高玉娜

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

關(guān)鍵詞：電工電子技術(shù)；EDA；電路仿真

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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)實驗”是面向非電類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)實驗課程[5]，它與理論教學(xué)密切相關(guān)、相輔相成，是實現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

如何更好的開展電工電子實驗教學(xué)，提高教學(xué)效率，高質(zhì)量的完成實驗教學(xué)一直是困擾每一位電工電子實驗教師的難題[3]。實驗教學(xué)主要分為課前預(yù)習(xí)、課堂實驗、課后總結(jié)這三個環(huán)節(jié)。目前，教師的精力和主要的考核機制都主要集中后兩方面，忽視了課前預(yù)習(xí)對整個實驗教學(xué)效果的影響。為此，筆者探索在基礎(chǔ)的實驗內(nèi)容預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中引入EDA軟件仿真環(huán)節(jié)，來提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，進一步提高整體的實驗教學(xué)質(zhì)量。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，電工技術(shù)與電子技術(shù)實驗的教學(xué)中，實驗成績主要由預(yù)習(xí)（20%）、實驗操作（50%）、實驗報告（30%）三部分組成。目前預(yù)習(xí)成績僅僅通過提交預(yù)習(xí)報告，或者教師口頭提問的形式來考核，大多數(shù)學(xué)生對此重視不夠。課堂調(diào)查發(fā)現(xiàn)，課前預(yù)習(xí)充分的同學(xué)，對于實驗內(nèi)容、實驗步驟、實驗注意事項等已有充分的預(yù)習(xí)了解，課堂上經(jīng)過老師簡單的講解啟發(fā)后，很快能夠進入實驗狀態(tài)，自己動手順利完成實驗，對實驗現(xiàn)象和和原理的理解也

會更深入，實驗效果較為理想。而對于那些預(yù)習(xí)效果不好或者根本沒有預(yù)習(xí)的同學(xué)，由于事先沒有充分的準(zhǔn)備，課堂實驗效果基本不太理想。很多同學(xué)只能根據(jù)實驗指導(dǎo)書的步驟，僅

僅為了“做實驗”而“做實驗”，對于實驗中出現(xiàn)的復(fù)雜問題和復(fù)雜現(xiàn)象，茫然中不知所措，側(cè)重點會偏移到實驗操作本身，而無暇顧及實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實驗現(xiàn)象反映的本質(zhì)問題，使實驗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驗內(nèi)容，就更談不上后續(xù)的實驗總結(jié)和實驗創(chuàng)新了。所以，實驗預(yù)習(xí)效果很大程度上影響了整體的實驗教學(xué)效果。

2 EDA技術(shù)及相關(guān)軟件介紹

2.1 EDA簡介

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

2.2 EDA常用軟件

1）Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司開發(fā)的一款以Windows為基礎(chǔ)的電路設(shè)計和模擬的仿真工具[4]，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。該軟件融合了SPICE技術(shù)，利用交互式的原理，可以進行器件建模及仿真、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、電路硬件描述語言兩種輸入方式。

2）PSPICE是在Spice基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該軟件主要用于微機系列的通用電路分析。它可以進行模擬電路分析數(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、激勵源編輯、結(jié)果輸出仿真、提取模型參數(shù)和電器元件庫。除基本電路仿真外，還可以進行蒙特卡洛隨機模擬、電路的優(yōu)化設(shè)計。

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個設(shè)計模塊：原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計自動布線器、原理圖混合信號仿真和PLD設(shè)計[6]。它集合了設(shè)計流程、集成化PCB設(shè)計、可編程器件（如FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能，可以進行PCB和FPGA設(shè)計以及嵌入式設(shè)計。

4） MATLAB/Simulink是一類通用的仿真平臺，該軟件提供了功能強大的基本仿真模塊庫SimPowerSystems，該模塊庫中包含了電路設(shè)計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)用模塊庫進行電路設(shè)計和仿真。

3 基于EDA的實驗教學(xué)嘗試

基于Multisim的直觀仿真界面、豐富的測試儀器和強大的仿真能力以及易于操作的用戶體驗，探索在基礎(chǔ)的電工電子實驗教學(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)實驗內(nèi)容，并利用Multisim進行建模、仿真，將仿真圖片、仿真數(shù)據(jù)結(jié)果寫入預(yù)習(xí)報告中，實驗開始時提交老師檢查。通過引入仿真環(huán)節(jié)后，將有效地提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效率，實驗課堂上老師只需要進行簡單的講解提示后，即可開始進行實驗操作。因為有了仿真數(shù)據(jù)作為參考，學(xué)生的實驗操作精確性和實驗質(zhì)量也都會有所提高。

為了更好的提高實驗效果，在引入仿真環(huán)節(jié)后，對于實驗的考核機制也要相應(yīng)的進行調(diào)整：

1）提高實驗預(yù)習(xí)成績在總體實驗中的比重，調(diào)整后的比重分別為：預(yù)習(xí)（30%）、實驗操作（40%）、實驗報告（30%）。

2） 調(diào)整預(yù)習(xí)報告要求，重視實驗內(nèi)容的軟件仿真。

3） 調(diào)整實驗報告的要求，重視后續(xù)實驗的處理和思考總結(jié)。

4 基于EDA的實驗教學(xué)效果與反思

在基礎(chǔ)實驗教學(xué)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中引入EDA仿真后，對實驗教學(xué)中現(xiàn)在存在的問題將會有顯著的改善，具體如下：

4.1 實驗教學(xué)質(zhì)量顯著提高

傳統(tǒng)的實驗都是學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書的步驟和實驗線路圖接線，觀察實驗現(xiàn)象，測試，記錄數(shù)據(jù)。多數(shù)同學(xué)純粹只是為了完成實驗而去做實驗，實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的正確與否根本無暇判斷。多次實驗下來，學(xué)生實驗興趣大減，實驗總結(jié)和實驗創(chuàng)新更無從談起。引入EDA仿真環(huán)節(jié)后，學(xué)生在正式實驗開始之前，已經(jīng)對實驗過程和實驗結(jié)果有了整體的認識和了解，課堂上進行實驗操作時也有了參照依據(jù)，可以自行判斷實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而大幅度地提高了實驗教學(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

通過基礎(chǔ)實驗課程后，學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)實驗內(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)進行創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)時，學(xué)生可以將設(shè)計內(nèi)容與EDA技術(shù)相結(jié)合。首先，根據(jù)創(chuàng)新課程內(nèi)容自行進行設(shè)計，并通過軟件仿真進行性能測試。然后，根據(jù)測試結(jié)果，發(fā)散思維，設(shè)計出不同的實現(xiàn)方案，充分利用自己所學(xué)的經(jīng)驗和知識。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，又增強了學(xué)生的設(shè)計能力，同時為后續(xù)參加創(chuàng)新設(shè)計比賽奠定了扎實的基礎(chǔ)。

4.3 新開發(fā)實驗項目的成功率大幅提高

開發(fā)新型實驗項目時，確定方案后首先進行軟件仿真。因為軟件仿真不受現(xiàn)有的實驗硬件器件的制約，所以可以優(yōu)先選擇性能優(yōu)越、型號先進的仿真器件進行調(diào)試，經(jīng)過軟件調(diào)試成功后，再進行器材購買。這樣不僅節(jié)約了實驗的開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期，而且有效的提高了新開發(fā)實驗的成功率。即使后續(xù)軟件仿真和硬件調(diào)試有可能出現(xiàn)沖突，但這種沖突也不會太大，并且可以根據(jù)器件的具體特點進行微調(diào)。

5 結(jié)語

本文針對目前電工技術(shù)與電子技術(shù)實驗教學(xué)過程中存在的學(xué)生對實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)準(zhǔn)備不重視、實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)考核不全面進而影響實驗教學(xué)效率的問題，結(jié)合基礎(chǔ)實驗教學(xué)的實際情況，以及該課程的特點，提出了行之有效的解決方案：即在實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中引入EDA仿真，并提高實驗預(yù)習(xí)部分考核比重。該方案有效地提高了實驗教學(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，增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識。而且，引入EDA仿真后，使得實驗課堂從驗證實驗內(nèi)容層次擴展到電路的分析、故障的排除和電路的設(shè)計，彌補了原先硬件環(huán)境下實驗教學(xué)的不足， 對改進實驗教學(xué)方法， 提高實驗教學(xué)質(zhì)量， 改善實驗教學(xué)效果都有著非常顯著的作用。

參考文獻：

[1] 馮志江，張利.電子技術(shù)實驗教學(xué)參考[J].實驗室研究與探索，2012，31（7）：330-332.

[2] 曾飛.電子技術(shù)實驗課程教學(xué)模式改革[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報，2011，26（3）：91-92.

[3] 葉向燕.實驗室建設(shè)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2000，26 （2）：5-7.

[4] 于海東.《EDA技術(shù)》課程的教學(xué)改革探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，8（2）：93-94.

[5] 張曉春.電工學(xué)綜合實驗教學(xué)的改革探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010，32（3）：139-140.

[6] 王艷春.EDA技術(shù)融入電子技術(shù)課程的探索[J].實驗室科學(xué)與技術(shù)，2009，7（6）：80-90.