数字集成电路分析与设计范文

导语：如何才能写好一篇数字集成电路分析与设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：数字集成电路；PSPICE；反相器

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）38-0033-02

引言：

伪逻辑数字电路是数字集成电路课程教学中的重要部分[1-4]。由于伪PMOS逻辑电路的分析极为复杂，其涉及到反馈电路、有比电路以及各个元件之间的相互影响，在教学的时候不易掌握。老师找不到很好的方法来进行教学，学生听起来也是摸不着头脑。PSPICE软件的引入为伪逻辑数字电路的讲解提供了一个极为有效的辅助手段，其能够给出清晰的物理图像，让学生对电路各个部分的瞬态特性、中间态等特性有清楚的了解，从而帮助学生高效地进行电路的学习。

一、数字集成电路的PSPICE模拟实例

本文以数字集成电路课程中的伪PMOS逻辑电路为例，介绍如何利用PSPICE软件建立相应的仿真电路，并进行静态和瞬态仿真，查看仿真波形，并对结果进行分析。

1.伪PMOS逻辑电路原理。伪PMOS技术构建的反相器逻辑电路如下图1（a）所示：

当输入信号Vin为高电平并且等于Vdd时，PMOS关断，NMOS管导通。此时在Vx和接地点之间存在一个直接通路，形成一个稳定的低电平输出。相反，当输入电压为低电平（0V）的时候，NMOS和PMOS导通都导通。在Vdd和Vx之间存在一个电压分压，产生了一个高电平的输出电压。这个电路具有反向逻辑的功能。和CMOS逻辑不同，伪PMOS逻辑只有上拉网络，没有下拉网络。这样可以减少使用晶体管的数量。

2.电路原理图绘制。PSPICE软件使用Capture CIS进行电路原理图的绘制。Capture CIS窗口截图如图2所示。

在Capture CIS的窗口自上而下分别为菜单栏、仿真栏和原理图编辑窗口，窗口的右侧是电路元件选择栏；其中各个元器件调用时通过点击电路元件选择栏里的Place Part按钮来实现。在Place Part打开元器件库以后，可以手动添加各种不同的电子元件。各大电子元器件公司都提供了支持PSPICE的元件库，可以到各大电子元器件公司的主页上下载。

二、数字集成电路的PSPICE模拟实例

1.伪PMOS逻辑的电压传输特性。本文采用0.25微米工艺参数进行器件模拟。根据工艺参数的要求，在普通数字集成电路的设计中，NMOS一般做最小尺寸设计，也就是NMOS沟道长度Ln=0.25微米，最小沟道宽度Wn一般为最小沟道长度的1.5倍，所以最小沟道宽度Wn=0.375微米。PMOS沟道长度一般也为工艺最小值Lp=0.25微米，这样进行伪PMOS反相器设计的时候，只需要调整PMOS沟道的宽度Wp的大小，这样设计变量大大减小，降低了设计的复杂度。

图3是对伪PMOS逻辑反相器的电压传输特性仿真。图3中标记a、b、c分别对应于PMOS沟道宽度Wp为1.125微米、2.5微米、3.625微米。从图中可以看到：当PMOS沟道宽度Wp小于2.5微米时，输出高电平迅速下降。

可以看到一个伪PMOS逻辑电路存在高电平达不到Vdd的问题。经过多级逻辑的串联，输出高电平信号将逐渐降低。这会导致芯片内部逻辑错误的出现，是不允许出现的。因而必须在两个伪PMOS逻辑电路之间插入一个CMOS反相器来进行电平信号再生。但是也引入了静态功耗和噪声容限降低的问题。

2.伪PMOS反相器的瞬态仿真。图4的瞬态响应表示一个PMOS正在对输出电容充电。假设节点X开始为0V。我们观察到输出开始时充电很快，但在瞬态过程快结束时却很慢。图4中标记a、b、c的曲线分别对应于PMOS沟道宽度Wp为0.75微米、1.125微米、1.875微米。从图中可以看到，随着晶体管尺寸的减少，晶体管等效电阻增加，从而导致X节点的输出高电平迅速降低，这容易导致逻辑错误的出现。

3.伪PMOS反相器的电平拉升。解决电压下降的方法是使用电平拉升电路（图1b部分电路），这是把一个PMOS（Mr）连入反馈电路中。PMOS器件的栅极连接到反相器的输出端，他的漏极连接反相器的输入端，而源极和电源Vdd相连接。假设节点X为0V。如果输入Vin从Vdd翻转到0，Mp只将节点X充电到比阈值电压Vm高的电压水平。然而这足以把反相器的输出切换到低电平，使得反馈器件Mr导通，从而使得节点X和电源Vdd连接。这就大大降低了反相器中的静态功耗。

这在图5中得到证实，图中显示了Mn尺寸固定瞬态响应随着Mr尺寸变化的情况。上半部分是输入梯形信号Vin的波形图，下半部分是输出信号Vx的波形图。图5中标记a、b、c的曲线分别对应于Mr沟道宽度Wp为0.75微米、1.125微米、1.875微米。通过对不同Mr沟道宽度的伪PMOS反相器瞬态特性分析，可以找到最合适的工艺尺寸。从图中可以看到，当Mr的宽度大于1.125微米的时候，下拉Mn无法有效地将电平拉下来，从而节点X的电平被锁定在一个中间电平值，从而导致逻辑错误。

三、结语

本文介绍了PSPICE软件在数字电路教学中的应用。在Capture CIS中建立了伪逻辑反相器电路，并利用PSPICE软件分析了PMOS沟道宽度对电压传输特性和延迟特性的影响，展示了PSPICE软件的强大功能。

本人在数字集成电路的教学中引入了PSPICE软件以后，效果非常显著。学生上课的积极性高涨，教学效果大大提高。

参考文献：

[1]JanM Rabaey，等.数字集成电路[M].第二版.周润德，等，译.北京：电子工业出版社，2010.

[2]Sung-Mo Kang，等.CMOS数字集成电路[M].北京：电子工业出版社，2015.

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关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索

作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）

基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02

1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。

在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。

一、集成电路设计本科教学存在的主要问题

在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。

首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。

其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着IC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计EDA工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进EDA工具的使用，很多EDA公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进IC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种EDA软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]

再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。

二、改革措施

鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。

1.增加实验教学量

现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。

在本科阶段就教会学生使用各种常用EDA软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。

2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导

“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。

对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。

3.增加就业相关基础知识含量

从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。

另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。

三、结论

集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代IC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。

参考文献：

[1]王为庆.高职高专《Protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).

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关键词：EWB；电子电路仿真设计

1 软件的性能和特点

(1)采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。

(2)软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

(3)EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

(4)作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

(5)EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

2 软件的操作说明

2.1 元件与信号源

EWB软件的工作界面具备美观大方、简捷明了的特点。在基本工作区上方有菜单栏、工具栏、元件库栏。从菜单栏可以选择所需的各种命令，从元件库栏中根据图标选择所需要的的元件或仪表，使用鼠标拖放操作安放元器件到工作平台，完成实验电路连接。选中虚拟仪器图标，通过使用鼠标拖放操作，可以安放仪器仪表，设置好仪器仪表的参数后，按下仿真开关控制电路的运行与停止，即可观察测试结果，在基本工作区下方是电路描述窗口，可根据需要输入有关电路的介绍或说明。

EWB提供了丰富的元器件库，根据不同类型可分成：信号源和电源库，基本元件库、二极管库、三极管库、模拟集成电路库、数字集成电路库、逻辑门电路库、数字触发器库、指示器件库、控制器件库、杂元件库和自定义库。

在设计电路时，设计人员根据需要从该库中进行查找与选取元器件，对选中的元件用鼠标左键将其拖放到电子平台工作区，同时可利用旋转、平翻、直翻调整元件方向。为了使电路便于连线，图形整齐，还可以通过鼠标操作对元件进行移动、复制与删除。为了使电路连接简单明了，还可以将一些常用电路定为子电路，子电路相当于用户自己定义的小型模块电路，存放在自己定义的元件图标库里，供以后反复调用。

2.2 虚拟仪器仪表的使用

EWB提供七种虚拟仪器，每种只有一台，在电路设计中，每种仪器只可使用一次，这是其软件设计的局限性，而目前其升级版本Multisim已将虚拟仪器增加到11个，而且同一种仪器可以多次取用。

模拟仪器仪表主要包括万用表、函数发生器、示波器、波特图仪(扫频仪)以及电压表、电流表，数字仪器仪表包括数字发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器。这些仪器仪表(除波特图仪)，在接入电路后，开启仿真开关，若改变电路的测试点，则显示的数据和波形也会相应变化，而不用重新启动电路。EWB的虚拟测试设备能提供快捷简单的分析，主要包括直接工作点，瞬态，交流频率扫描，付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、交流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具，可以在线显示图形并具有很大的灵活性。

3 软件在广播电视技术工作中的实际应用

3.1 在广播电视技术培训工作中的应用

EWB软件是一款优秀的EAD软件，推出后得到了社会各界的好评。尤其是在教育领域取得了巨大的成功，许多院校把EWB作为电子类专业课教学和实验的各种辅助手段，最大限度的满足了广大学生和工程技术人员的迫切需求。针对软件的这种特殊效能，近年来在广播电视技术领域中，EWB也同样得到了普遍应用，尤其是许多单位把EWB 软件应用在了技术队伍培训工作中收效显著。广播电视高新技术的快速发展，对广播电视技术从业人员的整体素质提出了更高要求，需要广泛开展技术培训工作，但是在职教育和在校学习有着很大的差别，资金、场地、设备、设施等诸多因素制约了技术培训工作的良性发展，EWB软件的应用不仅较好的解决了这一问题，而且体现了三个优越特点：(1)节约资金、高质高效；(2)功能强大、直观形象；(3)操作简便、方便普及。许多单位还把EWB软件应用在了广播电视技术能手竞赛中，更是得到了意想不到的效果。通过对软件的应用不仅克服了客观条件给技术竞赛多形式、多层面开展带来的制约，同时也可以全面的考查参赛选手的实践技能，为展示技术人员的综合技术水平搭建了最佳平台。

3.2 利用EWB软件进行电子电路仿真设计

EWB的优越性能为激发广大技术人员的潜在智能提供了广阔空间。利用EWB可以设计简单、复杂、模拟、数字等各式电路。这为广大技术人员开展技术改造、技术革新工作提供了非常实用的工具。尤其是广播电视发射设备的固态化、数字化、自动化的发展方向，使计算机辅助设计、测量、维护等在广播电视技术领域得到广泛的应用，EWB软件的出色性能表现，也得到了广大技术人员的青睐。下面仅以双音报警器电路的仿真实验为例，向大家简单介绍其电路设计与分析。首先设计电路原理图(见图1)并根据电路需要选择所需元件参数。

图1

用鼠标将元件、仪器拖到电子工作平台，根据电路原理图调整元件，仪器布局，并设定元件标值，调整仪器设置的选项，按通仿真开关，即可进行仿真实验，如果电路设计、连接正确，此时扬声器应该发出“滴、嘟、滴、嘟”…..的双声音，用示波器观察IC1、IC2的输出波形，应该是频率不同的两个方波(见图2)，可通过打印机打印出来，进行实际电路的组装。

图2

此电路原理主要是应用555时基电路组成两个多谐振荡器，用IC1输出的方波信号通过R5去控制IC2的5脚电平，当IC1输出高电平时，IC2的振荡频率低，当IC1输出低电平时，IC2的振荡频率高，因此IC2的振荡频率被IC1的输出电压调制为两种音频频率，所以扬声器发出双音声响。此电路可应用在发射台铁塔匹配间防盗报警，也可在改进后应用于水箱上水报警等其他方面。

参考文献

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1、两个重点

任何一种逻辑功能都可以设计出一种相应的逻辑电路，从这个意义上讲，数字电路是不可胜数的。教学的重点是教会学生学习方法，而不是死记硬背书本内容。就本课程而言，只要能够根据需要设计出符合要求的逻辑电路，也能分析出任何一种给定逻辑电路所具有的逻辑功能即可。因此，组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析方法和设计方法是本课程的核心内容。

2、三个基础

为更好地学习后续专业课程和从事工程技术工作，数字电子技术在教学实践中必须强化理解和掌握数制和码制、逻辑代数基础、半导体数字集成电路的工作原理和特性、组合逻辑电路和时序逻辑电路分析方法和设计方法等基本原理、基本理论和基础知识。

二、教学方法实现“三个基于”

2.1基于问题的教学

美国教育家苏娜丹戴克曾说过：“告诉我，我会忘记，做给我看，我会记住，让我参加，我就会完全理解。”在教学实践中，就要打破“以知识为本位，以灌输为特征”的传统教学模式，采取以学生为中心的问题导向型教学方法。教师通过实例、设疑、示错等方法导入需要讲解的问题，而分析问题和解决问题两个关键环节则由教师引导学生来完成。学生通过思考、查阅资料、讨论等方式寻求解决问题的方案，教师最后结合问题系统讲授知识点，使学生对相关知识点有更加深入地理解。同时，学生的成就感、自信心倍增，学习主动性更强，从而达到良性循环的效果。通过引导、启发，学生自己搭建出具有记忆功能的电路—触发器。

2.2基于项目的教学

基于项目的教学强调的是以学生为中心,强调小组合作学习,教师引导发现。实施步骤分为选定项目、制定计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价等六个基本步骤。结合本课程，就是在课程开始阶段,以任务书的形式给学生下发一些与课程内容结合紧密的、适合学生研究的课题，如电子抢答器、数字电子钟、交通灯控制器、出组车计价器等，学生自由选题、自主组合，通过课程的学习、查阅相关资料以及与教师的交流讨论，利用软件仿真或硬件焊接制作出课题作品，期末提交研究成果和设计报告，并进行专题汇报，研究成果作为评定平时成绩的重要依据。

2.3基于资源的教学

基于资源的教学是以学习者的学习活动为中心的教育教学模式，其主要特征是灵活性和自主性。此模式的教学目标是以教会学生学习为主，而不是以传授知识为主。也就是说，通过基于资源的教学，学生应该学会确定学习目标，学会查找的资源的手段和方法，学会如何做读书笔记，学会评价信息，学会与他人合作交流，学会评价自己的学习进展，学会反映学习过程和成果。目前，校园网、互联网上数字电子技术课程资源较多。通过基于资源的教学，学会查找资源、利用资源，不仅可以克服课堂教学的时空限制，更为开展研究性学习提供了广阔的平台。

三、结束语

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关键词：实验教学改革；电子技术；Multisim

中图分类号：TP319 文献标识码：A

1引言

电子技术是工科电子类专业和计算机专业的专业基础课，教学质量的优劣直接影响到该专业后续课程的学习。该课程分为模拟与数字两部分，在教学中有相当难度。一方面由于这门课的内容广泛，涉及了众多的原理电路和应用电路，学生在学习中需要很长时间来消化；另一方面由于电子技术的实践性较强，必须用大量的实验来辅助和加深理论学习。

为解决第一方面的问题，近年来许多高校在电子课程的教学中应用了多媒体技术，并且形成一种趋势，各校多媒体教学课件的水平也在不断提高。使用多媒体课件不仅可以节省大量板书电路图的时间，而且动画的适当应用也使得教学内容更加生动形象，这对于学生理解理论知识有很大的帮助，课堂教学取得了不错的效果。但对于第二方面，限于实验学时的分配与实验室硬件资源的配置，一直没有很好的解决办法。

以往的电子实验教学方法是在课堂教学后进入实验室对若干个电路进行验证，由于实验室不可能同时容纳所有学生，大部分学生要等待较长的时间才能对所学电路进行实验，在等待的过程中容易产生理论与实验相脱节的现象。即使有少数学生能够在课堂学习之后马上进入实验室，刚刚从课堂听来的知识也还没能全面系统地吸收消化，仍然处于一种似懂非懂的状态中，面对实验设备无从下手，实验的效果并不好。

其次，大多数电子技术实验室都存在严重的元器件品种和数量不足，以及实验仪器、电路板陈旧老化的问题。受到这些硬件条件的影响，电子实验开设的学时较少，实验内容局限在一定范围内并且多属验证性实验。而电子技术这门课的要求是学生能够熟悉大量的原理电路并对简单的应用电路具有分析和设计能力，教学资源与教学目标两者之间形成巨大的落差。学生只能在有限的条件下进行指定的实验项目，不能充分展开设计思想，大量的电路也不可能在有限的实验学时中一一进行验证，这在很大程度上影响了学生的学习效果和学习热情。许多教师曾经抱怨学生对实验环节不够重视，我认为这种现象实在不能归咎于学生。

在这种情况下，教师可以尽量开辟渠道，使学生接触更新颖的实验方法，在有限的学时内提高实验的效率，同时提高学生的分析与设计能力。在实验教学中使用电子线路设计和仿真软件Multisim就是一种很好的尝试。

2仿真软件Multisim

EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies公司(简称IIT公司)推出的专门用于电子线路设计和仿真的工具软件。20世纪80年代推出的EWB 5.0版本，以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，于20世纪90年代在我国得到迅速推广，受到电子行业技术人员的青睐。跨入21世纪初，IIT公司在保留原版本优点的基础上，增加了更多功能，特别是改进了EWB 5.0软件虚拟仪器调用有数量限制的缺陷，推出了EWB 6.0版本，并取名Multisim，意为多重仿真或万能仿真，也就是Multisim 2001版本，2003年又升级为Multisim 7.0版本。Multisim 7.0功能相当强大，它有十分丰富的电子元器件库，可供用户调用组建仿真电路进行实验；它提供18种基本分析方法，可供用户对电子电路进行各种性能分析；它还有多达17台虚拟仪器仪表和一个实时测量探针，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。Multisim 7.0已经相当成熟和稳定，是IIT公司在电子仿真软件领域中的一个里程碑。以后IIT公司又相继推出Multisim 8.0、8.3.30等版本，2005年以后，加拿大IIT公司已经隶属于美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI公司)。美国NI公司于2006年初首次推出Multisim 9.0版本，该版本的界面、元件调用方式、搭建电路、虚拟仿真、电路基本分析方法等还是沿袭了之前各版本的优良传统，软件的内容和功能又取得很大进步。比如元件工具条中增加了单片机和先进的三维设备。另外，Multisim 9.0基本界面右边的虚拟仪器工具条下方增加了4台LabVIEW采样仪器，分别是麦克风、播放器、信号发生器和信号分析仪。2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim 10版本。

Multisim操作界面如下图所示，面对显示器如同在实验室面对着一个左面放着器件、右面放着仪表、中间放着实验面包板的工作台，常用元器件库有信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL数字集成电路库、CMOS数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件库、射频器件库、机电器件库等，可供用户调用组建电路进行实验；仪器仪表栏依次为数字万用表、函数发生器、瓦特表、双通道示波器、四通道示波器、波特图仪、频率计、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、IV分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器等，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。在仿真―分析菜单下，Multisim提供的基本分析功能如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、失真分析、噪声分析、直流扫描分析、参数扫描分析等等，可供用户对电子电路进行各种性能分析；不仅如此，Multisim的交互式仿真功能，可以在仿真的同时通过键盘简单地改变交互式元件的参数，立即就可以得到相应的仿真结果。可以说，在计算机上运行Multisim，就如同走进一个设备先进功能完善的电子实验室。

3在电子实验教学中运用Multisim 仿真技术的方法和优势

Multisim可以实现仿真实验教学，在实验教学中引入Multisim等仿真技术既是教学内容与手段改革的必然趋势，也是学科建设和发展的迫切需要，但决不能忽视了硬件实验的重要性。只有在教学中将现代化手段与传统模式相结合，才可以帮助学生更快更好地掌握知识，进一步培养和提高学生综合实验和创新的能力。在电子实验教学中运用Multisim仿真技术的方法是让学生在正式实验之前，先在Multisim上模拟实验，然后再在真实实验设备上进行。这样既可以弥补学生实验学时的不足，又可以提高实验效果，对于培养学生的综合实践能力也是非常有益的。与传统的电子实验相比，这种方法具有如下优势。

(1) 经济优势

有些实验设备昂贵，特别是较为先进的实验设备，需

要很大的资金投入，而且平时维护的工作量也比较大。Multisim仿真软件功能强大、动态逼真，它提供的最坏情况分析、温度扫描分析、噪声分析等功能是一般电子实验所不具备的。同时，使用Multisim在计算机上建立虚拟电子电路实验平台，实验中不会消耗元器件，弥补了传统实验元器件损耗大的缺陷，并省去大量的实验准备时间，降低了实验成本。更为重要的是仿真实验的引入突破了时间和空间的限制，使实验场地不再局限于传统意义的实验室，所有配备电脑的教室甚至学生寝室都可以用来进行实验，实现一机多用，一室多用，大大提高了实验设施的利用率。

(2) 提高实验学习效率

利用Multisim软件进行电子技术仿真实验，实验过程非常接近实际操作的效果。学生在这个虚拟的电子实验平台上练习之后，一些注意事项、实验原理、仪器使用方法等已经基本掌握，再到实验室进行实验时就可以很好地避免盲目操作，实验效率大大提高。使用Multisim仿真软件可以方便地建立各种所需电路，快速准确地对电路进行仿真分析。与传统实验过程相比较，节省了实际元器件安装调测的过程。而且Multisim能够进行交互式仿真，学生在实验过程中可以不断修改电路，同时观察仿真结果，发现错误可以立即更正，调试方便，不必重新搭建电路。

(3) 有助于学生创新能力的培养

在Multisim这个虚拟的电子实验平台上，学生可以根据兴趣自己选择实验内容，自行设计实验方案，自主地进行电路分析和设计；实验项目不再局限于实验教材，设计性实验的比例提高了，综合性、研究型实验逐渐进入学习范围。这种方式激发了学生自主学习的积极性，拓展了学生的思维发展空间，培养和提高了学生的综合实验能力。学生在进行仿真实验的过程中会遇到问题、分析问题、解决问题，最终积累经验，这就是一个自我学习的过程。学生有独立思考、自主探索的时间和空间，可以使学生深刻地掌握原理运用知识，还可以帮助他们把各个分离的知识点组合为一个整体。学生的独立思考能力、动手操作能力、分析问题能力、解决问题能力、创新能力也都会得到提高。

4结束语

在实验教学中使用电子线路设计和仿真软件Multisim，解决了学生理论学习与动手实验这两个环节之间的衔接问题；增加了实验的数量、扩展了实验的范围、加大了设计性实验的比例，能够引起学生的兴趣；同时可以在不增加硬件投入的情况下有效地缓解实验室资源的紧张。现今的工程设计人员在做设计时都是先用仿真软件模拟，然后再实践。因此以学生为起点，利用Multisim仿真软件做虚拟实验，使学生既掌握了一种新的电子电路设计软件，又掌握了一门新型的实验分析方法，在将来的就业竞争中具有一定的优势。

参考文献

[1] 华成英,童诗白. 模拟电子技术基础(第四版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[2] 韩力,吴海霞,齐春东. Electronics Workbench应用教程[M]. 北京:电子工业出版社,2006.

[3] 余群,舒华,陈新兵. MultiSim进行电子电路设计的教学研究[J]. 实验科学与技术,2007,(10).

Applied Multisim On Electronic Technology Experimental Teaching

篇6

关键词：数字电子技术 教学设计 教学系统 探讨

教学设计是根据教学对象和教学目标，确定合适的教学起点与终点，将教学诸要素有序、优化地安排，形成教学方案的过程。它是一门运用系统方法科学解决教学问题的学问，它以教学效果最优化为目的，以解决教学问题为宗旨。

“教学设计是一个系统化（systematic）规划教学系统的过程。教学系统本身是对资源和程序作出有利于学习的安排。任何组织机构，如果其目的旨在开发人的才能均可以被包括在教学系统中。”教学系统是由教师、学生、教学条件三个基本要素构成的，因此教学设计是一个系统化的过程，包括如何定位教学目标、如何进行任务分析、如何制定教学策略和正确选择教学媒体、如何编制教学评价标准等。具体来讲它主要包括教学内容、教学方法、教学策略、教学模式、教学媒体、教学评价等内容。传统的教学设计通常注重于教学过程的设计，具体体现为以教师为中心的教育模式，知识的传输方式是“教师学生”的单向传递方式，学生是被动的知识接受者，称为“以教学过程为中心的教学系统设计。”而现代教学设计吸收了先进的教育教学理念，教学过程围绕各个实际问题展开，这些问题可以由教师提出，也可以由学生提出，学生主动参与教学过程的各个环节，体现为既发挥教师主导作用又充分体现学生认知主体作用的“主导—主体”教育模式，既注意教又注重学，称为“以教学问题为中心的教学系统设计”。如何把现代教学设计的思想应用到《数字电子技术》课程教学中，本人在具体的教学过程中做了一些初步的探索和尝试。

1.教学内容的设计

教学内容的设计要突出高职教育特点，注重学生能力与综合素质的培养。

高职高专教育的培养目标是培养拥护党和国家的路线、方针、政策，适应我国经济社会发展需要，德、智、体、美全面发展，适应生产、建设、管理、服务第一线需求的高等技术应用型专门人才，它要求受教育者最终应“具备较快适应生产、建设、管理、服务第一线岗位需要的实际工作能力。”高职教育教学基本原则要求：“基本理论教学要以应用为目的，以必需、够用为度。”要“加强实践能力培养。”如何正确把握培养目标，根据培养需要从“广而博”的知识中选择、重构“少而精”的教学内容，是教学设计中首先要解决的问题。在新的教学模式下，学生的自学能力和应用知识能力的培养是一个关键问题。因此教学内容要围绕技术应用能力与素质培养这条主线来设计学生的知识、能力、素质结构，加强学生的专业技术应用能力与操作技能、综合实践能力的培养。改革过去单纯的只注重理论知识上的完整性、系统性和严密性，忽视理论知识的实用性和实践性的弊端，从应用的角度选择教学内容。强调针对性、实用性、和先进性，删除陈旧过时、偏多偏深而又不实用的内容。

1.1从课程的教学目标出发，选择教学内容，把握理论上的度。

《数字电子技术》是应用电子技术、电子设备运行与管理等电子类专业的主干技术基础课程，其教学目标是通过本课程的学习使学生掌握数字电子技术的基础知识、基本理论、基本分析和设计方法，训练学生数字应用电路制作与调试的基本技能；培养学生严谨的科学态度、科学思维方式以及创新意识和创新能力。为学习后续课程提供必要的理论基础知识和实践技能，为今后可能从事的职业打好基础。因此，基于本课程的教学目标和高职教育的培养目标，我们在教学内容的选择上突出了基本理论，基本分析方法和知识的应用，回避了繁锁的集成电路内部分析和数学推导。着重外部逻辑功能的描述、分析和应用。强调外特性和主要参数。如在逻辑门电路一章中，改变了以74标准系列门作为典型电路分析逻辑功能和电气特性的传统，改用实际工作中运用的较多的CT74S系列门和MOS系列门作为典型电路进行分析，进而介绍了CT74LS系列及CC4000系列，还对TTL集成门电路各系列的主要电气参数进行了比较，使学生对各系列TTL集成门电路的特性都有一定了解。同时，还将TTL系列和CC4000系列门电路的主要电气参数进行了对比，使学生能根据实际工作要求正确选用数字集成电路。在时序逻辑电路一章中，在介绍计数器、寄存器和移位寄存器基本电路工作原理的基础上，直接介绍中规模集成计数器、移位寄存器功能表和使用。而没有讨论它们的内部逻辑电路。对于组合逻辑电路等中规模集成电路也采用了类似的处理方法。这不断突出了中规模集成电路的应用，同时也为增加技能训练时间创造了有利条件。

1.2从培养能力出发，将理论教学与实践教学融为一体。

由于《数字电子技术》是一门应用性很强的技术基础课，其基本理论与实践技能是许多后续课程的基础，理论与实践的密切结合，在本门课程中显得尤为重要。因此，我们在各章都设置了相应的实践训练环节——技能训练。它包括基本性技能训练和设计性技能训练两部分。“基本性技能训练”所涉及的内容与课堂教学内容紧密相关，充分体现课程的实践性。“设计性技能训练”是根据给出的实际问题，由学生自己设计实现逻辑功能的电路、选用芯片、进行安装调试、排除故障。同时还设置了理论与实践综合课程——课程设计内容，将理论教学与实践教学紧密结合。通过理论课程的学习和实训课程的实践，使学生基本掌握电子技术基础知识和基本技能，再通过相应的课程设计将理论用于实践，将设计和实现融为一体，使学生在课程设计中即能提高运用所学知识进行设计的能力，又能在这一过程中体会到理论设计与实际实现中的距离。从工程角度出发培养学生的工程思维方法、工作方法和应用所学知识解决实际问题的能力。使能力培养贯穿于教学的全过程。

为了培养学生分析和排除故障的能力，在实验教学的进行过程中，教师主动与学生一起对实验中的问题进行分析，引导学生排除故障，使学生得到较为系统的故障诊断与排除的训练，从而提高学生解决实际问题的能力。

通过以上几种形式对教学内容的组合整编，使学生易学易懂，教师便于组织教学，有利于激发学生的学习积极性，培养学生的工程观念，训练学生工程实用技能。

2.教学方法的设计

教学方法的设计要体现高职高专学生的特点，调动学生学习主动性，激发学生创造性。

现代教学设计中，教学过程围绕学生的需求（问题）进行，学生从被动接受地位变为认识主体，成为知识的探索者。“解惑”成为教师的首要职责，“传道、授业”是第二位的，教师从知识传授者、讲解员转变为学生学习的指导者、帮助者、促进者、学习环境的创设者。要实现教师角色的根本转变，教师首先必须克服传统教育的思维定势和习惯心理的影响，改变过去教学过程习惯“三中心论”——即“以教师为中心，以教材为中心，以课堂为中心”的思想。根据学生多样化的需求开展教学，采用恰当的教学方法，重在培养学生对知识的广泛兴趣，激发他们的创造性。

教学改革的核心是教学方法的改革，教学方法要体现在整个课堂教学过程中。传统的教学模式过于强调教师的讲授，在一定程度上忽视了学生的积极参与，把学生头脑当成被动地接受知识的容器，严重的束缚了学生的个性和创造能力的发展，不利于培养学生知识迁移能力，难以适应未来社会发展的需要，为了改变这种状况，形成“以学生为主体，以教师为指导，以教学为主线”的新的教学模式，在教学方法上，基于高职高专学生底子薄、基础差、学习水平参差不齐的现状，我们力求避免单纯的注入式，改用启发式、讨论式、答辩式的教学方法。将课堂讲授、课内讨论、课外自学、技能训练等合理结合，把教学过程分为课题引入、设疑激学、讲练结合、精选例题、总结巩固等环节进行教学实践。

2.1由设计实例引入课题。

《数字电子技术》本身具有很强的实践性和应用性，因此在介绍一些重要章节前，列举一个设计实例，通过分析、设计、引入相关知识和理论。例如：在学习中规模集成组合逻辑电路一节时，先让学生用已学过的SSI组合电路的设计方法“设计一个三变量表决器，要求用与非门实现。”然后提出问题，“用SSI组合电路进行设计时，是以门作为电路的基本单元，我们能否用其它逻辑部件来实现这个电路的设计呢？”在给予学生一定的思考时间后，教师可以直接给出肯定的答案：“本节将要学习的内容中，译码器、数据选择器这两种中规模逻辑器件都可以完成上述电路的逻辑功能。如CT74ls138。”。同时画出相应的设计电路。这样学生的兴趣马上被调动起来，并产生疑问：什么是译码器、数据选择器？为什么它们也能实现上述电路设计？等等。在学习了译码器、数据选择器的原理及逻辑功能和用它们实现组合逻辑电路的方法后，学生的疑问终于得到解决。同时也使学生学会了采用多种方案实现同一逻辑要求的方法。提高了学生学习兴趣，调动了学生学习的主动性和创造性。

2.2采用任务驱动教学法

“任务驱动”是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法，这种教学方法主张教师将教学内容隐含在一个或几个任务中，以完成任务的过程作为教学活动的中心，在教师的指导下“引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列‘任务’，从而得到清晰的思路、方法和知识的脉络，在完成‘任务’的过程中，培养分析问题、解决问题的能力。例如，在讲到编码译码电路时，我们设计了一个任务：设计一个可供8名选手进行抢答的抢答器，该抢答器具有显示功能，即用数码管显示。并在教学前利用上界学生制作的抢答器进行课前演示，培养学生的学习兴趣，带着任务进行学习。

2.3精选例题，注重引导

在《数字电子技术》课程教学中，主张“精讲多练”的原则，“精讲”是指对重要的概念和原理及相关知识点要讲深、讲透。“多练”是指在解题思路和设计方法上要勤于练习，要学会创造性作业，学会一题多解。例如，在求出表达式时，可以有多种形式，可用多种电路来实现。为此，教师必须精选具有代表性并联系工程实际的综合性和设计性例题，在课堂上多讲设计思路和方法，少讲具体知识。引导学生由求同思维“为什么这样？”转向求异思维“不这样行吗？”、“还有没有更好方法？”。着重于培养学生的综合能力和创造能力。同时，在具体集成电路芯片的选择上，积极引导学生尽量利用身边现有芯片，从而培养学生对集成电路的应用能力。

2.4现场教学，讲练结合

将课堂讲授与技能训练合理结合，有些教学内容可以安排在实验、实训中进行。边讲边练，讲练结合。边讲边练，一方面，在实验教学中，教师把问题提出后，由学生进行设计，并在实验台上进行验证；另一方面，在介绍集成电路工作原理后，由学生对电路的功能及外部特性进行测试。练讲结合则是由学生根据集成电路的功能表对电路进行测试。而后由老师和学生对测试结果进行讨论，归纳总结，以加深对理论的理解。这样，将教学过程放在实验、实训中，有利于学生实现由感性到理性的自然过渡。在边学边练中更深刻地领会所学知识，在头脑中建立起理论与实际的联系，使学生逐步提高学习能力和实践技能。引导学生将基本理论、基本分析方法应用于解决实际问题。

3.教学媒体的设计及新技术手段的应用

教学媒体的设计及新技术手段的应用要注重现代与传统媒体的有机结合，提高课堂教学效果。

不同的教学媒体在传递教学信息时，其功能和作用是不同的，各种教学媒体都有其优势和不足，同一教学媒体在不同的教学环节中使用其效果也是不同的。研究表明，合理运用各种教学媒体，有利于调动学生多种感官对知识的感知，实现信息传递的多渠道化，从而加强学生对知识的感知度，提高学生对知识的吸收率。促进由知识向能力的转化。要取长补短，根据教学内容和教学目标科学选择和组合教学媒体，找准教学的最佳结合点，达到事办功倍的教学效果。

在教学中，利用先进的多媒体软件技术，精选适合于课堂教学的多媒体软件，根据教学内容和教学要求，制作了该课程的多媒体教学课件（即CAI），开展以CAI辅助教学。与传统板书教学相比，CAI教学无疑存在很多优势。同时，把仿真软件及演示动画也应用到现场教学中，使得教学内容更加充实。

通过CAI和仿真演示及演示动画，可将一些晦涩难懂，抽象枯燥，在传统教学中难以用语言表达，常规方法无法演示或不易演示、演示观察不清的现象模拟出来；能将现实中原本以动态，而在教材中只能静态描述的内容重新以动态的方式显现出来；能直观地观察电路的动作过程和元件状态变化的细节，精确做图，进行图解分析。并能方便地多次重复再现整个分析过程；能将大量的电路、图形、表格预先储存在计算机中，可以大大降低老师在课堂上的简单劳动时间。可以融视、听、说于一体。把声、形、光、色、情等安排在不同界面上进行组合流通，达到了抽象概念具体化。微观概念宏观化的良好效果。可以帮助教师在课堂上根据学生的反馈信息，快捷调出各类信息资料，进行现场分析和答疑，以人机对话方式，灵活方便地进行启发式教学。

参考文献：

[1]周忠 编 [M]《数字电子技术》 人民邮电出版社 2012.2.

[2]梁俊 编 《关于高职教育应用型人才培养的思考》[J]四川技术学院学报2005.2第1期 97.

[3]黄荣怀 宋文官 编《架设桥梁》高等职业教育现代教育技术的应用 [M]北京高等教育出版社 2005.1 11.

[4]周茜 徐亚宁 编 《电路分析基础》课程教学设计的创新与实践 [J]桂林电子工业学院学报2004.8第4期 115-116.

篇7

关键词 教学方法 项目教学 数字电路

中图分类号：G424 文献标识码：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

数字电路是机、电类专业学生的一门专业基础课程，具有很强的理论性、逻辑性和综合性。对打牢学生的理论基础，培养学生辩证思维，锻炼分析问题、解决问题的实践能力都具有很重要现实意义。

时代的发展对人才提出了新的更高的要求。老师台上讲、学生座下听、课上练习、课下作业，这种以单纯的知识传递为主要特征的传统教学模式早已不适应时代对人才培养的需求。

目前主要采用的模式是在这个框架上丰富各个环节，仍以课堂讲授为主，加入了多媒体、仿真演示等辅助教学手段。相比传统的“灌输式”，通过辅助手段的应用增加了学生对数字电路的感性认识，可以在一定程度上激发学生学习的热情和进行实践的愿望。但如果到此为止了，学生就只有望梅止渴了。如何让学生的求知热情持续下去，就需要一个平台，让学生体会到理论知识的用处，体验知识的运用方法，科研项目就是一个最容易找到的实践平台，学生通过参与科研活动，可以实现从听讲到动手，从被动的灌输到主动的吸取，从理论到实践，从分析问题到解决问题的跨越，把这种求知的热情在实践中升华，最终转化为对知识的驾驭能力。

1 项目教学法的理论基础

项目教学就是把科研活动引入教学，在教师的引导下，学生参与到科研项目实施工作，结合课堂知识，构成闭环教学。在理工科院校中，专业系、教研室都承担了许多的科研任务，对于机、电类的课题，其中的电路部分几乎是必不可少的。这些电路都具有实际的功能，从各个分立元件到小规模的单元电路，再到大规模的模块电路，都是把学生从课本的理论知识带到一个个实实在在的具体电路中。

项目教学法是以典型项目为平台，围绕课程体系和学生的知识结构，将项目分解成不同的阶段、不同的模块和不同的任务，从对元件的认识到基本电路的设计，从单一功能电路的调试到实用电路的制作，让学生在循序渐进的过程中加深对课堂知识的感性认识，运用所学的理论知识探索性地解决实际问题。

项目教学法的目的是把课程学习和动手实践结合起来，把练习作业和完成电路结合起来，由理性到感性，由被动到主动的一种闭环培养模式。课堂授课对学生是理论学习，知识积累，有所储备才能有所发挥。理论知识学得牢不牢，有什么用，通过动手实践就能得到验证和检验。一方面，如果掌握的知识得到很好的验证，会增强学生对课堂学习的认同感，另一方面，如果实践检验中遇到了难题，需要向书本、向老师求教，说明老师讲的是有用的，这会增加学生对课堂的向往感。通过自己动手实践，培养学生的动手能力，系统统筹能力，如何分析问题、解决问题的独立思考能力。由被告诉该怎么办到我知道还可以这么办，被动变主动，举一反三。课堂指导实践，实践推动课堂，课堂与实践形成一个闭环的教学模式，通过理论结合实践的教学，学生不仅培养了扎实的理论基础，而且灵活掌握了知识的运用技巧，积累了处理实际问题的经验。同时，通过协作。培养了学生的团队精神，有利于毕业后胜任工作岗位。

在具体实施环节，对项目的选择、任务的分割、成果的要求和展示以及教学效果的评估等需要合理的规划和资源配置，全过程的培养是搞好项目教学的关键。

2 项目教学的开展模式

2.1 项目设计

项目教学把以教为中心变为以学为中心，以课堂为中心变为以项目实践为中心。学生是教学的主体，培养能力是最终的目的。学生在数字电路课之前学习过电路基础、模拟电路等电路课程，具备一定的电路基础知识，但实际动手的经历还很少，在进行项目设计的时候，教师需要参照课程的知识要点、可能拓展的内容以及阶段的划分，对项目研究需要完成和解决的问题进行分类、分层、分割，使科研项目的研究需求与学生的实践需求相互融合。使学生在项目发展的带动下开展学习活动，根据课程的进度，由易到难，由简到繁，循序渐进地参与项目。

项目任务的选定是开展项目教学法的关键。首先，项目涉及的知识点很多，要以教学大纲的内容为基本依据，以拓展能力为基本目的，在项目众多的内容中选取相关的部分和题材。选择的项目内容既要涉及基础理论，又有动手实践的机会。让学生通过独立设计、制作一些项目中用到的典型、实用的数字电路，掌握数字电路的设计、仿真、制作、调试的一般方法，学会用电路手册查询芯片的方法，瞄准未来工作的需求，不断提高学生独立解决问题的能力。

2.2 项目教学的组织实施

数字电路课程，包含了数字电路的基础理论、典型电路等诸多的知识点。例如，在某项目的研究任务中涉及到声光控制灯的电路。从电路的功能分析，这是一个组合逻辑电路的问题，跟随这个项目进行这一课堂的研究开发，就给学生创造了一个整合所学电路知识、实际动手制作电路的机会。组合逻辑电路是数字电路中的一种基本类型，没有存储单元，逻辑上相对简单。学生在课堂上学习了组合逻辑电路的分析和设计，都有正想小试牛刀的热情，这时候安排这样一个任务，对于他们，正是施展的好机会。

对于声光灯控制电路的制作，课题涉及的知识点不多，都是课堂上讲授过的知识，难度适当，学生容易接收。但是，学生毕竟是第一次自己动手完成电路，教师需要对实施的步骤进行详细的规划，虽然是一个简单的课题，还是要在教师的引导下逐步开展，由浅入深，由易到难。

首先，从概念上明确要完成的是一个数字电路，从感性的层面找出与模拟电路的区别，了解数字电路的基本原理、基本类型，能够识别、掌握常见数字集成电路的正确用法。其次，要再次温习基本逻辑门电路的原理和功能，掌握TTL门电路和CMOS门电路的区别和测试，设计并搭建由基本门店里构成的简单功能电路，熟悉电路设计的方法和过程。完成了从书本到制作的过渡，开始进入正式的项目任务。第三步，根据任务的目的，设计电路实现的方案，计算电路参数并确定元器件的类型和指标。第四步，进行电路仿真和原理验证，修订后作出最终方案，设计、完成印刷电路板。第五步，收集电路所需的所有元件并检测元件是否完好，根据电路图完成电路各个元件的组装、焊接。第六步，对组装完成的电路板进行检查，利用所学组合逻辑电路分析的方法对各部的功能一一验证，根据任务的要求实施调试。第七步，撰写研究报告，全面回顾、总结完成任务过程中设计、制作的各个环节的思路、方案和过程，找出问题，明确收获。第八步，教师给出客观的评价，肯定成绩的同时指出存在的问题和解决的建议。

这样就完成了一次项目式教学。在这个过程中，教师的适当引导是非常必要的，由书本到电路板的跨越很重要。通过引导、过渡，对照实际的元件、电路，把课堂知识的重点加以巩固，并提纲挈领对各种知识的综合运用方法加以解释，使学生在“温故”之后更愿意“知新”。

在安排学生进入项目的时候，教师要介绍项目的总体情况、目的、意义，这些看似空洞的概述对学生却是极大的激励，当他知道自己所做的电路是整个系统不可缺少的环节，而整个系统又具有如此重大意义时，他的热情和严谨程度自然不言而喻了，带着这种使命感和成就感投入到项目式的学习中，那么学习的效果一定不会差。

通过参与项目，学生通过由面到点，再由点到面的过程学习，培养了运用理论知识解决实际具体问题的能力，使学生的学习积极性、主动性得到充分发挥。

3 项目教学法的教学评估

项目教学效果评估是一个重要的环节，在整个过程中，各个阶段都要进行总结评价，随时对出现的问题进行分析和排除。每一步任务完成后，都要及时开展学生自我评估和教师评价，阶段评估和整体评估相结合，让学生明确在各个环节的得失，便于学生及时总结经验。

学生完成项目的情况是考核其学习效果的重要指标，通过评价学生在任务实施过程中的综合表现，全面评估学生对数字电路课程知识要点的掌握和运用情况。评价应该包含多个层次、多个方面，从理论基础、基本概念、方案设计、动手制作，到工作态度，遇到问题的承压能力，再到过程中的交流能力、协作能力、团队精神和创新精神，都要作为评价的指标。

通过对过程和效果的评估，学生全面地总结在项目任务完成过程中的收获，对于学生，评价不仅是在课程的成绩，更是在项目层面的一种对其综合能力的认可。这种认可给了学生继续提高的渴望，使其对存在的不足加以认真思考、努力克服，对成功的经验加以认真总结。以更高的积极性进入下一阶段的项目教学。

4 总结

在数字电路教学中，项目教学是一种行之有效的方法。在学生参与项目研究的过程中，学生是处于一个系统的集成的综合知识体系中，站在这样一个全局的高度，对数字电路课程的知识结构、内容体系及其重要性有了更直接更深入的认识。完成的虽然只是一个小的任务，但与之关联的不仅是本学科的专业知识，还会涉及到相关学科领域的知识技能。这也对教师的知识水平、结构提出了更高的要求，对于教师，“教”也是在“学”，教师的参与使教—学之间由上下关系变为平行关系，学生在和老师一起工作，大大提高了学生参与的积极性。

通过项目式教学，课堂和实际联系在一起，理论和实践缩短了距离，培养了学生分析问题、解决问题及知识综合运用的能力，锻炼了心理素质，考验了耐心和细致，树立了团队协作的精神，为提高学生的综合素质奠定了基础。

参考文献

[1] 杨志忠.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2001.

篇8

关键词：卓越计划；电工电子类课程；教学改革

作者简介：王业琴（1980-），女，黑龙江肇东人，淮阴工学院电子与电气工程学院，讲师；陈亚娟（1967-），女，江苏泗阳人，淮阴工学院电子与电气工程学院，副教授。（江苏 淮安 223003）

基金项目：本文系淮阴工学院教学改革项目“基于实施卓越工程师教育培养计划的电工电子类课程教学改革研究与实践”（项目编号：JYC201106）的阶段性研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0063-02

2010年6月，教育部出台了“卓越工程师教育培养计划”，为我国高等工科院校教育教学改革指明了方向。[1，2]国内高校针对卓越计划制定了人才培养方案，进行了相关教学改革与研究。天津大学孟昭鹏教授指导学生在对国外成功案例分析基础上，构建了基于卓越工程师培养的产学研合作教育的新模式。宁波工程学院，傅越千副教授对电类应用型卓越工程师培养途径进行了研究。[3]山东大学王勇教师发表文章对培养机械专业卓越工程师进行探讨。[4]重庆交通大学林军志老师，对“卓越工程师教育培养计划”下的工程地质课程教学改革进行了研究。[5]湖南工程学院康颖安对“卓越工程师”培养目标下的理论力学教学改革进行了研究。[6]

作为地方应用型高校应紧抓机遇，积极筹备卓越计划人才培养工作，淮阴工学院机械学院和生化学院顺利获批教育部第二批卓越计划试点专业，电工电子类课程作为机械、生化、交通等工科专业基础课程，包括“电工基础”、“电工电子技术”、“电工电子实习”、“电工实习”课程，是高等院校工科非电类专业必修课程和部分文科专业的选修课程，在教学培养体系中占有重要地位，卓越计划强调按照行业标准培养工程应用型人才，因此基于卓越计划的专业基础课程改革具有重要的实践价值。[7]

一、明确培养目标，优化教学内容

本校基于卓越计划人才培养要求，成立电工电子课程组，组织授课教师、专业教师、聘请企业工程师，根据课程特点、专业特色，以企业需求为导向，制定课程教学大纲，根据学校总体人才培养方案要求，组织教师主编或参编卓越计划电工电子学教材，在授课内容上体现专业特色，根据专业特点要求分配学时学分。

化学工程与工艺，食品科学与工程、交通工程、物流工程、交通运输、车辆工程、汽车服务工程、环境工程、制药工程、生物工程、金属材料工程专业，开设“电工电子技术2”，48学时，包含8学时实验。使用高等教育出版社秀主编《电工电子学》教材，授课内容为教材前五章内容，主要包括电路和电路元件、电路分析基础、分立元件基本电路、数字集成电路、集成运算放大器。信息与计算科学专业、信息技术方向开设“电子技术基础”，56学时，包括8学时实验，采用秦曾煌主编的《电工学》（下册）为教材。

计算机科学与技术专业，包括软件工程方向、网络工程方向，分为上下两个学期授课，第一学期开设电工部分，命名为“电工基础”，40学时，其中含有8学时实验，第二学期开设电子部分，命名为“电子技术基础”，56学时，包含16学时实验。车辆工程、材料成型及控制工程，分为两个学期授课，第一学期开设电工部分，命名为“电工电子技术1”（上），40学时，6学时实验，第二学期开设电子部分，命名为“电工电子技术1（下）”，40学时，4学时实验。机械设计制造及其自动化专业，分为两个学期授课，第一学期开设电工部分，命名为“电工基础”，40学时，8学时实验，第二学期开设电子部分，命名“电子技术基础”，80学时，12学时实验，采用秦曾煌主编的《电工学》（上下册）为教材。

二、成立课程组，创新教学方法

高水平师资队伍建设是培养创新应用型人才的根本，学院非常重视电工电子技术课程教师队伍的建设，成立课程组，创造条件丰富校内专任教师的工程实践经验。构建了相对稳定的教学团队，职称结构合理，教师通过互相听课，取长补短。在教学考核中总体成绩优秀，教学方法得当，教学手段先进，在校青年教师教学大奖赛中，多位教师获奖。

1.教学中引入多媒体、仿真软件网络技术

课程组组织教师完成多媒体课件制作，在教学中引入MATLAB、MULTISIM等仿真软件，以虚拟+实物的方式提高教学效果，利用多媒体技术，借助生动的图像、形象的动画，增强学生对基本原理、基本概念和基础知识的理解。

2.采用项目驱动和案例教学方法

教师采用“项目驱动”教学方式，创新教学方法，以“项目”为形式，“成果”为目标，采取团队合作的方式，指导学生完成与教学内容密切相关的大作业。项目的创意、方案的设计、项目的实施及最终的评价，都由学生自己负责，教师只起咨询、指导与解答疑难问题的作用。学生通过该项目的进行，学习和掌握每一环节的基本知识和了解所需的必备能力。案例教学可以为学生提供一个逼真的具体实例，使学生有了理论结合实际、锻炼和提高自己独立思考能力的机会，团队式讨论所特有的课堂气氛能充分调动学生的学习积极性。选择和设计适当的工程案例是保证案例教学成功的前提和基础，要求教师结合专业背景选择合适的工程案例，例如机械专业选择数控机床电机控制案例；交通工程可以引入交通信号灯设计案例；车辆工程专业可以引入简单的汽车电子电路设计、故障诊断案例。通过案例分析和研究，强化对学生的综合设计训练，培养其工程应用能力。

三、实践环节教学改革

1.采用开放实验教学系统，增加选做实验项目

教师登陆实验中心，利用开放实验教学系统实验项目和实验时间，学生登陆系统，根据课程总体安排情况、专业背景、兴趣，网上预约实验时间、选做实验项目、选择指导教师，打破了传统的整班预约模式，克服了教师统一安排实验时间从而出现课程冲突等问题，最大限度地提高了实验资源的利用率和学生的学习效率。

2.发挥仿真软件作用，做到虚实结合

学生登陆远程虚拟实验教学系统，浏览虚拟实验指导书，据此完成电工电子课程的实验线路的搭建、仪器仪表的选择，得出仿真结果，网上提交实验报告，也可以与教师在线交流，设置留言板块，教师及时解答学生提出的问题，通过虚拟实验教学系统，完成实验的预习，将虚拟仿真实验技术与动手操作实验相结合，做到虚实结合、虚实互动。既提高了学习兴趣，又可以节省实验时间，提高了学生的自学能力、计算机应用能力、独立思考能力、实践动手能力。有利于顺利地完成实际实验，解决实验学时短与实验教学内容多的矛盾，促进电工电子实验课程教学质量和教学水平的全面提高。

3.优化实践教学内容，完善考核方式

课程组按照卓越计划培养应用型人才培养定位，制定了符合各专业人才培养目标的实验教学大纲，编制相应的实验指导书，在确保实验教学质量的同时，增加提高型（综合性、设计性、应用性等）、研究创新型实验的比例。请企业工程师参与指导电工电子类实习，实习内容与企业紧密相关，例如车辆专业电工电子课程设计项目可以考虑汽车电子电路设计。实验考核既是检查学生对知识掌握情况的有效工具，又是评估教师教学水平的重要手段。教师把抽查课程实验项目作为对学生的考核内容，从实验操作、实验结果、数据分析几个方面，综合给出考核成绩，纳入学生平时成绩，计入期末考试总分。

四、教学质量监控措施

教学质量是高校教育教学能力和教学水平的根本标志，加强教学质量监控，是推动电工电子课程的建设和改革，保证教学质量的有力措施。

1.教学检查制度

该制度覆盖教学材料、课堂讲授、作业批改、实验实习实训、辅导答疑、考试、阅卷、试卷分析、毕业设计、毕业论文等教学全过程。学校应建立教学质量检查制度，定期公布教学检查结果。

2.评教评学制度

学校应建立学生、教师、同行教学评教评学体系，通过学生评教、教师评学、督导同行评教及专业教学委员会考核，对教学、课程建设和教研工作做出合理的评价。

3.学生跟踪调查制度

由学工办向往届毕业生、高年级在校生了解教学内容与企业需求及后续课程的紧密程度，学校根据反馈的信息及时调整教学内容并进行教学改革。

五、结束语

通过优化教学内容、创新教学方法和实践环节的改革，最大限度调动了学生学习积极性，使学生的实践能力、工程应用能力得到很大提高，通过一系列监控措施，保证教学质量，推动教学改革顺利进行。

参考文献：

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