为什么要将EDA引入电子技术课程教学?

EDA即电子设计自动化，是现代电子工程领域的一门新技术，它为电子设计工作者提供了电路系统的一种全新的设计方法。掌握EDA技术是电子类高校学生就业的一个基本条件。从1999年开始，我们将EDA（主要是EWB、Multisim、Protel等具有虚拟实验功能的软件）应用于《电子技术基础》（含模拟电路和数字电路）课堂教学、实验、课程设计、毕业设计等多个环节，取得了良好效果。

1 引入EDA的必要性与可行性

1.1 将EDA引入电子技术课程教学的必要性

《电子技术基础》是一门非常重要的专业基础课程，也是电子类专业的主干课程，该课程教学效果的好坏直接影响到后读课程的教学。同时，该课程既有很强的理论性，也有很强的实践性，要学好这门课程，特别是模拟电子技术，不是一件容易的事情。只有有了好的教学方法、教学手段，配合一定数量的实验（含课堂教学中的演示实验）和实践环节，才能使学生领会、理解、掌握课程内容，做到融会贯通、学以致用，收到好的教学效果。然而在电子技术课程的教学中，过去一直存在着教学手段单一、教学方法呆板、实验资源不足等问题，致使教学效果不尽人意。经过几年的探索与实践，我们认识到将EDA引入电子技术课程教学中去，是解决上述问题行之有效的方法。

1.2 将EDA引入电子技术课程教学的可行性

其一，近年来高等学校教学条件普遍改善，课堂教学中已普遍采用多媒体授课，具备了使用计算机仿真进行演示实验的硬件条件。在课堂教学中，教师可以应用EDA软件进行仿真实验演示，解决了过去电子技术课程演示实验难的问题。教学过程中涉及具体电路时，都可以使用软件中的虚拟仪器（如万用表、示波器、波特图仪、数码显示器），利用多媒体同步演示、方便直观、可大大提高课堂教学质量。

其二，随着计算机技术的迅猛发展，电子类专业多种实验室已配备了微机，具备了开设EDA仿真实验的硬件条件。就我校而言，电子信息类专业中已有微机原理、网络技术、EDA技术、数字信号处理、单片机等众多实验室配备了微机。只要在这些微机上装上EWB、Multisim、Protel等EDA软件，就可以进行电子线路的设计与仿真了。

其三，随着微机的普及，较多学生已拥有了个人电脑。如果装上EWB、Multisim、Protel等软件，就相当于拥有了个人的“多功能电子实验室。学生课后可通过虚拟实验方便地验证课堂上所学的理论知识！还可以随时进行其他设计性实验。

2 EDA在电子技术课程课堂与实验教学中的应用研究

2.1 将EDA引入课堂，进行演示实验，提高课堂教学效果

过去理论课和实验课存在脱节的现象。理论课教学，都是一些枯燥的原理分析、公式推导、教学中学生难于理解。为了提高教学效果，需要演示实验配合。但这样做，一是准备演示实验，需专门制作示教板，要花费较多时间；二是需将多种仪器搬到教室，使用不便；三是演示操作过程，占用过多时间，影响教学进度。故实际教学中，基本无教师采用，只能是纯粹的理论讲解。显然，这种教学方法，效果不会很好。

现在我们将EWB，Pspice等电路设计与仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，更新了教学手段，改变了传统的教学方法。在分析电路时，教师可以根据需要使用软件中的虚拟仪器，利用多媒体同步演示，显示“实验”结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、如在模拟电路中讲授负反馈对电路性能的影响时，我们选取射极偏置电路，设置发射极电阻上有、无旁路电容两种情况，对比讲解交流负反馈对放大倍数与失真的影响，用示波器和波特图仪显示波形失真与放大倍数的变化情况，操作十分简单，而结果却非常直观。又如在数字电路中讲授用上升沿D触发器设计三位二进制异步计数器时，从理论分析可知：将后级触发器时钟端与前级触发器Q端相连，构成减法计数器；而将后级时钟端改为与前级Q非端相连，电路则变为加法计数器。理论分析之后，我们从课件中调出用EWB软件连接的电路并用译码显示器验证两种不同计数情况，结果一目了然。像这样把“实验”搬进课堂，教学模式生动活泼，学生自始至终保持着极高的学习兴趣，加深了理解和记忆，有效地提高了课堂教学效果。

2.2 开设仿真实验，改革实验教学方法，提高实验教学质量

电子技术课是一门实践性很强的课程，理论学习必须紧密地与实践结合起来。以往，实践环节主要是上实验课，实验内容多为验证性实验，设计性、综合性实验较少。就验证性实验而言，一般是使用实验箱，按照实验指导书一步一步操作，学生往往是动手不动脑，收效不大。而设计性，综合性实验对于学生来说有一定的难度，设计出的电路错误较多，而且由于实验室的开放与管理跟不上要求，往往规定学生在实验室有限的开放时间内完成任务，因而实验成功率较低。于是教师通常会给出参考电路，这种做法，严格来说，不能算做设计性或综合性实验，不能起到培养学生创新能力的作用。因此要提高电子技术课程的教学质量，必须改革实验课教学。如何改革？则是需要我们认真探讨和研究的问题。

经过几年的探索与实践，我们在实验课的改革中，收到了较好的效果。做法是：使用EWB 、Pspice等电路设计与仿真软件，在电子技术实验课中，选取有代表性的课题，开设一定比例的虚拟实验，发挥了虚拟实验省时、高效、安全、经济的长处；解决了过去实验课完全依赖实验仪器，且电子元器件损耗大和实验仪器损坏后维修不及时的问题。而且虚拟实验因其不受硬件条件的限制，学生可提出各种设计方案，实验时可以随时改变电路参数，研究电路性能指标与参数之间的关系，并能很快获得仿真结果，及时发现问题加以解决，从而大大提高了学生分析问题、解决问题的能力，激发了他们的求知欲和创新意识。这是一种研究性学习，它是传统的实物实验无法做到的。从这个意义上说，传统的实物实验就显得机械和呆板。仿真实验具有研究性学习的特点，对提高学生的电子线路设计水平，培养创新能力有很大帮助。对于实物实验，学生还可以进行EDA仿真预习，实验前通过仿真，在理解实验原理的基础上再做实物实验，这样将虚/实两种实验结合起来，从而极大地提高了实验教学质量。

       3 EAD在提高型实验以及课程设计、毕业设计等实践环节中的应用研究

传统实验与实践教学，因受器材、经费、场地等硬件条件的限制，计划课时、课题均偏少，不能满足人才培养要求。现在用人单位对学生的创新思维能力、动手能力要求越来越高，因此我们必须重视设计性、综合性实验以及课程设计、毕业设计等实践环节，从中培养学生的创新思维能力、动手能力。根据上述情况，我们进行了以下方面的探索与实践：

3.1 将EDA引入提高型实验的探索与实践

电子技术实验中，过去验证性实验比例偏高，不利于培养学生的创新思维能力。现在我们压缩了验证性实验的比例，增加了提高型实验内容。这主要得益于EDA为设计性、综合性实验提供了一个很好的操作平台，因为它较好地解决了过去设计性、综合性实验运作中因元器件和仪器不足而受限制的问题。如我们在模拟电路实验与数字电路实验环节。开设出直流稳压电源、音响放大器、数字钟、汽车尾灯控制电路等设计性实验时，先让学生提出设计方案，自己设计电路并进行仿真，经教师的适时指导，及时发现问题、解决问题，得出仿真结果。在此基础上、再为学生提供元器件及测量仪器、让学生的设计变成实物，学生少走了弯路，元器件的损耗也大为减少。这一举措既提高了学生的创新思维能力又增强了学生的动手能力。在此基础上，我们还适时组织课外电子制作活动，将EWB仿真实验引入第二课堂，使参加活动的学生的电子设计与制作能力得到进一步提高。

3.2 将EDA引入课程设计与毕业设计的探索与实践

由于在前面诸多环节应用了EDA仿真软件，在课程设计与毕业设计中，绝大部分学生都能应用其中界面直观、易学易用的EWB作为电路设计手段。在出现相关电路时，他们都能使用EWB软件进行设计。通过虚拟实验后，再进行实物制作。这种虚实结合的方法，既发挥了虚拟实验高效、经济的长处，又培养了学生分析问题解决问题的能力，大大提高了设计质量。据初步统计，2001届学生有50%的学生应用了EDA仿真软件辅助毕业设计，2002届学生有60%应用了EDA仿真软件辅助毕业设计。可以相信，经过我们不懈的努力，EDA仿真软件将在电子技术课程的教学中得到推广与普及，将有越来越多的学生应用EDA仿真软件辅助课程设计与毕业设计，从而大大提高学生应用电子技术的能力。

4 虚拟实验应注意的几个问题

4.1 认识虚拟实验的不足之处

虚拟实验与很多事物一样，有积极的一面，也有不足之处。如果完全用虚拟实验取代实物实验，则会：

1.减弱学生对真实元器件的认知程度。因为在仿真实验里，他们所接触的元器件仅仅是一些电路符号，而实际的电子元器件，在封装形式、制造材料、体积大小及外观等方面都有很大的差异，而这些差异在仿真实验里是难以体现出来的。

2.削弱学生掌握仪器操作的熟练程度。因为对于真实的实验仪器，要经过多次反复使用才能熟练掌握，如果单纯使用计算机进行仿真，必然削弱对实际仪器操作技能的训练力度，导致学生忽视操作规范，影响良好科学实践习惯的形成，降低学生解决实际问题的能力。

3.削弱学生对实际电子产品设计的布局能力。一个实际的电子产品，其性能与元件的布局、布线的技巧等很多因素有关。在仿真实验里看到的只是电路原理图，学生完全接触不到元件布局、布线技巧等方面的训练，更谈不上积累此方面的经验了。

此外，仿真软件中的元器件种类有限，不是所有的元器件都能从仿真库里找到，这也制约了它的应用范围。因此不能也不可能用仿真实验完全取代实物实验。

4.2 虚实结合，相辅相成

我们一方面要强调仿真实验对教学的辅助作用，同时也要认识到实际动手能力的重要性，两者必须相辅相成，有机结合，而不能以仿真来代替全部实际操作训练。如何合理地利用仿真实验，是我们需要不断探索和研究的课题。我们的做法是：

1.合理安排仿真实验课时，仿真实验只占实验总课时的1/3以下，应用789进行虚拟实验，主要以学生课后自己上机实验为主。

2.开设电子设计与仿真实验选修课，配合模拟电路、数字电路、高频电路教材、精心编写仿真实验课题，为学生提供科学、合理的仿真实验题目。从2001年开始，我们以培训参加全国大学生电子设计竞赛选手为契机，开设了电子设计与仿真实验选修课。几年来，参加选修课的学生，其电子技术应用能力明显增强。

3.对学生自行设计的探索性、研究性实验，首先让学生进行虚拟实验验证，然后尽可能利用第二课堂的形式，使他们的虚拟实验变成看得见摸得着的实物。

总之，通过几年的探索，我们将EDA应用于电子技术课程教学的全过程，都收到了良好的教学效果，全面提高了电子技术课程的教学质量。
       责任编辑：tzh