ＥＤＡ技術在電專業實驗系統中的應用

摘 要：本文根據電專業教學的發展，以課堂教學為基點，以計算機EDA輔助工具為手段拓展實驗內容，實施傳統教學與現代教學相結合的方法，培養學生的創新思維和創新能力。

關鍵詞：實驗步驟 教學模式 EDA設計

實驗教學是教學的一個重要環節，對專業人才的綜合素質培養有重要的作用。改革電子技術實驗教學應立足于現有資源，融入計算機新技術，將傳統的實驗教學與新型的計算機仿真教學相互結合，探索建立綜合性、開放性的實驗教學新模式。隨著計算機輔助教學(CAI)技術的不斷發展，“電子設計自動化”(Electronic Design Automation，EDA)也進入了實驗教學課堂，它是一種利用計算機技術對電子技術實驗進行仿真和模擬的應用軟件系統，具有較高的推廣和運用價值。以計算機技術與現代教育思想為手段，培養學生對數字電路的設計能力和綜合應用能力，加強對學生分析問題、解決問題能力的訓練和培養，可以更好地將理論與實踐相結合，為后繼課程和畢業設計打下良好的基礎。

一、電子課程教學與實驗教學現狀分析

1．教學內容單一、陳舊，不能滿足學生的實際需求。

多年來電子教學使用的教材鮮有變化，仍以傳統電子技術內容為主。而電子技術的發展卻一刻也沒有停止過，各種新技術、新產品層出不窮。現有教學模式缺乏對新技術的了解和掌握，學生畢業后無法很快融入社會。

2．實驗設備數量不足。

由于學校擴招和資金短缺的壓力，實驗設備短缺，雖然采取了增加實驗室開放時間等方法，但還是不能完全滿足學生實驗的需求。

3．傳統的實驗教學方法不利于提高教學質量。

通常，在電子電路實驗教學和課程設計中，采用面包板搭接各種中、小規模數字集成電路(MSI，SSI)存在很多不足之處，如學生在實驗過程中電源沒有接好，超過TTL電路的工作電壓時，極容易損壞TTL電路，這樣既增加了元器件的消耗，又浪費了時間。由于電路的測試要用許多專門的儀器，學生在課外很難進行設計操作。

4．實驗內容對學生能力培養不夠。

當前，電類學科實驗教學中安排的內容多以驗證型實驗為主，設計型特別是系統設計型實驗較少，制約了學生技術應用能力的提高，也不符合當前對人才培養目標的要求。

二、在電子實驗教學中引入EDA技術的優勢

1．提高學生的知識層次

EDA技術是現代電子設計的發展趨勢，21世紀將是EDA技術快速發展時期。將EDA技術引入實驗教學有利于學生掌握EDA這種工具，擴大知識面，提高知識層次。

2．緩解實驗設備不足的壓力

由于EDA工具是以軟件形式存在，將其安裝在計算機設備上，相當于為學校增加了更多的實驗設備，學生可以通過計算機實現實驗課程的要求。

3．有利于培養學生的知識應用能力

EDA軟件系統包括許多子模塊、設計數據庫子模塊、分析驗證子模塊、綜合仿真模塊、布局布線子模塊等。借助于EDA技術，學生可以快速、經濟地設計電子系統，并且很容易實現修改及完善，大大提高了學生的實踐能力、創新能力和計算機應用能力。

4．有利于教師自身素質提高

教師在教學實施過程中起著重要的作用，教師自身素質的提高十分關鍵。在電子技術實驗教學中引入EDA技術，將促進教師對這項新技術的學習和掌握，利于將EDA技術廣泛應用于高校電專業的實驗教學中。

三、EDA技術在實驗教學的應用

傳統的實驗教學依附于理論課并以驗證理論為主。學生通過教學實驗，一方面可加深理解理論知識，另一方面，還可學會用實驗的方法研究、解決問題，培養綜合能力和創造能力。為了達到這一目的，應在學生掌握一定的基本實驗方法、技能和實驗理論基礎上，開設設計型的教學實驗，并將EDA技術引入實驗教學中，讓學生研究實驗的目的和要求，設計實驗方案，選擇實驗所需的儀器設備和實驗條件，培養學生的基本實驗技能。這樣，既培養了學生的基本實驗技能與實驗能力，又讓學生了解了當前電子設計領域的先進技術。有利于學生接觸業界先進技術和成果，了解當前業界先進技術和成果，從而加強學校教學與社會實用的聯系，大大增強學生就業的競爭能力。

1．豐富了實驗教學內容，提高實驗成功率。

隨著電子技術的迅速發展，實驗設備的先進性不斷提高。傳統的實驗以實物為主，由于采用搭接線路進行調試，設備易磨損老化，出現故障較多，數量也要有所增減，對于較為復雜的實驗，學生在規定時間內難以調試成功。用EDA軟件工具做實驗，實驗環境是一個虛擬環境，克服了實驗室儀器設備與元器件在品種、規格和數量上不足的限制，隨著軟件的不斷發展和完善，能夠做的實驗不斷地增加和擴展，把以前繁瑣的實驗室驗證調試和人工制板全部在電腦上完成，可以在短暫的實驗時間里快速完成較復雜的電路連接、測試工作，避免元器件損壞、接觸不良、儀器損壞等不利因素，對于一些抽象、繁雜的變化過程也可以借助EDA工具用波形、圖像等形式生動形象地進行表現；電路設計簡單方便，實現了“硬件軟化”，采用可編程器件，通過設計芯片來實現系統功能，節省了實驗費用，縮短了實驗時間，提高了實驗效率。

2．開放性(自由)實驗法，激發學生的實驗積極性。

傳統的實驗需要用到許多專門儀器，而實驗室的規模和開放時間是有限的，學生在課后的時間無法繼續自己的實驗，雖然可采取增加實驗室開放時間等方法，但還是不能完全滿足學生實驗的需求。以EDA技術為基礎的實驗教學，克服了傳統實驗教學必須在規定時間、規定地點進行這一弊端，打破了空間、時間的限制，學生可以在計算機的環境里不受時空限制來完成實驗。充分利用EDA軟件中豐富的“實驗器材”，學生可以根據自已的學習進度安排實驗時間，在有限的實驗教學時數進行練習。軟件不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件，還提供了各種豐富的調試測量工具，是一個全開放性的仿真實驗平臺。學生可以根據自己的興趣愛好選修實驗室提供的實驗項目，也可以根據自己的一些新的想法、自己擇業的需要，完成一些實用的開發項目，或參與科研項目中的一些子項目或功能模塊，解決了因經費短缺、使用不當、管理不善等諸多因素對實驗實踐的嚴重制約，大大提高了學生的學習興趣，有利于學生對知識的掌握。

3．以實驗教學為載體，構造創新人才培養平臺。

為了激發學生的主動學習興趣，要求電子課題設計的題目與內容富有趣味性和實用性。在電子教學中開設課外EDA(電子設計自動化)課程設計，是我們實施研究型教學模式的一個重要環節。在這個教學環節中能夠引導學生自己研究問題，培養學生的創新意識，根據電子電路課程設計教學的發展，以基礎教學為基點，拓展了課程與其它學科的縱向與橫向聯系，以計算機EDA輔助工具為手段，實施傳統教學與現代教學相結合的方法。

EDA工具給學生創造了一個優良的環境，強化了學生在教學活動中的主體地位，使學生有了更大的設計自由度，給學生以極大的創造空間，學生可以盡情發揮想象力、創造力，在計算機上對設計內容進行仿真測試，改變元件(或元器件的參數)，調整元件連通方式，進行多種設計方案的比較和優化，大膽實踐而不必考慮元器件的損壞，在計算機上主動、反復地設疑和實驗，不斷地即時得到不同實驗結果，然后再用實際硬件安裝調試，從而選擇最佳設計或實驗方案，在驗證、測試、設計、糾錯和創新等方面進行不同形式的訓練，使學生的動手實踐能力得到較好的鍛煉，逐步培養學生的綜合設計能力、創新能力和應用新技術的能力，提高其工程技術素質，有利于學生個性和才能的全面發展。

在電基礎實驗教學中，引入EDA技術，把傳統的實驗教學方法與新型的計算機仿真教學相互結合，建立綜合性、開放性的實驗教學模式是電專業實驗教學的新模式，這種教學模式有利于培養學生的動手能力和創新能力，有利于實驗教學質量的提高。

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