數字集成電路分析與設計范文

導語：如何才能寫好一篇數字集成電路分析與設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：數字集成電路；PSPICE；反相器

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0033-02

引言：

偽邏輯數字電路是數字集成電路課程教學中的重要部分[1-4]。由于偽PMOS邏輯電路的分析極為復雜，其涉及到反饋電路、有比電路以及各個元件之間的相互影響，在教學的時候不易掌握。老師找不到很好的方法來進行教學，學生聽起來也是摸不著頭腦。PSPICE軟件的引入為偽邏輯數字電路的講解提供了一個極為有效的輔助手段，其能夠給出清晰的物理圖像，讓學生對電路各個部分的瞬態特性、中間態等特性有清楚的了解，從而幫助學生高效地進行電路的學習。

一、數字集成電路的PSPICE模擬實例

本文以數字集成電路課程中的偽PMOS邏輯電路為例，介紹如何利用PSPICE軟件建立相應的仿真電路，并進行靜態和瞬態仿真，查看仿真波形，并對結果進行分析。

1.偽PMOS邏輯電路原理。偽PMOS技術構建的反相器邏輯電路如下圖1（a）所示：

當輸入信號Vin為高電平并且等于Vdd時，PMOS關斷，NMOS管導通。此時在Vx和接地點之間存在一個直接通路，形成一個穩定的低電平輸出。相反，當輸入電壓為低電平（0V）的時候，NMOS和PMOS導通都導通。在Vdd和Vx之間存在一個電壓分壓，產生了一個高電平的輸出電壓。這個電路具有反向邏輯的功能。和CMOS邏輯不同，偽PMOS邏輯只有上拉網絡，沒有下拉網絡。這樣可以減少使用晶體管的數量。

2.電路原理圖繪制。PSPICE軟件使用Capture CIS進行電路原理圖的繪制。Capture CIS窗口截圖如圖2所示。

在Capture CIS的窗口自上而下分別為菜單欄、仿真欄和原理圖編輯窗口，窗口的右側是電路元件選擇欄；其中各個元器件調用時通過點擊電路元件選擇欄里的Place Part按鈕來實現。在Place Part打開元器件庫以后，可以手動添加各種不同的電子元件。各大電子元器件公司都提供了支持PSPICE的元件庫，可以到各大電子元器件公司的主頁上下載。

二、數字集成電路的PSPICE模擬實例

1.偽PMOS邏輯的電壓傳輸特性。本文采用0.25微米工藝參數進行器件模擬。根據工藝參數的要求，在普通數字集成電路的設計中，NMOS一般做最小尺寸設計，也就是NMOS溝道長度Ln=0.25微米，最小溝道寬度Wn一般為最小溝道長度的1.5倍，所以最小溝道寬度Wn=0.375微米。PMOS溝道長度一般也為工藝最小值Lp=0.25微米，這樣進行偽PMOS反相器設計的時候，只需要調整PMOS溝道的寬度Wp的大小，這樣設計變量大大減小，降低了設計的復雜度。

圖3是對偽PMOS邏輯反相器的電壓傳輸特性仿真。圖3中標記a、b、c分別對應于PMOS溝道寬度Wp為1.125微米、2.5微米、3.625微米。從圖中可以看到：當PMOS溝道寬度Wp小于2.5微米時，輸出高電平迅速下降。

可以看到一個偽PMOS邏輯電路存在高電平達不到Vdd的問題。經過多級邏輯的串聯，輸出高電平信號將逐漸降低。這會導致芯片內部邏輯錯誤的出現，是不允許出現的。因而必須在兩個偽PMOS邏輯電路之間插入一個CMOS反相器來進行電平信號再生。但是也引入了靜態功耗和噪聲容限降低的問題。

2.偽PMOS反相器的瞬態仿真。圖4的瞬態響應表示一個PMOS正在對輸出電容充電。假設節點X開始為0V。我們觀察到輸出開始時充電很快，但在瞬態過程快結束時卻很慢。圖4中標記a、b、c的曲線分別對應于PMOS溝道寬度Wp為0.75微米、1.125微米、1.875微米。從圖中可以看到，隨著晶體管尺寸的減少，晶體管等效電阻增加，從而導致X節點的輸出高電平迅速降低，這容易導致邏輯錯誤的出現。

3.偽PMOS反相器的電平拉升。解決電壓下降的方法是使用電平拉升電路（圖1b部分電路），這是把一個PMOS（Mr）連入反饋電路中。PMOS器件的柵極連接到反相器的輸出端，他的漏極連接反相器的輸入端，而源極和電源Vdd相連接。假設節點X為0V。如果輸入Vin從Vdd翻轉到0，Mp只將節點X充電到比閾值電壓Vm高的電壓水平。然而這足以把反相器的輸出切換到低電平，使得反饋器件Mr導通，從而使得節點X和電源Vdd連接。這就大大降低了反相器中的靜態功耗。

這在圖5中得到證實，圖中顯示了Mn尺寸固定瞬態響應隨著Mr尺寸變化的情況。上半部分是輸入梯形信號Vin的波形圖，下半部分是輸出信號Vx的波形圖。圖5中標記a、b、c的曲線分別對應于Mr溝道寬度Wp為0.75微米、1.125微米、1.875微米。通過對不同Mr溝道寬度的偽PMOS反相器瞬態特性分析，可以找到最合適的工藝尺寸。從圖中可以看到，當Mr的寬度大于1.125微米的時候，下拉Mn無法有效地將電平拉下來，從而節點X的電平被鎖定在一個中間電平值，從而導致邏輯錯誤。

三、結語

本文介紹了PSPICE軟件在數字電路教學中的應用。在Capture CIS中建立了偽邏輯反相器電路，并利用PSPICE軟件分析了PMOS溝道寬度對電壓傳輸特性和延遲特性的影響，展示了PSPICE軟件的強大功能。

本人在數字集成電路的教學中引入了PSPICE軟件以后，效果非常顯著。學生上課的積極性高漲，教學效果大大提高。

參考文獻：

[1]JanM Rabaey，等.數字集成電路[M].第二版.周潤德，等，譯.北京：電子工業出版社，2010.

[2]Sung-Mo Kang，等.CMOS數字集成電路[M].北京：電子工業出版社，2015.

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關鍵詞：集成電路設計；本科教學；改革探索

作者簡介：殷樹娟（1981-），女，江蘇宿遷人，北京信息科技大學物理與電子科學系，講師；齊臣杰（1958-），男，河南扶溝人，北京信息科技大學物理與電子科學系，教授。（北京 100192）

基金項目：本文系北京市教委科技發展計劃面上項目（項目編號：KM201110772018）、北京信息科技大學教改項目（項目編號：2010JG40）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）04-0064-02

1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標志著世界從此進入到了集成電路的時代。在近50年的時間里，集成電路已經廣泛應用于工業、軍事、通訊和遙控等各個領域。集成電路具有體積小、重量輕、壽命長和可靠性高等優點，同時成本也相對低廉，便于進行大規模生產。自改革開放以來，我國集成電路發展迅猛，21世紀第1個10年，我國集成電路產量的年均增長率超過25%，集成電路銷售額的年均增長率則達到23%。我國集成電路產業規模已經由2001年不足世界集成電路產業總規模的2%提高到2010年的近9%。我國成為過去10年世界集成電路產業發展最快的地區之一。伴隨著國內集成電路的發展，對集成電路設計相關人員的需求也日益增加，正是在這種壓力驅動下，政府從“十五”計劃開始大力發展我國的集成電路設計產業。

在20世紀末21世紀初，國內集成電路設計相關課程都是在研究生階段開設，本科階段很少涉及。不僅是因為其難度相對本科生較難接受，而且集成電路設計人員的需求在我國還未進入爆發期。我國的集成電路發展總體滯后國外先進國家的發展水平。進入21世紀后，我國的集成電路發展迅速，集成電路設計需求劇增。[1]為了適應社會發展的需要，同時也為更好地推進我國集成電路設計的發展，國家開始加大力度推廣集成電路設計相關課程的本科教學工作。經過十年多的發展，集成電路設計的本科教學取得了較大的成果，較好地推進了集成電路設計行業的發展，但凸顯出的問題也日益明顯。本文將以已有的集成電路設計本科教學經驗為基礎，結合對相關院校集成電路設計本科教學的調研，詳細分析集成電路設計的本科教學現狀，并以此為基礎探索集成電路設計本科教學的改革。

一、集成電路設計本科教學存在的主要問題

在政府的大力扶持下，自“十五”計劃開始，國內的集成電路設計本科教學開始走向正軌。從最初的少數幾個重點高校到后來眾多相關院校紛紛設置了集成電路設計本科專業并開設了相關的教學內容。近幾年本科學歷的集成電路設計人員數量逐漸增加，經歷本科教學后的本科生無論是選擇就業還是選擇繼續深造，都對國內集成電路設計人員緊缺的現狀起到了一定的緩解作用。但從企業和相關院校的反饋來看，目前國內集成電路設計方向的本科教學仍然存在很多問題，教學質量有待進一步提高，教學手段需做相應調整，教學內容應更多地適應現階段產業界發展需求。其主要存在以下幾方面問題。

首先，課程設置及課程內容不合理，導致學生學習熱情降低。現階段，對于集成電路設計，國內的多數院校在本科階段主要開設有如下課程：“固體物理”、“晶體管理”、“模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”（各校命名方式可能有所不同）等。固體物理和晶體管原理是方向基礎課程，理論性較強，公式推導較多，同時對學生的數學基礎要求比較高。一方面，復雜的理論分析和繁瑣的公式推導嚴重降低了本科生的學習興趣，尤其是對于很多總體水平相對較差的學生。而另外一方面，較強的數學基礎要求又進一步打擊學生的學習積極性。另外，還有一些高等院校在設置課程教學時間上也存在很多問題。例如：有些高等院校將“固體物理”課程和“半導體器件物理”課程放在同一個學期進行教學，對于學生來說，沒有固體物理的基礎就直接進入“晶體管原理”課程的學習會讓學生很長一段時間都難以進入狀態，將極大打擊學生的學習興趣，從而直接導致學生厭學甚至放棄相關方向的學習。而這兩門課是集成電路設計的專業基礎課，集成電路設計的重點課程“模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程的學習需要這兩門課的相關知識作為基礎，如果前面的基礎沒有打好，很難想象學生如何進行后續相關專業知識的的學習，從而直接導致學業的荒廢。

其次，學生實驗教學量較少，學生動手能力差。隨著IC產業的發展，集成電路設計技術中電子設計自動化（Electronic design automatic，EDA）無論是在工業界還是學術界都已經成為必備的基礎手段，一系列的設計方法學的研究成果在其中得以體現并在產品設計過程中發揮作用。因此，作為集成電路設計方向的本科生，無論是選擇就業還是選擇繼續深造，熟悉并掌握一些常用的集成電路設計EDA工具是必備的本領，也是促進工作和學習的重要方式。為了推進EDA工具的使用，很多EDA公司有專門的大學計劃，高校購買相關軟件的價格相對便宜得多。國家在推進IC產業發展方面也投入了大量的資金，現在也有很多高等院校已經具備購買相關集成電路設計軟件的條件，但學生的實際使用情況卻喜憂參半。有些高校在培養學生動手能力方面確實下足功夫，學生有公用機房可以自由上機，只要有興趣學生可以利用課余時間摸索各種EDA軟件的使用，這對他們以后的工作和學習奠定了很好的基礎。但仍然還有很多高校難以實現軟件使用的最大化，購買的軟件主要供學生實驗課上使用，平時學生很少使用，實驗課上學到的一點知識大都是教師填鴨式灌輸進去的，學生沒有經過自己的摸索，畢業后實驗課上學到的知識已經忘得差不多了，在后續的工作或學習中再用到相關工具時還得從頭再來學習。動手能力差在學生擇業時成為一個很大的不足。[2]

再者，理工分科紊亂，屬性不一致。集成電路設計方向從專業內容及專業性質上分應該屬于工科性質，但很多高校在專業劃分時卻將該專業劃歸理科專業。這就使得很多學生在就業時遇到問題。很多招聘單位一看是理科就片面認為是偏理論的內容，從而讓很多學生錯失了進一步就業的好機會。而這樣的結果直接導致后面報考該專業的學生越來越少，最后只能靠調劑維持正常教學。其實，很多高校即使是理科性質的集成電路設計方向學習的課程和內容，與工科性質的集成電路設計方向是基本一致的，只是定位屬性不一致，結果卻大相徑庭。

二、改革措施

鑒于目前國內集成電路設計方向的本科教學現狀，可以從以下幾個方面改進，從而更好地推進集成電路設計的本科教學。

1.增加實驗教學量

現階段的集成電路本科教學中實驗教學量太少，以“模擬集成電路設計”課程為例，多媒體教學量40個學時但實驗教學僅8個學時。相對于40個學時的理論學習內容，8個學時的實驗教學遠遠不能滿足學生學以致用或將理論融入實踐的需求。40個學時的理論課囊括了單級預算放大器、全差分運算放大器、多級級聯運算放大器、基準電壓源電流源電路、開關電路等多種電路結構，而8個學時的實驗課除去1至2學時的工具學習，留給學生電路設計的課時量太少。

在本科階段就教會學生使用各種常用EDA軟件，對于增加學生的就業及繼續深造機會是非常必要的。一方面，現在社會的競爭是非常激烈的，很少有單位愿意招收入職后還要花比較長的時間專門充電的新員工，能夠一入職就工作那是最好不過的。另一方面，實驗對于學生來說比純理論的學習更容易接受，而且實驗過程除了可以增加學生的動手操作能力，同樣會深化學生對已有理論知識的理解。因此，在實踐教學工作中，增加本科教學的實驗教學量可以有效促進教學和增進學生學習興趣。

2.降低理論課難度尤其是復雜的公式推導

“教師的任務是授之以漁，而不是授之以魚”，這句話對于集成電路設計專業老師來說恰如其分。對于相同的電路結構，任何一個電路參數的變化都可能會導致電路性能發生翻天覆地的變化。在國際國內，每年都會有數百個新電路結構專利產生，而這些電路的設計人員多是研究生或以上學歷人員，幾乎沒有一個新的電路結構是由本科生提出的。

對于本科生來說，他們只是剛剛涉足集成電路設計產業，學習的內容是最基礎的集成電路相關理論知識、電路結構及特點。在創新方面對他們沒有過多的要求，因此他們不需要非常深刻地理解電路的各種公式尤其是復雜的公式及公式推導，其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。例如，對于集成電路設計專業的本科必修課程――“固體物理”和“晶體管原理”，冗長的公式及繁瑣的推導極大地削弱了學生的學習興趣，同時對于專業知識的理解也沒有太多的益處。[3]另外，從專業需要方面出發，對于集成電路設計者來說更多的是需要學生掌握各種半導體器件的基本工作原理及特性，而并非是具體的公式。因此，減少理論教學中繁瑣的公式推導，轉而側重于基本原理及特性的物理意義的介紹，對于學生來說更加容易接受，也有益于之后“模擬集成電路”、“數字集成電路”的教學。

3.增加就業相關基礎知識含量

從集成電路設計專業進入本科教學后的近十年間本科生就業情況看，集成電路設計專業的本科生畢業后直接從事集成電路設計方向相關工作的非常少，多數選擇繼續深造或改行另謀生路。這方面的原因除了因為本科生在基本知識儲備方面還不能達到集成電路設計人員的要求外，更主要的原因是隨著國家對集成電路的大力扶持，現在開設集成電路設計相關專業的高等院校越來越多，很多都是具有研究生辦學能力的高校，也就是說有更多的更高層次的集成電路設計人才在競爭相對原本就不是很多的集成電路設計崗位。

另外一方面，集成電路的版圖、集成電路的工藝以及集成電路的測試等方面也都是與集成電路設計相關的工作，而且這些崗位相對于集成電路設計崗位來說對電路設計知識的要求要低很多。而從事集成電路版圖、集成電路工藝或集成電路測試相關工作若干年的知識積累將極大地有利于其由相關崗位跳槽至集成電路設計的相關崗位。因此，從長期的發展目標考慮，集成電路設計專業本科畢業生從事版圖、工藝、測試相關方向的工作可能更有競爭力，也更為符合本科生知識儲備及長期發展的需求。這就對集成電路設計的本科教學內容提出了更多的要求。為了能更好地貼近學生就業，在集成電路設計的本科教學內容方面，教師應該更多地側重于基本的電路版圖知識、硅片工藝流程、芯片測試等相關內容的教學。

三、結論

集成電路產業是我國的新興戰略性產業，是國民經濟和社會信息化的重要基礎。大力推進集成電路產業的發展，必須強化集成電路設計在國內的本科教學質量和水平，而國內的集成電路設計本科教學還處在孕育發展的嶄新階段，它是適應現代IC產業發展及本科就業形勢的，但目前還存在很多問題亟待解決。本文從已有的教學經驗及調研情況做了一些分析，但這遠沒有涉及集成電路設計專業本科教學的方方面面。不過，可以預測，在國家大力扶持下，在相關教師及學生的共同努力下，我國的集成電路設計本科教學定會逐步走向成熟，更加完善。

參考文獻：

[1]王為慶.高職高專《Protel電路設計》教學改革思路探索[J].考試周刊,2011,(23).

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關鍵詞：EWB；電子電路仿真設計

1 軟件的性能和特點

(1)采用直觀的圖形界面創建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取。

(2)軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結果。

(3)EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。

(4)作為設計工具，它可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數據。

(5)EWB還是一個優秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。

2 軟件的操作說明

2.1 元件與信號源

EWB軟件的工作界面具備美觀大方、簡捷明了的特點。在基本工作區上方有菜單欄、工具欄、元件庫欄。從菜單欄可以選擇所需的各種命令，從元件庫欄中根據圖標選擇所需要的的元件或儀表，使用鼠標拖放操作安放元器件到工作平臺，完成實驗電路連接。選中虛擬儀器圖標，通過使用鼠標拖放操作，可以安放儀器儀表，設置好儀器儀表的參數后，按下仿真開關控制電路的運行與停止，即可觀察測試結果，在基本工作區下方是電路描述窗口，可根據需要輸入有關電路的介紹或說明。

EWB提供了豐富的元器件庫，根據不同類型可分成：信號源和電源庫，基本元件庫、二極管庫、三極管庫、模擬集成電路庫、數字集成電路庫、邏輯門電路庫、數字觸發器庫、指示器件庫、控制器件庫、雜元件庫和自定義庫。

在設計電路時，設計人員根據需要從該庫中進行查找與選取元器件，對選中的元件用鼠標左鍵將其拖放到電子平臺工作區，同時可利用旋轉、平翻、直翻調整元件方向。為了使電路便于連線，圖形整齊，還可以通過鼠標操作對元件進行移動、復制與刪除。為了使電路連接簡單明了，還可以將一些常用電路定為子電路，子電路相當于用戶自己定義的小型模塊電路，存放在自己定義的元件圖標庫里，供以后反復調用。

2.2 虛擬儀器儀表的使用

EWB提供七種虛擬儀器，每種只有一臺，在電路設計中，每種儀器只可使用一次，這是其軟件設計的局限性，而目前其升級版本Multisim已將虛擬儀器增加到11個，而且同一種儀器可以多次取用。

模擬儀器儀表主要包括萬用表、函數發生器、示波器、波特圖儀(掃頻儀)以及電壓表、電流表，數字儀器儀表包括數字發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器。這些儀器儀表(除波特圖儀)，在接入電路后，開啟仿真開關，若改變電路的測試點，則顯示的數據和波形也會相應變化，而不用重新啟動電路。EWB的虛擬測試設備能提供快捷簡單的分析，主要包括直接工作點，瞬態，交流頻率掃描，付立葉、噪聲、失真度、參數掃描、零極點、傳遞函數、直流靈敏度、交流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分析工具，可以在線顯示圖形并具有很大的靈活性。

3 軟件在廣播電視技術工作中的實際應用

3.1 在廣播電視技術培訓工作中的應用

EWB軟件是一款優秀的EAD軟件，推出后得到了社會各界的好評。尤其是在教育領域取得了巨大的成功，許多院校把EWB作為電子類專業課教學和實驗的各種輔助手段，最大限度的滿足了廣大學生和工程技術人員的迫切需求。針對軟件的這種特殊效能，近年來在廣播電視技術領域中，EWB也同樣得到了普遍應用，尤其是許多單位把EWB 軟件應用在了技術隊伍培訓工作中收效顯著。廣播電視高新技術的快速發展，對廣播電視技術從業人員的整體素質提出了更高要求，需要廣泛開展技術培訓工作，但是在職教育和在校學習有著很大的差別，資金、場地、設備、設施等諸多因素制約了技術培訓工作的良性發展，EWB軟件的應用不僅較好的解決了這一問題，而且體現了三個優越特點：(1)節約資金、高質高效；(2)功能強大、直觀形象；(3)操作簡便、方便普及。許多單位還把EWB軟件應用在了廣播電視技術能手競賽中，更是得到了意想不到的效果。通過對軟件的應用不僅克服了客觀條件給技術競賽多形式、多層面開展帶來的制約，同時也可以全面的考查參賽選手的實踐技能，為展示技術人員的綜合技術水平搭建了最佳平臺。

3.2 利用EWB軟件進行電子電路仿真設計

EWB的優越性能為激發廣大技術人員的潛在智能提供了廣闊空間。利用EWB可以設計簡單、復雜、模擬、數字等各式電路。這為廣大技術人員開展技術改造、技術革新工作提供了非常實用的工具。尤其是廣播電視發射設備的固態化、數字化、自動化的發展方向，使計算機輔助設計、測量、維護等在廣播電視技術領域得到廣泛的應用，EWB軟件的出色性能表現，也得到了廣大技術人員的青睞。下面僅以雙音報警器電路的仿真實驗為例，向大家簡單介紹其電路設計與分析。首先設計電路原理圖(見圖1)并根據電路需要選擇所需元件參數。

圖1

用鼠標將元件、儀器拖到電子工作平臺，根據電路原理圖調整元件，儀器布局，并設定元件標值，調整儀器設置的選項，按通仿真開關，即可進行仿真實驗，如果電路設計、連接正確，此時揚聲器應該發出“滴、嘟、滴、嘟”…..的雙聲音，用示波器觀察IC1、IC2的輸出波形，應該是頻率不同的兩個方波(見圖2)，可通過打印機打印出來，進行實際電路的組裝。

圖2

此電路原理主要是應用555時基電路組成兩個多諧振蕩器，用IC1輸出的方波信號通過R5去控制IC2的5腳電平，當IC1輸出高電平時，IC2的振蕩頻率低，當IC1輸出低電平時，IC2的振蕩頻率高，因此IC2的振蕩頻率被IC1的輸出電壓調制為兩種音頻頻率，所以揚聲器發出雙音聲響。此電路可應用在發射臺鐵塔匹配間防盜報警，也可在改進后應用于水箱上水報警等其他方面。

參考文獻

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1、兩個重點

任何一種邏輯功能都可以設計出一種相應的邏輯電路，從這個意義上講，數字電路是不可勝數的。教學的重點是教會學生學習方法，而不是死記硬背書本內容。就本課程而言，只要能夠根據需要設計出符合要求的邏輯電路，也能分析出任何一種給定邏輯電路所具有的邏輯功能即可。因此，組合邏輯電路和時序邏輯電路的分析方法和設計方法是本課程的核心內容。

2、三個基礎

為更好地學習后續專業課程和從事工程技術工作，數字電子技術在教學實踐中必須強化理解和掌握數制和碼制、邏輯代數基礎、半導體數字集成電路的工作原理和特性、組合邏輯電路和時序邏輯電路分析方法和設計方法等基本原理、基本理論和基礎知識。

二、教學方法實現“三個基于”

2.1基于問題的教學

美國教育家蘇娜丹戴克曾說過：“告訴我，我會忘記，做給我看，我會記住，讓我參加，我就會完全理解。”在教學實踐中，就要打破“以知識為本位，以灌輸為特征”的傳統教學模式，采取以學生為中心的問題導向型教學方法。教師通過實例、設疑、示錯等方法導入需要講解的問題，而分析問題和解決問題兩個關鍵環節則由教師引導學生來完成。學生通過思考、查閱資料、討論等方式尋求解決問題的方案，教師最后結合問題系統講授知識點，使學生對相關知識點有更加深入地理解。同時，學生的成就感、自信心倍增，學習主動性更強，從而達到良性循環的效果。通過引導、啟發，學生自己搭建出具有記憶功能的電路—觸發器。

2.2基于項目的教學

基于項目的教學強調的是以學生為中心,強調小組合作學習,教師引導發現。實施步驟分為選定項目、制定計劃、活動探究、作品制作、成果交流和活動評價等六個基本步驟。結合本課程，就是在課程開始階段,以任務書的形式給學生下發一些與課程內容結合緊密的、適合學生研究的課題，如電子搶答器、數字電子鐘、交通燈控制器、出組車計價器等，學生自由選題、自主組合，通過課程的學習、查閱相關資料以及與教師的交流討論，利用軟件仿真或硬件焊接制作出課題作品，期末提交研究成果和設計報告，并進行專題匯報，研究成果作為評定平時成績的重要依據。

2.3基于資源的教學

基于資源的教學是以學習者的學習活動為中心的教育教學模式，其主要特征是靈活性和自主性。此模式的教學目標是以教會學生學習為主，而不是以傳授知識為主。也就是說，通過基于資源的教學，學生應該學會確定學習目標，學會查找的資源的手段和方法，學會如何做讀書筆記，學會評價信息，學會與他人合作交流，學會評價自己的學習進展，學會反映學習過程和成果。目前，校園網、互聯網上數字電子技術課程資源較多。通過基于資源的教學，學會查找資源、利用資源，不僅可以克服課堂教學的時空限制，更為開展研究性學習提供了廣闊的平臺。

三、結束語

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關鍵詞：實驗教學改革；電子技術；Multisim

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

1引言

電子技術是工科電子類專業和計算機專業的專業基礎課，教學質量的優劣直接影響到該專業后續課程的學習。該課程分為模擬與數字兩部分，在教學中有相當難度。一方面由于這門課的內容廣泛，涉及了眾多的原理電路和應用電路，學生在學習中需要很長時間來消化；另一方面由于電子技術的實踐性較強，必須用大量的實驗來輔助和加深理論學習。

為解決第一方面的問題，近年來許多高校在電子課程的教學中應用了多媒體技術，并且形成一種趨勢，各校多媒體教學課件的水平也在不斷提高。使用多媒體課件不僅可以節省大量板書電路圖的時間，而且動畫的適當應用也使得教學內容更加生動形象，這對于學生理解理論知識有很大的幫助，課堂教學取得了不錯的效果。但對于第二方面，限于實驗學時的分配與實驗室硬件資源的配置，一直沒有很好的解決辦法。

以往的電子實驗教學方法是在課堂教學后進入實驗室對若干個電路進行驗證，由于實驗室不可能同時容納所有學生，大部分學生要等待較長的時間才能對所學電路進行實驗，在等待的過程中容易產生理論與實驗相脫節的現象。即使有少數學生能夠在課堂學習之后馬上進入實驗室，剛剛從課堂聽來的知識也還沒能全面系統地吸收消化，仍然處于一種似懂非懂的狀態中，面對實驗設備無從下手，實驗的效果并不好。

其次，大多數電子技術實驗室都存在嚴重的元器件品種和數量不足，以及實驗儀器、電路板陳舊老化的問題。受到這些硬件條件的影響，電子實驗開設的學時較少，實驗內容局限在一定范圍內并且多屬驗證性實驗。而電子技術這門課的要求是學生能夠熟悉大量的原理電路并對簡單的應用電路具有分析和設計能力，教學資源與教學目標兩者之間形成巨大的落差。學生只能在有限的條件下進行指定的實驗項目，不能充分展開設計思想，大量的電路也不可能在有限的實驗學時中一一進行驗證，這在很大程度上影響了學生的學習效果和學習熱情。許多教師曾經抱怨學生對實驗環節不夠重視，我認為這種現象實在不能歸咎于學生。

在這種情況下，教師可以盡量開辟渠道，使學生接觸更新穎的實驗方法，在有限的學時內提高實驗的效率，同時提高學生的分析與設計能力。在實驗教學中使用電子線路設計和仿真軟件Multisim就是一種很好的嘗試。

2仿真軟件Multisim

EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies公司(簡稱IIT公司)推出的專門用于電子線路設計和仿真的工具軟件。20世紀80年代推出的EWB 5.0版本，以界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優點，于20世紀90年代在我國得到迅速推廣，受到電子行業技術人員的青睞。跨入21世紀初，IIT公司在保留原版本優點的基礎上，增加了更多功能，特別是改進了EWB 5.0軟件虛擬儀器調用有數量限制的缺陷，推出了EWB 6.0版本，并取名Multisim，意為多重仿真或萬能仿真，也就是Multisim 2001版本，2003年又升級為Multisim 7.0版本。Multisim 7.0功能相當強大，它有十分豐富的電子元器件庫，可供用戶調用組建仿真電路進行實驗；它提供18種基本分析方法，可供用戶對電子電路進行各種性能分析；它還有多達17臺虛擬儀器儀表和一個實時測量探針，能勝任各種電子電路的分析和仿真實驗。Multisim 7.0已經相當成熟和穩定，是IIT公司在電子仿真軟件領域中的一個里程碑。以后IIT公司又相繼推出Multisim 8.0、8.3.30等版本，2005年以后，加拿大IIT公司已經隸屬于美國國家儀器公司(National Instrument，簡稱NI公司)。美國NI公司于2006年初首次推出Multisim 9.0版本，該版本的界面、元件調用方式、搭建電路、虛擬仿真、電路基本分析方法等還是沿襲了之前各版本的優良傳統，軟件的內容和功能又取得很大進步。比如元件工具條中增加了單片機和先進的三維設備。另外，Multisim 9.0基本界面右邊的虛擬儀器工具條下方增加了4臺LabVIEW采樣儀器，分別是麥克風、播放器、信號發生器和信號分析儀。2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim 10版本。

Multisim操作界面如下圖所示，面對顯示器如同在實驗室面對著一個左面放著器件、右面放著儀表、中間放著實驗面包板的工作臺，常用元器件庫有信號源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、TTL數字集成電路庫、CMOS數字集成電路庫、其他數字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機電器件庫等，可供用戶調用組建電路進行實驗；儀器儀表欄依次為數字萬用表、函數發生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、IV分析儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網絡分析儀、Agilent信號發生器、Agilent萬用表、Agilent示波器等，能勝任各種電子電路的分析和仿真實驗。在仿真―分析菜單下，Multisim提供的基本分析功能如直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅立葉分析、失真分析、噪聲分析、直流掃描分析、參數掃描分析等等，可供用戶對電子電路進行各種性能分析；不僅如此，Multisim的交互式仿真功能，可以在仿真的同時通過鍵盤簡單地改變交互式元件的參數，立即就可以得到相應的仿真結果。可以說，在計算機上運行Multisim，就如同走進一個設備先進功能完善的電子實驗室。

3在電子實驗教學中運用Multisim 仿真技術的方法和優勢

Multisim可以實現仿真實驗教學，在實驗教學中引入Multisim等仿真技術既是教學內容與手段改革的必然趨勢，也是學科建設和發展的迫切需要，但決不能忽視了硬件實驗的重要性。只有在教學中將現代化手段與傳統模式相結合，才可以幫助學生更快更好地掌握知識，進一步培養和提高學生綜合實驗和創新的能力。在電子實驗教學中運用Multisim仿真技術的方法是讓學生在正式實驗之前，先在Multisim上模擬實驗，然后再在真實實驗設備上進行。這樣既可以彌補學生實驗學時的不足，又可以提高實驗效果，對于培養學生的綜合實踐能力也是非常有益的。與傳統的電子實驗相比，這種方法具有如下優勢。

(1) 經濟優勢

有些實驗設備昂貴，特別是較為先進的實驗設備，需

要很大的資金投入，而且平時維護的工作量也比較大。Multisim仿真軟件功能強大、動態逼真，它提供的最壞情況分析、溫度掃描分析、噪聲分析等功能是一般電子實驗所不具備的。同時，使用Multisim在計算機上建立虛擬電子電路實驗平臺，實驗中不會消耗元器件，彌補了傳統實驗元器件損耗大的缺陷，并省去大量的實驗準備時間，降低了實驗成本。更為重要的是仿真實驗的引入突破了時間和空間的限制，使實驗場地不再局限于傳統意義的實驗室，所有配備電腦的教室甚至學生寢室都可以用來進行實驗，實現一機多用，一室多用，大大提高了實驗設施的利用率。

(2) 提高實驗學習效率

利用Multisim軟件進行電子技術仿真實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。學生在這個虛擬的電子實驗平臺上練習之后，一些注意事項、實驗原理、儀器使用方法等已經基本掌握，再到實驗室進行實驗時就可以很好地避免盲目操作，實驗效率大大提高。使用Multisim仿真軟件可以方便地建立各種所需電路，快速準確地對電路進行仿真分析。與傳統實驗過程相比較，節省了實際元器件安裝調測的過程。而且Multisim能夠進行交互式仿真，學生在實驗過程中可以不斷修改電路，同時觀察仿真結果，發現錯誤可以立即更正，調試方便，不必重新搭建電路。

(3) 有助于學生創新能力的培養

在Multisim這個虛擬的電子實驗平臺上，學生可以根據興趣自己選擇實驗內容，自行設計實驗方案，自主地進行電路分析和設計；實驗項目不再局限于實驗教材，設計性實驗的比例提高了，綜合性、研究型實驗逐漸進入學習范圍。這種方式激發了學生自主學習的積極性，拓展了學生的思維發展空間，培養和提高了學生的綜合實驗能力。學生在進行仿真實驗的過程中會遇到問題、分析問題、解決問題，最終積累經驗，這就是一個自我學習的過程。學生有獨立思考、自主探索的時間和空間，可以使學生深刻地掌握原理運用知識，還可以幫助他們把各個分離的知識點組合為一個整體。學生的獨立思考能力、動手操作能力、分析問題能力、解決問題能力、創新能力也都會得到提高。

4結束語

在實驗教學中使用電子線路設計和仿真軟件Multisim，解決了學生理論學習與動手實驗這兩個環節之間的銜接問題；增加了實驗的數量、擴展了實驗的范圍、加大了設計性實驗的比例，能夠引起學生的興趣；同時可以在不增加硬件投入的情況下有效地緩解實驗室資源的緊張。現今的工程設計人員在做設計時都是先用仿真軟件模擬，然后再實踐。因此以學生為起點，利用Multisim仿真軟件做虛擬實驗，使學生既掌握了一種新的電子電路設計軟件，又掌握了一門新型的實驗分析方法，在將來的就業競爭中具有一定的優勢。

參考文獻

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Applied Multisim On Electronic Technology Experimental Teaching

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關鍵詞：數字電子技術 教學設計 教學系統 探討

教學設計是根據教學對象和教學目標，確定合適的教學起點與終點，將教學諸要素有序、優化地安排，形成教學方案的過程。它是一門運用系統方法科學解決教學問題的學問，它以教學效果最優化為目的，以解決教學問題為宗旨。

“教學設計是一個系統化（systematic）規劃教學系統的過程。教學系統本身是對資源和程序作出有利于學習的安排。任何組織機構，如果其目的旨在開發人的才能均可以被包括在教學系統中。”教學系統是由教師、學生、教學條件三個基本要素構成的，因此教學設計是一個系統化的過程，包括如何定位教學目標、如何進行任務分析、如何制定教學策略和正確選擇教學媒體、如何編制教學評價標準等。具體來講它主要包括教學內容、教學方法、教學策略、教學模式、教學媒體、教學評價等內容。傳統的教學設計通常注重于教學過程的設計，具體體現為以教師為中心的教育模式，知識的傳輸方式是“教師學生”的單向傳遞方式，學生是被動的知識接受者，稱為“以教學過程為中心的教學系統設計。”而現代教學設計吸收了先進的教育教學理念，教學過程圍繞各個實際問題展開，這些問題可以由教師提出，也可以由學生提出，學生主動參與教學過程的各個環節，體現為既發揮教師主導作用又充分體現學生認知主體作用的“主導—主體”教育模式，既注意教又注重學，稱為“以教學問題為中心的教學系統設計”。如何把現代教學設計的思想應用到《數字電子技術》課程教學中，本人在具體的教學過程中做了一些初步的探索和嘗試。

1.教學內容的設計

教學內容的設計要突出高職教育特點，注重學生能力與綜合素質的培養。

高職高專教育的培養目標是培養擁護黨和國家的路線、方針、政策，適應我國經濟社會發展需要，德、智、體、美全面發展，適應生產、建設、管理、服務第一線需求的高等技術應用型專門人才，它要求受教育者最終應“具備較快適應生產、建設、管理、服務第一線崗位需要的實際工作能力。”高職教育教學基本原則要求：“基本理論教學要以應用為目的，以必需、夠用為度。”要“加強實踐能力培養。”如何正確把握培養目標，根據培養需要從“廣而博”的知識中選擇、重構“少而精”的教學內容，是教學設計中首先要解決的問題。在新的教學模式下，學生的自學能力和應用知識能力的培養是一個關鍵問題。因此教學內容要圍繞技術應用能力與素質培養這條主線來設計學生的知識、能力、素質結構，加強學生的專業技術應用能力與操作技能、綜合實踐能力的培養。改革過去單純的只注重理論知識上的完整性、系統性和嚴密性，忽視理論知識的實用性和實踐性的弊端，從應用的角度選擇教學內容。強調針對性、實用性、和先進性，刪除陳舊過時、偏多偏深而又不實用的內容。

1.1從課程的教學目標出發，選擇教學內容，把握理論上的度。

《數字電子技術》是應用電子技術、電子設備運行與管理等電子類專業的主干技術基礎課程，其教學目標是通過本課程的學習使學生掌握數字電子技術的基礎知識、基本理論、基本分析和設計方法，訓練學生數字應用電路制作與調試的基本技能；培養學生嚴謹的科學態度、科學思維方式以及創新意識和創新能力。為學習后續課程提供必要的理論基礎知識和實踐技能，為今后可能從事的職業打好基礎。因此，基于本課程的教學目標和高職教育的培養目標，我們在教學內容的選擇上突出了基本理論，基本分析方法和知識的應用，回避了繁鎖的集成電路內部分析和數學推導。著重外部邏輯功能的描述、分析和應用。強調外特性和主要參數。如在邏輯門電路一章中，改變了以74標準系列門作為典型電路分析邏輯功能和電氣特性的傳統，改用實際工作中運用的較多的CT74S系列門和MOS系列門作為典型電路進行分析，進而介紹了CT74LS系列及CC4000系列，還對TTL集成門電路各系列的主要電氣參數進行了比較，使學生對各系列TTL集成門電路的特性都有一定了解。同時，還將TTL系列和CC4000系列門電路的主要電氣參數進行了對比，使學生能根據實際工作要求正確選用數字集成電路。在時序邏輯電路一章中，在介紹計數器、寄存器和移位寄存器基本電路工作原理的基礎上，直接介紹中規模集成計數器、移位寄存器功能表和使用。而沒有討論它們的內部邏輯電路。對于組合邏輯電路等中規模集成電路也采用了類似的處理方法。這不斷突出了中規模集成電路的應用，同時也為增加技能訓練時間創造了有利條件。

1.2從培養能力出發，將理論教學與實踐教學融為一體。

由于《數字電子技術》是一門應用性很強的技術基礎課，其基本理論與實踐技能是許多后續課程的基礎，理論與實踐的密切結合，在本門課程中顯得尤為重要。因此，我們在各章都設置了相應的實踐訓練環節——技能訓練。它包括基本性技能訓練和設計性技能訓練兩部分。“基本性技能訓練”所涉及的內容與課堂教學內容緊密相關，充分體現課程的實踐性。“設計性技能訓練”是根據給出的實際問題，由學生自己設計實現邏輯功能的電路、選用芯片、進行安裝調試、排除故障。同時還設置了理論與實踐綜合課程——課程設計內容，將理論教學與實踐教學緊密結合。通過理論課程的學習和實訓課程的實踐，使學生基本掌握電子技術基礎知識和基本技能，再通過相應的課程設計將理論用于實踐，將設計和實現融為一體，使學生在課程設計中即能提高運用所學知識進行設計的能力，又能在這一過程中體會到理論設計與實際實現中的距離。從工程角度出發培養學生的工程思維方法、工作方法和應用所學知識解決實際問題的能力。使能力培養貫穿于教學的全過程。

為了培養學生分析和排除故障的能力，在實驗教學的進行過程中，教師主動與學生一起對實驗中的問題進行分析，引導學生排除故障，使學生得到較為系統的故障診斷與排除的訓練，從而提高學生解決實際問題的能力。

通過以上幾種形式對教學內容的組合整編，使學生易學易懂，教師便于組織教學，有利于激發學生的學習積極性，培養學生的工程觀念，訓練學生工程實用技能。

2.教學方法的設計

教學方法的設計要體現高職高專學生的特點，調動學生學習主動性，激發學生創造性。

現代教學設計中，教學過程圍繞學生的需求（問題）進行，學生從被動接受地位變為認識主體，成為知識的探索者。“解惑”成為教師的首要職責，“傳道、授業”是第二位的，教師從知識傳授者、講解員轉變為學生學習的指導者、幫助者、促進者、學習環境的創設者。要實現教師角色的根本轉變，教師首先必須克服傳統教育的思維定勢和習慣心理的影響，改變過去教學過程習慣“三中心論”——即“以教師為中心，以教材為中心，以課堂為中心”的思想。根據學生多樣化的需求開展教學，采用恰當的教學方法，重在培養學生對知識的廣泛興趣，激發他們的創造性。

教學改革的核心是教學方法的改革，教學方法要體現在整個課堂教學過程中。傳統的教學模式過于強調教師的講授，在一定程度上忽視了學生的積極參與，把學生頭腦當成被動地接受知識的容器，嚴重的束縛了學生的個性和創造能力的發展，不利于培養學生知識遷移能力，難以適應未來社會發展的需要，為了改變這種狀況，形成“以學生為主體，以教師為指導，以教學為主線”的新的教學模式，在教學方法上，基于高職高專學生底子薄、基礎差、學習水平參差不齊的現狀，我們力求避免單純的注入式，改用啟發式、討論式、答辯式的教學方法。將課堂講授、課內討論、課外自學、技能訓練等合理結合，把教學過程分為課題引入、設疑激學、講練結合、精選例題、總結鞏固等環節進行教學實踐。

2.1由設計實例引入課題。

《數字電子技術》本身具有很強的實踐性和應用性，因此在介紹一些重要章節前，列舉一個設計實例，通過分析、設計、引入相關知識和理論。例如：在學習中規模集成組合邏輯電路一節時，先讓學生用已學過的SSI組合電路的設計方法“設計一個三變量表決器，要求用與非門實現。”然后提出問題，“用SSI組合電路進行設計時，是以門作為電路的基本單元，我們能否用其它邏輯部件來實現這個電路的設計呢？”在給予學生一定的思考時間后，教師可以直接給出肯定的答案：“本節將要學習的內容中，譯碼器、數據選擇器這兩種中規模邏輯器件都可以完成上述電路的邏輯功能。如CT74ls138。”。同時畫出相應的設計電路。這樣學生的興趣馬上被調動起來，并產生疑問：什么是譯碼器、數據選擇器？為什么它們也能實現上述電路設計？等等。在學習了譯碼器、數據選擇器的原理及邏輯功能和用它們實現組合邏輯電路的方法后，學生的疑問終于得到解決。同時也使學生學會了采用多種方案實現同一邏輯要求的方法。提高了學生學習興趣，調動了學生學習的主動性和創造性。

2.2采用任務驅動教學法

“任務驅動”是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學方法，這種教學方法主張教師將教學內容隱含在一個或幾個任務中，以完成任務的過程作為教學活動的中心，在教師的指導下“引導學生由簡到繁、由易到難、循序漸進地完成一系列‘任務’，從而得到清晰的思路、方法和知識的脈絡，在完成‘任務’的過程中，培養分析問題、解決問題的能力。例如，在講到編碼譯碼電路時，我們設計了一個任務：設計一個可供8名選手進行搶答的搶答器，該搶答器具有顯示功能，即用數碼管顯示。并在教學前利用上界學生制作的搶答器進行課前演示，培養學生的學習興趣，帶著任務進行學習。

2.3精選例題，注重引導

在《數字電子技術》課程教學中，主張“精講多練”的原則，“精講”是指對重要的概念和原理及相關知識點要講深、講透。“多練”是指在解題思路和設計方法上要勤于練習，要學會創造性作業，學會一題多解。例如，在求出表達式時，可以有多種形式，可用多種電路來實現。為此，教師必須精選具有代表性并聯系工程實際的綜合性和設計性例題，在課堂上多講設計思路和方法，少講具體知識。引導學生由求同思維“為什么這樣？”轉向求異思維“不這樣行嗎？”、“還有沒有更好方法？”。著重于培養學生的綜合能力和創造能力。同時，在具體集成電路芯片的選擇上，積極引導學生盡量利用身邊現有芯片，從而培養學生對集成電路的應用能力。

2.4現場教學，講練結合

將課堂講授與技能訓練合理結合，有些教學內容可以安排在實驗、實訓中進行。邊講邊練，講練結合。邊講邊練，一方面，在實驗教學中，教師把問題提出后，由學生進行設計，并在實驗臺上進行驗證；另一方面，在介紹集成電路工作原理后，由學生對電路的功能及外部特性進行測試。練講結合則是由學生根據集成電路的功能表對電路進行測試。而后由老師和學生對測試結果進行討論，歸納總結，以加深對理論的理解。這樣，將教學過程放在實驗、實訓中，有利于學生實現由感性到理性的自然過渡。在邊學邊練中更深刻地領會所學知識，在頭腦中建立起理論與實際的聯系，使學生逐步提高學習能力和實踐技能。引導學生將基本理論、基本分析方法應用于解決實際問題。

3.教學媒體的設計及新技術手段的應用

教學媒體的設計及新技術手段的應用要注重現代與傳統媒體的有機結合，提高課堂教學效果。

不同的教學媒體在傳遞教學信息時，其功能和作用是不同的，各種教學媒體都有其優勢和不足，同一教學媒體在不同的教學環節中使用其效果也是不同的。研究表明，合理運用各種教學媒體，有利于調動學生多種感官對知識的感知，實現信息傳遞的多渠道化，從而加強學生對知識的感知度，提高學生對知識的吸收率。促進由知識向能力的轉化。要取長補短，根據教學內容和教學目標科學選擇和組合教學媒體，找準教學的最佳結合點，達到事辦功倍的教學效果。

在教學中，利用先進的多媒體軟件技術，精選適合于課堂教學的多媒體軟件，根據教學內容和教學要求，制作了該課程的多媒體教學課件（即CAI），開展以CAI輔助教學。與傳統板書教學相比，CAI教學無疑存在很多優勢。同時，把仿真軟件及演示動畫也應用到現場教學中，使得教學內容更加充實。

通過CAI和仿真演示及演示動畫，可將一些晦澀難懂，抽象枯燥，在傳統教學中難以用語言表達，常規方法無法演示或不易演示、演示觀察不清的現象模擬出來；能將現實中原本以動態，而在教材中只能靜態描述的內容重新以動態的方式顯現出來；能直觀地觀察電路的動作過程和元件狀態變化的細節，精確做圖，進行圖解分析。并能方便地多次重復再現整個分析過程；能將大量的電路、圖形、表格預先儲存在計算機中，可以大大降低老師在課堂上的簡單勞動時間。可以融視、聽、說于一體。把聲、形、光、色、情等安排在不同界面上進行組合流通，達到了抽象概念具體化。微觀概念宏觀化的良好效果。可以幫助教師在課堂上根據學生的反饋信息，快捷調出各類信息資料，進行現場分析和答疑，以人機對話方式，靈活方便地進行啟發式教學。

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篇7

關鍵詞 教學方法 項目教學 數字電路

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Digital Circuit Project-based Teaching Methods and Practice

WANG Feng， LIU Meiquan， XU Zhangsui

（Department of Vehicles and Electrical Engineering， Ordnance Engineering College， Shijiazhuang， Hebei 050003）

Abstract By allowing students to participate in scientific research project， Make students truly participate in the whole process of project design， implementation and evaluation. Organize the theory of digital circuit and practice experience as an integration. Practice and prove the classroom knowledge. Mobilize students' enthusiasm for learning and cultivate the ability to analyze problems and to solve the problem.

Key words teaching method； teaching based on project； digital circuit

數字電路是機、電類專業學生的一門專業基礎課程，具有很強的理論性、邏輯性和綜合性。對打牢學生的理論基礎，培養學生辯證思維，鍛煉分析問題、解決問題的實踐能力都具有很重要現實意義。

時代的發展對人才提出了新的更高的要求。老師臺上講、學生座下聽、課上練習、課下作業，這種以單純的知識傳遞為主要特征的傳統教學模式早已不適應時代對人才培養的需求。

目前主要采用的模式是在這個框架上豐富各個環節，仍以課堂講授為主，加入了多媒體、仿真演示等輔助教學手段。相比傳統的“灌輸式”，通過輔助手段的應用增加了學生對數字電路的感性認識，可以在一定程度上激發學生學習的熱情和進行實踐的愿望。但如果到此為止了，學生就只有望梅止渴了。如何讓學生的求知熱情持續下去，就需要一個平臺，讓學生體會到理論知識的用處，體驗知識的運用方法，科研項目就是一個最容易找到的實踐平臺，學生通過參與科研活動，可以實現從聽講到動手，從被動的灌輸到主動的吸取，從理論到實踐，從分析問題到解決問題的跨越，把這種求知的熱情在實踐中升華，最終轉化為對知識的駕馭能力。

1 項目教學法的理論基礎

項目教學就是把科研活動引入教學，在教師的引導下，學生參與到科研項目實施工作，結合課堂知識，構成閉環教學。在理工科院校中，專業系、教研室都承擔了許多的科研任務，對于機、電類的課題，其中的電路部分幾乎是必不可少的。這些電路都具有實際的功能，從各個分立元件到小規模的單元電路，再到大規模的模塊電路，都是把學生從課本的理論知識帶到一個個實實在在的具體電路中。

項目教學法是以典型項目為平臺，圍繞課程體系和學生的知識結構，將項目分解成不同的階段、不同的模塊和不同的任務，從對元件的認識到基本電路的設計，從單一功能電路的調試到實用電路的制作，讓學生在循序漸進的過程中加深對課堂知識的感性認識，運用所學的理論知識探索性地解決實際問題。

項目教學法的目的是把課程學習和動手實踐結合起來，把練習作業和完成電路結合起來，由理性到感性，由被動到主動的一種閉環培養模式。課堂授課對學生是理論學習，知識積累，有所儲備才能有所發揮。理論知識學得牢不牢，有什么用，通過動手實踐就能得到驗證和檢驗。一方面，如果掌握的知識得到很好的驗證，會增強學生對課堂學習的認同感，另一方面，如果實踐檢驗中遇到了難題，需要向書本、向老師求教，說明老師講的是有用的，這會增加學生對課堂的向往感。通過自己動手實踐，培養學生的動手能力，系統統籌能力，如何分析問題、解決問題的獨立思考能力。由被告訴該怎么辦到我知道還可以這么辦，被動變主動，舉一反三。課堂指導實踐，實踐推動課堂，課堂與實踐形成一個閉環的教學模式，通過理論結合實踐的教學，學生不僅培養了扎實的理論基礎，而且靈活掌握了知識的運用技巧，積累了處理實際問題的經驗。同時，通過協作。培養了學生的團隊精神，有利于畢業后勝任工作崗位。

在具體實施環節，對項目的選擇、任務的分割、成果的要求和展示以及教學效果的評估等需要合理的規劃和資源配置，全過程的培養是搞好項目教學的關鍵。

2 項目教學的開展模式

2.1 項目設計

項目教學把以教為中心變為以學為中心，以課堂為中心變為以項目實踐為中心。學生是教學的主體，培養能力是最終的目的。學生在數字電路課之前學習過電路基礎、模擬電路等電路課程，具備一定的電路基礎知識，但實際動手的經歷還很少，在進行項目設計的時候，教師需要參照課程的知識要點、可能拓展的內容以及階段的劃分，對項目研究需要完成和解決的問題進行分類、分層、分割，使科研項目的研究需求與學生的實踐需求相互融合。使學生在項目發展的帶動下開展學習活動，根據課程的進度，由易到難，由簡到繁，循序漸進地參與項目。

項目任務的選定是開展項目教學法的關鍵。首先，項目涉及的知識點很多，要以教學大綱的內容為基本依據，以拓展能力為基本目的，在項目眾多的內容中選取相關的部分和題材。選擇的項目內容既要涉及基礎理論，又有動手實踐的機會。讓學生通過獨立設計、制作一些項目中用到的典型、實用的數字電路，掌握數字電路的設計、仿真、制作、調試的一般方法，學會用電路手冊查詢芯片的方法，瞄準未來工作的需求，不斷提高學生獨立解決問題的能力。

2.2 項目教學的組織實施

數字電路課程，包含了數字電路的基礎理論、典型電路等諸多的知識點。例如，在某項目的研究任務中涉及到聲光控制燈的電路。從電路的功能分析，這是一個組合邏輯電路的問題，跟隨這個項目進行這一課堂的研究開發，就給學生創造了一個整合所學電路知識、實際動手制作電路的機會。組合邏輯電路是數字電路中的一種基本類型，沒有存儲單元，邏輯上相對簡單。學生在課堂上學習了組合邏輯電路的分析和設計，都有正想小試牛刀的熱情，這時候安排這樣一個任務，對于他們，正是施展的好機會。

對于聲光燈控制電路的制作，課題涉及的知識點不多，都是課堂上講授過的知識，難度適當，學生容易接收。但是，學生畢竟是第一次自己動手完成電路，教師需要對實施的步驟進行詳細的規劃，雖然是一個簡單的課題，還是要在教師的引導下逐步開展，由淺入深，由易到難。

首先，從概念上明確要完成的是一個數字電路，從感性的層面找出與模擬電路的區別，了解數字電路的基本原理、基本類型，能夠識別、掌握常見數字集成電路的正確用法。其次，要再次溫習基本邏輯門電路的原理和功能，掌握TTL門電路和CMOS門電路的區別和測試，設計并搭建由基本門店里構成的簡單功能電路，熟悉電路設計的方法和過程。完成了從書本到制作的過渡，開始進入正式的項目任務。第三步，根據任務的目的，設計電路實現的方案，計算電路參數并確定元器件的類型和指標。第四步，進行電路仿真和原理驗證，修訂后作出最終方案，設計、完成印刷電路板。第五步，收集電路所需的所有元件并檢測元件是否完好，根據電路圖完成電路各個元件的組裝、焊接。第六步，對組裝完成的電路板進行檢查，利用所學組合邏輯電路分析的方法對各部的功能一一驗證，根據任務的要求實施調試。第七步，撰寫研究報告，全面回顧、總結完成任務過程中設計、制作的各個環節的思路、方案和過程，找出問題，明確收獲。第八步，教師給出客觀的評價，肯定成績的同時指出存在的問題和解決的建議。

這樣就完成了一次項目式教學。在這個過程中，教師的適當引導是非常必要的，由書本到電路板的跨越很重要。通過引導、過渡，對照實際的元件、電路，把課堂知識的重點加以鞏固，并提綱挈領對各種知識的綜合運用方法加以解釋，使學生在“溫故”之后更愿意“知新”。

在安排學生進入項目的時候，教師要介紹項目的總體情況、目的、意義，這些看似空洞的概述對學生卻是極大的激勵，當他知道自己所做的電路是整個系統不可缺少的環節，而整個系統又具有如此重大意義時，他的熱情和嚴謹程度自然不言而喻了，帶著這種使命感和成就感投入到項目式的學習中，那么學習的效果一定不會差。

通過參與項目，學生通過由面到點，再由點到面的過程學習，培養了運用理論知識解決實際具體問題的能力，使學生的學習積極性、主動性得到充分發揮。

3 項目教學法的教學評估

項目教學效果評估是一個重要的環節，在整個過程中，各個階段都要進行總結評價，隨時對出現的問題進行分析和排除。每一步任務完成后，都要及時開展學生自我評估和教師評價，階段評估和整體評估相結合，讓學生明確在各個環節的得失，便于學生及時總結經驗。

學生完成項目的情況是考核其學習效果的重要指標，通過評價學生在任務實施過程中的綜合表現，全面評估學生對數字電路課程知識要點的掌握和運用情況。評價應該包含多個層次、多個方面，從理論基礎、基本概念、方案設計、動手制作，到工作態度，遇到問題的承壓能力，再到過程中的交流能力、協作能力、團隊精神和創新精神，都要作為評價的指標。

通過對過程和效果的評估，學生全面地總結在項目任務完成過程中的收獲，對于學生，評價不僅是在課程的成績，更是在項目層面的一種對其綜合能力的認可。這種認可給了學生繼續提高的渴望，使其對存在的不足加以認真思考、努力克服，對成功的經驗加以認真總結。以更高的積極性進入下一階段的項目教學。

4 總結

在數字電路教學中，項目教學是一種行之有效的方法。在學生參與項目研究的過程中，學生是處于一個系統的集成的綜合知識體系中，站在這樣一個全局的高度，對數字電路課程的知識結構、內容體系及其重要性有了更直接更深入的認識。完成的雖然只是一個小的任務，但與之關聯的不僅是本學科的專業知識，還會涉及到相關學科領域的知識技能。這也對教師的知識水平、結構提出了更高的要求，對于教師，“教”也是在“學”，教師的參與使教—學之間由上下關系變為平行關系，學生在和老師一起工作，大大提高了學生參與的積極性。

通過項目式教學，課堂和實際聯系在一起，理論和實踐縮短了距離，培養了學生分析問題、解決問題及知識綜合運用的能力，鍛煉了心理素質，考驗了耐心和細致，樹立了團隊協作的精神，為提高學生的綜合素質奠定了基礎。

參考文獻

[1] 楊志忠.數字電子技術[M].北京：高等教育出版社，2001.

篇8

關鍵詞：卓越計劃；電工電子類課程；教學改革

作者簡介：王業琴（1980-），女，黑龍江肇東人，淮陰工學院電子與電氣工程學院，講師；陳亞娟（1967-），女，江蘇泗陽人，淮陰工學院電子與電氣工程學院，副教授。（江蘇 淮安 223003）

基金項目：本文系淮陰工學院教學改革項目“基于實施卓越工程師教育培養計劃的電工電子類課程教學改革研究與實踐”（項目編號：JYC201106）的階段性研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0063-02

2010年6月，教育部出臺了“卓越工程師教育培養計劃”，為我國高等工科院校教育教學改革指明了方向。[1，2]國內高校針對卓越計劃制定了人才培養方案，進行了相關教學改革與研究。天津大學孟昭鵬教授指導學生在對國外成功案例分析基礎上，構建了基于卓越工程師培養的產學研合作教育的新模式。寧波工程學院，傅越千副教授對電類應用型卓越工程師培養途徑進行了研究。[3]山東大學王勇教師發表文章對培養機械專業卓越工程師進行探討。[4]重慶交通大學林軍志老師，對“卓越工程師教育培養計劃”下的工程地質課程教學改革進行了研究。[5]湖南工程學院康穎安對“卓越工程師”培養目標下的理論力學教學改革進行了研究。[6]

作為地方應用型高校應緊抓機遇，積極籌備卓越計劃人才培養工作，淮陰工學院機械學院和生化學院順利獲批教育部第二批卓越計劃試點專業，電工電子類課程作為機械、生化、交通等工科專業基礎課程，包括“電工基礎”、“電工電子技術”、“電工電子實習”、“電工實習”課程，是高等院校工科非電類專業必修課程和部分文科專業的選修課程，在教學培養體系中占有重要地位，卓越計劃強調按照行業標準培養工程應用型人才，因此基于卓越計劃的專業基礎課程改革具有重要的實踐價值。[7]

一、明確培養目標，優化教學內容

本校基于卓越計劃人才培養要求，成立電工電子課程組，組織授課教師、專業教師、聘請企業工程師，根據課程特點、專業特色，以企業需求為導向，制定課程教學大綱，根據學校總體人才培養方案要求，組織教師主編或參編卓越計劃電工電子學教材，在授課內容上體現專業特色，根據專業特點要求分配學時學分。

化學工程與工藝，食品科學與工程、交通工程、物流工程、交通運輸、車輛工程、汽車服務工程、環境工程、制藥工程、生物工程、金屬材料工程專業，開設“電工電子技術2”，48學時，包含8學時實驗。使用高等教育出版社秀主編《電工電子學》教材，授課內容為教材前五章內容，主要包括電路和電路元件、電路分析基礎、分立元件基本電路、數字集成電路、集成運算放大器。信息與計算科學專業、信息技術方向開設“電子技術基礎”，56學時，包括8學時實驗，采用秦曾煌主編的《電工學》（下冊）為教材。

計算機科學與技術專業，包括軟件工程方向、網絡工程方向，分為上下兩個學期授課，第一學期開設電工部分，命名為“電工基礎”，40學時，其中含有8學時實驗，第二學期開設電子部分，命名為“電子技術基礎”，56學時，包含16學時實驗。車輛工程、材料成型及控制工程，分為兩個學期授課，第一學期開設電工部分，命名為“電工電子技術1”（上），40學時，6學時實驗，第二學期開設電子部分，命名為“電工電子技術1（下）”，40學時，4學時實驗。機械設計制造及其自動化專業，分為兩個學期授課，第一學期開設電工部分，命名為“電工基礎”，40學時，8學時實驗，第二學期開設電子部分，命名“電子技術基礎”，80學時，12學時實驗，采用秦曾煌主編的《電工學》（上下冊）為教材。

二、成立課程組，創新教學方法

高水平師資隊伍建設是培養創新應用型人才的根本，學院非常重視電工電子技術課程教師隊伍的建設，成立課程組，創造條件豐富校內專任教師的工程實踐經驗。構建了相對穩定的教學團隊，職稱結構合理，教師通過互相聽課，取長補短。在教學考核中總體成績優秀，教學方法得當，教學手段先進，在校青年教師教學大獎賽中，多位教師獲獎。

1.教學中引入多媒體、仿真軟件網絡技術

課程組組織教師完成多媒體課件制作，在教學中引入MATLAB、MULTISIM等仿真軟件，以虛擬+實物的方式提高教學效果，利用多媒體技術，借助生動的圖像、形象的動畫，增強學生對基本原理、基本概念和基礎知識的理解。

2.采用項目驅動和案例教學方法

教師采用“項目驅動”教學方式，創新教學方法，以“項目”為形式，“成果”為目標，采取團隊合作的方式，指導學生完成與教學內容密切相關的大作業。項目的創意、方案的設計、項目的實施及最終的評價，都由學生自己負責，教師只起咨詢、指導與解答疑難問題的作用。學生通過該項目的進行，學習和掌握每一環節的基本知識和了解所需的必備能力。案例教學可以為學生提供一個逼真的具體實例，使學生有了理論結合實際、鍛煉和提高自己獨立思考能力的機會，團隊式討論所特有的課堂氣氛能充分調動學生的學習積極性。選擇和設計適當的工程案例是保證案例教學成功的前提和基礎，要求教師結合專業背景選擇合適的工程案例，例如機械專業選擇數控機床電機控制案例；交通工程可以引入交通信號燈設計案例；車輛工程專業可以引入簡單的汽車電子電路設計、故障診斷案例。通過案例分析和研究，強化對學生的綜合設計訓練，培養其工程應用能力。

三、實踐環節教學改革

1.采用開放實驗教學系統，增加選做實驗項目

教師登陸實驗中心，利用開放實驗教學系統實驗項目和實驗時間，學生登陸系統，根據課程總體安排情況、專業背景、興趣，網上預約實驗時間、選做實驗項目、選擇指導教師，打破了傳統的整班預約模式，克服了教師統一安排實驗時間從而出現課程沖突等問題，最大限度地提高了實驗資源的利用率和學生的學習效率。

2.發揮仿真軟件作用，做到虛實結合

學生登陸遠程虛擬實驗教學系統，瀏覽虛擬實驗指導書，據此完成電工電子課程的實驗線路的搭建、儀器儀表的選擇，得出仿真結果，網上提交實驗報告，也可以與教師在線交流，設置留言板塊，教師及時解答學生提出的問題，通過虛擬實驗教學系統，完成實驗的預習，將虛擬仿真實驗技術與動手操作實驗相結合，做到虛實結合、虛實互動。既提高了學習興趣，又可以節省實驗時間，提高了學生的自學能力、計算機應用能力、獨立思考能力、實踐動手能力。有利于順利地完成實際實驗，解決實驗學時短與實驗教學內容多的矛盾，促進電工電子實驗課程教學質量和教學水平的全面提高。

3.優化實踐教學內容，完善考核方式

課程組按照卓越計劃培養應用型人才培養定位，制定了符合各專業人才培養目標的實驗教學大綱，編制相應的實驗指導書，在確保實驗教學質量的同時，增加提高型（綜合性、設計性、應用性等）、研究創新型實驗的比例。請企業工程師參與指導電工電子類實習，實習內容與企業緊密相關，例如車輛專業電工電子課程設計項目可以考慮汽車電子電路設計。實驗考核既是檢查學生對知識掌握情況的有效工具，又是評估教師教學水平的重要手段。教師把抽查課程實驗項目作為對學生的考核內容，從實驗操作、實驗結果、數據分析幾個方面，綜合給出考核成績，納入學生平時成績，計入期末考試總分。

四、教學質量監控措施

教學質量是高校教育教學能力和教學水平的根本標志，加強教學質量監控，是推動電工電子課程的建設和改革，保證教學質量的有力措施。

1.教學檢查制度

該制度覆蓋教學材料、課堂講授、作業批改、實驗實習實訓、輔導答疑、考試、閱卷、試卷分析、畢業設計、畢業論文等教學全過程。學校應建立教學質量檢查制度，定期公布教學檢查結果。

2.評教評學制度

學校應建立學生、教師、同行教學評教評學體系，通過學生評教、教師評學、督導同行評教及專業教學委員會考核，對教學、課程建設和教研工作做出合理的評價。

3.學生跟蹤調查制度

由學工辦向往屆畢業生、高年級在校生了解教學內容與企業需求及后續課程的緊密程度，學校根據反饋的信息及時調整教學內容并進行教學改革。

五、結束語

通過優化教學內容、創新教學方法和實踐環節的改革，最大限度調動了學生學習積極性，使學生的實踐能力、工程應用能力得到很大提高，通過一系列監控措施，保證教學質量，推動教學改革順利進行。

參考文獻：

[1]周英.落實卓越工程師教育培養計劃大力培養工程科技創新人才[J].中國大學教學，2011，（8），11-13.

[2]葉樹江，吳彪，李丹.論“卓越計劃”工程應用型人才的培養模式[J].黑龍江高教研究，2011，（4），110-112.

[3]傅越千，樓建明.電類應用型卓越工程師培養途徑的研究[J].寧波工程學院學報，2010，22（4），67-71.

[4]王勇，李劍峰.培養機械專業卓越工程師的探討[J].現代制造技術與裝備，2010，（6）：69-70.

[5]林軍志，莫麗華.“卓越工程師教育培養計劃”下的工程地質課程教學改革探討[J].科技咨詢2011，（4）：99-100.