張艷艷 袁 嬡 夏詠梅

(安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系安徽蚌埠 233030)

在信息技術(shù)高度發(fā)展的今天,EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方向和潮流。傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸被淘汰,作為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和電子專業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)、掌握相關(guān)知識(shí)和技術(shù)己勢(shì)在必行[1]。因此“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”逐漸成為了電子類和控制類專業(yè)的必修課程。目前各高校也在不斷嘗試將 EDA技術(shù)應(yīng)用于“電子技術(shù)”課程的教學(xué)中,但基本上是淺嘗輒止,并沒有深入進(jìn)行下去。作為電子類專業(yè)的一線教師,我們?cè)诮虒W(xué)中不斷探索,研究將“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”與“電子技術(shù)”課程有效整合,此項(xiàng)研究已作為省級(jí)課題立項(xiàng)。經(jīng)課題小組成員的努力,目前已取得了初步的成效。

1 課程整合的理論基礎(chǔ)

課程整合是指對(duì)課程設(shè)置、課程教育教學(xué)的目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)等要素作系統(tǒng)考慮與操作,用整體的、聯(lián)系的、辯證的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)要素及其各成分,形成有機(jī)聯(lián)系并成為整體的過程[2]。從狹義上講就是將 2種或 2種以上的學(xué)科,有效地融合成一個(gè)有機(jī)整體、一個(gè)新的學(xué)科來進(jìn)行教學(xué)。在整個(gè)教學(xué)過程中,保持協(xié)調(diào)一致,并充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)。這對(duì)教師、學(xué)生都提出了更高的綜合性要求。這種要求并非面向知識(shí),而是強(qiáng)調(diào)把知識(shí)作為一種工具、媒介和方法融入到教學(xué)的各個(gè)層面中,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念和綜合實(shí)踐能力。

“電子技術(shù)”是一門理論性和應(yīng)用性都極強(qiáng)的課程,一般可以分為模擬電路、數(shù)字電路和高頻電路 3大部分,這些課程是電子和控制類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。“電子技術(shù)”課程的原理比較抽象、難以理解,尤其是信號(hào)的變換與處理,更是讓學(xué)生難以理解,而且該課程的實(shí)驗(yàn)課由于受到實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備甚至是環(huán)境的影響,實(shí)際操作時(shí)常常無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的效果,這更使得學(xué)生學(xué)習(xí)變得舉步維艱。

EDA技術(shù)的核心是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化,所以EDA軟件在EDA技術(shù)中占有極其重要的地位。EDA軟件有很多種,其中Multsim對(duì)電路的仿真功能較強(qiáng),較適合用于理論教學(xué),因此整合時(shí)我們選用Multsim軟件與“電子技術(shù)”課程進(jìn)行整合。它有著良好的界面和豐富的元器件庫(kù),可以仿真各種模擬、數(shù)字和高頻電路的工作狀態(tài),便于學(xué)生理解電路的工作原理;它還具有多種虛擬儀器和多種分析功能,能夠進(jìn)行電路的虛擬實(shí)驗(yàn)和仿真測(cè)量。通過電路仿真強(qiáng)化基本概念、基本原理、基本電路和基本分析方法,利于學(xué)生掌握電路的基本構(gòu)成、應(yīng)用及常用測(cè)量方法等[3]。

2 課程整合的原則和方法

2.1 整合的原則

2.1.1 “即需即學(xué),即學(xué)即用”的原則

本次課程整合,打破了傳統(tǒng)教學(xué)中系統(tǒng)化教學(xué),把Multsim軟件拆分開,不作系統(tǒng)化教學(xué)而是在電子技術(shù)學(xué)習(xí)過程中需要用到它時(shí),即刻就學(xué)習(xí),而且是學(xué)了就立刻使用。這樣就使得Multsim軟件的應(yīng)用性加強(qiáng)了,也使得電子技術(shù)與Multsim軟件真正融為一體,軟件成為了電子技術(shù)不可或缺的一部分。

2.1.2 “先理論、再仿真、最后實(shí)踐”的原則

“電子技術(shù)”課程教學(xué)原先是由理論和實(shí)驗(yàn) 2部分構(gòu)成。由于電子線路的復(fù)雜性和特殊性,我們?cè)诶碚撜n堂上很難進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),即便在實(shí)驗(yàn)室里很多實(shí)驗(yàn)的效果由于設(shè)備老化或設(shè)備的質(zhì)量和元器件的分散性等種種原因,也難以盡如人意,但整合后我們非常容易將演示實(shí)驗(yàn)的仿真教學(xué)帶入課堂。為了保證實(shí)驗(yàn)課效果,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課前先進(jìn)行仿真,再實(shí)驗(yàn),這樣一方面可以驗(yàn)證理論課程的效果,另一方面能突顯實(shí)際電路與理論電路的研究方法的差別,更深刻理解實(shí)際電路中存在的諸多因素影響電路工作的情況。

2.2 課程內(nèi)容的整合

依據(jù)上面的原則,我們首先從課程教學(xué)大綱著手整合,在整合后新的課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下,課程內(nèi)容的安排可依“即需即學(xué)”將電子仿真軟件與電子技術(shù)內(nèi)容交叉進(jìn)行,仿真內(nèi)容作為電子技術(shù)的分析實(shí)例、演示實(shí)驗(yàn)和原理測(cè)試等內(nèi)容融入到一起。把“電子技術(shù)”課程中元器件基礎(chǔ)和電子仿真軟件中的基本功能部分放在課程開始的部分,在各單元電路的應(yīng)用分析中逐步介紹相應(yīng)的仿真軟件的知識(shí)。整合后各章節(jié)內(nèi)容具體安排如下:

第1章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)和Mu ltsim基本使用方法

第 2章 基本放大電路(包括低頻和高頻)和Multsim對(duì)電路仿真與檢測(cè)

第3章 反饋放大電路(包括振蕩電路)和Multsim電路設(shè)計(jì)方法

第4章 集成運(yùn)放及Multsim對(duì)電路仿真與檢測(cè)

第5章 功率放大器(包括低頻和高頻)及Multsim對(duì)電路仿真與檢測(cè)

第6章 直流穩(wěn)壓源及PCB板的設(shè)計(jì)與制作

第 7章 調(diào)制、解調(diào)和混頻及其電路仿真和PCB板的設(shè)計(jì)與制作

第8章 邏輯門電路及Multsim對(duì)電路的仿真分析

第9章 組合邏輯電路及Multsim對(duì)電路的仿真分析

第10章 觸發(fā)器及Mu ltsim對(duì)電路的仿真分析

第11章 時(shí)序邏輯電路及Multsim對(duì)電路的仿真設(shè)計(jì)分析

第12章 脈沖波形的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換及Multsim對(duì)電路仿真設(shè)計(jì)分析

第13章 數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換及Multsim對(duì)電路仿真設(shè)計(jì)分析

第14章 鎖相環(huán)及Multsim對(duì)電路仿真設(shè)計(jì)分析

各章均設(shè)置與課程理論相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn),在本課程教學(xué)進(jìn)行過程中還設(shè)置一次課程設(shè)計(jì)和一次傳統(tǒng)綜合性的實(shí)訓(xùn)——收音機(jī)安裝實(shí)訓(xùn)。在收音機(jī)安裝實(shí)訓(xùn)中學(xué)生還要學(xué)習(xí) PCB板的制作方法。在實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)的教學(xué)中,采用先仿真,后實(shí)際操作的方式[4]。

3 課程整合在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

3.1 達(dá)到以“用”致“學(xué)”的效果

EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子技術(shù)工作人員必備的技術(shù)之一。“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”是應(yīng)用性和實(shí)踐性極強(qiáng)的課程,EDA軟件重在應(yīng)用,整合后的課程是讓學(xué)生應(yīng)用EDA技術(shù)來完成電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí),熟能生巧,學(xué)生在潛移默化中就掌握了 EDA技術(shù),取得了以“用”致“學(xué)”的效果。

3.2 使抽象的原理具體化

模擬電子技術(shù)中各單元電路的原理都非常的抽象,例如最常見的基本放大電路的放大原理在傳統(tǒng)的教學(xué)中,我們只能通過語(yǔ)言敘述、性能估算及輔助作圖來講解放大原理,學(xué)生常常聽不到一半就不耐煩了。如今我們可以把電路和示波器都通過EDA軟件搬到課堂上來,使得原來抽象的原理一目了然,共射放大電路輸入輸出波形如圖 1所示。

圖1 共射放大電路輸入輸出波形

通過對(duì)電路的仿真,學(xué)生對(duì)信號(hào)被放大的現(xiàn)象建立了感性的認(rèn)識(shí)。通過觀測(cè)仿真波形,學(xué)生能通過測(cè)量讀數(shù)來得到電路具體的放大倍數(shù),并通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)信號(hào)具有非線性失真的現(xiàn)象,還能直觀看到輸入和輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系,使得原來抽象的原理變得具體化了。學(xué)生還可以直接調(diào)整電路元器件參數(shù),如改變負(fù)載電阻值可清楚觀測(cè)到放大倍數(shù)的改變,或改變負(fù)反饋的狀態(tài)連接,可觀測(cè)到信號(hào)的非線性失真的出現(xiàn)與減弱等。

3.3 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化

數(shù)字電路教學(xué)的重點(diǎn)并不在電路原理的講解分析,而重在功能的應(yīng)用。所以課堂教學(xué)以學(xué)生會(huì)應(yīng)用電路的功能為主,這就需要學(xué)生對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí),通常學(xué)生是在草稿紙上進(jìn)行傳統(tǒng)的設(shè)計(jì),這樣既費(fèi)工費(fèi)時(shí),結(jié)果還不一定正確。與 EDA技術(shù)整合后,可以使數(shù)字電路的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單而且有效。Multsim軟件給數(shù)字電路提供了許多自動(dòng)設(shè)計(jì)的功能,如邏輯轉(zhuǎn)換儀,可以根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式自動(dòng)求出真值表,并自動(dòng)轉(zhuǎn)換邏輯電路圖,如圖2所示。利用Multsim軟件進(jìn)行數(shù)字電路的功能設(shè)計(jì),可利用儀器進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證和部分功能的自動(dòng)生成,并在設(shè)計(jì)過程中對(duì)元器件可以隨意刪減和更換,所以非常方便。然后進(jìn)行邏輯及性能分析以及時(shí)序測(cè)試,測(cè)試通過,即可利用Multsim軟件自動(dòng)生成PCB板圖,然后制作出PCB板,在PCB板上直接組裝電路。這種利用仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方式,方法簡(jiǎn)單、易行。因?yàn)槭孪冗M(jìn)行了電路功能的測(cè)試仿真,所以避免了因設(shè)計(jì)中的功能錯(cuò)誤而造成的元器件損耗。

圖2 邏輯電路的自動(dòng)生成功能

3.4 高頻信號(hào)的頻率幅值形象化

高頻電路主要講解對(duì)信號(hào)的變換和處理,信號(hào)的變化在教學(xué)中往往很難表達(dá),所以常常使教學(xué)陷入僵局。而整合后,利用仿真教學(xué)對(duì)電路和信號(hào)的工作狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè),這樣就使信號(hào)在軟件界面中具體而形象,讓學(xué)生更容易建立信號(hào)處理的概念。如圖 3所示的雙邊帶調(diào)制電路,設(shè)置好參數(shù)后,打開仿真開關(guān),示波器面板中的雙邊帶信號(hào)就栩栩如生了。

圖3 雙邊帶調(diào)制電路及調(diào)制信號(hào)、雙邊帶信號(hào)的波型

此外,我們可以利用傅立葉分析來對(duì)調(diào)幅波進(jìn)行分析,觀測(cè)參數(shù)改變后的波形,能觀察到惰性失真現(xiàn)象,也能夠非常容易地得到電路的幅頻特性等,對(duì)學(xué)生來說仿真能直接觀測(cè)到電路的波形,所以使得電路的分析變得更簡(jiǎn)單。

4 整合對(duì)教學(xué)模式的影響

課程整合不是簡(jiǎn)單的課程內(nèi)容的合并,整合對(duì)整個(gè)教學(xué)模式都起到了沖擊作用。面對(duì)新的教學(xué)大綱要求、新的課程內(nèi)容安排,我們必須對(duì)教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方式和教學(xué)思想進(jìn)行全方位的改革,構(gòu)建一個(gè)新型的教學(xué)模式。這就向我們提出了一個(gè)重要的問題:課程整合為教學(xué)帶來的絕不僅僅是教學(xué)手段的變化,而是教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式的重大變革。

依據(jù)以上課程整合的方法,課堂教學(xué)發(fā)生了根本性變革,這種整合能夠把學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性充分地發(fā)揮出來。我們可以看到電子仿真技術(shù)其實(shí)是一個(gè)為電子技術(shù)服務(wù)的工具,是一項(xiàng)電子技術(shù)的應(yīng)用技能。有了這樣的工具和技能,為學(xué)生憑添了許多興趣?！芭d趣是學(xué)生最好的老師”,在這種整合情況下,我們?cè)谡n時(shí)安排上形成了 1周“2+2+2”的形式:2節(jié)理論課 +2節(jié)機(jī)房仿真課 +2節(jié)實(shí)驗(yàn)課。這樣的安排使學(xué)生的學(xué)習(xí)充滿了主動(dòng)的機(jī)會(huì),學(xué)生能積極思考、主動(dòng)探索,并逐步掌握科學(xué)研究的基本思維方法和組織方法。這就實(shí)現(xiàn)了我們教學(xué)思想的轉(zhuǎn)變——變被動(dòng)學(xué)習(xí)為自主學(xué)習(xí);實(shí)現(xiàn)了師生關(guān)系的轉(zhuǎn)變——變 “以教師為中心”為“以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)”;促進(jìn)了新的教學(xué)模式的產(chǎn)生,產(chǎn)生了一種以EDA技術(shù)應(yīng)用推進(jìn)電子技術(shù)理論學(xué)習(xí)的模式,形成了“應(yīng)用”與“理論學(xué)習(xí)”相互促進(jìn)的教學(xué)模式,更適合培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件與電子技術(shù)的有效整合,使學(xué)生能熟練運(yùn)用 EDA技術(shù)有效學(xué)習(xí)電子技術(shù)的知識(shí),取得了明顯的教學(xué)效果。通過EDA技術(shù)的使用,使教學(xué)變得形象生動(dòng),大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。借助EDA技術(shù)強(qiáng)大的功能使得電子技術(shù)的學(xué)習(xí)變得更加容易。課程整合后一方面學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的技能;另一方面學(xué)生對(duì)電路的理解更加透徹了、分析電子線路的能力更強(qiáng)了,同時(shí)也掌握了一定的電子電路設(shè)計(jì)的能力。在這種課程模式下學(xué)生逐漸形成了主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí),使得課程學(xué)習(xí)達(dá)到了“學(xué)”以致“用”、“用”以強(qiáng)“學(xué)”的教學(xué)效果。這種課程整合在我系的電子信息專業(yè)實(shí)施后,學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)基本知識(shí)的能力和動(dòng)手能力都普遍提高了,掌握的 EDA技術(shù)也為他們未來的職業(yè)奠定了現(xiàn)代化的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 張麗萍,潘行心.EDA在高職數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].硅谷,2009,23:189

[2] 趙呈領(lǐng).信息技術(shù)與課程整合[M].湖北:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2006:32-33

[3] 朱天橋,孫萬(wàn)蓉,孫肖子.淺談PSPICE在高頻教學(xué)中的應(yīng)用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006, 28(5):43-48

[4] 王連英.基于Multsim 10的電子仿真實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2009

[5] 孟秀玲,曹勇,任銳.對(duì)信息技術(shù)與電子技術(shù)課程整合的思考[J].華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2005,15(7):27-29