淺析EDA軟件電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

路國華

第四軍醫(yī)大學(xué)電子學(xué)教研室，陜西 西安 710032

電子技術(shù)課程（包括電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和電子系統(tǒng)安裝實(shí)習(xí)）是第四軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在內(nèi)的多種現(xiàn)代教育手段和方法的發(fā)展，促進(jìn)了電子技術(shù)課程教學(xué)手段和方法的改革，特別是CAD、EDA技術(shù)與現(xiàn)代教育手段在電子技術(shù)教學(xué)中的結(jié)合與應(yīng)用，更是有力促進(jìn)了電子技術(shù)課程教學(xué)效果的提高。傳統(tǒng)的電子技術(shù)教學(xué)方法已經(jīng)不能很好的滿足和適應(yīng)人才培養(yǎng)要求，教與學(xué)的矛盾日益增加。

在這樣的背景下，對(duì)于我校的電子技術(shù)課程的教學(xué)，如何科學(xué)合地將EDA技術(shù)用于理論和實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的提高。對(duì)該問題的研究和解決，顯得非常迫切，十分重要，也很有意義。

1 常用的EDA軟件

EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是一種融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息智能技術(shù)等多學(xué)科的最新成果而形成的一門新技術(shù)，將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析、PCB版圖設(shè)計(jì)等的多個(gè)環(huán)節(jié)均在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理[1]。目前進(jìn)入我國的EDA軟件主要包括multiSIM和Protel，這兩個(gè)主要用于電子線路仿真和PCB設(shè)計(jì)。

1.1 電子線路仿真軟件multiSIM

multiSIM是加拿大IITL（Interactive Image Technologies Ltd）公司在20世紀(jì)末推出的一款電路仿真軟件。該軟件最大的特點(diǎn)是：人機(jī)交互界面形象直觀、虛擬儀器儀表種類齊全，幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。

1.2 PCB設(shè)計(jì)軟件Protel

Protel是PROTEL公司在20世紀(jì)80年代末推出的PCB設(shè)計(jì)軟件。該軟件的最大特點(diǎn)是：功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便，是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的PCB設(shè)計(jì)軟件[2]。

2 EDA軟件在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)定位于培養(yǎng)醫(yī)工結(jié)合技術(shù)人才的要求以及未來任職崗位的需要，在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們將MultiSIM和Protel99SE兩個(gè)EDA軟件科學(xué)、合理地融入理論和實(shí)踐教學(xué)中去，按照理論授課-仿真實(shí)驗(yàn)-電路實(shí)驗(yàn)的先后順序，貫穿于授課內(nèi)容、課時(shí)安排、理論課和實(shí)踐課的比例等教學(xué)環(huán)節(jié)。電子技術(shù)課程以電路原理為開始，教會(huì)學(xué)生使用仿真軟件MultiSIM的基本操作，能夠分析簡單電路的性能參數(shù)，從而驗(yàn)證電路定理；在模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)部分，加強(qiáng)學(xué)生使用MultiSIM軟件的高級(jí)操作，讓學(xué)生掌握模擬和數(shù)字電路的參數(shù)分析、器件選擇等，讓學(xué)生具備自主設(shè)計(jì)模擬或數(shù)字電路的能力；到電路安裝實(shí)現(xiàn)部分，教會(huì)學(xué)生使用PCB設(shè)計(jì)軟件protel99SE的基本操作，并利用MultiSIM軟件設(shè)計(jì)調(diào)幅收音機(jī)電路并進(jìn)行仿真，然后由protel99SE生成PCB，最后由學(xué)生自行焊接電路、完成收音機(jī)的調(diào)試安裝與調(diào)試。如圖1所示的占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路，在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中，這部分內(nèi)容相對(duì)抽象，學(xué)生不太理解。我們采用MultiSIM軟件完成電路設(shè)計(jì)，并通過調(diào)整電位器的值，同時(shí)監(jiān)測(cè)示波器的波形，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

除過電子技術(shù)課程4個(gè)模塊的教學(xué)之外，我們還開設(shè)電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們參照全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的方法，3～5個(gè)學(xué)生自由組成一組，在三周內(nèi)完成一個(gè)簡單的工程設(shè)計(jì)，包括選題、方案設(shè)計(jì)、MultiSIM電路仿真、Protel PCB設(shè)計(jì)、元器件購買、電路裝配、調(diào)試、設(shè)計(jì)說明書撰寫、答辯等過程；在設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)上，體現(xiàn)綜合性、工程性、實(shí)用性、趣味性，而且每組題目不重復(fù)，保證學(xué)生能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

在上述教學(xué)過程中，EDA軟件自始至終都發(fā)揮了非常重要的作用，既能提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，又能彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室因設(shè)備等條件限制而無法開設(shè)部分實(shí)驗(yàn)的缺陷。

3 教學(xué)效果分析

圖1 占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路的仿真

圖2 學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)

圖3 學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)滿意度

圖4 模擬電子技術(shù)平均成績

圖5 實(shí)踐教學(xué)改革對(duì)電子設(shè)計(jì)能力的作用

六年來，我們將MultiSIM和Protel軟件實(shí)際應(yīng)用到電子技術(shù)的教學(xué)中，通過問卷調(diào)查、考試成績分析等環(huán)節(jié)對(duì)取得教學(xué)效果進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

3.1 理論授課效果良好

對(duì)2004年級(jí)至2008年級(jí)共112名學(xué)生在結(jié)束電子技術(shù)相關(guān)課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)行問卷調(diào)查。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示隨著教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與更新的逐步深入，學(xué)生對(duì)電子技術(shù)系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)（圖2）、課堂教學(xué)滿意度（圖3）逐年提高。

問卷調(diào)查結(jié)果表示，94.3%的學(xué)生認(rèn)為將MultiSIM和Protel兩個(gè)EDA軟件引入電子技術(shù)的教學(xué)活動(dòng)并與之緊密結(jié)合，能夠提高學(xué)習(xí)興趣，對(duì)理論學(xué)習(xí)有極大地幫助。

對(duì)2004年級(jí)至2008年級(jí)學(xué)生模擬電子技術(shù)課程考試平均成績（圖4）分析，結(jié)果顯示平均成績的提升與在此期間應(yīng)用EDA軟件輔助教學(xué)技術(shù)的使用等有緊密的關(guān)系。

3.2 實(shí)踐教學(xué)效果良好

對(duì)2004年級(jí)至2008年級(jí)112名學(xué)生在結(jié)束電子技術(shù)相關(guān)課程學(xué)習(xí)后進(jìn)行的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，將兩個(gè)EDA軟件應(yīng)用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子系統(tǒng)制作和綜合設(shè)計(jì)三個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中，對(duì)提升學(xué)生電子設(shè)計(jì)能力有積極作用（圖5）。

4 結(jié)語

盡管我們近年來，我們將EDA軟件應(yīng)用到電子技術(shù)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行了研究和探索，也做了不少的實(shí)踐性工作，尋找出了一些可行而有效的方法，探索出了一條路子，并且將這些舉措用于教學(xué)實(shí)踐，在實(shí)踐中不斷總結(jié)，不斷完善，不斷提高，取得了良好的成績，提高了學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)；但是我們還需要進(jìn)一步研究EDA軟件輔助教學(xué)的最佳學(xué)時(shí)數(shù)以及與其他現(xiàn)代教學(xué)手段的融合方式等，從而提高EDA技術(shù)在電子技術(shù)課程實(shí)際教學(xué)中的效果。

[1]孔龍.EDA技術(shù)與電子技術(shù)教學(xué)的整合.中國科技信息，2008；7：319-320

[2]姚年春.Protel99SE基礎(chǔ)教程.人民郵電出版社，2009.4