基于Multisim与项目驱动的数字逻辑实践教学模式探讨

基于Multisim与项目驱动的数字逻辑实践教学模式探讨

肖志勇　杨小玲　何火娇　殷华　华晶

“数字逻辑”是电子信息、计算机科学与技术和软件工程等学科的基础课程，同时也是一门实践性较强的课程。江西农业大学四个学院的相关专业都开设了该课程，同时也建设了相应的实验室。随着对全校范围实验设备进行统一管理改革的不断推进和传统“数字逻辑”课程实践教学模式越来越无法适应社会对现代人才的要求，本文提出了基于Multisim与项目驱动的“数字逻辑”实践教学模式。该模式将利用现代EDA仿真软件Multisim，并采用项目案例驱动教学法对“数字逻辑”课程实践教学进行改革，从而实现提高实验设备的使用率和培养学生的创新意识的目的。

一、项目驱动教学法

1．项目驱动教学法的原理

项目驱动教学法是建构主义学习理论的一种具体应用^［1］。项目驱动实践教学法就是让学生在一个典型项目的驱动下，展开实验活动，引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一个项目的设计，从而达到梳理知识脉络和锻炼设计思维的目的。在实施项目的过程中巩固知识、培养动手能力。站在学生的角度来说，项目驱动是一种相对自主的学习方法，它适用于学习各类实践性和操作性较强的知识和技能，可以帮助学生明确学习目标。

2．数字逻辑实践课程项目驱动教学模式的特点

(1)老师是项目实践环境的搭建者。在“数字逻辑”项目驱动教学模式中，老师主要负责为学生提供符合建构主义思想和实践教学要求的项目，并介绍相关工具的使用方法。实践教学中的所有项目基本来自于学生熟悉的现实应用。老师全面把握这些项目，包括项目可能涉及的问题和相应的处理经验和教学经验。在这种方式下，老师及时转换角色，不再是知识和理论的灌输者，而是一个实践环境的导向官。学生在实施项目时，老师进行一般引导，给学生提供一些获取信息的方法，如果个别学生遇到困难时，老师才进行单独辅导。

(2)学生是实践的主导者。在“数字逻辑”实践教学的实施过程中，学生成为主导者，自我设计精神将贯穿于整个实践活动中。学生在明确项目目标后将主动地学习教材上相关知识，上网查找资料，制定设计方案，再经过不断修改和完善，同时相互之间还时刻保持交流，直到项目结束，这就充分地调动了学生主动求知的欲望。设计项目完成之后，学生既掌握了知识、又提高了能力，更重要的是学生不仅亲身感受了认知的整个过程，也充分体验项目完成后的成就感，从而激发他们进一步学习的兴趣和积极性。老师在此过程中只要注意把握学生作为主导者的执行状态，既为大部分学生的独立思考留出充分的空间，又为遇到困难的学生提供必要的指导，鼓励他们自我学习、相互学习。

3．数字逻辑实践课程实施项目驱动教学的可行性

(1)“数字逻辑”是一门相对综合性不强的基础课程。“数字逻辑”课程主要涉及组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路是由与门、或门和非门等门电路组合形成的逻辑电路；时序逻辑电路是由触发器和门电路组成的具有记忆能力的逻辑电路。相对其他课程，“数字逻辑”的大部分概念还是比较容易理解，只要有合适的表现形式，学生还是能轻松地掌握课程中的逻辑知识。

(2)丰富的网络教学资源。江西农业大学软件学院已经建设了“数字逻辑”精品课程网站，网站内容包括课程介绍、教案、视频课件、习题、在线考试和论坛等，学生可以通过网络自主地进行学习。在实施项目过程中，学生可以随时通过网站查找相关知识和问题的解决方法。

(3)雄厚的师资力量。为了实施项目驱动教学法，江西农业大学软件学院整合了相关学院的骨干老师，组建一支由教授带头、老中青梯队式教师队伍，这支队伍能教学、能科研，能开发，同时队伍还开展了校企合作、各种技术交流，以及经常性的教研和科研活动，以不断提高这些老师的教学、科研和实际开发能力。另外，软件学院北京基地还聘请了一些著名IT企业的高级专家为兼职教师，内外教师的互动，不仅为课程实践教学增添了活力，也极大地加强了老师面向应用的总体实力。

二、Multisim是现代实验辅助教学的重要EDA仿真软件之一

1．EDA技术与Multisim简介

EDA(Electronic Design Automation的简称)技术已经在数字系统设计领域得到广泛应用^［2］。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、电子系统设计的主要技术手段。美国国家仪器公司的Multisim软件就是一个很好的EDA工具^［3］。它是以Windows为基础的仿真工具，适用于各种模拟/数字电路的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真再现出来，极大地提高了学生的学习热情和积极性，真正地做到了变被动学习为主动学习。(www.xing528.com)

2．Multisim仿真实验在实践教学中的优势

(1)高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源。该仿真软件内的虚拟仪器不仅品种齐全，而且技术指标高，并能实时显示有关数据和信号波形，同时操作十分简单。

(2)弥补了实验经费不足的缺憾。传统的“数字逻辑”实验需要有仪器设备和元器件的支持，整个实验对元器件的耗资较大，在实验经费不足的情况下，开出的实验项目和数量受到限制。特别是近年来，江西农业大学软件工程专业招生规模较大，而实验基础设施跟不上，基于Multisim仿真的“数字逻辑”实验方式可以弥补因实验仪器及经费不足造成的缺点。另外，仿真实验不涉及仪器折旧和更新换代，通过软件升级就能保持实验的先进性。一些需要价格昂贵的仪器而无法开展的实验，通过仿真就能够容易实现。

(3)扩展了学生的实践空间和实验内容。仿真实验可作为学生实验前的预习和课后分析总结，也可作为学生创造性思维的检验平台。基于Multisim仿真的数字逻辑实验方式打破了时间和空间的限制，学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验，增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力，并根据自己的兴趣爱好，选择一些传统实验较少涉及的实验内容，采用Multisim仿真则容易分析这些实验项目的功能。因此，该方式满足了不同层次学生的需要，从而大大扩展了实践空间和实验范围。

(4)有利于学生开展设计性实验。传统的“数字逻辑”实践教学，指导老师在课前把仪器设备及元器件准备好，学生根据实验步骤按部就班地进行，这就不可避免地把学生置于被动地位，学生很少有机会按自己的思维开展设计性实验。近年来，建构主义教育理念强调教学要以学生为主体，要注重培养学生的创新思维。江西农业大学也开始降低验证性实验的比例，增加设计性实验的内容，但在实际运作过程中，往往因仪器和元器件不足而存在着很大的局限性，而仿真实验则使学生进行设计性实验成为可能。

三、基于Multisim与项目驱动的实践教学探索

在实践教学的过程中，首先向学生介绍EDA软件的基本使用方法，要求学生在使用软件过程中不断地深入学习该软件，为了避免学生进入理论学习的疲倦期，老师没有将软件的操作全部讲授给学生。接下来就是设计“数字逻辑”实践项目，根据本课程的知识之间的逻辑规律和学生学习进展状态，科学地将知识点由浅入深、阶梯式融入到一系列具有循序渐进的项目之中，让学生能在难易适度的环境中开始进行自我设计，在取得阶段性成功后，逐步地促使学生提高实验的难度和深度。根据项目驱动原理和课程特点，老师设计了如下一系列的项目。①多数表决器，它是一个组合逻辑知识的典型项目，可以让学生熟悉真值表转换为逻辑表达式、逻辑表达式转换为逻辑电路等相关知识。学生经过Multisim仿真验证之后再进行实际电路连接并且让他们取得一定成就感，同时产生浓厚兴趣；②交通信号灯控制器，该项目则是个综合性电路，它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。可以说它是对组合逻辑电路和时序逻辑电路的综合，也是对Multisim的高级应用。学生先利用Multisim实现模拟、数字等电路，然后利用器件编辑功能去实现其他复杂电路，并在计算机中仿真，验证之后再进行实践操作，既减少了实践中的很多误操作、降低实验费用，也有利于增强学生对实验课程的学习兴趣；③数字秒表电路，针对学生已经具备一定的设计能力，这个项目只给出功能要求，提供结构设想，要求学生自己先利用EDA软件进行设计，然后验证，最后才进行实体制作与实践。

四、结语

在“数字逻辑”实践教学中引入Multisim技术和项目驱动教学法对培养创新和实用人才，对改革传统的教学模式、提高教学质量有着重要的意义。由于Multisim自动化程度高、功能完善，而且操作界面有好，有良好的数据开放性和扩展性，因此非常适合计算机类专业课程的实践教学。随着EDA技术的发展，Multisim已经在国内外高校得到快速推广。江西农业大学软件学院在“数字逻辑”实践教学中引入Multisim仿真技术，不仅仅降低了实验投入经费，而且激发了学生的学习兴趣，培养了学生的自主创新能力。

参考文献

［1］卞琛．项目驱动法在计算机专业教学中的应用［J］．乌鲁木齐职业大学学报，2008(1)：78-79

［2］崔晓，张武勤．EDA教学中培养学生创新能力的探索［J］．信息系统工程，2010(1)：121-124

［3］田野．基于Multisim V7平台的电容反馈式振荡电路的分析［J］．哈尔滨师范大学自然科学学报，2006(1)： 62-65

［4］马建国．电子系统设计［M］，北京：高等教育出版社，2004．