基于Multisim應用于醫學電子技術的教學改革實踐與探索

丁大鵬　肖俊　陳琳　安勝楊

【摘要】針對當前醫學院校醫學電子技術教學中存在的問題，對醫學電子技術教學改革進行初步的實踐與探索，構建理論教學、模擬仿真、實驗室實踐教學與課余興趣實踐四個環節有機結合的嶄新教學模式。在教學實踐過程中，該教學模式不僅提高了學生的學習興趣，而且極大地發揮了學生的主觀能動性和創造性，使整過教學過程更加生動活潑，同時降低了實踐過程中設備原件損壞的風險，節約了辦學成本。

【關鍵詞】電子技術 理論教學 模擬仿真 實踐

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）11-0251-02

前言

醫學電子技術是目前醫學類院校中生物工程和醫學影像專業必開的專業基礎課。通過對該課程的學習，可以加強學生的基本理論知識，提高學生的實踐技能，為后續專業相關的課程學習做好鋪墊。例如其可以讓醫學類學生理解：從人體中獲取的如心電、腦電或磁共振等生物醫學信號都是摻雜有大量噪聲的低頻弱信號，在傳送給計算機進行數據、圖像處理、記錄并顯示前，必須經過放大、濾波處理后才能為臨床診斷提供可靠真實的依據。隨著現今電子技術和計算機技術的快速發展，醫學技術的發展越來越離不開電子技術的貢獻。所以本課程教學效果的好壞、學生對課程基本知識的掌握程度，直接關系到后續專業相關課程的教學效果與醫學技術人才能力的培養。但當前實際的教學效果并未發揮其應有作用，為此對其教學進行改革勢在必行。

1.Multisim軟件簡介

Multisim是美國國家儀器有限公司推出的基于Windows系統的仿真軟件，適用于模擬/數字電路的學習與設計，從Multisim13.0版本開始提供了針對模擬電子、數字電子及電力電子的全面電路分析工具，這一圖形化互動環境可幫助教師鞏固學生對電路理論的理解，將課堂學習與動手實驗學習有效地銜接起來。

2.當前醫學電子技術理論教學與實驗室實踐教學的現狀

醫學電子技術課理論教學方面，因理論性較強，按照課本上的理論知識進行傳統的“教師講，學生聽”的模式，容易使學生失去興趣，尤其是模擬電子技術部分知識，學生普遍認為難懂、難學。在單純的理論講解過程中，抽象的電路知識，讓學生無法真實感受到電路的可實現性與正確性而缺乏真實性，對數理基礎較弱的醫學類專業學生而言純粹的理論推導又缺乏直觀性，使學生很難把理論推導的數據與具體的電路聯系成一個整體。

而其實驗室實踐教學方面，不同學校、不同老師其教學方法和程序基本相同，按照實驗教材所提供的“實驗目的、儀器、原理、步驟及操作方法，實驗結果處理、注意事項”的流程進行簡單理論介紹及實驗演示，學生不用思考，只需記住實驗步驟和操作方法就可以完成實驗， 同時學生也產生為了完成實驗而做實驗的心理。這樣根本達不到實驗教學目的，更不用說提高學生的分析和解決問題的實踐能力。

考慮到多數醫學類院校開設醫學電子技術的實際情況：比如學時少、學生數理基礎薄弱；很多實驗設備太貴，開設相應課程的專業少，學校沒法滿足所有實驗設備的購買。結合貴州醫科大學神奇民族醫藥學院的實際教學情況：醫學電子技術課程開設專業目前只有醫學影像技術一個專業，每學年學生人數80人左右，課程學時總計54學時，其中理論學時42個，實驗學時12個，實驗室只有模擬電路實驗箱、函數信號源、模擬示波器、數字萬用表四類實驗儀器，以及電烙鐵、焊臺等焊接工具。對開過該門課程的2013級與2014級醫學影像技術專業學生擁有個人電腦情況調研發現，其班上個人電腦擁有比例占全班百分之八十以上，如表1所示。

如何在有限的學時數內，利用有限的實驗室資源，提高學生學習興趣，讓學生在掌握教學大綱所要求的理論知識的同時，還能夠更好的培養實踐創新能力。為此結合我校的實際教學工作，以multisim仿真軟件在醫學電子技術理論教學及實驗室實踐教學中的應用加以實踐改革與探究。運用Multisim模擬仿真軟件穿插于醫學電子技術的教學過程中，使理論教學很好的過渡到實踐教學，同時合理、定期開放實驗室為學生提供課余興趣實踐條件，構建理論教學、模擬仿真、實驗室實踐教學與課余興趣實踐四個環節有機結合的嶄新教學模式。

3.課堂理論教學同步Multisim模擬仿真案例

理論教學穿插仿真案例。把 “死”的電路“活”起來，如在第一次課講解電路的基本概念時，把教材上手電筒電路的例子用Multisim軟件設計出來（圖1所示，E和R0分別代表電源的電動勢和內阻、K為開關、L燈泡代表負載電阻）。通過K不停的開關電路使燈泡閃爍（燈亮時黃色，如圖2），還以提問的形式讓同學們思考設置不同的電源電動勢會產生哪些現象？如電動勢E超過燈泡額定電壓不多時，以7V為例觀察仿真電路燈泡的燈絲明顯變紅熾（如圖3），當電動勢遠大于燈泡額定電壓時，燈泡燈絲在開啟電路瞬間燒斷（如圖4），仿真過程不用擔心燈泡被燒壞，課堂氛圍得到提高。學生們在輕松的學習氛圍中掌握了理論知識的原理，同時感受了電路仿真軟件形象生動的教學樂趣。

課后把Multisim軟件及制作成Word版本的安裝方法步驟發給學生，在后續前12學時的理論課上，要求學生帶上個人本電腦，至少兩名學生要擁有一臺，涉及到實例仿真分析的時候學生跟著我做電路設計，讓學生學會正確查找電氣元件、畫電路圖等簡單操作開始入門，通過12學時的理論教學同步Multisim模擬仿真案例，學生基本掌握了軟件元件庫中的常規電子元器件及常用虛擬儀器、儀表的使用。實踐表明學生沒必要把該軟件的所有功能完全掌握，再去設計或者仿真電路，只需要跟著上課教師把理論課所涉及到的部分電路案例從頭到尾、按步驟做幾遍就可以輕松入門，以后學習或工作中，用相應知識，就有針對性的學習相應內容即可，這樣能夠很快地把所學到的知識應用到實踐中，把枯燥的電路知識變得形象生動。在后續29個理論學時中，不再要求學生帶電腦，僅需下課后把我上課時用的仿真案例拷貝回去模仿練習即可。學生在入門Multisim電路仿真軟件后，理論課教學進入中期，按照教學計劃相應實驗實踐開始。

4.Multisim模擬實驗仿真結合實驗室實踐教學

實驗教學分組按20～30人為一組，全班分3個大組，2～3人一個小組。要求學生實驗前一周的時間內完成實驗預習及仿真并寫出仿真實驗報告，教師對仿真實驗報告進行評閱，根據學生的仿真分析報告情況，教研室及時修改實驗教學講義更新實驗室實踐教學方法，并選出幾份做得好的仿真報告，在實驗課時進行表揚，同時找出報告中典型錯誤在實驗課上進行評講。實踐表明：學生仿真報告表現出的不足與錯誤往往都具有典型性。這樣的方法代替原來實驗教學上鋪天蓋地大講，具有針對性的糾正學生在實驗過程中不知所措，讓學生有的放矢，進而解放出更多的時間給學生自由動手實踐；學生通過仿真實驗，提出與實驗現象、數據相關的問題，教師有針對性的帶著學生查閱資料，解決疑問并總結，實現理論講解與實驗室實踐同步進行。顯然Multisim應用到醫學電子技術實驗室實踐教學中，引導學生進行電子電路設計、電路仿真，可以克服傳統教學方法中，實驗實踐受實驗設備、場地、時間和元器件、儀器設備損壞等因素的影響，從而取得較好的教學效果。

5.課余實踐教學

理論聯系實際，提高學生學習興趣。當學生對醫學電子技術課程擁有一定的理論基礎時，再引導學生查閱資料，利用Multisim仿真設計一些對學生眼前實用的電路小作品，對此很多學生設計并提出了很多可行方案，比如小功率可調穩壓直流電源、簡易白熾燈調光器、小夜燈等，結合實際情況，經教研室研究討論，決定指導學生制作小夜燈。小夜燈制作實驗完全由學生根據興趣自愿報名參加，在課余完成，結果2014級醫學影像專業全班64人，有60人自愿報名，在指導教師的指導下兩人一小組相互配合進行實踐焊接，結果學生全部順利完成小夜燈制作，其中一次“點亮”的占百分之八十五以上，其余學生也在指導教師的協助下成功“點亮”。有兩名感興趣的學生各自購買了遙控小車套件，請教師課余指導完成實踐練習，并測試成功。

為保障課余教學實踐的順利進行，建立了實驗室預約定期開放制度，教師把能用于實踐指導的課余時間公布于實驗室外墻上的宣傳欄，學生結合指導教師和自己的課余時間提前預約實踐時間和內容，實驗室提供實踐設備、工具以及部分實踐材料，以及相應指導和協助，從而充分利用了實驗室資源，提高了學生的動手能力，培養學生對醫學電子技術的學習興趣和創新精神。

6.結論

以Multisim仿真軟件為紐帶，構建理論教學、模擬仿真、實驗室實踐教學與課余興趣實踐四個環節有機結合的嶄新教學模式。體現了“理論聯系實踐”的教學原則，糾正了“理論與實踐頭重腳輕”的行為，改善了實踐與理論“分家”的現象。在一定程度上能夠為醫學類院校開設醫學電子技術實驗教學與理論教學提供參考意見；以能夠促進學院教師隊的建設，使單一進行理論教學或實驗教學的教師，向既能進行實驗教學又能進行理論教學的方向發展，成為醫學院校急切需要的“雙師型”教師，為學校降低辦學成本；教學實踐效果得到了學生們的肯定和認可。

參考文獻：

[1]呂波，王敏.Multisim14電路設計與仿真[M].北京：機械工業出版，2016： 3-4.

[2]裴曉敏.基于Multisim的電子技術教學改革與實踐[J].電腦與電信，2010，（10）：75-77.

作者簡介：

丁大鵬（1987.9-），男，蒙古族，貴州石阡人，學士學歷，職稱：助教，畢業院校：貴州民族大學，主要研究方向：從事醫學電子學、醫學物理學及醫學影像物理學的教學工作。

肖俊（1973.1-），男，漢族，貴州盤縣人，學士學歷，職稱：講師，畢業院校：貴州師范大學，主要研究方向：從事醫學電子學、醫學物理學及醫學影像物理學的教學研究和管理工作。

陳琳（1973-），碩士，副教授，貴州醫科大學基礎醫學院物理教研室主任，主要從事醫學電子學、醫學物理學及醫學影像物理學的教學研究和管理工作。

安勝楊（1990-），學士，助教，主要從事醫學電子學、醫學物理學及醫學影像物理學的實驗教學工作。