基于Multisim应用于医学电子技术的教学改革实践与探索
【摘要】针对当前医学院校医学电子技术教学中存在的问题，对医学电子技术教学改革进行初步的实践与探索，构建理论教学、模拟仿真、实验室实践教学与课余兴趣实践四个环节有机结合的崭新教学模式。在教学实践过程中，该教学模式不仅提高了学生的学习兴趣，而且极大地发挥了学生的主观能动性和创造性，使整过教学过程更加生动活泼，同时降低了实践过程中设备原件损坏的风险，节约了办学成本。
【关键词】电子技术 理论教学 模拟仿真 实践
【中图分类号】G642.0【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）11-0251-02
前言
医学电子技术是目前医学类院校中生物工程和医学影像专业必开的专业基础课。通过对该课程的学习，可以加强学生的基本理论知识，提高学生的实践技能，为后续专业相关的课程学习做好铺垫。例如其可以让医学类学生理解：从人体中获取的如心电、脑电或磁共振等生物医学信号都是掺杂有大量噪声的低频弱信号，在传送给计算机进行数据、图像处理、记录并显示前，必须经过放大、滤波处理后才能为临床诊断提供可靠真实的依据。随着现今电子技术和计算机技术的快速发展，医学技术的发展越来越离不开电子技术的贡献。所以本课程教学效果的好坏、学生对课程基本知识的掌握程度，直接关系到后续专业相关课程的教学效果与医学技术人才能力的培养。但当前实际的教学效果并未发挥其应有作用，为此对其教学进行改革势在必行。
1.Multisim软件简介
Multisim是美国国家仪器有限公司推出的基于Windows系统的仿真软件，适用于模拟/数字电路的学习与设计，从Multisim13.0版本开始提供了针对模拟电子、数字电子及电力电子的全面电路分析工具，这一图形化互动环境可帮助教师巩固学生对电路理论的理解，将课堂学习与动手实验学习有效地衔接起来。
2.当前医学电子技术理论教学与实验室实践教学的现状
医学电子技术课理论教学方面，因理论性较强，按照课本上的理论知识进行传统的“教师讲，学生听”的模式，容易使学生失去兴趣，尤其是模拟电子技术部分知识，学生普遍认为难懂、难学。在单纯的理论讲解过程中，抽象的电路知识，让学生无法真实感受到电路的可实现性与正确性而缺乏真实性，对数理基础较弱的医学类专业学生而言纯粹的理论推导又缺乏直观性，使学生很难把理论推导的数据与具体的电路联系成一个整体。
而其实验室实践教学方面，不同学校、不同老师其教学方法和程序基本相同，按照实验教材所提供的“实验目的、仪器、原理、步骤及操作方法，实验结果处理、注意事项”的流程进行简单理论介绍及实验演示，学生不用思考，只需记住实验步骤和操作方法就可以完成实验， 同时学生也产生为了完成实验而做实验的心理。这样根本达不到实验教学目的，更不用说提高学生的分析和解决问题的实践能力。
考虑到多数医学类院校开设医学电子技术的实际情况：比如学时少、学生数理基础薄弱；很多实验设备太贵，开设相应课程的专业少，学校没法满足所有实验设备的购买。结合贵州医科大学神奇民族医药学院的实际教学情况：医学电子技术课程开设专业目前只有医学影像技术一个专业，每学年学生人数80人左右，课程学时总计54学时，其中理论学时42个，实验学时12个，实验室只有模拟电路实验箱、函数信号源、模拟示波器、数字万用表四类实验仪器，以及电烙铁、焊台等焊接工具。对开过该门课程的2013级与2014级医学影像技术专业学生拥有个人电脑情况调研发现，其班上个人电脑拥有比例占全班百分之八十以上，如表1所示。
如何在有限的学时数内，利用有限的实验室资源，提高学生学习兴趣，让学生在掌握教学大纲所要求的理论知识的同时，还能够更好的培养实践创新能力。为此结合我校的实际教学工作，以multisim仿真软件在医学电子技术理论教学及实验室实践教学中的应用加以实践改革与探究。运用Multisim模拟仿真软件穿插于医学电子技术的教学过程中，使理论教学很好的过渡到实践教学，同时合理、定期开放实验室为学生提供課余兴趣实践条件，构建理论教学、模拟仿真、实验室实践教学与课余兴趣实践四个环节有机结合的崭新教学模式。
3.课堂理论教学同步Multisim模拟仿真案例
理论教学穿插仿真案例。把 “死”的电路“活”起来，如在第一次课讲解电路的基本概念时，把教材上手电筒电路的例子用Multisim软件设计出来（图1所示，E和R0分别代表电源的电动势和内阻、K为开关、L灯泡代表负载电阻）。通过K不停的开关电路使灯泡闪烁（灯亮时黄色，如图2），还以提问的形式让同学们思考设置不同的电源电动势会产生哪些现象？如电动势E超过灯泡额定电压不多时，以7V为例观察仿真电路灯泡的灯丝明显变红炽（如图3），当电动势远大于灯泡额定电压时，灯泡灯丝在开启电路瞬间烧断（如图4），仿真过程不用担心灯泡被烧坏，课堂氛围得到提高。学生们在轻松的学习氛围中掌握了理论知识的原理，同时感受了电路仿真软件形象生动的教学乐趣。
课后把Multisim软件及制作成Word版本的安装方法步骤发给学生，在后续前12学时的理论课上，要求学生带上个人本电脑，至少两名学生要拥有一台，涉及到实例仿真分析的时候学生跟着我做电路设计，让学生学会正确查找电气元件、画电路图等简单操作开始入门，通过12学时的理论教学同步Multisim模拟仿真案例，学生基本掌握了软件元件库中的常规电子元器件及常用虚拟仪器、仪表的使用。实践表明学生没必要把该软件的所有功能完全掌握，再去设计或者仿真电路，只需要跟着上课教师把理论课所涉及到的部分电路案例从头到尾、按步骤做几遍就可以轻松入门，以后学习或工作中，用相应知识，就有针对性的学习相应内容即可，这样能够很快地把所学到的知识应用到实践中，把枯燥的电路知识变得形象生动。在后续29个理论学时中，不再要求学生带电脑，仅需下课后把我上课时用的仿真案例拷贝回去模仿练习即可。学生在入门Multisim电路仿真软件后，理论课教学进入中期，按照教学计划相应实验实践开始。
4.Multisim模拟实验仿真结合实验室实践教学
实验教学分组按20～30人为一组，全班分3个大组，2～3人一个小组。要求学生实验前一周的时间内完成实验预习及仿真并写出仿真实验报告，教师对仿真实验报告进行评阅，根据学生的仿真分析报告情况，教研室及时修改实验教学讲义更新实验室实践教学方法，并选出几份做得好的仿真报告，在实验课时进行表扬，同时找出报告中典型错误在实验课上进行评讲。实践表明：学生仿真报告表现出的不足与错误往往都具有典型性。这样的方法代替原来实验教学上铺天盖地大讲，具有针对性的纠正学生在实验过程中不知所措，让学生有的放矢，进而解放出更多的时间给学生自由动手实践；学生通过仿真实验，提出与实验现象、数据相关的问题，教师有针对性的带着学生查阅资料，解决疑问并总结，实现理论讲解与实验室实践同步进行。显然Multisim应用到医学电子技术实验室实践教学中，引导学生进行电子电路设计、电路仿真，可以克服传统教学方法中，实验实践受实验设备、场地、时间和元器件、仪器设备损坏等因素的影响，从而取得较好的教学效果。
5.课余实践教学
理论联系实际，提高学生学习兴趣。当学生对医学电子技术课程拥有一定的理论基础时，再引导学生查阅资料，利用Multisim仿真设计一些对学生眼前实用的电路小作品，对此很多学生设计并提出了很多可行方案，比如小功率可调稳压直流电源、简易白炽灯调光器、小夜灯等，结合实际情况，经教研室研究讨论，决定指导学生制作小夜灯。小夜灯制作实验完全由学生根据兴趣自愿报名参加，在课余完成，结果2014级医学影像专业全班64人，有60人自愿报名，在指导教师的指导下两人一小组相互配合进行实践焊接，结果学生全部顺利完成小夜灯制作，其中一次“点亮”的占百分之八十五以上，其余学生也在指导教师的协助下成功“点亮”。有两名感兴趣的学生各自购买了遥控小车套件，请教师课余指导完成实践练习，并测试成功。
为保障课余教学实践的顺利进行，建立了实验室预约定期开放制度，教师把能用于实践指导的课余时间公布于实验室外墙上的宣传栏，学生结合指导教师和自己的课余时间提前预约实践时间和内容，实验室提供实践设备、工具以及部分实践材料，以及相应指导和协助，从而充分利用了实验室资源，提高了学生的动手能力，培养学生对医学电子技术的学习兴趣和创新精神。
6.结论
以Multisim仿真软件为纽带，构建理论教学、模拟仿真、实验室实践教学与课余兴趣实践四个环节有机结合的崭新教学模式。体现了“理论联系实践”的教学原则，纠正了“理论与实践头重脚轻”的行为，改善了实践与理论“分家”的现象。在一定程度上能够为医学类院校开设医学电子技术实验教学与理论教学提供参考意见；以能够促进學院教师队的建设，使单一进行理论教学或实验教学的教师，向既能进行实验教学又能进行理论教学的方向发展，成为医学院校急切需要的“双师型”教师，为学校降低办学成本；教学实践效果得到了学生们的肯定和认可。
参考文献：
[1]吕波，王敏.Multisim14电路设计与仿真[M].北京：机械工业出版，2016： 3-4.
[2]裴晓敏.基于Multisim的电子技术教学改革与实践[J].电脑与电信，2010，（10）：75-77.
作者简介：
丁大鹏（1987.9-），男，蒙古族，贵州石阡人，学士学历，职称：助教，毕业院校：贵州民族大学，主要研究方向：从事医学电子学、医学物理学及医学影像物理学的教学工作。
肖俊（1973.1-），男，汉族，贵州盘县人，学士学历，职称：讲师，毕业院校：贵州师范大学，主要研究方向：从事医学电子学、医学物理学及医学影像物理学的教学研究和管理工作。
陈琳（1973-），硕士，副教授，贵州医科大学基础医学院物理教研室主任，主要从事医学电子学、医学物理学及医学影像物理学的教学研究和管理工作。
安胜杨（1990-），学士，助教，主要从事医学电子学、医学物理学及医学影像物理学的实验教学工作。