EDA技術在《電子技術基礎》教學中的實踐與應用

張映盛

一、 問題的提出

電子技術是一門實踐性很強的課程,現今職業學校機電、電子、通信、計算機以及相關專業均開設了該課程,同時配合理論教學還開設了實驗課用以提高教學效果。電子技術實驗,大部分學校采用各類實驗箱,實驗過程中學生要完成電路搭建、結果驗證。對于一些小型電路,各類實驗箱還能應付得了,但稍稍復雜一些的電路就難以對付了,往往由于芯片短缺、電路連接過于復雜、故障難以查找,加上實驗箱長期使用導致接觸不良等等,使得實際實驗過程中電路搭建成功率低,導致學生對實驗的興趣下降,影響實際教學效果。現在隨著個人計算機提高和互聯網的發展,功能強大的電子仿真軟件EDA技術逐漸與廣大專業教師見面,我們將它逐步地應用到教學之中,出現了全新的教學模式,在電子技術教學中應用EDA技術將是一個必然的趨勢。

二、 EDA技術在電子技術教學中的應用

電子技術課程是電子類專業的支柱性課程,它要求學生熟悉各種電子器件,掌握電路圖的識讀、繪制以及電路工作原理,還要學會掌握和合理運用分析方法。EDA軟件正是提供了各種支持,恰到好處地符合這樣的教學要求。同樣,電子線路課程又是一個緊密聯系實踐的課程,EDA軟件的強大的仿真功能更是能把實踐帶入課堂,帶入教學的每一個環節中去。基于Multisim的電子技術課堂教學,是在虛擬的電子環境中,師生借助計算機自然地、高效地與電子元器件、電子儀器、分析工具等進行實時交互,相互影響,為開展探究式教學提供了必要的支持。

1.應用于課堂教學環節,開展探究式教學,是師生高效交流的平臺

探究式教學能充分調動學生的積極性,挖掘學生的學習潛力,使學生變被動的接受為主動的探求,也充分體現了教師主導和學生主體,這是一種科學的、民主的教學方法。以前由于課堂上師生之間沒有實時交互的平臺,教師是單向地教,學生是被動地學,而Multisim的出現,恰到好處地為師生搭建了一個良好的交互平臺。因為,首先,在Multisim創建的電子技術課堂教學情境中,電子元器件、儀器儀表、仿真分析方法同等地提供給教師和學生,使學生產生親臨電子電路實際環境之中的感覺,學生是從虛擬環境的內部向外觀察,不再是旁觀者,而變成了電路知識的探究者。其次,Multisim對電路參數的設置、電子分析和仿真、數據圖形的處理以及結果的輸出都只需簡單的操作即可完成,這樣就使師生的交互能在輕擊幾下鼠標之下完成。因而在課堂上師生間能通過簡捷、輕松的方式完成充分的交流,學生的疑問、新奇的想法等都可以及時驗證和嘗試,真正為師生搭建了一個開放性的“所想即所得”的高效交流平臺。

探究式教學一般遵循“問題情境——搭建模型——解決問題”三個步驟。創設問題情境是引發學生探究心理學習新知識的切入點。例如在單管共射放大電路的教學中,第一步,教師先創設問題情境,要把幅值為10mV ,頻率為1KHz的正弦信號放大50倍,負載電阻是2KΩ。第二步,學生調用已有知識(三極管放大特性、三極管放大狀態的外部條件、三極管輸入、輸出特性),在Multisim環境中,調用虛擬元器件和虛擬和儀器儀表,搭建電路模型,最后在教師的提問、啟發、引導下,對電路不斷地分析、測試、調整,完成放大電路,即解決了問題。這樣,在大量的動腦、動手的實踐中,學生學到了新知識(共射放大電路的基本結構、靜態工作點、截止失真、飽和失真、頻響特性等)。總之,EDA技術為探究式教學提供了優質的平臺,也必將為學生的學習提供優質的保證。

2. 應用于實驗教學環節,開展虛擬實驗,是實際硬件實驗的有力補充和拓展

虛擬實驗在實驗教學中的應用,主要表現在以下三個方面:

(1)學校缺少某項實驗的實驗設備時,虛擬實驗可以代替硬件實驗。有些學校由于缺少實驗設備,部分硬件實驗無法展開,就完全可以用虛擬實驗代替。虛擬實驗的一大特點就是不受實驗設備、場地的條件限制,只要有計算機,有EDA軟件(如Multisim),幾乎所有的實驗都難不住它。(它的元器件庫無所不包,而且具有網上更新的功能,它的虛擬儀器也是應有盡有,而且直觀性強。)

(2)同一實驗課題,在開展硬件實驗的同時,可以輔以虛擬實驗。硬件實驗和虛擬實驗在教學效果上各有所長,硬件實驗的主導地位是毋庸置疑的,它使學生直接面對真實對象,進行真實操作,獲得直接經驗,這是虛擬實驗所無法做到的。而虛擬實驗有更為優秀的分析技術,例如在很多儀器儀表中引入指針,使實驗數據更易獲得,實驗現象更為明顯,EDA軟件中又具有經典的仿真分析方法,能輕而易舉地實現瞬時現象的捕捉,也能把很長時間的現象展現于一秒,這也是實際儀器不能敵的。所以,同一個課題,開展實際硬件實驗可使學生鍛煉動手能力,獲得直接經驗。開展虛擬實驗,有助于對實驗現象的觀察和實驗數據的獲得,最終有利于分析和實驗結論的獲得。

(3)開展具有創造性的開放式實驗。以前在做實驗前,教師出于對實驗器材和學生安全的保護,必先囑咐學生不準動這,不準動那,使學生做起實驗來束手束腳,學生的想象力和創造力得不到發揮。其實很多時候,學生對實驗內容是有自己的獨到的想法的。如果能夠利用虛擬實驗技術,拿出有意義的課題,進行開放式的實驗,學生在實驗中,可以發揮自己的創造力,對電路進行別出心裁的修改,對電路的分析和測試做不同的嘗試,使學生完全成為實驗電路的剖析者和探索者,又不必擔心會損壞任何器件或儀器。這樣既拓展了實驗范圍,又培養了學生的創新意識。

長久以來,電類實驗課普遍采用傳統的硬件驗證的實驗模式。隨著EDA技術的發展,系統仿真技術日漸完善,它將越來越多地應用于實驗課程的教學,實驗課程也必然采取硬件實驗和軟件仿真相結合的方式。

三、 結束語

EDA技術是將計算機技術應用于電子電路設計過程的一門嶄新技術,給電子產品設計與開發帶來了革命性的變化。它在教學領域的應用也必將給電子專業課程的教學帶來革命性的變化。無論從教學還是從實用的角度去考慮,它都是一個最體現以人為本、體現能力本位的新型的教學技術。無論從課堂教學還是從實驗教學去應用,它都將更好地激發學生的創新意識和探索精神。當然,EDA技術的應用對專業教師的綜合素質有較高的要求,既要較全面熟悉電子技術專業的知識,又要懂得使用計算機,并且不斷地吸取先進的技術,靈活地運用在教學過程中。教師應懂得電子技術中某一個問題的多種表達方式,這樣搭建電路容易與軟件的建模方式匹配;教師還應對專業英語熟練,看懂軟件的功能意圖,而這正是職業學校教師“四新”目的之所在。

(溧陽市職業教育中心)