摘要：針對(duì)電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)存在內(nèi)容多、課時(shí)少、學(xué)習(xí)難度大的問題，筆者在教學(xué)中進(jìn)行了改革，引入了Multisim仿真教學(xué)，采用“理仿實(shí)一體”的教學(xué)模式，使枯燥的理論直觀、形象地表現(xiàn)出來，提高了理論知識(shí)的理解程度，使實(shí)踐操作更符合實(shí)際電路的設(shè)計(jì)過程，達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的目的，也培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：電路；電子技術(shù)；Multisim仿真；一體化教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2016）08-0095-03

引言

電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是高職院校電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程包含的內(nèi)容多，課時(shí)少，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往會(huì)覺得難度很大。傳統(tǒng)教學(xué)基本采用先理論講解、后實(shí)驗(yàn)操作的方法，但這兩個(gè)環(huán)節(jié)在執(zhí)行過程中往往會(huì)脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不理想。高職學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下情況：一是理論課以教師講解為主，學(xué)生被動(dòng)地吸收知識(shí)，課后沒有復(fù)習(xí)、自學(xué)的習(xí)慣，往往學(xué)了后面忘了前面，慢慢地對(duì)課程失去了興趣；二是理論的內(nèi)容沒有掌握好，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的時(shí)候也只是單純地操作，不能很好地實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，出現(xiàn)問題沒有有效的解決辦法。

隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)相繼出現(xiàn)，用此新方法，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只要擁有一套EDA開發(fā)軟件、一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套開發(fā)裝置和空白的可編程器件就能完成復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。[1]在教學(xué)中引入仿真軟件可以對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行有效的補(bǔ)充?，F(xiàn)在教學(xué)中常用的EDA軟件有Protel、Protues、Multisim等，各種軟件在實(shí)現(xiàn)功能上也有所不同。Protel實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的模擬/數(shù)字電路的仿真、強(qiáng)大的PCB板設(shè)計(jì)；Proteus可以進(jìn)行直觀的模擬/數(shù)字電路、單片機(jī)、ARM仿真，也可以進(jìn)行簡(jiǎn)單PCB板的設(shè)計(jì)，側(cè)重單片機(jī)仿真的應(yīng)用；Multisim側(cè)重電路電子的分析設(shè)計(jì)，進(jìn)行模擬/數(shù)字電路的精確、細(xì)微仿真使用。因此，在電路與電子技術(shù)課程的教學(xué)中，筆者選擇了Multisim這款軟件。近幾年出現(xiàn)了Multisim的中文版本，讓高職學(xué)生更容易上手。經(jīng)過幾屆學(xué)生的運(yùn)用，Multisim已經(jīng)成為電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中不可缺少的一個(gè)工具。

Multisim簡(jiǎn)介

Electronics Workbench （EWB）是加拿大IIT公司于上世紀(jì)80年代末、90年代初推出的用于電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA軟件，又稱為“虛擬電子工作臺(tái)”。IIT公司從EWB6.0開始，專門把電路仿真與設(shè)計(jì)模塊更名為Multisim，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測(cè)試和分析功能，極大擴(kuò)充了元件庫(kù)中的仿真元件數(shù)量，使仿真設(shè)計(jì)更精確、可靠。

Multisim10有很多特性，即有所見即所得的設(shè)計(jì)環(huán)境，互動(dòng)式的仿真界面，動(dòng)態(tài)顯示元件，3D效果的仿真電路，虛擬儀表，分析功能與圖形顯示窗口等。仿真的手段切合實(shí)際，選用的元器件和測(cè)量?jī)x器與實(shí)際情況非常接近。此軟件易學(xué)易用，便于電子信息、通信工程、自動(dòng)化、電氣控制類專業(yè)學(xué)生自學(xué)，便于開展綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力。

Multisim在電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的具體應(yīng)用

電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程最突出的特點(diǎn)是應(yīng)用性和工程實(shí)踐性。該課程已成為當(dāng)今高新技術(shù)的基礎(chǔ)，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新器件、新技術(shù)層出不窮，各種專用集成電路和可編程器件大量上市[2]，在課程的教學(xué)過程中，采用模塊化的教學(xué)體系，以基于工作過程的教學(xué)方法來對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革。仿真軟件的應(yīng)用使得學(xué)校在器件的選擇上有了很大的自由空間。

1.Multisim在理論學(xué)習(xí)中的指導(dǎo)作用

在以往的電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不大。而引入Multisim后，學(xué)生能夠直觀地看到效果，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。特別是在電路部分的內(nèi)容中，基本上是理論驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)。下面筆者以疊加定理的驗(yàn)證為例說明Multisim的應(yīng)用。

圖1～圖3，充分地體現(xiàn)了疊加定理的疊加概念。疊加定理指出[3]，在有幾個(gè)獨(dú)立源共同作用的線性電路中，通過每個(gè)元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。在電壓源支路上流過的電流體現(xiàn)疊加在于：I=I+I”（0.400=-0.100+0.500）。

此時(shí)再進(jìn)行疊加定理的解釋和電路的分析就非常輕松了，學(xué)生也更容易接受了。同樣，在模擬電子技術(shù)中，在對(duì)放大器的靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、非線性失真等抽象、不易理解的內(nèi)容學(xué)習(xí)中，教師若結(jié)合Multisim軟件，也能對(duì)這些重要概念輕松解答，能使理論課堂變得生動(dòng)有趣，不僅降低了教學(xué)難度，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.Multisim對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用

模擬電路、數(shù)字電路中有許多和實(shí)踐相關(guān)的知識(shí)和電路制作，如穩(wěn)壓電源、搶答器、計(jì)數(shù)器等，筆者采用的是先仿真與理論講解相結(jié)合，再制作，最后總結(jié)回顧的方法。下面筆者就以計(jì)數(shù)器的制作為例，說明項(xiàng)目執(zhí)行的過程。

首先，教師先進(jìn)行項(xiàng)目導(dǎo)入，把與任務(wù)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)概括地做個(gè)介紹，并對(duì)電路功能提出要求；在充分考慮學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)和能力水平的基礎(chǔ)上，分組進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。其次，制訂計(jì)劃，通過自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作等學(xué)習(xí)方式，對(duì)項(xiàng)目的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行分析，確定任務(wù)的實(shí)施步驟，并為任務(wù)的實(shí)施做好充分的準(zhǔn)備。再次，進(jìn)入“實(shí)施計(jì)劃”階段，學(xué)生在Multisim軟件中進(jìn)行項(xiàng)目的仿真設(shè)計(jì)，畫出相應(yīng)的電路圖，對(duì)出現(xiàn)的問題與教師及時(shí)溝通，在進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)的過程中，形成職業(yè)崗位能力。最后，在“制作實(shí)物”環(huán)節(jié)中，學(xué)生在完成設(shè)計(jì)電路的電路圖指導(dǎo)下，進(jìn)行實(shí)物制作，制作完成后，再進(jìn)行調(diào)試。學(xué)生在調(diào)試過程中，就出現(xiàn)的問題與教師探討，尋求解決問題的方法，并與仿真電路進(jìn)行對(duì)比，分析問題產(chǎn)生的原因。整個(gè)過程體現(xiàn)了“理仿實(shí)一體化”的教學(xué)模式。計(jì)數(shù)器的仿真電路圖如圖4所示。

圖4的工作原理是：555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)秒脈沖，由74LS192計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，由4511顯示驅(qū)動(dòng)譯碼器對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，顯示計(jì)數(shù)的值。此電路在設(shè)計(jì)的過程中，最初給學(xué)生的電路計(jì)數(shù)器上沒有接開關(guān)。學(xué)生在仿真的過程中，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的初始值是不確定的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。這時(shí)，就要求學(xué)生對(duì)此電路進(jìn)行改進(jìn)，計(jì)數(shù)從0開始。此電路計(jì)數(shù)器完成的是一位計(jì)數(shù)，如果是8進(jìn)制計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)從0、1、2、3……7、0，依次循環(huán)顯示。學(xué)生通過網(wǎng)上查找資料、書本知識(shí)的學(xué)習(xí)及教師指導(dǎo)，確定了在計(jì)數(shù)器的清零端增加一個(gè)開關(guān)，對(duì)74LS192進(jìn)行清零，實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)從0開始這個(gè)功能。這是給計(jì)數(shù)器清零的一種方法。

此電路設(shè)計(jì)完成后，教師要求學(xué)有余力的學(xué)生繼續(xù)對(duì)電路進(jìn)行擴(kuò)展，完成兩位數(shù)的計(jì)數(shù)功能電路的設(shè)計(jì)。經(jīng)過自主學(xué)習(xí)、教師指導(dǎo)后，大部分學(xué)生能完成擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)。

仿真完成后，再進(jìn)行電路的實(shí)物制作。由于在仿真過程中，學(xué)生對(duì)電路的連線概念比較清晰，因此，制作過程也比較順利。電路調(diào)試時(shí)，對(duì)出現(xiàn)的問題，教師應(yīng)提醒學(xué)生與仿真過程結(jié)合起來。例如，數(shù)碼管顯示為1，可是下面一筆（C）不亮，會(huì)有哪些情況發(fā)生呢？教師先讓學(xué)生自行進(jìn)行分析，然后再進(jìn)行指導(dǎo)分析：①C不亮，有沒有可能是數(shù)碼管這一筆壞了？②在仿真圖中，斷開與4511相連的11腳，看看有什么現(xiàn)象？③會(huì)不會(huì)是與11腳相連的電阻壞了？④4511芯片有問題？以上四種情況中前三種情況只要用萬(wàn)用表一測(cè)量就可以清楚地知道問題出在哪里，如果前三種情況排除了，第四種情況用換芯片的方法判斷芯片的好壞。在實(shí)際過程中，一般都是②③的問題，也就是焊接連線的問題。經(jīng)過這樣的分析，學(xué)生對(duì)數(shù)碼管的點(diǎn)亮及驅(qū)動(dòng)的知識(shí)有了充分的理解，并學(xué)會(huì)了如何在電路制作中解決問題。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，將Multisim仿真軟件應(yīng)用于電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使理論教學(xué)不再那么枯燥，實(shí)踐教學(xué)不再孤立?！袄矸聦?shí)一體化”教學(xué)模式的實(shí)施，不僅提高了課堂教學(xué)效率，而且達(dá)到了理論與實(shí)踐的結(jié)合，同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐、綜合分析和開發(fā)創(chuàng)新的能力，提高了學(xué)生運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)工具的能力。

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作者簡(jiǎn)介：金巧芳，女，講師，研究方向：電子與通信。