EDA计算机仿真技术在“电子技术”教学的应用研究

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  摘要:该文从高等院校“电子技术”课程教学改革的思路入手,分析了常规课程教学中存在的不足,从教学内容、时间、空间等方面对课程教学改革进行了探讨和尝试。通过精心设计电子技术课程EDA案例,并在课堂教学中插入与该教学环节,实现多样化的教学形式。同时课后在学校BB平台放置一些相关的实际设计题目,让学生分组讨论和设计,激发学生的创新意识和实践兴趣,拓展了学生创造性思维和设计的视野。并经实际教学实践,取得了良好的教学效果。
  关键词:EDA;案例教学;电子技术;教学改革
  中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)21-0102-02
  1 引言
  随着教育部近年来实施的“卓越工程师计划”不断推进,对电子技术教学要求提出了新的要求。电子技术教学的目的更应是培养学生创新和适应社会发展的能力。在这个大环境下,我们必须对电子技术课程进行教学改革,加强电子信息专业学生的理论知识和应用实践能力、设计能力、创新能力。通过基础理论的教学逐渐培养学生的工程应用能力。 什么是EDA案例呢?EDA是Electonic Design Automation 电子设计自动化英文的缩写,EDA案例就是老师在教学过程中借助计算机仿真工具,把工程实践和工程应用中的一些实验环节和实践案例引入到课堂教学中,一方面使得学生在掌握基础理论,另一方面也使得学生在自然参与理论的实验来源和工程应用的探索过程。
  案例教学法是一种以案例为基础的教学法(case-based teaching),改变传统的教师仅是传授知识者的角色。而案例教学法教师是设计者和鼓励者的身份,在传统的教学中,教师仅仅是教学者,而案例教学法对教师也提出了新的要求,教师除了教师也是学生。一方面来说,教师是整个教学过程的倡导者,引领者学生思考问题、组织和讨论研究、阶段性的总结和归纳;从另一方面来说教师在控制整个教学进度的过程中。通过和学生共同讨论问题,可以从学生那里找到大量感性材料,也不断发现自己教学过程中存在问题。教学能力得到不断提高。同时教师改变传统的“独角戏“身份,通过和学生集思广益、讨论思考,这样学生参与课堂的机会也会增多,师生共同探讨问题,而不是传统形式学生只忙于记笔记。通过这样的教学可以退调动学生集体的智慧和力量,更容易开阔他们的思路,会收到良好的效果。能够调动学生学习主动性,生动具体、直观易学。
  本次教学改革是把案例教学法和EDA结合在一起,并引入到课堂教学,从而提出EDA—案例相结合的“电子技术”课程教学改革,本次改革通过使用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果,自动完成软件的方式设计电子系统硬件系统的逻辑分割、编译、布线,以及成功的仿真运行,直到完成特定功能目标芯片一些功能。目前EDA 技术的教学应用软件较多,比如protel99、EWB、PSPICE、QuartusII、Modelsim 等。
  2 改革内容
  2.1 EDA案例教学法过程设计
  1)EDA-案例教学的方案设计
  如何设计“电子技术”EDA-案例实验课件?“电子技术”教学中的EDA案例教学是按照案例教学的教法思路和教学设计原则,并在按照电子技术课程的教学大纲、教学任务、学生实际情况等制定出包含全课程内容的案例库,通过分解案例,然后将案例中分解出的各个小目标分别在各章节利用计算机EDA仿真实现。这样每个学生都有个小任务,他们之间又彼此联系,因为各个模块之间的信号输入和输出之间有一定关系。
  2) 落实课后实践环节
  实践与工程应用直接发生关系,要提高学生专业能力,必须要落实课后实践环节。如何构建从实验平台、课程设计到课题式研究的一套实践体系。通过实践环节提高学生用计算机辅助计算及分析解决实际问题的能力。
  3) 改变传统式教学方式和方法
  改变传统的课堂师讲生听的状况,上课老师通过案例展示,提出课题,使学生有工程的概念,创新的思想。激发学生对“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程学习兴趣,主动接受;消除学生对其产生的“难学”和“误解”等想法。
  4) 利用远程辅助教学平台
  充分利用学校BB平台,丰富BB电子教育平台内容,在BB平台上适时放置一些案例设计要求,便于学生随时随地学习“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程,通过这些辅助方式让学生尽可能便利地学好这两门课。
  2.2电子技术教学中具体实施
  根据电子技术内容,在每章教学中,适当引入和章节相匹配的案例。在课堂上通过案例的展示,引导出需要解决的问题,老师应该在具体的教学过程中启发和引导学生分析、联想、探索、归纳、最后找出解决问题的方法。现在我们以模拟电子技术第9章内容RC振荡电路,先提出具体案例,电子琴案例,想想电子琴为什么能发出美妙的音乐呢?其实就是产生不同的频率的振荡。之后让学生查阅相关资料,设计简易电子琴的电路图,分组通过EDA软件展示电路的工作过程。图1为设计的简易电子琴EDA电路图,通过改变不同的电阻可以得到不同的频率,这样就可以听到美妙的音乐。
  3EDA案例教学法实施存在的问题
  3.1 学生专业知识薄弱
  因为很多高校专业课都在大二才开始上专业课,另外在大多数学校,比较重理论轻实践,这种教学形式存在一定问题,学生动手能力比较弱。轻视实践能力培养的结果往往导致学生缺乏综合实践应用能力,当他们碰到具体问题的时候往往无从下手。为了增强电子信息专业学生解决实际问题的能力,提出在教学内容和教学方法上进行改革,最终达到提高学生对抽象理论知识和理解和感性认识能力。
  3.2 教师队伍参差不齐
  案例教学法要达到预期的效果,对老师和学生的要求都非常高,一方面需要授课经验丰富和扎实专业知识功底的教师,很多年轻教师往往缺乏丰富的案例资源。另一方面也需要动手能力强、勤与钻研的学生。所以在案例教学过程中需要学生克服依赖心理,积极参与课堂, 让学生从一个被动接受着到主动参与者。   EDA案例教学方法要求教师不仅要融会贯通电子技术理论和方法,而且要熟练掌握案例中问题的解决思路和方法,因此,提高教师整体素质,才能有效地实施案例教学法。
  3.3 EDA案例库的建设存在困难
  电子技术课程内容多,包括模拟电子技术和数字电子电路两门课程,而目前和教学内容匹配的案例还远远不够,今后在建立完整的EDA案例库,还需要专业课教师投入大量时间和精力。
  在教材方面,EDA案例教学法还需要合适的教材。传统的教学法教材,往往过多注重理论知识,以教为主导。案例教学法则通过教师引入课堂知识点相关案例来说明理论知识,学生通过案例的研究分析加深对理论知识理解,同时提高他们分析问题解决问题的能力。
  4 EDA-案例教学教学效果
  电子技术EDA-案例教学法不仅加深了学生对理论知识的理解,同时提高了学生分析问题解决问题的能力。电子技术发展迅速,所以相关EDA案例也要不断地更新。EDA案例教学法改变了传统教学单一、枯燥的形式,让学生能过主动的参与课堂。这种教学方法使得专业基础课教学内容与最新世界电子技术发展同步,并使原有的数字电路的实验教学模式和教学内容产生了飞跃,摆脱了传统的人工设计方法的定向思维模式,在培养学生的创新意识和创新能力方面有很大的促进作用。在具体的实施中,学校从事电子技术一线的教师,把EDA-案例教学法引入14级电信专业学生,取得了良好的教学效果。
  1)学生的兴趣大大提高
  学生在进行新的内容讲解之前都非常关心本次理论教学的案例,他们会主动查阅很多相关资料。提前利用EDA画电路图看仿真效果。发现的问题及时与老师沟通,带着问题来学习,学习积极性大大提高。
  2)实验教学质量得到了提高
  做电子技术实验我们一般原则要求学生一人一组,但是经常发现一人一组很难在有限的时间内完成,因为一些信号线或者设备的高的利用率,难免一些设备会出现故障。学生做实验的积极性大大受挫。但是我们本次改革,学生提前就仿真的一些实验,在实际做实验的时候他们对一些步骤已经有所了解,这样他们操作实验也得心应手。他们会主动提出一人一组独立完成,充分发挥了学生的潜能力,提高了实验教学的效果。
  3)学生的工程实践能力得到提高
  电子技术的应用主要体现在工程应用上,通过上课一些EDA案体例的展示,以及课后学生的查阅资料,学生对一些仿真软件早早熟练掌握。通过EDA案例教学法使得硬件软件化成为现实,专业教师把EDA案例引入电子技术教学和实验,激发了学生对实践知识的兴趣,提高了电子技术教学效率。同时也增强了我校学生的竞争能力,适应未来市场发展。
  4)参加电子设计大赛的人数增多
  次教学方法提早锻炼了学生实践能力,学生对每年的大学生电子设计大赛兴趣更加浓厚,参与电子设计大赛人也逐渐增多。
  5 结束语
  围绕创新人才培养模式进行课程教学改革,通过EDA 案例 教学法的探索,加强了模拟电子和数字电子之间的融会贯通,不是不仅对理论知识掌握得更加深刻,同时对EDA软件也有一定的掌握,对电子技术的设计也有一定的提高,综合能力有所加强,学习积极提高,电子设计大赛人数也有所增加。
  参考文献:
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  [2] 郭伟强,杜志强.开放式实验教学模式的新探索[J].实验室研究与探索,2003(5):7-9.
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