信息技術(shù)與《電子線路》課程整合初探

1、信息技術(shù)與電子線路課程整合初探電子仿真軟件Multisim2001在電子線路課程中的應(yīng)用【摘要】信息技術(shù)與課程的整合，是普及信息技術(shù)教育的關(guān)鍵，是信息技術(shù)課程和其它學(xué)科雙贏的一種教學(xué)模式。本文就信息技術(shù)與電子線路課程整合模式進(jìn)行了初步的探索，介紹了電子仿真軟件Multisim2001在電子線路課程理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和作業(yè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵字】信息技術(shù) 課程整合 Multisim2001 仿真 虛擬實(shí)驗(yàn)隨著教育信息化改革的深入，信息技術(shù)與課程整合課題已經(jīng)擺在每一個(gè)教育工作者的面前，本文就信息技術(shù)與電子線路課程教學(xué)整合，結(jié)合中等職業(yè)學(xué)校電子線路課程教學(xué)實(shí)際，發(fā)表自己的觀點(diǎn)，與同行商榷。一、整合的

2、理論基礎(chǔ)和原則1信息技術(shù)與課程教學(xué)整合理論概述北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所何克抗教授認(rèn)為：“信息技術(shù)與課程整合的本質(zhì)與內(nèi)涵是要求在先進(jìn)的教育思想、理論的指導(dǎo)下，尤其是主導(dǎo)主體教學(xué)理論的指導(dǎo)下，把計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為核心的信息技術(shù)作為促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具與情感激勵(lì)工具、豐富的教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)工具，并將這些工具全面地應(yīng)用到各學(xué)科教學(xué)過(guò)程中，使各種教學(xué)資源、各個(gè)教學(xué)要素和教學(xué)環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)整理、組合，相互融合，在整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生聚集效應(yīng)，從而促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方式的根本變革，也就是促進(jìn)以教師為中心的教學(xué)結(jié)構(gòu)與教學(xué)模式的變革，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的目標(biāo)?！庇蛇@一論述中我們可以看到信息技術(shù)與課程

3、教學(xué)的整合不是簡(jiǎn)單把兩者加以疊加，而是在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，既要充分發(fā)揮信息技術(shù)的教學(xué)功能特點(diǎn)，以其特有的功能特點(diǎn)優(yōu)化課程教學(xué)的過(guò)程；也要嚴(yán)格遵循課程教學(xué)過(guò)程的基本規(guī)律，以體現(xiàn)教學(xué)過(guò)程規(guī)律的需求發(fā)揮信息技術(shù)的功能特點(diǎn)。成功的整合應(yīng)當(dāng)是把課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和信息技術(shù)教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一在同一教學(xué)過(guò)程中，也就是說(shuō)，“整合”的結(jié)果，既以信息技術(shù)優(yōu)化了課程教學(xué)的過(guò)程，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)科智能水平的提高；又在課程教學(xué)的過(guò)程中傳授了信息技術(shù)，促進(jìn)了學(xué)生信息素養(yǎng)的提高，最終達(dá)到學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提高。2信息技術(shù)與電子線路課程整合的基本原則電子線路課程作為信息、電子、機(jī)電專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，除理論比較抽象外，與工程實(shí)踐

4、結(jié)合的也比較緊密，對(duì)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力要求較高。根據(jù)這一特點(diǎn)，筆者認(rèn)為在整合中應(yīng)把握以下原則：（1）電子線路課程與信息技術(shù)的整合應(yīng)體現(xiàn)“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念原則。電子線路課程與信息技術(shù)的整合中，應(yīng)根據(jù)教學(xué)本身的特點(diǎn)，利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中尋找切入點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)具有豐富性、挑戰(zhàn)性和開放性的教學(xué)環(huán)境。教師所做的一切努力，都應(yīng)是為學(xué)生的發(fā)展提供更為寬廣、有彈性且具有創(chuàng)意的學(xué)習(xí)空間，使以學(xué)生為中心、基于資源及交流討論的全新教學(xué)方法得以實(shí)現(xiàn)。（2）電子線路課程與信息技術(shù)的整合應(yīng)體現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新精神相結(jié)合的原則。計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)支持學(xué)生通過(guò)不同的途徑與方法研究

5、相同的知識(shí)，對(duì)已有的知識(shí)從多角度去思考與再認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。（3）電子線路課程與信息技術(shù)的整合體現(xiàn)信息技術(shù)作為學(xué)習(xí)的基本工具的原則。在電子線路課程與信息技術(shù)的整合中，應(yīng)讓學(xué)生把信息技術(shù)作為獲取知識(shí)所需信息、探索問題和解決問題的認(rèn)知工具。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，信息技術(shù)則是一種終身受用的學(xué)習(xí)知識(shí)和提高技能的認(rèn)知工具。基于以上原則筆者認(rèn)為整合的成功的關(guān)鍵在于將信息技術(shù)以工具的形式與課程融合，融入到課程教學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)要素中及課程教學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中去，從而達(dá)到改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)提高的目的。筆者在電子線路教學(xué)過(guò)程中以此為出發(fā)點(diǎn)，將電子仿真軟件Multisim2001應(yīng)用于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，及

6、學(xué)生的作業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)中，取得了較好的效果，下面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。二應(yīng)用實(shí)例1Multisim2001簡(jiǎn)介Multisim2001（EWB6.0）是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的一個(gè)非常優(yōu)秀的專門用于電子電路設(shè)計(jì)與仿真的軟件，具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。元件庫(kù)中較前增加了若干個(gè)與實(shí)際元件相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性仿真元件模型，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠。儀器庫(kù)中的測(cè)試儀表外形與實(shí)物非常接近，操作方法也基本相同，因而該軟件易學(xué)易用。儀器和元器件均可直接從屏幕儀器庫(kù)中直接選取,拖放到工作區(qū)上組成電路,并進(jìn)行測(cè)試,可直接顯示有關(guān)的數(shù)據(jù)和波形,仿真結(jié)果直觀、可

7、靠?；谝陨咸攸c(diǎn)，Multisim2001可以方便的作為一種工具應(yīng)用于我們電子線路教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中。2、仿真演示應(yīng)用于理論教學(xué)示波器信號(hào)發(fā)生器圖一 基本放大電路中等職業(yè)學(xué)校電子線路是一門比較抽象的,令學(xué)生難以理解的課程。畢竟由初中畢業(yè)升學(xué)上來(lái)的職校生,想象力和理解力都還不夠成熟 ,再加上大多數(shù)學(xué)校受到人力和物力方面的限制,實(shí)驗(yàn)往往不能很好地跟理論同步,這樣,電子電路課便成了學(xué)生們怕學(xué)、難學(xué)的一門課。而由于Multisim2001具有以上優(yōu)點(diǎn)，教師在課堂用電子教案教授理論知識(shí)的同時(shí)，又可在課堂中用仿真系統(tǒng)驗(yàn)證理論教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力。下面以

8、基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇為例來(lái)加以說(shuō)明。在傳統(tǒng)教學(xué)中一般是由教師介紹完靜態(tài)工作點(diǎn)的概念后，再直接講解利用基本放大電路的圖解分析法，估算法來(lái)求解靜態(tài)工作點(diǎn)。由于靜態(tài)工作點(diǎn)的概念比較抽象，加之兩種求解方法需要較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生往往聽的興趣索然，即使學(xué)會(huì)求解的方法卻不知有何用處，如何用。針對(duì)這種情況，教師在授課時(shí)先利用Multisim2001建立如圖一所示基本放大電路，并選擇好參數(shù)，信號(hào)發(fā)生器中設(shè)置輸入波形為1kHz正弦波,幅值為輸入波形輸出波形圖二 正常的輸出波形圖三 飽和失真輸出波形輸出波形輸入波形5mV。然后單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動(dòng)態(tài)分析，學(xué)生通過(guò)投影屏幕可以清楚的看到示波器中正常的輸入波形

9、（B通道）、輸出波形（A通道）如圖二所示，這時(shí)請(qǐng)學(xué)生觀察并記錄電位器R2的百分值為40%（400k）。然后教師調(diào)節(jié)電位器使輸出波形出現(xiàn)飽和失真如圖三所示，讓學(xué)生記錄電位器R2的百分值為0%（0）。接著教師提出問題：“輸出波形出現(xiàn)了什么變化，為什么會(huì)出現(xiàn)這種變化？”，并分組讓學(xué)生討論，這樣一來(lái)學(xué)生的興趣被激發(fā)了起來(lái)，學(xué)習(xí)的主動(dòng)自然也就提高了。經(jīng)過(guò)討論，學(xué)生對(duì)波形的變化一般均能給出圓滿的答復(fù)，即當(dāng)輸入波形為正半周時(shí)，輸出波形出現(xiàn)失真。有的同學(xué)也知道出現(xiàn)失真與教師調(diào)低了電位器的值有關(guān)，但對(duì)具體的原因仍然疑惑不解。教師肯定學(xué)生得出的結(jié)論，然后針對(duì)學(xué)生的疑惑，引入靜態(tài)工作點(diǎn)的概念，對(duì)照仿真的結(jié)果加以講解

10、。學(xué)生恍然大悟，對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)與波形失真的關(guān)系從感性到理性有了比較深刻的認(rèn)識(shí)。隨后教師再給學(xué)生講解靜態(tài)工作點(diǎn)的求解方法，自然是水到渠成。這樣一來(lái)，教師的主導(dǎo)作用以及學(xué)生的作為學(xué)習(xí)主體的能動(dòng)性均得到了充分發(fā)揮，取到了事半功倍的效果。3、在實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用示波器信號(hào)發(fā)生器圖四 單級(jí)低頻小信號(hào)放大器實(shí)驗(yàn)是電子線路課程教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)作為一種新興的實(shí)驗(yàn)技術(shù)正迅速崛起。虛擬實(shí)驗(yàn)就是利用仿真軟件在計(jì)算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)，Multisim2001是國(guó)際上應(yīng)用非常廣泛的優(yōu)秀仿真軟件之一。通過(guò)它我們能夠完成電子線路課程中的絕大部分實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。并且能夠解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)

11、驗(yàn)器材的損耗等問題，以較小投入取得較好效果。下面就其在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用加以舉例。高教版電子線路（陳其純主編）課程中，單級(jí)低頻小信號(hào)放大器的實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠腥?.了解靜態(tài)工作點(diǎn)和電路參數(shù)對(duì)放大器工作的影響；2.掌握測(cè)量交流電壓放大倍數(shù)與頻率響應(yīng)的方法；3.熟悉示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器的使用方法。圖五 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)置圖六 輸入，輸出波形輸入波形輸出波形T1T2學(xué)生在高一時(shí)已掌握計(jì)算機(jī)的基本操作，因此經(jīng)過(guò)教師的講解，學(xué)生對(duì)Multisim2001的操作過(guò)程基本掌握后，即可開始實(shí)驗(yàn)。和實(shí)際實(shí)驗(yàn)一樣首先讓學(xué)生從元件庫(kù)和儀器庫(kù)中選取所需實(shí)驗(yàn)元件和儀器，連接好實(shí)驗(yàn)電路如圖四所示，連接過(guò)程中注意檢查節(jié)點(diǎn)是否連接好，然

12、后設(shè)置信號(hào)發(fā)生器XFG1如圖五所示。最后單擊仿真運(yùn)行開關(guān)（如同實(shí)際工作中的電源開關(guān)），開始仿真實(shí)驗(yàn)，雙擊示波器XSC1即可看到所顯示輸入波形，輸出波形,調(diào)節(jié)電位器R2的值，選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使示波器顯示的結(jié)果如圖六所示。從圖中我們可以根據(jù)讀數(shù)指針T1，T2讀出輸入，輸出電壓的峰值Vi和Vo，進(jìn)而求出電壓放大倍數(shù)Av=Vo/Vi。對(duì)于頻率響應(yīng)的測(cè)量，我們無(wú)須再測(cè)量不同頻率下電壓放大倍數(shù)，可以直接利用儀器庫(kù)中的掃頻儀進(jìn)行測(cè)量，得出結(jié)果。這樣即簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟，又使學(xué)生能夠接觸到實(shí)驗(yàn)室中短缺的實(shí)驗(yàn)儀器，了解其使用方法。由此可見利用Multisim2001進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，完全可以完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，提高學(xué)生

13、實(shí)際動(dòng)手能力的同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng)，并避免了實(shí)際實(shí)驗(yàn)程中容易出現(xiàn)的安全問題。除此之外，應(yīng)用Multisim2001還可以對(duì)元件進(jìn)行故障（短路，開路等）分析，例如可以方便的設(shè)置三極管三極的短路、開路，這是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不容易實(shí)現(xiàn)的。使用Multisim2001進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但教師在教學(xué)過(guò)程中還要注意以下幾點(diǎn)：（1）使用Multisim2001需要學(xué)生具有一定計(jì)算機(jī)操作能力，因此在使用前一定要給學(xué)生講清楚儀器庫(kù)、元件庫(kù)及其相關(guān)設(shè)置的基本使用方法，這是做好實(shí)驗(yàn)的前提條件。（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)最好分成小組，一人一機(jī)的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。即保證了學(xué)生個(gè)人實(shí)驗(yàn)技能的提高，又能提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能

14、力。（3）虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚰M實(shí)際實(shí)驗(yàn)，但不完全等同于實(shí)際實(shí)驗(yàn)。有條件的話，教師應(yīng)最好在學(xué)生完成虛擬實(shí)驗(yàn)后再演示實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將兩者的結(jié)果相比對(duì)，并加以說(shuō)明。3、應(yīng)用在作業(yè)設(shè)計(jì)中Multisim2001不僅僅局限于課堂教學(xué)過(guò)程中，還可以應(yīng)用于學(xué)生的作業(yè)環(huán)節(jié)中，其主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）驗(yàn)證作業(yè)結(jié)果在電子線路課程數(shù)字電路部分有許多習(xí)題是給出電路讓學(xué)生分析其輸出波形，學(xué)生在做完后，可以利用Multisim2001建立電路圖，然后進(jìn)行仿真，將自己分析的結(jié)果與仿真的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證其正確性。（2）進(jìn)行課程設(shè)計(jì)電子線路課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的科目，學(xué)生學(xué)習(xí)理論的最終目的是要能夠解決實(shí)際問題。例如在學(xué)完觸

15、發(fā)器后，我讓學(xué)生用74LS175設(shè)計(jì)一個(gè)四人搶答電路。不必讓學(xué)生做出實(shí)際的電路，只須讓學(xué)生在設(shè)計(jì)完之后，利用Multisim2001繪出電路，然后進(jìn)行仿真調(diào)試即可。三、引發(fā)的幾點(diǎn)思考在筆者探索信息技術(shù)和電子線路課程整合的實(shí)踐中，不斷受到觀念的沖擊、技術(shù)的阻礙，體驗(yàn)著艱辛與快樂，取得一些成果。與此同時(shí)更多是引發(fā)的思考，現(xiàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明：1、信息技術(shù)與電子線路課程的整合將成為真正意義上的教學(xué)革命信息技術(shù)不應(yīng)局限在“媒體論”的階段，不能成為教師“機(jī)灌”的工具，而是要將其以工具的形式與課程融合，從而改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力提高。2、信息技術(shù)與電子線路課程的整合對(duì)教師、學(xué)生提出了更高的要求信息化時(shí)代的教師應(yīng)積極學(xué)習(xí)有關(guān)教育教學(xué)理論，努力提高自身的信息素養(yǎng)，無(wú)法想象一個(gè)自身的信息素養(yǎng)不過(guò)關(guān)的教師能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)和課程進(jìn)行有效的整合。同時(shí)以學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，部分學(xué)生自控能力不強(qiáng)，往往使課堂處于失控狀態(tài)，無(wú)法完成教學(xué)任務(wù)，容易導(dǎo)致學(xué)生水平的兩極分化。所以，信息化教學(xué)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)提出了更高的要求，更高的學(xué)習(xí)自覺性、更強(qiáng)的自我控制能力、更強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力。3、不可全盤否定傳統(tǒng)教學(xué)方式傳統(tǒng)的教學(xué)方式是前人智慧的結(jié)晶，我們應(yīng)當(dāng)棄其糟