Multisim软件在医用电子学教学中的应用

2023-02-17

1 引言

电子技术和计算机技术在医学中的广泛应用, 使得绝大多数医学院校的相关专业都开设了《医用电子学》这门课程。我院对医学影像学和医学检验学专业的学生也开设了这门课程。

由于《医用电子学》课程本身比较抽象, 学生的理工科基础知识又比较薄弱, 再加上学时短和教学条件的不足等原因, 学生普遍反映学习起来较为困难。作为教师, 必须解决这些问题, 才能为学生创造良好的学习环境, 提高学生学习的主动性和能动性, 才能达到应有的教学效果。同时为了使学生更好的学习这门课程, 培养学生的创造性思维, 在课堂教学过程中引入Multisim仿真工具来解释和说明抽象的知识, 利用实验室的开放, 引导学生使用该仿真工具来提高学生学习这门课程的兴趣, 加深对理论知识的理解, 通过Multisim软件分析来解决学生自主设计电路的不足, 培养学生创新能力。

2 Multisim仿真软件简介

随着电子技术的发展, 电子设备日益复杂, 对相应的电子设计仿真平台、虚拟仪器设备的要求也不断增长, 各种先进的电子设计仿真软件层出不穷。这其中, L a b V I E W平台和EWB (Electronics workbenc) 平台脱颖而出[1]。EWB是加拿大IIT (Interactive mage Technologies) 公司推出的用于电子线路仿真和设计的工具, Multisim软件是其中的一部分。从EWB6.0版开始, EWB中用于电路仿真设计的模块改名为Multisim[2]。

Multisim提供了丰富的元件和模型供仿真使用。Multisim软件由电路元件库、仿真监控器和功能分析仪等组成, 其中电路元件库是由基本电子元件库 (如电阻、电容、二极管、三极管、电源等) 和集成电子元件库 (如各种集成运放, 各种集成门电路, 各种集成触发器等) 组成。这是模拟电路和数字电路设计的基本单元。仿真监控器主要是各类虚拟仪器仪

医用电子学是一门理论性和实践性较强的学科, 课程本身理论抽象, 而且医学生理工科基础知识差, 只学习了一些相对简单的医用数学和物理方面的知识, 根本不能满足医用电子学的要求。因此, 在课堂上单纯的采用PowerPoint只进行一些枯燥的讲解, 即使花费非常多的时间, 由于缺乏直观性, 不能对电路进行实时的分析和验证, 也很难使学生掌握, 这样教学效率大大降低, 而且效果不好。我们利用Multisim的一些基本功能作为理论课堂教学的演示手段, 把抽象的内容可视化, 同时可以实现对电路的实时演示, 将使教学内容更加生动、形象, 便于学生理解和记忆, 能够起到明显的教学效果。例如, 对基本共射放大电路工作原理中静态工作点对交流信号的影响的讲解, 在理论中讲清楚有一定的难度, 利用Power Point软件制作动画又比较困难, 甚至无法做到。而采用Multisim时, 则只需要改变设置基极的电压 (用可调电阻) 就可以看到动态失真波形, 不但简单、直观, 而且更接近于实际测量波形, 容易让学生接受。利用Multisim软件从静态工作点的设置到电路的工作原理以及波形分析做一个动态的实时仿真, 这样可以使学生更加直观的去理解静态工作点的设置的必要性以及对输出信号的影响, 同时可以清晰的看到Rb的变化对电压放大倍数产生的影响[4]。这样不仅增加了学生的学习兴趣, 更能够加深他们对理论知识的理解和记忆, 比单纯的采用Power Point进行理论的分析更具有教学效果。

作为医学类的学生而言, 学习电子学的主要目的是用来更好的学习影像设备, 影像设备中控制电路的时序是一个非常关键的思维和方法。为了培养学生的这种思维和方法, 在电子学的触发器中就必须让学生有一种动态思维和方法。虽然Power Point能做到部分动态效果, 但是做不到实时动态, 而Multisim却能做到, 而且能根据不同时序出现不同的时序波特图。更为直观明了, 完全把抽象的知识转换为形象直观的画面, 从而学的轻松, 得到良好的教学效果。

同学都能深入理解与掌握。实验室开放和Multisim软件让学生可以在课后把不理解的电路通过仿真来学习和深入理解提供可能。比如共射极、共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础, 但是我们在课堂上只能把共射极放大电路作为重点来分析。学生课后可以通过Multisim软件对共集电极和共基极放大电路进行仿真分析, 进一步熟悉三种电路在静态工作点, 电压放大倍数, 频率特性以及输入, 输出电阻等方面各自的不同特点。这样, 不仅大大提高了他们的学习兴趣, 在一定程度上也加深了他们对理论知识的理解与记忆;同时, 学生的创造性思维也得到了极大的提高。

很多学生都有设计一些电路的冲动, 这是创造性思维的原始动力。但是在实验室中, 由于实验器材及精度的限制, 不能很好的验证电路的正确性, 从而使学生的这种创造性思维得不到发挥。Multisim软件可以让学生对自主设计的电路进行仿真, 从而充分验证电路的可行性及准确性。

4 总结与展望

科学技术的发展, 使得许多仿真软件在高校课堂得以推广和应用。这使得教师在教学上改变了医学电子学的传统教学手段、教学过程和教学内容, 其可视、形象、灵活、多样的特点, 为加快医学电子学的教学改革, 促进教育观念和实验室投资理念的改变提供了可操作的平台;同时对于培养具有扎实的理论知识、较强的实际动手能力、基本的科学研究本领、活跃的创新思维的现代医学影像学人才具有促进意义。在校园网上建立开放性虚拟电子实验室, 逐渐放开对学生学习的时间和内容的限制, 将是我们下一步要努力的内容。

摘要：目前医学类院校的学生学习电子学存在知识抽象、理工科知识薄弱、学时短以及教学条件不足等问题。为了使学生更好的学习这门课程, 培养学生的创造性思维, 在课堂教学过程中引入Multisim仿真软件来解释和说明抽象的知识, 利用实验室的开放, 引导学生使用该仿真工具来提高学生学习这门课程的兴趣, 加深对理论知识的理解, 通过Multisim软件分析来解决学生自主设计电路的不足, 培养学生的创新能力。目前取得较好的效果。

关键词：Multisim,仿真,医用电子学,教学,创造性思维