虛實(shí)融合三位一體的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新

摘 要 在數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用線下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、基于Multisim的EDA軟件平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)虛實(shí)融合、三位一體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑腧?yàn)證性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)—綜合性實(shí)驗(yàn)的遞進(jìn)性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑咕€下實(shí)驗(yàn)資源與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)資源的優(yōu)勢(shì)得以互補(bǔ)，取得良好的實(shí)驗(yàn)效果，可以提高電子實(shí)踐教學(xué)的效率，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)；互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；Multisim

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）18-0126-06

0 引言

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)是電類與非電類等本科專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門(mén)集理論性、工程性、技術(shù)性、實(shí)踐性于一身的課程。課程的目標(biāo)是通過(guò)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)具有相應(yīng)專業(yè)技能的應(yīng)用人才[1]。該課程是一門(mén)承上啟下的課程，是在電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)兩門(mén)課程的基礎(chǔ)上，引入數(shù)字邏輯的概念，讓學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握數(shù)字邏輯分析和設(shè)計(jì)方法，提升數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，通過(guò)對(duì)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以奠定扎實(shí)的硬件知識(shí)基礎(chǔ)，有助于后續(xù)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和單片機(jī)電路課程的學(xué)習(xí)[2]。該課程的特質(zhì)是基于豐富的理論知識(shí)，借助對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而運(yùn)用創(chuàng)新的思維完成設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，并借助自主的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高動(dòng)手實(shí)踐能力。

隨著電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，用數(shù)字電路進(jìn)行信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)更加突出，數(shù)字化浪潮已經(jīng)席卷電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域。由于大規(guī)模數(shù)字集成電路在電子技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)地對(duì)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法提出新的方向與要求。

實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有不可替代的作用。數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)理論學(xué)習(xí)，并輔之以一定的實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，鍛煉學(xué)生的實(shí)操能力，增強(qiáng)創(chuàng)新能力。這已成為數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要方向。

1 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

多年來(lái)，受到傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程長(zhǎng)期沿用以前的教學(xué)體系，比較注重理論知識(shí)的灌輸，缺少實(shí)踐性環(huán)節(jié)，應(yīng)用性知識(shí)和技能傳授較少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，因此，傳統(tǒng)的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)暴露出許多問(wèn)題和不足，教學(xué)效果不理想。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法滿足提高學(xué)生數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)需求，與課程配套的實(shí)踐教學(xué)方法亟待改革，以滿足新時(shí)代對(duì)于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。

實(shí)踐教學(xué)大多采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)室完成一成不變的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。隨著時(shí)代的發(fā)展，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

1.1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)逐年遞減

由于課程體系改革，課程學(xué)時(shí)數(shù)減少，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)也在下降；同時(shí)，由于受到學(xué)校實(shí)驗(yàn)資源的限制，實(shí)驗(yàn)室難以做到對(duì)學(xué)生全方位開(kāi)放，學(xué)生只能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成較少的實(shí)驗(yàn)，教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)成。

1.2 設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)缺失

由于實(shí)驗(yàn)資源有限，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)比較單一，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，實(shí)驗(yàn)室安裝實(shí)驗(yàn)箱的芯片型號(hào)與數(shù)量固定，而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)個(gè)性化較強(qiáng)、千差萬(wàn)別，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件無(wú)論從時(shí)間上還是多樣性上都難以滿足學(xué)生的要求，使得設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)受限，難以滿足對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的要求。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)全面、公平

教師一般通過(guò)一對(duì)一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的演示對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)過(guò)程單一、繁雜，由于監(jiān)管不力，很難對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程作出公正評(píng)價(jià)。

2 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新 的有利條件

2.1 實(shí)驗(yàn)室硬件為實(shí)驗(yàn)提供了保障

太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)中心下設(shè)的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室呈多校區(qū)、多點(diǎn)位輻射布局，實(shí)驗(yàn)設(shè)備齊全，實(shí)驗(yàn)儀器配備完善，為學(xué)生進(jìn)行線下數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)及其相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)提供了硬件保障。

2.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境+Multisim軟件資源+互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)提供了便利

作為“雙一流”院校，太原理工大學(xué)具有良好的校園網(wǎng)資源，已覆蓋校園的每一個(gè)角落，帶寬寬，傳播速度快，網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)使虛實(shí)結(jié)合的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間與地域的限制。學(xué)校設(shè)有專用的EDA仿真機(jī)房和充足的電腦，為Multisim的安裝和仿真創(chuàng)造了前提條件，許多“雙一流”大學(xué)創(chuàng)建的開(kāi)放虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共享資源為進(jìn)行遠(yuǎn)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了支撐。

2.3 前期的實(shí)踐為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式奠定了基礎(chǔ)

實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)者是教學(xué)一線的教師與實(shí)驗(yàn)教師，他們多年來(lái)一直從事一線教學(xué)，理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)于實(shí)驗(yàn)體系非常了解，無(wú)論對(duì)實(shí)驗(yàn)室線下實(shí)驗(yàn)，還是對(duì)基于Multisim的EDA仿真實(shí)驗(yàn)都非常熟悉。更為重要的是，近年來(lái)，有些專業(yè)的教師率先申請(qǐng)共享其他大學(xué)的互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源，對(duì)于基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)非常熟悉，并在教學(xué)過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為三位一體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 構(gòu)建

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是引入線下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)+互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)+基于Multisim的EDA軟件平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，給學(xué)生提供一個(gè)自由發(fā)揮、彰顯創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)空間，突出設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，充分體現(xiàn)個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)方案，可以大幅提升學(xué)生的創(chuàng)新興趣和動(dòng)手能力。這種虛實(shí)融合、三位一體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式突出了自主學(xué)習(xí)的重要性，形成循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑诂F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課時(shí)減少與實(shí)驗(yàn)資源短缺的情況下可以提供一個(gè)讓學(xué)生自由發(fā)揮的多模式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，虛實(shí)結(jié)合，使線下教學(xué)與線上教學(xué)的優(yōu)勢(shì)得以互補(bǔ)，不僅能夠增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.1 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中的實(shí)驗(yàn)?zāi)K

根據(jù)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱與培養(yǎng)方向，制定科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)性綱要，依據(jù)實(shí)驗(yàn)類別、特性，基于多層次遞進(jìn)的理念對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行合理劃分，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)三個(gè)模塊。

3.1.1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)電路等都是設(shè)計(jì)好的。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)電路記錄和分析驗(yàn)證所學(xué)原理，并加深對(duì)知識(shí)的理解。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的目的在于讓學(xué)生掌握器件的功能、參數(shù)及其使用方法。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括TTL電路的邏輯變換與測(cè)試、組合電路分析、二進(jìn)制加法器及其應(yīng)用、觸發(fā)器及其應(yīng)用、時(shí)序電路分析等。

3.1.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)指根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，運(yùn)用課程中所學(xué)原理設(shè)計(jì)出要求的實(shí)驗(yàn)電路與實(shí)驗(yàn)步驟，旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和數(shù)據(jù)處理能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)包括組合電路設(shè)計(jì)、用中規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)組合邏輯電路、110序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)、同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)、集成計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用、555定時(shí)器及其應(yīng)用、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等。

3.1.3 綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)是一種延伸實(shí)驗(yàn)，指經(jīng)過(guò)課程完整的學(xué)習(xí)后，學(xué)生基于掌握的理論知識(shí)與技能，運(yùn)用所學(xué)完成的綜合性、復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生掌握數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)方法，著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而獲得創(chuàng)新能力和科研能力，獲取工程設(shè)計(jì)與組裝調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)包括設(shè)計(jì)競(jìng)賽搶答器、四路彩燈顯示系統(tǒng)、交通信號(hào)燈控制器、出租車自動(dòng)計(jì)費(fèi)器、三位數(shù)字計(jì)時(shí)顯示系統(tǒng)、數(shù)字電子鐘、電子拔河游戲機(jī)等。

3.2 虛實(shí)融合、三位一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)論是實(shí)驗(yàn)課時(shí)還是線下實(shí)驗(yàn)資源，都難以滿足對(duì)新時(shí)代大學(xué)生實(shí)踐育人的要求，學(xué)校現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地與資源短缺，無(wú)法做到實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生隨時(shí)開(kāi)放，受限的實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)芯片種類也無(wú)法滿足每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中個(gè)性化的需求。針對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，引入虛實(shí)融合、三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即基于實(shí)體的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，利用軟件仿真平臺(tái)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程人機(jī)交互的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境等信息化技術(shù)，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)K的要求完成高度仿真的高消耗綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。虛實(shí)融合、三位一體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由實(shí)體實(shí)驗(yàn)室、基于Multisim軟件的仿真平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室三部分組成。

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。Multisim界面友好、簡(jiǎn)單直觀、易學(xué)易用，具有和真實(shí)環(huán)境一致的可視化界面，所有的儀器都與真實(shí)的儀器外形相似、功能相同，為實(shí)驗(yàn)的完成與仿真提供有力的保障[3]。因此，學(xué)生可以在其工作界面上完成實(shí)驗(yàn)電路的搭建，借助Multisim和虛擬仿真技術(shù)，完成理論原理圖的測(cè)試與仿真。

互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是為了適應(yīng)電子技術(shù)發(fā)展研發(fā)的新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有較強(qiáng)的資源開(kāi)放共享能力，不僅可以豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式、提高教學(xué)能力，還可以拓展實(shí)踐領(lǐng)域、降低實(shí)驗(yàn)成本與風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中新的趨勢(shì)[4]。互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室通過(guò)一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)和虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，在Web中創(chuàng)建出可視化的三維環(huán)境，每個(gè)可視化的三維物體代表一種實(shí)驗(yàn)對(duì)象[5]，學(xué)生可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，使用鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作與測(cè)試。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生不受時(shí)空限制，共享數(shù)據(jù)資源，獲得線下實(shí)驗(yàn)操作的真實(shí)感受。

互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室具有芯片映射功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程芯片插拔、遠(yuǎn)程連線，即通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式在DIP插座上映射74系列芯片做實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“虛擬芯片，實(shí)體實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生通過(guò)鼠標(biāo)選取并拖放虛擬芯片至插座，完成芯片映射，完全還原了線下實(shí)驗(yàn)室的實(shí)地感受。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室具有傳統(tǒng)電子實(shí)驗(yàn)室無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，大大減輕了實(shí)驗(yàn)教師課前進(jìn)行芯片選購(gòu)、檢查、分發(fā)等工作量，節(jié)省了人力、物力，并且實(shí)現(xiàn)芯片零損耗；同時(shí)，學(xué)生可以不受時(shí)間與空間的局限，隨時(shí)隨地完成實(shí)驗(yàn)，提高了電子實(shí)踐教學(xué)的效率，增強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)的效果。

3.3 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)施方法

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的主要理念是在有限的時(shí)間和空間條件下，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室與線下實(shí)驗(yàn)室結(jié)合，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)—Multisim仿真實(shí)驗(yàn)—互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)三位一體，遞進(jìn)完成三個(gè)不同模塊的實(shí)驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合、軟件仿真與硬件電路互補(bǔ)。虛實(shí)融合、三位一體實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式如圖1所示，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，從而彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)資源短缺的不足；可以突破時(shí)間與地域的限制，實(shí)驗(yàn)手段更為靈活、互補(bǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更多樣。具體實(shí)施方法如下。

1）課題組成員根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，結(jié)合配套重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，制定科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)性綱要，依據(jù)實(shí)驗(yàn)類別對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模塊的合理劃分。

2）按照課表，針對(duì)不同的專業(yè)從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)K中選取兩個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生以班級(jí)為單位，在固定的時(shí)間于線下實(shí)驗(yàn)室完成。任課教師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行講授，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)接線等內(nèi)容進(jìn)行輔導(dǎo)，由學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3）學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地選擇感興趣的1～2個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中隨時(shí)與教師進(jìn)行線上溝通交流。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠自動(dòng)生成帶有平臺(tái)水印標(biāo)識(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與報(bào)告，形成最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)備份保存在平臺(tái)。教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告公平、公正地對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)作出評(píng)價(jià)。

4）依托相應(yīng)的教科書(shū)作參考，學(xué)生可以選擇大綱要求的一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)自己的時(shí)間完成設(shè)計(jì)并在Multisim的EDA軟件平臺(tái)上對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真；仿真無(wú)誤后，根據(jù)情況選擇線下實(shí)驗(yàn)室或互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行最終的實(shí)驗(yàn)連線，從而在選擇的虛或?qū)嵉膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)最終完成綜合實(shí)驗(yàn)。這樣便于學(xué)生實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合，真正做到實(shí)驗(yàn)空間與時(shí)間的靈活應(yīng)用，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)大有裨益。

5）實(shí)驗(yàn)總結(jié)。教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)情況，針對(duì)三個(gè)不同點(diǎn)位的實(shí)驗(yàn)實(shí)施，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)與易錯(cuò)部分進(jìn)行分析、引申、拓展，并給予建設(shè)性的意見(jiàn)，這是整套學(xué)習(xí)體系中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

6）學(xué)生對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以直接形成帶有平臺(tái)水印的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)于通過(guò)Multisim軟件平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)采取截屏的方式形成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告通過(guò)線下+線上的模式提交，教師給予客觀公正的評(píng)分。

3.4 依托互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施展示

對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自由選擇其中的1～2個(gè)實(shí)驗(yàn)在互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室完成，將在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成的結(jié)果截圖形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并上傳至平臺(tái)。本文以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的用中規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)組合邏輯電路與同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。

3.4.1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)依托互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為以下幾步：

1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，選擇相應(yīng)的數(shù)字芯片，在Multism平臺(tái)搭建電路并進(jìn)行仿真，結(jié)果正確后，記錄實(shí)驗(yàn)圖；

2）使用相應(yīng)的芯片在互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室搭接電路，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行驗(yàn)證；

3）對(duì)互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)電路截圖，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.4.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施實(shí)例

在設(shè)計(jì)中，以74LS151與74LS76兩種芯片為例，分別實(shí)現(xiàn)多人表決與同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)。

1）用中規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)組合邏輯電路。在用中規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)中，以數(shù)據(jù)選擇器74LS151為實(shí)驗(yàn)芯片實(shí)現(xiàn)多人表決。圖2為使用74LS151實(shí)現(xiàn)多人表決在Multisim平臺(tái)的仿真圖；圖3為在互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室使用74LS151實(shí)現(xiàn)多人表決的電路圖。

2）同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)。在同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)中，選取JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。選取雙JK觸發(fā)器芯片74LS76完成實(shí)驗(yàn)電路，在互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室搭建設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)電路，記錄實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，并進(jìn)行驗(yàn)證。圖4為使用74LS76實(shí)現(xiàn)同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的電路圖。在遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，放置兩片7476芯片和一片7400芯片，分別將芯片的Vcc、地與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源端與接地端相連，同時(shí)按照原理圖搭建實(shí)驗(yàn)電路，將內(nèi)部電路按原理圖連接，并將引出端與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)依次連接，即J0-K1，K0-K2，PR0-K3，CLR0-K4，PR1-K5，CLR1-K6，PR2-K7，CLR2-K8，Q2-L1，Q1-L2，Q0-L3，Z-L4，CP-1P-（單脈沖輸出模塊），并將開(kāi)關(guān)K1、K2、K3 、K4、K5、K6、K7、K8均置為高電平，按下1P-，記錄Q2 Q1 Q0與Z的狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

虛實(shí)融合、三位一體的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的開(kāi)展是在線下實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，融合Multisim仿真平臺(tái)與開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，滿足學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間，借助互聯(lián)網(wǎng)資源，不受時(shí)間與空間的限制，任意選擇喜歡的集成芯片，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多樣，實(shí)驗(yàn)手段靈活。這種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式突出自主學(xué)習(xí)的重要性，形成了循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑峁┝艘粋€(gè)使學(xué)生自由發(fā)揮的多模式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及充分體現(xiàn)個(gè)性的實(shí)驗(yàn)方案，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。這種虛實(shí)融合、三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式應(yīng)用于電類專業(yè)與非電類專業(yè)本科生實(shí)驗(yàn)的效果良好，為促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了理想的平臺(tái)。

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