EDA計算機仿真技術(shù)在“電子技術(shù)”教學(xué)的應(yīng)用研究

謝玉飛+習(xí)聰玲+王志余+祝蘇琴

摘要：該文從高等院?！半娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)改革的思路入手，分析了常規(guī)課程教學(xué)中存在的不足，從教學(xué)內(nèi)容、時間、空間等方面對課程教學(xué)改革進行了探討和嘗試。通過精心設(shè)計電子技術(shù)課程EDA案例，并在課堂教學(xué)中插入與該教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)多樣化的教學(xué)形式。同時課后在學(xué)校BB平臺放置一些相關(guān)的實際設(shè)計題目，讓學(xué)生分組討論和設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐興趣，拓展了學(xué)生創(chuàng)造性思維和設(shè)計的視野。并經(jīng)實際教學(xué)實踐，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：EDA；案例教學(xué)；電子技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0102-02

1 引言

隨著教育部近年來實施的“卓越工程師計劃”不斷推進，對電子技術(shù)教學(xué)要求提出了新的要求。電子技術(shù)教學(xué)的目的更應(yīng)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和適應(yīng)社會發(fā)展的能力。在這個大環(huán)境下，我們必須對電子技術(shù)課程進行教學(xué)改革，加強電子信息專業(yè)學(xué)生的理論知識和應(yīng)用實踐能力、設(shè)計能力、創(chuàng)新能力。通過基礎(chǔ)理論的教學(xué)逐漸培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。 什么是EDA案例呢？EDA是Electonic Design Automation 電子設(shè)計自動化英文的縮寫，EDA案例就是老師在教學(xué)過程中借助計算機仿真工具，把工程實踐和工程應(yīng)用中的一些實驗環(huán)節(jié)和實踐案例引入到課堂教學(xué)中，一方面使得學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論，另一方面也使得學(xué)生在自然參與理論的實驗來源和工程應(yīng)用的探索過程。

案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法（case-based teaching），改變傳統(tǒng)的教師僅是傳授知識者的角色。而案例教學(xué)法教師是設(shè)計者和鼓勵者的身份，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師僅僅是教學(xué)者，而案例教學(xué)法對教師也提出了新的要求，教師除了教師也是學(xué)生。一方面來說，教師是整個教學(xué)過程的倡導(dǎo)者，引領(lǐng)者學(xué)生思考問題、組織和討論研究、階段性的總結(jié)和歸納；從另一方面來說教師在控制整個教學(xué)進度的過程中。通過和學(xué)生共同討論問題，可以從學(xué)生那里找到大量感性材料，也不斷發(fā)現(xiàn)自己教學(xué)過程中存在問題。教學(xué)能力得到不斷提高。同時教師改變傳統(tǒng)的“獨角戲“身份，通過和學(xué)生集思廣益、討論思考，這樣學(xué)生參與課堂的機會也會增多，師生共同探討問題，而不是傳統(tǒng)形式學(xué)生只忙于記筆記。通過這樣的教學(xué)可以退調(diào)動學(xué)生集體的智慧和力量，更容易開闊他們的思路，會收到良好的效果。能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，生動具體、直觀易學(xué)。

本次教學(xué)改革是把案例教學(xué)法和EDA結(jié)合在一起，并引入到課堂教學(xué)，從而提出EDA—案例相結(jié)合的“電子技術(shù)”課程教學(xué)改革，本次改革通過使用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)的最新成果，自動完成軟件的方式設(shè)計電子系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的邏輯分割、編譯、布線，以及成功的仿真運行，直到完成特定功能目標芯片一些功能。目前EDA 技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用軟件較多，比如protel99、EWB、PSPICE、QuartusII、Modelsim 等。

2 改革內(nèi)容

2.1 EDA案例教學(xué)法過程設(shè)計

1）EDA-案例教學(xué)的方案設(shè)計

如何設(shè)計“電子技術(shù)”EDA-案例實驗課件？“電子技術(shù)”教學(xué)中的EDA案例教學(xué)是按照案例教學(xué)的教法思路和教學(xué)設(shè)計原則，并在按照電子技術(shù)課程的教學(xué)大綱、教學(xué)任務(wù)、學(xué)生實際情況等制定出包含全課程內(nèi)容的案例庫，通過分解案例，然后將案例中分解出的各個小目標分別在各章節(jié)利用計算機EDA仿真實現(xiàn)。這樣每個學(xué)生都有個小任務(wù)，他們之間又彼此聯(lián)系，因為各個模塊之間的信號輸入和輸出之間有一定關(guān)系。

2） 落實課后實踐環(huán)節(jié)

實踐與工程應(yīng)用直接發(fā)生關(guān)系，要提高學(xué)生專業(yè)能力，必須要落實課后實踐環(huán)節(jié)。如何構(gòu)建從實驗平臺、課程設(shè)計到課題式研究的一套實踐體系。通過實踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生用計算機輔助計算及分析解決實際問題的能力。

3） 改變傳統(tǒng)式教學(xué)方式和方法

改變傳統(tǒng)的課堂師講生聽的狀況，上課老師通過案例展示，提出課題，使學(xué)生有工程的概念，創(chuàng)新的思想。激發(fā)學(xué)生對“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”課程學(xué)習(xí)興趣，主動接受；消除學(xué)生對其產(chǎn)生的“難學(xué)”和“誤解”等想法。

4） 利用遠程輔助教學(xué)平臺

充分利用學(xué)校BB平臺，豐富BB電子教育平臺內(nèi)容，在BB平臺上適時放置一些案例設(shè)計要求，便于學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”課程，通過這些輔助方式讓學(xué)生盡可能便利地學(xué)好這兩門課。

2.2電子技術(shù)教學(xué)中具體實施

根據(jù)電子技術(shù)內(nèi)容，在每章教學(xué)中，適當引入和章節(jié)相匹配的案例。在課堂上通過案例的展示，引導(dǎo)出需要解決的問題，老師應(yīng)該在具體的教學(xué)過程中啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生分析、聯(lián)想、探索、歸納、最后找出解決問題的方法?，F(xiàn)在我們以模擬電子技術(shù)第9章內(nèi)容RC振蕩電路，先提出具體案例，電子琴案例，想想電子琴為什么能發(fā)出美妙的音樂呢？其實就是產(chǎn)生不同的頻率的振蕩。之后讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，設(shè)計簡易電子琴的電路圖，分組通過EDA軟件展示電路的工作過程。圖1為設(shè)計的簡易電子琴EDA電路圖，通過改變不同的電阻可以得到不同的頻率，這樣就可以聽到美妙的音樂。

3EDA案例教學(xué)法實施存在的問題

3.1 學(xué)生專業(yè)知識薄弱

因為很多高校專業(yè)課都在大二才開始上專業(yè)課，另外在大多數(shù)學(xué)校，比較重理論輕實踐，這種教學(xué)形式存在一定問題，學(xué)生動手能力比較弱。輕視實踐能力培養(yǎng)的結(jié)果往往導(dǎo)致學(xué)生缺乏綜合實踐應(yīng)用能力，當他們碰到具體問題的時候往往無從下手。為了增強電子信息專業(yè)學(xué)生解決實際問題的能力，提出在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進行改革，最終達到提高學(xué)生對抽象理論知識和理解和感性認識能力。

3.2 教師隊伍參差不齊

案例教學(xué)法要達到預(yù)期的效果，對老師和學(xué)生的要求都非常高，一方面需要授課經(jīng)驗豐富和扎實專業(yè)知識功底的教師，很多年輕教師往往缺乏豐富的案例資源。另一方面也需要動手能力強、勤與鉆研的學(xué)生。所以在案例教學(xué)過程中需要學(xué)生克服依賴心理，積極參與課堂， 讓學(xué)生從一個被動接受著到主動參與者。

摘要：培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力是大學(xué)計算機教育的新課題。針對藝術(shù)專業(yè)學(xué)生的特點，結(jié)合當前藝術(shù)專業(yè)大學(xué)計算機教育存在的問題，從教學(xué)體系構(gòu)建、教師教學(xué)思維轉(zhuǎn)變、課堂教學(xué)的精心設(shè)計、拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)途徑等方面探討了藝術(shù)專業(yè)學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計算思維；藝術(shù)專業(yè)；大學(xué)計算機教育

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0100-02

1引言

計算思維由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機科學(xué)系主任周以真教授于2006年3月提出，指人們運用計算機科學(xué)的基本概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。計算思維概念的出現(xiàn)，引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和教育界的廣泛關(guān)注和討論，計算思維迅速席卷了包括工學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、化學(xué)等在內(nèi)的多個學(xué)科方向的計算機教育領(lǐng)域。

國內(nèi)不少專家和學(xué)者對計算思維進行了深入研究和探討，第七屆全國高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)論壇的專家認為，計算機專業(yè)的課程中應(yīng)盡快引入計算思維。于曉強等人探討了如何在計算機程序設(shè)計課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力[2]；常亮等人在離散數(shù)學(xué)教學(xué)中探討計算思維的培養(yǎng)[3]；賈茹等人則以“計算思維”為線索展開“Visual Basic 程序設(shè)計”教學(xué)[4]；吳紹兵從算法的一題多解入手， 探討如何對學(xué)生進行計算思維能力的培養(yǎng)，取得了很好的教學(xué)效果[5]。對于其他不同學(xué)科學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)的相關(guān)研究和探索也在如火如荼的進行，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)[6]，西安交通大學(xué)[7]等國內(nèi)許多綜合性與理工大學(xué)相繼開展了以“計算思維能力培養(yǎng)”為核心的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革；甘才軍[8]、耿國華[9]探討了文科生計算思維的培養(yǎng)；田緒紅[10]、蘇中濱[11]研究了農(nóng)業(yè)專業(yè)學(xué)生計算思維教育的問題；李志文[12]、張樂平等[13]就討論了醫(yī)科學(xué)生計算思維培養(yǎng)的問題，成敏盈[14]討論財經(jīng)類高校非計算機專業(yè)學(xué)生計算思維構(gòu)建問題。相比之下，對于計算思維在藝術(shù)領(lǐng)域的影響和應(yīng)用研究卻極為罕見，藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生的計算機教育和計算思維能力培養(yǎng)并沒有得到足夠的重視。

2當前藝術(shù)專業(yè)大學(xué)計算機教育的問題

2.1藝術(shù)專業(yè)學(xué)生的文化素養(yǎng)不高，學(xué)風(fēng)散漫

藝術(shù)專業(yè)學(xué)生從小花費了較多時間和精力在藝術(shù)學(xué)習(xí)上，對文化課的學(xué)習(xí)不夠重視，造成文化課成績較差，素養(yǎng)不高，也有部分學(xué)生是高中階段由于文化課成績不好轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)藝術(shù)。所以，藝術(shù)類學(xué)生的文化基礎(chǔ)對比其他專業(yè)學(xué)生來說顯得十分薄弱。同時，藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生由于其專業(yè)特性，普遍存在慵懶、學(xué)風(fēng)散漫等問題，學(xué)習(xí)文化課的積極性不高，特別是公共基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)更是如此，經(jīng)常出現(xiàn)上課遲到、早退，甚至逃課等現(xiàn)象。

2.2課程體系設(shè)置不合理，缺乏專業(yè)特色

教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會建立了大學(xué)計算機教學(xué)的知識體系和課程體系，為不同類型學(xué)校制訂計算機教學(xué)計劃提供指導(dǎo)。但是目前各高校藝術(shù)專業(yè)計算機課程體系普遍存在設(shè)置較為單一，內(nèi)容設(shè)置不能緊密結(jié)合專業(yè)應(yīng)用和需求，與社會對專業(yè)人才計算機能力的要求脫節(jié)。同時，在課程教學(xué)過程中，注重對某一軟件的使用講解，局限于“狹義工具”的范疇，缺乏培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的有效途徑和方法。

2.3學(xué)生學(xué)習(xí)途徑較為單一

當前學(xué)生獲取計算機知識的途徑大部分是通過課堂教學(xué)或?qū)嶒灲虒W(xué)來實現(xiàn)，學(xué)生在課余學(xué)習(xí)計算機知識的途徑較少，不能激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情和動力。

3藝術(shù)專業(yè)學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的策略和思路

針對當前藝術(shù)專業(yè)大學(xué)計算機教育的問題，可以考慮從課程體系結(jié)構(gòu)、教師教學(xué)思維、教學(xué)過程、學(xué)生學(xué)習(xí)途徑四個方面入手，有效培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

3.1課程體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

課程體系的構(gòu)建應(yīng)該緊密結(jié)合專業(yè)需求，根據(jù)具體情況，可以考慮采用三層體系結(jié)構(gòu)，即1+X+Y的課程體系結(jié)構(gòu)。其中1為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程，為藝術(shù)類各專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程。X為跟專業(yè)相關(guān)的限選課，可以考慮網(wǎng)頁設(shè)計與制作、多媒體技術(shù)等課程。Y為與專業(yè)緊密關(guān)聯(lián)的計算機課程，如音樂學(xué)專業(yè)學(xué)生可以開設(shè)音頻的制作與合成、美術(shù)設(shè)計類專業(yè)開設(shè)Photoshop、3Dmax等課程。通過三層課程體系結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生計算機水平得到提升，培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維能力。

3.2教師教學(xué)思維的轉(zhuǎn)變

以計算思維能力的培養(yǎng)為導(dǎo)向的計算機教學(xué)對教師提出了新的要求，需要教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，構(gòu)建注重計算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式。教師是整個教學(xué)活動的組織者和策劃者，如果教師仍停留在傳統(tǒng)的教學(xué)思維，沒有積極嘗試引導(dǎo)學(xué)生通過計算機思維對問題進行求解、系統(tǒng)設(shè)計和行為理解的話，整個教學(xué)設(shè)計毫無新意，教學(xué)活動得不到有效開展，教學(xué)效果無法保證，那么就無法培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

3.3教學(xué)活動和案例的精心設(shè)計

針對藝術(shù)類專業(yè)的特點，在教學(xué)中要積極構(gòu)造跟藝術(shù)相關(guān)的活動和教學(xué)案例，便于學(xué)生理解和學(xué)習(xí)，同時也能進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣。對于藝術(shù)類的學(xué)生，在講解大學(xué)計算機基礎(chǔ)中的多媒體模塊時，可以考慮引入有趣的Flash動畫，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，同時在快樂學(xué)習(xí)的同時又能掌握相關(guān)的知識。

藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力都比較強，在實踐教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計時，需要充分考慮實驗的綜合性和趣味性，除了完成基本的實驗外，還要適當增加設(shè)計性實驗，努力挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

3.4拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)途徑

除了課堂教學(xué)和實踐教學(xué)以外，可以結(jié)合學(xué)校自身的條件，努力創(chuàng)造多方位、多層次的學(xué)習(xí)途徑。一是充分利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性，打造網(wǎng)上學(xué)習(xí)中心，為學(xué)生提供與教師在線學(xué)習(xí)交流的平臺，滿足學(xué)生個性化、差異化發(fā)展的要求。教師也可以利用平臺共享優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源供學(xué)生課余學(xué)習(xí)。二是建立多層次的培養(yǎng)機制，除了完成基本的課程實驗和設(shè)計實驗外，教師可提供跟專業(yè)緊密相關(guān)的開放實驗題目供學(xué)生選修；搭建大學(xué)生創(chuàng)新實踐基地，結(jié)合藝術(shù)專業(yè)的特點，有針對性地對學(xué)生開展訓(xùn)練，進行計算思維能力的培養(yǎng)；組織學(xué)生積極參加國家、省、市舉辦的各項競賽活動，通過比賽進一步推動學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。