高玉娜

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是高校教學(xué)質(zhì)量保證的一項(xiàng)重要內(nèi)容。該文就目前電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中因?qū)W生預(yù)習(xí)不充分進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效率這一問(wèn)題進(jìn)行了具體分析，探索在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中加入EDA軟件仿真來(lái)提高整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：電工電子技術(shù)；EDA；電路仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）15-0080-02

Abstract： The experimental teaching quality is the important content of college teaching quality. Now the problem is that the quality of experimental teaching is affected by the students inadequate experiment preview. This paper analyzes that problem and explores to add the EDA simulation in the preview section to improve the whole experimental teaching efficiency.

Key words： Electrical and Electronic technology； EDA； Circuit Simulation

“電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”是面向非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程[5]，它與理論教學(xué)密切相關(guān)、相輔相成，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

如何更好的開(kāi)展電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)效率，高質(zhì)量的完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是困擾每一位電工電子實(shí)驗(yàn)教師的難題[3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要分為課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)、課后總結(jié)這三個(gè)環(huán)節(jié)。目前，教師的精力和主要的考核機(jī)制都主要集中后兩方面，忽視了課前預(yù)習(xí)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的影響。為此，筆者探索在基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中引入EDA軟件仿真環(huán)節(jié)，來(lái)提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，進(jìn)一步提高整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由預(yù)習(xí)（20%）、實(shí)驗(yàn)操作（50%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）三部分組成。目前預(yù)習(xí)成績(jī)僅僅通過(guò)提交預(yù)習(xí)報(bào)告，或者教師口頭提問(wèn)的形式來(lái)考核，大多數(shù)學(xué)生對(duì)此重視不夠。課堂調(diào)查發(fā)現(xiàn)，課前預(yù)習(xí)充分的同學(xué)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等已有充分的預(yù)習(xí)了解，課堂上經(jīng)過(guò)老師簡(jiǎn)單的講解啟發(fā)后，很快能夠進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，自己動(dòng)手順利完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和和原理的理解也

會(huì)更深入，實(shí)驗(yàn)效果較為理想。而對(duì)于那些預(yù)習(xí)效果不好或者根本沒(méi)有預(yù)習(xí)的同學(xué)，由于事先沒(méi)有充分的準(zhǔn)備，課堂實(shí)驗(yàn)效果基本不太理想。很多同學(xué)只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟，僅

僅為了“做實(shí)驗(yàn)”而“做實(shí)驗(yàn)”，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的復(fù)雜問(wèn)題和復(fù)雜現(xiàn)象，茫然中不知所措，側(cè)重點(diǎn)會(huì)偏移到實(shí)驗(yàn)操作本身，而無(wú)暇顧及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反映的本質(zhì)問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)課變成了純粹的操作課。甚至有些學(xué)生課堂結(jié)束后，根本不了解自己做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，就更談不上后續(xù)的實(shí)驗(yàn)總結(jié)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新了。所以，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果很大程度上影響了整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2 EDA技術(shù)及相關(guān)軟件介紹

2.1 EDA簡(jiǎn)介

EDA（Electronic Design Automation）即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是在CAD技術(shù)上發(fā)展和成熟起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)[1-2]。它將計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息智能處理分析技術(shù)融為一體，是進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和分析的理想平臺(tái)。借助這一工具，可以將相關(guān)的概念、協(xié)議和算法等在計(jì)算機(jī)上完成，并實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、模擬分析計(jì)算到PCB版圖的流程的自動(dòng)化。

2.2 EDA常用軟件

1）Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司開(kāi)發(fā)的一款以Windows為基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)和模擬的仿真工具[4]，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。該軟件融合了SPICE技術(shù)，利用交互式的原理，可以進(jìn)行器件建模及仿真、電路的構(gòu)建及仿真、系統(tǒng)的組成及仿真和儀表儀器原理及制造仿真等，包括電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言?xún)煞N輸入方式。

2）PSPICE是在Spice基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，該軟件主要用于微機(jī)系列的通用電路分析。它可以進(jìn)行模擬電路分析數(shù)字電路分析和模擬數(shù)字混合電路分析。該軟件主要包括：電路輸入程序、激勵(lì)源編輯、結(jié)果輸出仿真、提取模型參數(shù)和電器元件庫(kù)。除基本電路仿真外，還可以進(jìn)行蒙特卡洛隨機(jī)模擬、電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3） PROTEL是PORTEL公司在上世紀(jì)80年代末推出的EDA軟件，該軟件主要5個(gè)設(shè)計(jì)模塊：原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)自動(dòng)布線(xiàn)器、原理圖混合信號(hào)仿真和PLD設(shè)計(jì)[6]。它集合了設(shè)計(jì)流程、集成化PCB設(shè)計(jì)、可編程器件（如FPGA）設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)功能，可以進(jìn)行PCB和FPGA設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)。

4） MATLAB/Simulink是一類(lèi)通用的仿真平臺(tái)，該軟件提供了功能強(qiáng)大的基本仿真模塊庫(kù)SimPowerSystems，該模塊庫(kù)中包含了電路設(shè)計(jì)和仿真中涉及的基本電器元件和分析算法，可以利用軟件框架內(nèi)所提供的工具，調(diào)用模塊庫(kù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真。

3 基于EDA的實(shí)驗(yàn)教學(xué)嘗試

基于Multisim的直觀仿真界面、豐富的測(cè)試儀器和強(qiáng)大的仿真能力以及易于操作的用戶(hù)體驗(yàn)，探索在基礎(chǔ)的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入軟件仿真環(huán)節(jié)。

具體要求如下：學(xué)生利用課下預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并利用Multisim進(jìn)行建模、仿真，將仿真圖片、仿真數(shù)據(jù)結(jié)果寫(xiě)入預(yù)習(xí)報(bào)告中，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)提交老師檢查。通過(guò)引入仿真環(huán)節(jié)后，將有效地提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效率，實(shí)驗(yàn)課堂上老師只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解提示后，即可開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。因?yàn)橛辛朔抡鏀?shù)據(jù)作為參考，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作精確性和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量也都會(huì)有所提高。

為了更好的提高實(shí)驗(yàn)效果，在引入仿真環(huán)節(jié)后，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的考核機(jī)制也要相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)整：

1）提高實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)?cè)诳傮w實(shí)驗(yàn)中的比重，調(diào)整后的比重分別為：預(yù)習(xí)（30%）、實(shí)驗(yàn)操作（40%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）。

2） 調(diào)整預(yù)習(xí)報(bào)告要求，重視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的軟件仿真。

3） 調(diào)整實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求，重視后續(xù)實(shí)驗(yàn)的處理和思考總結(jié)。

4 基于EDA的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與反思

在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中引入EDA仿真后，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中現(xiàn)在存在的問(wèn)題將會(huì)有顯著的改善，具體如下：

4.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量顯著提高

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)都是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟和實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖接線(xiàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)。多數(shù)同學(xué)純粹只是為了完成實(shí)驗(yàn)而去做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的正確與否根本無(wú)暇判斷。多次實(shí)驗(yàn)下來(lái)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣大減，實(shí)驗(yàn)總結(jié)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新更無(wú)從談起。引入EDA仿真環(huán)節(jié)后，學(xué)生在正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有了整體的認(rèn)識(shí)和了解，課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)也有了參照依據(jù)，可以自行判斷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而大幅度地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。

4.2 有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程后，學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且能基本熟練掌握EDA仿真軟件的操作使用。這樣，在后續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生可以將設(shè)計(jì)內(nèi)容與EDA技術(shù)相結(jié)合。首先，根據(jù)創(chuàng)新課程內(nèi)容自行進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)軟件仿真進(jìn)行性能測(cè)試。然后，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，發(fā)散思維，設(shè)計(jì)出不同的實(shí)現(xiàn)方案，充分利用自己所學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，又增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)為后續(xù)參加創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3 新開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成功率大幅提高

開(kāi)發(fā)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，確定方案后首先進(jìn)行軟件仿真。因?yàn)檐浖抡娌皇墁F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)硬件器件的制約，所以可以?xún)?yōu)先選擇性能優(yōu)越、型號(hào)先進(jìn)的仿真器件進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)過(guò)軟件調(diào)試成功后，再進(jìn)行器材購(gòu)買(mǎi)。這樣不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，而且有效的提高了新開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)的成功率。即使后續(xù)軟件仿真和硬件調(diào)試有可能出現(xiàn)沖突，但這種沖突也不會(huì)太大，并且可以根據(jù)器件的具體特點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)準(zhǔn)備不重視、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)考核不全面進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的問(wèn)題，結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，以及該課程的特點(diǎn)，提出了行之有效的解決方案：即在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中引入EDA仿真，并提高實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分考核比重。該方案有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，拓寬了學(xué)生的思路，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。而且，引入EDA仿真后，使得實(shí)驗(yàn)課堂從驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次擴(kuò)展到電路的分析、故障的排除和電路的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了原先硬件環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足， 對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法， 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量， 改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果都有著非常顯著的作用。

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