電子技術(shù)實踐教學(xué)探討
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摘要：實踐教學(xué)在課程教學(xué)中起到非常重要的作用，本文將EDA技術(shù)與實物制作有機結(jié)合引入到電子技術(shù)實踐課程中，闡述了實施的具體過程以及教學(xué)開展情況。
關(guān)鍵詞：EDA；電子制作；電子技術(shù)
隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)計自動化（Elec-tronicDesignAutomatic，EDA）技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子設(shè)計的核心技術(shù)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大高校的電類課程教學(xué)中[1-2]。實踐教學(xué)在課程教學(xué)中起到非常重要的作用，學(xué)生通過實際操作能加深對課堂理論知識的理解，并促使學(xué)生舉一反三、靈活運用。如何更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、擴展學(xué)生的知識面、激發(fā)學(xué)生探究知識的潛能和動力、提高實踐應(yīng)用能力等，已經(jīng)成為擺在我們面前迫切需要解決的課題[3-4]。結(jié)合我校電工電子實驗中心的實際情況，對實踐教學(xué)的部分內(nèi)容進行了改革優(yōu)化。
1存在的問題
我校實驗中心的綜合設(shè)計性實驗項目存在如下問題：實驗手段單一，缺少電路仿真環(huán)節(jié)，設(shè)計制作過程不完整；實驗項目陳舊，現(xiàn)有的實驗項目已沿用多年，缺乏新內(nèi)容；學(xué)生主觀能動性差，以完成任務(wù)為目的進行實驗，課程沒有達到預(yù)期的效果。針對以上問題，開展了EDA仿真與制作相結(jié)合的電子技術(shù)實踐教學(xué)探索。
2EDA仿真與制作的結(jié)合方式
EDA軟件可以完成電路圖的繪制、電路仿真以及系統(tǒng)的設(shè)計。將EDA技術(shù)應(yīng)用到學(xué)生的課程設(shè)計和電子制作環(huán)節(jié)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子知識的興趣和欲望，提高學(xué)生對電路的認識水平以及學(xué)生的實踐能力。結(jié)合我校的實際情況，利用EDA仿真工具，將虛擬仿真技術(shù)和實際電路制作通過幾個綜合設(shè)計性實驗項目巧妙結(jié)合起來，項目的具體實施過程如圖1所示。整個過程按照仿真和實做可以分為如下兩個環(huán)節(jié)：
2.1電路原理圖的設(shè)計。擬采用仿真軟件Multisim和Proteus進行電路設(shè)計，該兩種軟件包含了模擬、數(shù)字電路常用的元件和芯片、儀器設(shè)備，具有強大的分析功能，如示波器功能、頻譜分析功能、實時測量功能等。通過仿真、測試以達到預(yù)期的電路功能及指標。
2.2電路的制作。電路的制作過程是對設(shè)計電路產(chǎn)品化的過程，該環(huán)節(jié)主要突出技能和實踐性要求，采用在洞洞板上進行直接制作的方法。首先根據(jù)設(shè)計指標選擇經(jīng)濟實用的元器件，設(shè)計出實物布線圖。其次，根據(jù)合理的布線圖，按照信號的輸入輸出方向順序焊接電路。焊接之前要對所用元器件進行檢測，避免故障的產(chǎn)生。對于焊接過程應(yīng)該分單元模塊進行，逐步測試。由于仿真軟件并不能完全與實際相一致，在制作過程中，可能出現(xiàn)實測與仿真偏離的情況，那么需要修改電路重新仿真。最后，對整個電路進行調(diào)試，調(diào)試過程要經(jīng)過測試———調(diào)整——測試——調(diào)整的反復(fù)過程才能完成。以往的設(shè)計一般到了功能實現(xiàn)和指標合格就結(jié)束了，考慮到產(chǎn)品化還可以增加外觀設(shè)計和外殼制作的內(nèi)容，以實現(xiàn)完整的制作過程。
3教學(xué)實踐開展情況
針對以上提出的實驗項目陳舊問題，通過分析研究，以理論課程的主要知識點為基礎(chǔ)，結(jié)合生活中實際應(yīng)用，選擇新穎、可行的電路設(shè)計了相應(yīng)的實驗內(nèi)容，如聲光控延時開關(guān)、變色呼吸燈電路、溫度檢測及處理電路等題目，可以根據(jù)學(xué)生程度、課程要求進行擴展或調(diào)整。涉及到的單元模塊有：整流濾波電路、振蕩電路、集成計數(shù)器、比較電路、信號產(chǎn)生電路、運算放大電路、功率放大電路、數(shù)碼管電路、報警電路、RC電路等。這些都是在理論課講到的、常用的電路，將理論知識通過這種形式整合在一起，學(xué)生的收獲比進行單個實驗要大得多。在項目的實施過程中，采取以小組為單位，實驗項目為主線，教師起到引導(dǎo)作用，學(xué)生為實驗主體的教學(xué)方法，使學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、方案設(shè)計、體驗感悟、實踐操作、自主評價等活動獲得知識和技能，以小組合作的方式進行研究型學(xué)習(xí)活動，在不斷解決實際問題中提高他們的學(xué)習(xí)能力、工程實踐以及團結(jié)協(xié)作能力。采用這種實踐方法后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生表現(xiàn)出來的自主性、積極性、創(chuàng)造性是超出預(yù)期的。以變色呼吸燈電路為例，該電路要求用紅、綠、藍三種顏色的發(fā)光二極管實現(xiàn)七種色彩變換，并同時呈現(xiàn)呼吸燈的效果。學(xué)生經(jīng)過查找資料，將電路進行分解，了解到七種色彩可以通過紅綠藍三種顏色的LED燈分時點亮、組合實現(xiàn)，呼吸效果可以通過在LED燈上加三角波實現(xiàn)。圖2是一組學(xué)生制作的變色呼吸燈實物圖，為了突出變化的七彩效果，學(xué)生對電路進行了美化裝飾，效果非常好。學(xué)生通過查找資料、自主設(shè)計電路、討論、仿真測試到制作成功，整個過程教師僅給予指導(dǎo)，遇到的問題大部分由學(xué)生自主解決。
4需要改進的方面
經(jīng)過教學(xué)實踐，在為學(xué)生們的收獲感到欣喜的同時也發(fā)現(xiàn)了一些問題，大部分學(xué)生是第一次進行設(shè)計和制作，對于器件的選型考慮不全面，比如電阻往往只考慮了阻值而忽略了功率；電解電容只考慮了容量而忽略了耐壓；芯片只考慮了功能而忽略了電壓、電流等工作條件。而這些知識正是培養(yǎng)工程實踐能力所需要具備的，理論課堂上學(xué)不到的，只有通過動手制作，才能逐漸使學(xué)生具備該方面的意識并增強能力。在電路的制作環(huán)節(jié)中，目前采用的方法是手動布線，學(xué)生布線的經(jīng)驗有限，電路板制作出來的美觀程度也不一致，今后擬將Mul-tisim原理圖直接導(dǎo)入PCB布局和布線軟件Ultiboard進行電路板布線，使電路的布線更加合理規(guī)范。
5結(jié)論
依托EDA工具，對電工電子類課程實踐項目進行改革創(chuàng)新，引入工程項目，為教學(xué)內(nèi)容提供更多的工程因素，使教學(xué)內(nèi)容與工程實際緊密聯(lián)系，改變了以往由教師為主體的教學(xué)模式，能夠增強學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中的主體地位。學(xué)生表示在制作的過程中收獲了知識，體驗到了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的樂趣，進一步激發(fā)了學(xué)習(xí)的動力。
參考文獻
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[3]張寶昌，劉海峰.構(gòu)建綜合實踐教學(xué)體系加強實踐能力培養(yǎng)[J]．實驗技術(shù)與管理，2012，29(4)：248-250.
[4]郭明良，王朋，郭松林.基于CDIO模式的電類本科實踐教學(xué)體系構(gòu)建[J].中國電力教育，2014，2：158-160.
作者：韓征 常美華 張聰玲 單位：中國民航大學(xué) 基礎(chǔ)實驗中心
