基于EDA的“电子技术基础”课堂教学改革探讨

摘要：针对国家中长期教育改革和发展纲要方案的思考，提出了基于EDA“电子技术基础”的课堂教学改革；同时分析了该课堂教学现状，分析了传统教学方法的弊端和不足；提出了引入EDA技术的必要性；同时引入了具体的案例分析；将Multisim 仿真技术有机融入“电子技术”课堂教学中，并经实际教学实践，取得了良好的教学效果；最后提出了课堂教学改革预期的结果。

关键词：EDA；电子技术；教学方法；改革

作者简介：习聪玲（1979-），女，陕西渭南人，嘉兴学院机电工程学院，讲师。（浙江嘉兴314001）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）12-0095-02

一、“电子技术基础”课堂教学改革背景和意义

1.课堂教学改革背景

“电子技术基础”课程是高等学校工科测控专业、电信专业及电气专业等学科专业本科生必修的一门重要专业基础课程，是进一步学习“微机原理”、“高频电子技术”等课程的基础。根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》（以下简称《纲要》）方案的思考，对高等教育提出了新的发展要求：高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进社会主义现代化建设的重大任务。提高教学质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求。着力培养信念执著、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才。牢固树立主动为社会服务的意识，全方位开展服务。推进产学研用结合，加快科技成果转化，规范校办产业发展。适应国家和区域经济社会发展需要，建立动态调整机制，不断优化高等教育结构。优化学科专业、类型、层次结构，促进多学科交叉和融合。为深入贯彻《纲要》的指导精神，创新人才培养模式，亟需深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，以适应国家创新型人才培养的要求、学校应用型人才培养目标的需要。

2.课堂教学改革意义

人类步入21世纪，进入信息时代。课堂教学也要适应现代社会的发展。“课堂实践式教学模式”教学注重基础理论与工程实践相结合，有助于激发学生在理论学习的同时，注重实践环节，提升工科学生的实践意识、动手能力、设计能力和创新能力，从基础理论教学开始培养工科学生的工程应用观念。“课堂实践式教学模式”就是借助虚拟实验现代计算机仿真工具，将工程实践和工程应用中的实验环节和实践过程引入课堂，使学生在学习基础理论的同时，自然参与到理论的实验来源和工程应用的探索过程。“课堂实践式教学模式”确定了以应用为目的，理论联系实际的工程教育理念，重点培养学生的工程应用能力和创新设计能力，力求使课堂发生如下转变：由课堂的单纯理论教学模式向理论与实践相结合的教学模式转变；学生由理论学习只知其因的书生形式向实践教学的既知其因又知其用的工程应用形式转变；教法由师讲生听的“理论推导”方式向师生在课堂共同实验的“理论—实验—理论—应用”方式转变，目的是使学生由单一地掌握学科理论型向综合学会工程应用型转变。

二、EDA 技术引入的必要性

“电子技术基础”课程包括“模拟电子技术”和“数字电子技术”两门课程，“电子技术基础”教学采用的仍然是传统的教学方法：教师片面追求课程的理论性和系统性，过分强调了基本原理、基本定律的来源、释义、验证或推导过程，然后通过一定的验证性实验巩固所学内容。教师在课堂上往往是填鸭式教学，黑板、粉笔和讲解就是课堂的全部内容。此外，因课程和实验内容与应用实践脱节，学生往往不知学为何用，在学习过程中缺乏足够的学习兴趣和动力。EDA 技术改善电子技术基础课程教学将EDA 技术引入教学，可以使一些语言和文字难以表达或难以理解的现象、复杂的变化过程，通过EDA 的模拟随时以图形、表格及曲线显示出来。学生在此过程中，可以不断修改电路和参数，即时观察输出效果，以加深对电子线路本质的理解，全面掌握所学内容。这样，不仅增加了教学的层面，提高了学生学习的兴趣，而且还可以收到事半功倍的效果。另一方面，由于电子技术课程本身的特点：内容多而杂、知识面广。[1]

EDA是Electronic Design Automation电子设计自动化的缩写，是随着集成电路和计算机技术飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。其以实验开发系统为设计工具，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的逻辑编译、分割、综合及优化、布局布线、仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作。EDA 技术的教学应用软件主要有EWB、PSPICE、protel99、Max+Plus II、QuartusII、ActiveHDL、Modelsim 等。它们的共同特点是自动化、数据处理能力强、功能丰富完善、开放性和交互性良好。将EDA 技术引入教学，可以使抽象的理论形象化、复杂的电子线路实际化，并可以不断地修改电路和参数，即时观察输出结果，以加深对电子线路本质的理解，全面掌握所学内容。这样，不仅改变传统教学中理论与实际严重脱节的问题，还提高学生学的兴趣，能收到事半功倍的效果。因此，引入EDA 技术，改革和优化“电子技术基础”课程的教学方法、实践环节已经成为必然。

三、“电子基础基础”课程课堂实践式教学模式的实施过程

“课堂实践式教学模式”主要引入课堂虚拟实验教学形式，针对“电子技术基础”课程中的基础理论、基本概念和基础应用，在课堂上通过实验形式进行验证，并在实验过程讨论理论的适用范围、参数变化和影响关系，通过课堂对实验过程讨论激发学生学习兴趣，活跃课堂学习气氛，调动学生的积极性。[2]

1.“電子技术基础”基本概念

“电子技术基础”是电气、电子信息和测控专业的专业基础课，“三基”教学是课程的重点，即培养学生的基本概念、基础理论和基本技能。在电子技术中存在有较多的基本概念，如康华光《模拟电子技术》教材的第三、四章和第七章，提出的PN结的形成、小信号模型、正负反馈，以及在《数字电路技术基础》教材中第四、六章介绍的竞争冒险现象、161芯片形成的计数器基本概念。在原有教学模式下介绍这些内容时往往比较抽象，学生难以理解这些看不到、摸不到的东西。引入验证性EDA仿真和动态软件显示的教学方法，使学生看到这些原理的实现过程及这些概念的实际现象，并可以通过实验直观看到RC电路如何振荡出正弦波并如何转化为三角波和矩形波。更直观地看到161等芯片构成的计数器如何计数，以及人们生活中的数字钟如何来工作的。这些对学生都比较抽象，如果能通过EDA教学软件仿真就可以让学生有一定的认识，同时可以激发学生对本门课程的兴趣。[3]

2.在“电子技术基础”理论应用中引入应用案例

“电子基础基础”是一门专业基础课，其涉及的很多内容可直接作为后续课的应用基础，或直接在工程中实际应用，如《模拟电子电路》教材中的第七、八章中反馈放大电路、功率放大电路，放大电路的最大功率输出等实际工程应用问题，第三章的RC电路在工程中可用作延时器、振荡器等应用，第十章整流二极管在线性电源中的应用等等。在《数字电子电路》中多谐振荡器和和555定时器都是经常在工程领域中用到的。但在传统的教学模式中很少涉及如何运用《电子基础基础》的这些知识，学生在学习了电子技术基础后，往往只是掌握了这些理论知识，而不知如何将这些理论应用的工程中去，解决工程实际问题。在课堂实践式教学模式中插入应用案例的虚拟实践，可使学生在掌握理论的同时，学会如何去应用这些理论。例如可以组织一些电子设计比赛，这样学生就可以把电子技术的理论和单片机结合在一起，做出一些电子产品，或者实现一些逻辑功能。给学生提出了工程应用中的难题就存在于基本理论中的概念。

四、应用案例举例

对于RC正弦波振荡电路，电路的构成如图1所示。

由此引申出信号源电路，以下是设计信号源电路，如图2，这样可以在课堂上通过EDA仿真让同学有更直观的概念，如图3。

五、课堂教学改革预期目的与实施效果

基于EDA的“电子技术基础”课堂实践式教学模式改革将针对“电子技术基础”课程中的这些基础概念与工程应用要点，设计出对应虚拟实验案例，在课堂上演示、讨论，丰富“电子技术基础”课堂内含。预期通过两年的课程教学改革，使“电子技术基础”课程的所有基本概念、基础定律和理论应用结点多建立相应的EDA和应用案例程序，在“电子技术基础”的所有课堂中引入基于虚拟实验实践的教学模式。

参考文献：

[1]康华光,陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2005.

[2]郭伟强,杜志强.开放式实验教学模式的新探索[J].实验室研究与探索,2003,(5):7-9.

[3]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2006.

（责任编辑：宋秀丽）