數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式的研究與實(shí)踐 長春大學(xué)電子信息工程學(xué)院

董玉冰　李明晶　孫穎　鄭立軍

【摘 要】本文在新工科背景下對高校的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式進(jìn)行了全面的綜述和分析，指出了現(xiàn)有的教學(xué)模式不能滿足創(chuàng)新工程教育，制約了學(xué)生的求知欲和個(gè)體多元智能的培養(yǎng)。因此，提出了Multisim軟件仿真技術(shù)和項(xiàng)目情境式教學(xué)相結(jié)合的混合式創(chuàng)新教學(xué)模式。實(shí)踐表明，以項(xiàng)目情境為載體重構(gòu)知識體系，引入仿真技術(shù)Multisim軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，挖掘其潛能，在高等教學(xué)中有著重要的意義。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目情境；Multisim仿真軟件；數(shù)字電子技術(shù)；創(chuàng)新工程教育

由于數(shù)字電路的芯片、模塊和設(shè)計(jì)方法的多樣性、復(fù)雜性等因素，現(xiàn)有的教學(xué)資源不能滿足理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和競賽等教學(xué)環(huán)節(jié)的要求。針對這些實(shí)際問題，采用基于Multisim軟件仿真技術(shù)和項(xiàng)目情境式教學(xué)相結(jié)合的混合式創(chuàng)新教學(xué)模式，可以將復(fù)雜的數(shù)字電路設(shè)計(jì)和工作過程以生動(dòng)、直觀、高真實(shí)性地展現(xiàn)給學(xué)生，并通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)或控制策略，增強(qiáng)學(xué)生分析問題的能力，使理論和工程實(shí)際相結(jié)合。因此，客觀、全面、綜合、積極、科學(xué)地教學(xué)模式，是激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)觀和認(rèn)知觀，增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力，提高其綜合分析能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，有效地推進(jìn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

一、項(xiàng)目情境教學(xué)法

項(xiàng)目情境教學(xué)法，是通過“項(xiàng)目”來設(shè)置“模擬情境”開展課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。在國外，不少教育家在他們的教育論著和教學(xué)實(shí)踐中留下了對情境教學(xué)的思考與經(jīng)驗(yàn)，例如，蘇格拉底的“產(chǎn)婆術(shù)”，盧梭的愛彌兒中自然情境的利用，杜威的關(guān)于“我們必須有一個(gè)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)情境，作為思維的開始階段”的主張，蘇霍姆林斯基的大自然的書和他的情境教學(xué)實(shí)踐等。在國內(nèi)，有不少學(xué)者、專家教師對情境教學(xué)做過理論指導(dǎo)和教學(xué)實(shí)踐。著名的專家和學(xué)者有武漢教院教授、語文教育家韋志成，江蘇淮安淮陰師院孔凡成，中央教科所研究員田慧生等，積極參與情境教學(xué)—情境教育的理論研究和實(shí)踐，使這一理論日臻完善，產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

二、Multisim仿真教學(xué)

Multisim是一款著名的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，與NI Ultiboard同屬美國國家儀器公司的電路設(shè)計(jì)軟件套件。是入選伯克利加大SPICE項(xiàng)目中為數(shù)不多的幾款軟件之一。Multisim在學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界被廣泛地應(yīng)用于電路電子、單片機(jī)和PLC教學(xué)、電路圖設(shè)計(jì)以及SPICE模擬等。NI公司提出的理念：“把實(shí)驗(yàn)室裝進(jìn)PC機(jī)中”和“軟件就是儀器”。

國外利用Multisim仿真軟件進(jìn)行教學(xué)已非常普遍，例如：在Rose-Hulman工學(xué)院，課堂上教師利用仿真軟件創(chuàng)設(shè)情境，引出課程問題，激發(fā)學(xué)生新的話題，引導(dǎo)學(xué)生討論，課外學(xué)生利用仿真軟件完成作業(yè)，解決實(shí)際問題。另外，Edward R.Doeringl就教學(xué)效果做了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)Multisim可以培養(yǎng)學(xué)生對電路的初步感覺，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在國內(nèi)，很多學(xué)校都相繼建立了仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，如：福建工學(xué)院建立了電工基礎(chǔ)Multisim仿真實(shí)驗(yàn)平臺，浙江郵電學(xué)院把Multisim仿真技術(shù)應(yīng)用在電子電路教學(xué)中等。

因此，Multisim仿真技術(shù)和項(xiàng)目情境的教學(xué)方法在國外已非常普遍，滲透到高等教育的多門課程的理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)中。而國內(nèi)的高校也相繼進(jìn)行了Multisim虛擬實(shí)驗(yàn)室等仿真技術(shù)的應(yīng)用，取得較好的教學(xué)效果。

三、混合式創(chuàng)新教學(xué)研究

采用Multisim軟件仿真技術(shù)和項(xiàng)目情境式教學(xué)相結(jié)合的混合式創(chuàng)新教學(xué)模式，可以完美的解決數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的如下問題：

（1）可以解決理論教學(xué)中，課時(shí)少和內(nèi)容多的矛盾：采用項(xiàng)目式教學(xué)，通過對知識點(diǎn)的整合，大大節(jié)約了課時(shí)量。

（2）可以減小實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入，降低實(shí)驗(yàn)成本：Multisim軟件器件庫中有常用的大量儀器設(shè)備、元器件、芯片和模塊等，可以開展驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，無需增加實(shí)驗(yàn)器材的投入，也為各種競賽和開放性實(shí)驗(yàn)搭建了平臺。

（3）保證實(shí)驗(yàn)的高真實(shí)性：Multisim軟件仿真技術(shù)的應(yīng)用可以通過參數(shù)的調(diào)整和環(huán)境參數(shù)（溫度、噪聲等）的設(shè)定，高真實(shí)性地模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

（4）增加實(shí)驗(yàn)的多樣性：通過Multisim軟件的平臺，可以做故障性實(shí)驗(yàn)等，借助其強(qiáng)大分析功能可觀測到實(shí)際儀器不能測到和記錄的數(shù)據(jù)、曲線等。

采用項(xiàng)目式教學(xué)，通過對知識點(diǎn)的整合，縮短理論教學(xué)的課時(shí)。通過Multisim軟件仿真技術(shù)可進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高真實(shí)性，且靈活、可靠，也為各種競賽提供開放性的平臺。

四、混合式創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐

在數(shù)字電子教學(xué)中引入Multisim軟件仿真教學(xué)和項(xiàng)目情境式教學(xué)相結(jié)合的混合式創(chuàng)新教學(xué)模式，具體實(shí)踐如下：

（1）以項(xiàng)目情景為載體重構(gòu)知識體系，體現(xiàn)“工學(xué)結(jié)合”思想。數(shù)字電子技術(shù)課程內(nèi)容以智力競賽搶答器、數(shù)字電子鐘、數(shù)字頻率計(jì)等項(xiàng)目為載體進(jìn)行重構(gòu)。每個(gè)學(xué)習(xí)情境（項(xiàng)目）均是一個(gè)完整的工作過程，又由多個(gè)子情境構(gòu)成，子情境也是一個(gè)完整和相對獨(dú)立的工作過程。學(xué)習(xí)情境的最后一個(gè)子情境都是一個(gè)涵蓋前幾個(gè)子情境內(nèi)容的綜合性項(xiàng)目。每個(gè)學(xué)習(xí)情境（項(xiàng)目）及子情境之間由簡單到復(fù)雜、由低級到高級、由單一到綜合，這種工作過程系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，符合教育規(guī)律及職業(yè)成長規(guī)律，體現(xiàn)“工學(xué)結(jié)合”思想。

（2）引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)Multisim軟件對子情境進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。按照數(shù)字電子技術(shù)課程的知識體系，引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)Multisim軟件，建立子情境電路的設(shè)計(jì)和仿真。例如：子情景為設(shè)計(jì)2人搶答器，在此背景下引出本節(jié)課所要講授的知識點(diǎn)基本RS觸發(fā)器，講授完后利用Multisim軟件設(shè)計(jì)并仿真子情景。使學(xué)生遐想連篇，如果搶答的人多怎么辦，如果需要計(jì)時(shí)搶答怎么辦……學(xué)生由被動(dòng)記憶RS觸發(fā)器電路和真值表轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索各種觸發(fā)器功能。

（3）在課程設(shè)計(jì)中，把相關(guān)的子項(xiàng)目情景結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目情境的仿真和制作。通過以上具體的實(shí)踐內(nèi)容和細(xì)節(jié)，混合式創(chuàng)新教學(xué)模式真正實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新工程教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的工程創(chuàng)新人才邁出了重要的一步。

五、結(jié)論

本文對高校數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了全面的分析與研究，指出現(xiàn)有的教學(xué)資源及投入不能滿足新工科背景下創(chuàng)新工程教育的需求，提出了Multisim軟件仿真技術(shù)和項(xiàng)目情境式教學(xué)相結(jié)合的混合式創(chuàng)新教學(xué)模式，通過對數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中存在的問題，提出完美的解決方案，闡述了具體的實(shí)踐方法和細(xì)節(jié)，真正做到開展創(chuàng)新工程教育。

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