張雅楠+張姍姍+俞志英

摘要：數(shù)字電路是電氣等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中引入Multisim仿真，形式上將極域電子教室貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，使理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，有利于提高學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力；提高教學(xué)效率，改善教學(xué)效果。

Abstract： Digital circuit is an important professional basic course in electrical engineering， in which the key point is to cultivate students' practical ability and problem-solving ability. The introduction of Multisim simulation in the experimental teaching content and the using of e-learning class throughout the experimental teaching process make the combination of theory and practice， enhance students' self-learning and innovation ability； improve teaching efficiency and teaching effectiveness.

關(guān)鍵詞： Multisim；極域電子教室；數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Keywords： Multisim； E-learning class； Digital circuit experiment teaching

中圖分類號： G642.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

數(shù)字電路是高等院校電氣、電子信息類和部分非電子類專業(yè)本科生在電子技術(shù)方面入門的必修基礎(chǔ)課程，該課程既有抽象的理論分析又有較具體的實(shí)踐應(yīng)用。因此，生動形象的課堂教學(xué)和全面的實(shí)驗(yàn)體系對教學(xué)效果和知識的應(yīng)用能力有著非常重要的作用[1-2]。所以在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中引入Multisim軟件仿真，學(xué)生通過運(yùn)行仿真軟件觀察電路的功能和特性，加深對電路的理解，更容易掌握所學(xué)的內(nèi)容，從而提高學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室組建了極域電子教室系統(tǒng)，教師通過靈活應(yīng)用 “遠(yuǎn)程命令”、“屏幕廣播”、“文件分發(fā)”、“考試”等功能，使知識講解更直觀生動，使教學(xué)效果能及時(shí)反饋、及時(shí)評價(jià)，真正實(shí)現(xiàn)了教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)思想，優(yōu)化了教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。

一、 Multisim仿真使數(shù)字電路知識形象化

（一） Multisim軟件簡介

Multisim是一個(gè)用于電路設(shè)計(jì)和仿真的EDA工具軟件，其功能強(qiáng)大，具有形象生動的仿真效果，是電子類專業(yè)課程教學(xué)的首選軟件。Multisim10界面友好，操作方便，而且為數(shù)字電路仿真提供了豐富的元器件模型，如時(shí)鐘信號、各類門電路、各種集成組合邏輯門、時(shí)序邏輯門等；同時(shí)提供了種類齊全的虛擬儀器，如字符發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀等。利用Multisim進(jìn)行電路仿真實(shí)驗(yàn)，把理論知識和實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以對照、分析，可以提高課堂教學(xué)效果[2]。

（二）Multisim軟件仿真的應(yīng)用

以“編碼器和譯碼器”實(shí)驗(yàn)為例，使學(xué)生掌握74LS148和74LS138集成電路的應(yīng)用。在此之前，學(xué)生對數(shù)字電路的認(rèn)識只是抽象的理論知識，難于理解器件的邏輯功能，較難掌握器件的外部特性，尤其是涉及到如何應(yīng)用器件，如何利用所學(xué)器件設(shè)計(jì)實(shí)用電路時(shí)顯得不知所措。因此，教師首先利用Multisim軟件來仿真圖1所示的編碼器和譯碼器的聯(lián)合工作電路，將數(shù)字電路的基本知識和工作過程直觀的展示給學(xué)生。

74LS138是低電平輸出有效的“3線8線譯碼器”，只有當(dāng)3個(gè)使能輸入端 且 時(shí)譯碼器才能正常工作，即將輸入端C、B、A（C為高位）接收到的二進(jìn)制碼譯成對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)i且以低電平的形式送給輸出端Yi，其它輸出端都為高電平。74LS148是低電平有效的“8線3線優(yōu)先編碼器”，當(dāng)使能輸入端 =0時(shí)，編碼器處于工作狀態(tài)，即只要有一個(gè)輸入 為0， 就輸出對應(yīng)的二進(jìn)制碼的反碼。

電路采用三個(gè)不同頻率的方波信號源為74LS138提供連續(xù)的二進(jìn)制輸入，通過軟件自帶的虛擬示波器可以觀察C、B、A的 值；譯碼器的輸出送給74LS148作為輸入，同時(shí)用小燈顯示結(jié)果；編碼器的輸出經(jīng)過反向器連接數(shù)碼管顯示。兩個(gè)芯片的使能輸入端G1和 由單刀雙擲開關(guān)接5V電源（VCC）或地（GND）來控制其值為1或0，從而決定集成電路是否工作。仿真運(yùn)行時(shí)，開關(guān)J1打向VCC（高電平1），開關(guān)J2打向GND（低電平0），兩個(gè)集成電路正常工作，即小燈隨著C、B、A值的變化從右向左依次滅，使得數(shù)碼管依次顯示7～0。開關(guān)J1打向GND（低電平0），則74LS138芯片不工作，小燈全亮，導(dǎo)致數(shù)碼管一直顯示“7”。開關(guān)J1、J2都打向VCC（高電平1），74LS148芯片不工作，即使小燈循環(huán)改變，數(shù)碼管的顯示保持不變。

通過該實(shí)例的運(yùn)行，使學(xué)生直觀的理解了數(shù)字電路的高、低電平等基本概念及與實(shí)物的對應(yīng)關(guān)系，編碼和譯碼電路的工作原理及具體集成電路的應(yīng)用，為接下來在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行實(shí)物連接做好了充分準(zhǔn)備。而且把Multisim軟件的作用和使用方法介紹給學(xué)生，使學(xué)生擺脫實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，可以隨時(shí)驗(yàn)證學(xué)到的理論知識，還可以嘗試通過仿真軟件對電路進(jìn)行局部改進(jìn)或設(shè)計(jì)簡單電路，提高創(chuàng)新能力。

二、極域電子教室優(yōu)化數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

（一）極域電子教室簡介

極域電子教室是多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，利用它可以在網(wǎng)絡(luò)電腦教室中實(shí)現(xiàn)屏幕廣播、遠(yuǎn)程控制、文件分發(fā)、考試等功能，打破了傳統(tǒng)教學(xué)方式的限制，既實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)中教室和學(xué)生，學(xué)生和學(xué)生之間的交流，又符合多媒體教學(xué)效率高、互動性好的特點(diǎn)，是教學(xué)方法和教學(xué)手段重大的技術(shù)突破[4-5]。

極域電子教室由教師機(jī)、學(xué)生機(jī)和路由器組成。隨著國家對教育信息化的倡導(dǎo)，本校的電工電子實(shí)驗(yàn)室配置了電腦、交換機(jī)等信息化設(shè)備，而且網(wǎng)絡(luò)通暢。在此基礎(chǔ)上，只需在電腦上安裝適當(dāng)?shù)能浖纯赏瓿蓸O域電子教室的組建。

（二）極域電子教室在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

教師機(jī)上的簡單操作便可完成實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，而不必操作每臺電腦，節(jié)省人力物力提高效率。

開啟學(xué)生機(jī)：登錄教師機(jī)，然后依次點(diǎn)擊“遠(yuǎn)程命令”—“遠(yuǎn)程開機(jī)”來啟動所有學(xué)生機(jī)。

運(yùn)行學(xué)生機(jī)上的Multisim軟件：1）編寫遠(yuǎn)程命令：鼠標(biāo)單擊“遠(yuǎn)程命令”—“遠(yuǎn)程命令”—“新建”，在“名稱”欄中填寫“Multisim”，在“文件夾路徑（F）”欄中填寫Multisim軟件在學(xué)生機(jī)中的安裝位置，然后單擊“保存”。只需執(zhí)行一次。2）啟動軟件：每當(dāng)需要時(shí)，單擊“遠(yuǎn)程命令”—“啟動遠(yuǎn)程應(yīng)用程序”—“Multisim”便可啟動所有學(xué)生機(jī)上的Multisim軟件。

分發(fā)課件：教師可以將用到的課件或設(shè)計(jì)好的Multisim仿真電路傳給每臺學(xué)生機(jī)，以供學(xué)生參考。鼠標(biāo)單擊“文件分發(fā)”，在彈出的“文件分發(fā)”界面中，通過“目錄”和“名稱”欄選擇目標(biāo)文件，然后點(diǎn)擊“目錄”欄下的“添加 ”圖標(biāo)。選中出現(xiàn)的文件名稱，然后單擊“發(fā)送 ”按鈕，學(xué)生便可以在“電腦桌面”上看到該文件。

2.實(shí)驗(yàn)過程

屏幕廣播：在講解理論課件和圖1的Multisim仿真電路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程時(shí)，教師單擊“屏幕廣播”，將教師機(jī)的屏幕共享給學(xué)生，這樣每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)臺前就能清楚直觀的看到教師的講解、具體操作步驟和電路運(yùn)行結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，再對應(yīng)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)物，便于學(xué)生掌握實(shí)際集成電路的工作原理和使用方法。

待講解結(jié)束，需要學(xué)生自己完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師結(jié)束“屏幕廣播”，學(xué)生可以邊參考之前收到的理論課件邊做實(shí)驗(yàn)，有利于知識的消化和應(yīng)用。

3.實(shí)驗(yàn)考核

考試：實(shí)驗(yàn)前教師需先單擊“試卷編輯”安排待考查的內(nèi)容和正確答案；然后在預(yù)留好的考核時(shí)間內(nèi)，單擊“隨堂小考”將考卷下發(fā)給學(xué)生。學(xué)生需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成試卷并提交，系統(tǒng)自動顯示分?jǐn)?shù)。

三、結(jié)論

實(shí)踐證明，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中增加Multisim軟件仿真，促進(jìn)了學(xué)生更好的消化和應(yīng)用數(shù)字電路知識，提高了實(shí)驗(yàn)效率，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。利用極域電子教室輔助整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式的不足，使教學(xué)更生動形象，降低教師的勞動強(qiáng)度，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李娜.虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字電路課程改革實(shí)踐中的應(yīng)用研究.現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，20（7）：147-150.

[2] Multisim10仿真軟件在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用_郭映

[1]鄭兆兆，高靜，李建霞. 將Multisim引入數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討 [J]. 教學(xué)研究，2014，37（2）：88-92.

[4]袁再龍，姜明濤. 極域電子教室在計(jì)算機(jī)廣播教學(xué)中的應(yīng)用. 應(yīng)用研發(fā)，2014，11期：206-208.

[5]林國強(qiáng). 高校實(shí)驗(yàn)室必備軟件極域電子教室的應(yīng)用研究. 軟件透視，2015，05期：47.

作者簡介：

張雅楠（1982—），女，碩士生，研究方向：電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)。