EDA計算機仿真技術在“電子技術”教學的應用研究

謝玉飛+習聰玲+王志余+祝蘇琴

摘要：該文從高等院校“電子技術”課程教學改革的思路入手，分析了常規課程教學中存在的不足，從教學內容、時間、空間等方面對課程教學改革進行了探討和嘗試。通過精心設計電子技術課程EDA案例，并在課堂教學中插入與該教學環節，實現多樣化的教學形式。同時課后在學校BB平臺放置一些相關的實際設計題目，讓學生分組討論和設計，激發學生的創新意識和實踐興趣，拓展了學生創造性思維和設計的視野。并經實際教學實踐，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：EDA；案例教學；電子技術；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0102-02

1 引言

隨著教育部近年來實施的“卓越工程師計劃”不斷推進，對電子技術教學要求提出了新的要求。電子技術教學的目的更應是培養學生創新和適應社會發展的能力。在這個大環境下，我們必須對電子技術課程進行教學改革，加強電子信息專業學生的理論知識和應用實踐能力、設計能力、創新能力。通過基礎理論的教學逐漸培養學生的工程應用能力。 什么是EDA案例呢？EDA是Electonic Design Automation 電子設計自動化英文的縮寫，EDA案例就是老師在教學過程中借助計算機仿真工具，把工程實踐和工程應用中的一些實驗環節和實踐案例引入到課堂教學中，一方面使得學生在掌握基礎理論，另一方面也使得學生在自然參與理論的實驗來源和工程應用的探索過程。

案例教學法是一種以案例為基礎的教學法（case-based teaching），改變傳統的教師僅是傳授知識者的角色。而案例教學法教師是設計者和鼓勵者的身份，在傳統的教學中，教師僅僅是教學者，而案例教學法對教師也提出了新的要求，教師除了教師也是學生。一方面來說，教師是整個教學過程的倡導者，引領者學生思考問題、組織和討論研究、階段性的總結和歸納；從另一方面來說教師在控制整個教學進度的過程中。通過和學生共同討論問題，可以從學生那里找到大量感性材料，也不斷發現自己教學過程中存在問題。教學能力得到不斷提高。同時教師改變傳統的“獨角戲“身份，通過和學生集思廣益、討論思考，這樣學生參與課堂的機會也會增多，師生共同探討問題，而不是傳統形式學生只忙于記筆記。通過這樣的教學可以退調動學生集體的智慧和力量，更容易開闊他們的思路，會收到良好的效果。能夠調動學生學習主動性，生動具體、直觀易學。

本次教學改革是把案例教學法和EDA結合在一起，并引入到課堂教學，從而提出EDA—案例相結合的“電子技術”課程教學改革，本次改革通過使用電子技術、計算機技術、智能化技術的最新成果，自動完成軟件的方式設計電子系統硬件系統的邏輯分割、編譯、布線，以及成功的仿真運行，直到完成特定功能目標芯片一些功能。目前EDA 技術的教學應用軟件較多，比如protel99、EWB、PSPICE、QuartusII、Modelsim 等。

2 改革內容

2.1 EDA案例教學法過程設計

1）EDA-案例教學的方案設計

如何設計“電子技術”EDA-案例實驗課件？“電子技術”教學中的EDA案例教學是按照案例教學的教法思路和教學設計原則，并在按照電子技術課程的教學大綱、教學任務、學生實際情況等制定出包含全課程內容的案例庫，通過分解案例，然后將案例中分解出的各個小目標分別在各章節利用計算機EDA仿真實現。這樣每個學生都有個小任務，他們之間又彼此聯系，因為各個模塊之間的信號輸入和輸出之間有一定關系。

2） 落實課后實踐環節

實踐與工程應用直接發生關系，要提高學生專業能力，必須要落實課后實踐環節。如何構建從實驗平臺、課程設計到課題式研究的一套實踐體系。通過實踐環節提高學生用計算機輔助計算及分析解決實際問題的能力。

3） 改變傳統式教學方式和方法

改變傳統的課堂師講生聽的狀況，上課老師通過案例展示，提出課題，使學生有工程的概念，創新的思想。激發學生對“模擬電子技術”和“數字電子技術”課程學習興趣，主動接受；消除學生對其產生的“難學”和“誤解”等想法。

4） 利用遠程輔助教學平臺

充分利用學校BB平臺，豐富BB電子教育平臺內容，在BB平臺上適時放置一些案例設計要求，便于學生隨時隨地學習“模擬電子技術”和“數字電子技術”課程，通過這些輔助方式讓學生盡可能便利地學好這兩門課。

2.2電子技術教學中具體實施

根據電子技術內容，在每章教學中，適當引入和章節相匹配的案例。在課堂上通過案例的展示，引導出需要解決的問題，老師應該在具體的教學過程中啟發和引導學生分析、聯想、探索、歸納、最后找出解決問題的方法。現在我們以模擬電子技術第9章內容RC振蕩電路，先提出具體案例，電子琴案例，想想電子琴為什么能發出美妙的音樂呢？其實就是產生不同的頻率的振蕩。之后讓學生查閱相關資料，設計簡易電子琴的電路圖，分組通過EDA軟件展示電路的工作過程。圖1為設計的簡易電子琴EDA電路圖，通過改變不同的電阻可以得到不同的頻率，這樣就可以聽到美妙的音樂。

3EDA案例教學法實施存在的問題

3.1 學生專業知識薄弱

因為很多高校專業課都在大二才開始上專業課，另外在大多數學校，比較重理論輕實踐，這種教學形式存在一定問題，學生動手能力比較弱。輕視實踐能力培養的結果往往導致學生缺乏綜合實踐應用能力，當他們碰到具體問題的時候往往無從下手。為了增強電子信息專業學生解決實際問題的能力，提出在教學內容和教學方法上進行改革，最終達到提高學生對抽象理論知識和理解和感性認識能力。

3.2 教師隊伍參差不齊

案例教學法要達到預期的效果，對老師和學生的要求都非常高，一方面需要授課經驗豐富和扎實專業知識功底的教師，很多年輕教師往往缺乏豐富的案例資源。另一方面也需要動手能力強、勤與鉆研的學生。所以在案例教學過程中需要學生克服依賴心理，積極參與課堂， 讓學生從一個被動接受著到主動參與者。

摘要：培養學生的計算思維能力是大學計算機教育的新課題。針對藝術專業學生的特點，結合當前藝術專業大學計算機教育存在的問題，從教學體系構建、教師教學思維轉變、課堂教學的精心設計、拓寬學生學習途徑等方面探討了藝術專業學生計算思維能力的培養。

關鍵詞：計算思維；藝術專業；大學計算機教育

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0100-02

1引言

計算思維由美國卡內基梅隆大學計算機科學系主任周以真教授于2006年3月提出，指人們運用計算機科學的基本概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[1]。計算思維概念的出現，引起了國內外學術界和教育界的廣泛關注和討論，計算思維迅速席卷了包括工學、醫學、農學、生物學、經濟學、化學等在內的多個學科方向的計算機教育領域。

國內不少專家和學者對計算思維進行了深入研究和探討，第七屆全國高校計算機基礎教學論壇的專家認為，計算機專業的課程中應盡快引入計算思維。于曉強等人探討了如何在計算機程序設計課程教學中培養學生的計算思維能力[2]；常亮等人在離散數學教學中探討計算思維的培養[3]；賈茹等人則以“計算思維”為線索展開“Visual Basic 程序設計”教學[4]；吳紹兵從算法的一題多解入手， 探討如何對學生進行計算思維能力的培養，取得了很好的教學效果[5]。對于其他不同學科學生計算思維能力的培養的相關研究和探索也在如火如荼的進行，如哈爾濱工業大學[6]，西安交通大學[7]等國內許多綜合性與理工大學相繼開展了以“計算思維能力培養”為核心的計算機基礎教學改革；甘才軍[8]、耿國華[9]探討了文科生計算思維的培養；田緒紅[10]、蘇中濱[11]研究了農業專業學生計算思維教育的問題；李志文[12]、張樂平等[13]就討論了醫科學生計算思維培養的問題，成敏盈[14]討論財經類高校非計算機專業學生計算思維構建問題。相比之下，對于計算思維在藝術領域的影響和應用研究卻極為罕見，藝術類專業學生的計算機教育和計算思維能力培養并沒有得到足夠的重視。

2當前藝術專業大學計算機教育的問題

2.1藝術專業學生的文化素養不高，學風散漫

藝術專業學生從小花費了較多時間和精力在藝術學習上，對文化課的學習不夠重視，造成文化課成績較差，素養不高，也有部分學生是高中階段由于文化課成績不好轉而學習藝術。所以，藝術類學生的文化基礎對比其他專業學生來說顯得十分薄弱。同時，藝術類專業學生由于其專業特性，普遍存在慵懶、學風散漫等問題，學習文化課的積極性不高，特別是公共基礎課的學習更是如此，經常出現上課遲到、早退，甚至逃課等現象。

2.2課程體系設置不合理，缺乏專業特色

教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會建立了大學計算機教學的知識體系和課程體系，為不同類型學校制訂計算機教學計劃提供指導。但是目前各高校藝術專業計算機課程體系普遍存在設置較為單一，內容設置不能緊密結合專業應用和需求，與社會對專業人才計算機能力的要求脫節。同時，在課程教學過程中，注重對某一軟件的使用講解，局限于“狹義工具”的范疇，缺乏培養學生計算思維能力的有效途徑和方法。

2.3學生學習途徑較為單一

當前學生獲取計算機知識的途徑大部分是通過課堂教學或實驗教學來實現，學生在課余學習計算機知識的途徑較少，不能激發學生主動學習的熱情和動力。

3藝術專業學生計算思維能力培養的策略和思路

針對當前藝術專業大學計算機教育的問題，可以考慮從課程體系結構、教師教學思維、教學過程、學生學習途徑四個方面入手，有效培養學生的計算思維能力。

3.1課程體系結構的構建

課程體系的構建應該緊密結合專業需求，根據具體情況，可以考慮采用三層體系結構，即1+X+Y的課程體系結構。其中1為大學計算機基礎課程，為藝術類各專業必修的基礎課程。X為跟專業相關的限選課，可以考慮網頁設計與制作、多媒體技術等課程。Y為與專業緊密關聯的計算機課程，如音樂學專業學生可以開設音頻的制作與合成、美術設計類專業開設Photoshop、3Dmax等課程。通過三層課程體系結構的學習，使學生計算機水平得到提升，培養了學生的計算思維能力。

3.2教師教學思維的轉變

以計算思維能力的培養為導向的計算機教學對教師提出了新的要求，需要教師轉變傳統的教學觀念，構建注重計算思維能力培養的教學模式。教師是整個教學活動的組織者和策劃者，如果教師仍停留在傳統的教學思維，沒有積極嘗試引導學生通過計算機思維對問題進行求解、系統設計和行為理解的話，整個教學設計毫無新意，教學活動得不到有效開展，教學效果無法保證，那么就無法培養學生的計算思維能力。

3.3教學活動和案例的精心設計

針對藝術類專業的特點，在教學中要積極構造跟藝術相關的活動和教學案例，便于學生理解和學習，同時也能進一步激發學生學習專業知識的興趣。對于藝術類的學生，在講解大學計算機基礎中的多媒體模塊時，可以考慮引入有趣的Flash動畫，激發學生學習的熱情，同時在快樂學習的同時又能掌握相關的知識。

藝術類專業學生的想象力和創造力都比較強，在實踐教學的內容設計時，需要充分考慮實驗的綜合性和趣味性，除了完成基本的實驗外，還要適當增加設計性實驗，努力挖掘學生的創新能力，培養學生創新思維。

3.4拓寬學生學習途徑

除了課堂教學和實踐教學以外，可以結合學校自身的條件，努力創造多方位、多層次的學習途徑。一是充分利用互聯網的優越性，打造網上學習中心，為學生提供與教師在線學習交流的平臺，滿足學生個性化、差異化發展的要求。教師也可以利用平臺共享優質的教學資源供學生課余學習。二是建立多層次的培養機制，除了完成基本的課程實驗和設計實驗外，教師可提供跟專業緊密相關的開放實驗題目供學生選修；搭建大學生創新實踐基地，結合藝術專業的特點，有針對性地對學生開展訓練，進行計算思維能力的培養；組織學生積極參加國家、省、市舉辦的各項競賽活動，通過比賽進一步推動學生計算思維的培養，提高學生的創新能力。