ＥＤＡ技術(shù)在電專業(yè)實驗系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：本文根據(jù)電專業(yè)教學(xué)的發(fā)展，以課堂教學(xué)為基點，以計算機EDA輔助工具為手段拓展實驗內(nèi)容，實施傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)相結(jié)合的方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：實驗步驟 教學(xué)模式 EDA設(shè)計

實驗教學(xué)是教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，對專業(yè)人才的綜合素質(zhì)培養(yǎng)有重要的作用。改革電子技術(shù)實驗教學(xué)應(yīng)立足于現(xiàn)有資源，融入計算機新技術(shù)，將傳統(tǒng)的實驗教學(xué)與新型的計算機仿真教學(xué)相互結(jié)合，探索建立綜合性、開放性的實驗教學(xué)新模式。隨著計算機輔助教學(xué)(CAI)技術(shù)的不斷發(fā)展，“電子設(shè)計自動化”(Electronic Design Automation，EDA)也進入了實驗教學(xué)課堂，它是一種利用計算機技術(shù)對電子技術(shù)實驗進行仿真和模擬的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，具有較高的推廣和運用價值。以計算機技術(shù)與現(xiàn)代教育思想為手段，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字電路的設(shè)計能力和綜合應(yīng)用能力，加強對學(xué)生分析問題、解決問題能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，可以更好地將理論與實踐相結(jié)合，為后繼課程和畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

一、電子課程教學(xué)與實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

1．教學(xué)內(nèi)容單一、陳舊，不能滿足學(xué)生的實際需求。

多年來電子教學(xué)使用的教材鮮有變化，仍以傳統(tǒng)電子技術(shù)內(nèi)容為主。而電子技術(shù)的發(fā)展卻一刻也沒有停止過，各種新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮。現(xiàn)有教學(xué)模式缺乏對新技術(shù)的了解和掌握，學(xué)生畢業(yè)后無法很快融入社會。

2．實驗設(shè)備數(shù)量不足。

由于學(xué)校擴招和資金短缺的壓力，實驗設(shè)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(xué)生實驗的需求。

3．傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法不利于提高教學(xué)質(zhì)量。

通常，在電子電路實驗教學(xué)和課程設(shè)計中，采用面包板搭接各種中、小規(guī)模數(shù)字集成電路(MSI，SSI)存在很多不足之處，如學(xué)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(xué)生在課外很難進行設(shè)計操作。

4．實驗內(nèi)容對學(xué)生能力培養(yǎng)不夠。

當前，電類學(xué)科實驗教學(xué)中安排的內(nèi)容多以驗證型實驗為主，設(shè)計型特別是系統(tǒng)設(shè)計型實驗較少，制約了學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力的提高，也不符合當前對人才培養(yǎng)目標的要求。

二、在電子實驗教學(xué)中引入EDA技術(shù)的優(yōu)勢

1．提高學(xué)生的知識層次

EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展趨勢，21世紀將是EDA技術(shù)快速發(fā)展時期。將EDA技術(shù)引入實驗教學(xué)有利于學(xué)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(shè)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(shè)備上，相當于為學(xué)校增加了更多的實驗設(shè)備，學(xué)生可以通過計算機實現(xiàn)實驗課程的要求。

3．有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力

EDA軟件系統(tǒng)包括許多子模塊、設(shè)計數(shù)據(jù)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(shù)，學(xué)生可以快速、經(jīng)濟地設(shè)計電子系統(tǒng)，并且很容易實現(xiàn)修改及完善，大大提高了學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和計算機應(yīng)用能力。

4．有利于教師自身素質(zhì)提高

教師在教學(xué)實施過程中起著重要的作用，教師自身素質(zhì)的提高十分關(guān)鍵。在電子技術(shù)實驗教學(xué)中引入EDA技術(shù)，將促進教師對這項新技術(shù)的學(xué)習(xí)和掌握，利于將EDA技術(shù)廣泛應(yīng)用于高校電專業(yè)的實驗教學(xué)中。

三、EDA技術(shù)在實驗教學(xué)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)依附于理論課并以驗證理論為主。學(xué)生通過教學(xué)實驗，一方面可加深理解理論知識，另一方面，還可學(xué)會用實驗的方法研究、解決問題，培養(yǎng)綜合能力和創(chuàng)造能力。為了達到這一目的，應(yīng)在學(xué)生掌握一定的基本實驗方法、技能和實驗理論基礎(chǔ)上，開設(shè)設(shè)計型的教學(xué)實驗，并將EDA技術(shù)引入實驗教學(xué)中，讓學(xué)生研究實驗的目的和要求，設(shè)計實驗方案，選擇實驗所需的儀器設(shè)備和實驗條件，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能。這樣，既培養(yǎng)了學(xué)生的基本實驗技能與實驗?zāi)芰Γ肿寣W(xué)生了解了當前電子設(shè)計領(lǐng)域的先進技術(shù)。有利于學(xué)生接觸業(yè)界先進技術(shù)和成果，了解當前業(yè)界先進技術(shù)和成果，從而加強學(xué)校教學(xué)與社會實用的聯(lián)系，大大增強學(xué)生就業(yè)的競爭能力。

1．豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，提高實驗成功率。

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，實驗設(shè)備的先進性不斷提高。傳統(tǒng)的實驗以實物為主，由于采用搭接線路進行調(diào)試，設(shè)備易磨損老化，出現(xiàn)故障較多，數(shù)量也要有所增減，對于較為復(fù)雜的實驗，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)難以調(diào)試成功。用EDA軟件工具做實驗，實驗環(huán)境是一個虛擬環(huán)境，克服了實驗室儀器設(shè)備與元器件在品種、規(guī)格和數(shù)量上不足的限制，隨著軟件的不斷發(fā)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(diào)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(fù)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(xiàn)；電路設(shè)計簡單方便，實現(xiàn)了“硬件軟化”，采用可編程器件，通過設(shè)計芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，節(jié)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(fā)學(xué)生的實驗積極性。

傳統(tǒng)的實驗需要用到許多專門儀器，而實驗室的規(guī)模和開放時間是有限的，學(xué)生在課后的時間無法繼續(xù)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(xué)生實驗的需求。以EDA技術(shù)為基礎(chǔ)的實驗教學(xué)，克服了傳統(tǒng)實驗教學(xué)必須在規(guī)定時間、規(guī)定地點進行這一弊端，打破了空間、時間的限制，學(xué)生可以在計算機的環(huán)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(xué)生可以根據(jù)自已的學(xué)習(xí)進度安排實驗時間，在有限的實驗教學(xué)時數(shù)進行練習(xí)。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(diào)試測量工具，是一個全開放性的仿真實驗平臺。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好選修實驗室提供的實驗項目，也可以根據(jù)自己的一些新的想法、自己擇業(yè)的需要，完成一些實用的開發(fā)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(jīng)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對知識的掌握。

3．以實驗教學(xué)為載體，構(gòu)造創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺。

為了激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣，要求電子課題設(shè)計的題目與內(nèi)容富有趣味性和實用性。在電子教學(xué)中開設(shè)課外EDA(電子設(shè)計自動化)課程設(shè)計，是我們實施研究型教學(xué)模式的一個重要環(huán)節(jié)。在這個教學(xué)環(huán)節(jié)中能夠引導(dǎo)學(xué)生自己研究問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，根據(jù)電子電路課程設(shè)計教學(xué)的發(fā)展，以基礎(chǔ)教學(xué)為基點，拓展了課程與其它學(xué)科的縱向與橫向聯(lián)系，以計算機EDA輔助工具為手段，實施傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)相結(jié)合的方法。

EDA工具給學(xué)生創(chuàng)造了一個優(yōu)良的環(huán)境，強化了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，使學(xué)生有了更大的設(shè)計自由度，給學(xué)生以極大的創(chuàng)造空間，學(xué)生可以盡情發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，在計算機上對設(shè)計內(nèi)容進行仿真測試，改變元件(或元器件的參數(shù))，調(diào)整元件連通方式，進行多種設(shè)計方案的比較和優(yōu)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(fù)地設(shè)疑和實驗，不斷地即時得到不同實驗結(jié)果，然后再用實際硬件安裝調(diào)試，從而選擇最佳設(shè)計或?qū)嶒灧桨福隍炞C、測試、設(shè)計、糾錯和創(chuàng)新等方面進行不同形式的訓(xùn)練，使學(xué)生的動手實踐能力得到較好的鍛煉，逐步培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和應(yīng)用新技術(shù)的能力，提高其工程技術(shù)素質(zhì)，有利于學(xué)生個性和才能的全面發(fā)展。

在電基礎(chǔ)實驗教學(xué)中，引入EDA技術(shù)，把傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法與新型的計算機仿真教學(xué)相互結(jié)合，建立綜合性、開放性的實驗教學(xué)模式是電專業(yè)實驗教學(xué)的新模式，這種教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，有利于實驗教學(xué)質(zhì)量的提高。

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