(fù)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(xué)生不能及時發(fā)現(xiàn)解決的，這就使學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成復(fù)雜電路的設(shè)計、調(diào)試增加了很大難度，打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另外，受到實(shí)驗(yàn)室開放時間或者實(shí)驗(yàn)器材的限制，部分有興趣自學(xué)，并嘗試設(shè)計電子作品的學(xué)生無法及時利用課后實(shí)踐完成作品制作，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)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(jī)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(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)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(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)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(xué)法在數(shù)字鐘電路中的應(yīng)用

基于Multisim的項目式教學(xué)法按照“布置任務(wù)示范講解仿真實(shí)操隨堂指導(dǎo)理論講授參數(shù)測量檢驗(yàn)考核”七步來進(jìn)行，項目實(shí)施如果用實(shí)際元器件來完成，不僅受到課時的限制，很大一部分同學(xué)在規(guī)定時間內(nèi)不能完整進(jìn)行電路板的制作，而且在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中為了降低損耗，節(jié)能環(huán)保，很多元器件都是重復(fù)使用，其中不乏有些元器件已經(jīng)出現(xiàn)故障，而學(xué)生很難檢查出來，這樣大大打擊了學(xué)生的積極性，但是利用Multisim完成仿真，每個同學(xué)只需要一部電腦，都能獨(dú)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(xué)全過程。

4.1 布置任務(wù)

在數(shù)字鐘的項目中，主要讓學(xué)生學(xué)會計數(shù)器的相關(guān)知識，并應(yīng)用前面項目中已學(xué)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(jìn)位；2)有校時功能；3)有正點(diǎn)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(xué)生看，讓學(xué)生有更直觀地感受。提供給學(xué)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(shí)操

學(xué)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(dǎo)下選擇適合的設(shè)計方案，在Multisim仿真平臺上進(jìn)行電路的設(shè)計、調(diào)試。根據(jù)各組進(jìn)度的不同，在功能仿真先完成的組中，可以進(jìn)行按照設(shè)計原理圖，用實(shí)際元器件制作數(shù)字鐘。

4.4 隨堂指導(dǎo)

各組學(xué)生在利用Multisim進(jìn)行功能仿真的過程中會遇到不同的問題，教師進(jìn)行指導(dǎo)、答疑。

圖1 數(shù)字鐘原理框圖

4.5 理論講授

根據(jù)學(xué)生的完成情況，將共性問題、典型問題重點(diǎn)講解，并將計數(shù)器的知識點(diǎn)深入挖掘，讓學(xué)生掌握反饋清零法、反饋置數(shù)法等重點(diǎn)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(jìn)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(xué)生可以輕易實(shí)現(xiàn)修改，而不受實(shí)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(yàn)考核

根據(jù)參數(shù)測量考核結(jié)果、實(shí)驗(yàn)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(shí)踐》教學(xué)中利用項目式教學(xué)法與Multisim仿真平臺相結(jié)合的方法，解決了課程理論性強(qiáng)不容易被學(xué)生接受、工程實(shí)踐性易受到課時及實(shí)驗(yàn)設(shè)備限制的問題。只需要在電腦上就可以實(shí)現(xiàn)從電路的設(shè)計到功能仿真全過程，學(xué)生可以將學(xué)到的知識及時應(yīng)用到設(shè)計中，大大提高了學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)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(xué)中的應(yīng)用[J].電子電氣教學(xué)學(xué)報,2010(32).

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

[3]刁元妹.項目教學(xué)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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2003(1).

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