基于ＥＤＡ技術(shù)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)改革研究

摘要： 本文通過(guò)對(duì)高校電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的改革研究，總結(jié)出傳統(tǒng)電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，認(rèn)為將EDA技術(shù)和傳統(tǒng)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，有著非常深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞： 電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)狀 EDA技術(shù) 簡(jiǎn)介 改革

1.引言

《電工基礎(chǔ)》是工科電類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課程。該課程的教學(xué)目的是系統(tǒng)地介紹直流電路、交流電路、一階動(dòng)態(tài)電路的基本概念、基本定理定律、基本分析方法。它是《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》等課程的前修基礎(chǔ)課程。它在專業(yè)課程中的地位是舉足輕重、不可動(dòng)搖的。它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，提高學(xué)生的分析問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作、實(shí)踐能力都有著十分重要的作用。

實(shí)驗(yàn)課程是理論課程的延續(xù)，是對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證，是對(duì)理論知識(shí)的鞏固和拓展。由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)課程是課程教學(xué)中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到學(xué)生能否將所學(xué)的理論知識(shí)鞏固拓展，舉一反三，關(guān)系到學(xué)生的動(dòng)手操作能力、分析和解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力能否得到培養(yǎng)和提高。況且電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是電類相關(guān)的專業(yè)學(xué)生第一次接觸到的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐驗(yàn)證的一個(gè)重要途徑。隨著無(wú)線電通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子信息技術(shù)的不斷飛速發(fā)展，新理論、新技術(shù)、新成果的不斷涌現(xiàn)，電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)這門課程的內(nèi)容也要隨之不斷更新，要用發(fā)展的觀念來(lái)對(duì)待這門課程，不斷與時(shí)俱進(jìn)，補(bǔ)充新知識(shí)、新技術(shù)、新實(shí)驗(yàn)。

2.電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀

很多高校在實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)方面存在或多或少的問(wèn)題，諸如：實(shí)驗(yàn)室設(shè)備投入少，儀器設(shè)備老化嚴(yán)重，儀器設(shè)備的維護(hù)技術(shù)落后，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室管理人員缺少，專業(yè)設(shè)備維護(hù)人員缺少等。同時(shí)，電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備比較多，設(shè)備使用率較高，再加上學(xué)生的一些不當(dāng)操作，比如儀表量程的選擇錯(cuò)誤、實(shí)驗(yàn)線路的搭建錯(cuò)誤等，實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，如果不能及時(shí)維修，就會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)課程的正常教學(xué)，影響到高校教學(xué)質(zhì)量的提高。

傳統(tǒng)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多問(wèn)題，比如：強(qiáng)調(diào)定理定律的驗(yàn)證，驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)太多，而且學(xué)生又容易忽略對(duì)誤差的分析。擴(kuò)展型、創(chuàng)新型、設(shè)計(jì)型、工程型等綜合性實(shí)驗(yàn)太少，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力缺乏培養(yǎng)和提高。教學(xué)的模式比較單一，實(shí)驗(yàn)手段比較落后，使學(xué)生覺(jué)得做實(shí)驗(yàn)就是在完成任務(wù)，實(shí)驗(yàn)的積極性不高，影響了實(shí)驗(yàn)的效果和實(shí)驗(yàn)課程在學(xué)生心目中的地位。

3.EDA技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)介

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。EDA技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，20世紀(jì)70年代為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD技術(shù)）階段，人們開(kāi)始用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行IC版圖編輯，PCB布局布線，取代了手工操作；20世紀(jì)80年代為計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE技術(shù)）階段，與CAD技術(shù)相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過(guò)電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)；20世紀(jì)90年代為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA技術(shù)）階段，這時(shí)的EDA工具不僅具有電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，而且能提供獨(dú)立于工藝和廠家的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)能力，具有高級(jí)抽象的設(shè)計(jì)構(gòu)思手段。

4.基于EDA技術(shù)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)改革

高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該以訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和分析解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維為教學(xué)目標(biāo)。因此，將不受實(shí)驗(yàn)室硬件條件限制的EDA技術(shù)引入到電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中來(lái)，是高校實(shí)驗(yàn)課程改革的必然趨勢(shì)。學(xué)生可以通過(guò)EDA軟件仿真的方法完成驗(yàn)證型、創(chuàng)新型、設(shè)計(jì)型、工程型的全部綜合性實(shí)驗(yàn)。高校還可以根據(jù)電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)適應(yīng)工程實(shí)踐需要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，切實(shí)聯(lián)系實(shí)際開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)。

基于EDA技術(shù)開(kāi)設(shè)電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，利用軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化、元器件短缺、專業(yè)維護(hù)人員缺少、維護(hù)技術(shù)落后的缺點(diǎn)，從而降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。還能利用軟件中的各種儀器設(shè)備和分析方法，使學(xué)生更快更好地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生更快更扎實(shí)地掌握基本知識(shí)，提高教學(xué)效率和效果。將EDA仿真技術(shù)和傳統(tǒng)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合是現(xiàn)代教育發(fā)展的必然趨勢(shì)，是對(duì)傳統(tǒng)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次改革，同時(shí)能更好地培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)人才的需求。

目前，在各個(gè)高校的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中普遍采用的EDA軟件主要有Multisim 2001和EWB（Electronics Workbench，即電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)）兩種。這兩種EDA軟件都是加拿大交互圖像技術(shù)有限公司（Interactive Image Technologies，簡(jiǎn)稱IIT公司）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬電路、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)工作。它包含電路原理圖的圖形輸入，具有豐富的仿真分析能力，利用它們提供的虛擬儀器可以以比在實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測(cè)量方法。

EDA仿真技術(shù)與傳統(tǒng)電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，既能夠傳授實(shí)驗(yàn)技能，又能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，促使學(xué)生融會(huì)貫通、舉一反三，更好地理解和掌握知識(shí)。因此在教學(xué)中，要遵循由淺入深，由易到難、由基礎(chǔ)到綜合、由理論驗(yàn)證到創(chuàng)新設(shè)計(jì)、循序漸進(jìn)的原則，按照基礎(chǔ)型、綜合型、創(chuàng)新型三個(gè)層次開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)?；A(chǔ)型的實(shí)驗(yàn)以定理定律的驗(yàn)證為主，由學(xué)生通過(guò)EDA軟件搭建實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行仿真。綜合型的實(shí)驗(yàn)以學(xué)生動(dòng)手為主，教師輔導(dǎo)為輔，教師只給出設(shè)計(jì)要求或者設(shè)計(jì)指標(biāo)，讓學(xué)生自由發(fā)揮，自己查閱資料，設(shè)計(jì)電路。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)就是學(xué)生自己動(dòng)手，自己動(dòng)腦，主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)無(wú)題目、無(wú)要求、無(wú)步驟的自主型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，充分調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，給他們更多的時(shí)間和空間發(fā)揮想象，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高校電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程改革的探索研究，本文對(duì)基于EDA技術(shù)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了比較，總結(jié)歸納出基于EDA技術(shù)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的諸多優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。只有將基于EDA技術(shù)的電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自所長(zhǎng)，才能滿足高校對(duì)于開(kāi)設(shè)創(chuàng)新型、設(shè)計(jì)型、工程型的綜合性實(shí)驗(yàn)的要求。這對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高學(xué)習(xí)效率和效果，提高高校的教學(xué)質(zhì)量，有著非常深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳松，金鴻.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社，2003年8月.

［2］王涌，顧偉駟，賈立新.電工學(xué)實(shí)驗(yàn)改革以及自制實(shí)驗(yàn)示范建設(shè).電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006年12月第28卷第5期：70-71.

［3］楊子鳴.電工基礎(chǔ)課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的改革.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005年4月第24卷第4期：79-81.