《電子技術》課程實踐的教學改革研究

【摘 要】

針對《電子技術》課程中的實驗教學提出改革方案，引入設計型實驗、綜合型實驗、仿真型實驗，EDA技術及虛擬儀器設計，使學生的理論知識和設計實踐密切結合，提高專業基礎課的教學效果。

【關鍵詞】

電子技術 教學改革 EDA 虛擬儀器

Abstract： With respect to the course of electronic technology experimental teaching reform， Introduction of designing experiment ，comprehensive experiment， simulation experiment ， EDA technology and the design of virtual instrument， Make the students' theoretical knowledge and design practice closely combine and improve the effect of teaching of Professional basic course.

Keywords： Electronic technology， Teaching reform， EDA， Virtual？instrument

【中圖分類號】 TP 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095—6517（2014）01— 0036—02

電子技術包含模擬電路和數字電路兩門專業基礎課，具有理論與實踐緊密結合的特點，是電氣、自動化、測控技術、通信工程、計算機等工科電類專業的必修課程。為了使學生能夠更好的掌握課程的基本理論、基本電路及其基本的分析方法，提高學生的動手能力和實踐創新能力，我們除了在基礎的實驗教學上進行改革之外，還在電子課程設計過程中做了一些新的嘗試和探索，其教學目標是通過指導學生能夠獨立完成電路的設計工作，提高學生在電路應用方面的能力，使學生學會運用綜合理論知識解決實際問題。

一、實驗課程的教學改革

實驗課程對鞏固和加深課堂教學內容，提高學生實際工作技能，培養科學嚴謹的作風，為后續課程的學習以及從事實踐技術工作奠定基礎發揮重要作用。除了基本驗證型實驗外，還增設了設計型實驗、綜合型實驗和仿真型實驗，利用省電工電子實驗教學示范中心的資源，全天開放實驗室，讓有興趣的同學在課余時間自己搭電路，調試、測量、驗證，在實踐中體會、學習、提高。

基礎實驗教學培養學生的基本實驗技能，掌握常用電子儀器的使用方法和基本電路的測試方法，培養學生從大量數據中總結規律、發現問題的能力。設計型實驗提高學生對基礎理論知識和基本實驗技能運用的能力，掌握電路的基本設計方法；綜合型實驗可提高學生對單元功能電路的理解和靈活運用能力、綜合利用知識的能力和創新能力；仿真型實驗教學使學生掌握各種仿真軟件的應用，學會電子電路現代化設計方法。在實驗中軟件的使用以自學為主，再結合具體的題目，培養學生對新知識的掌握和應用能力，為課程設計打下基礎。實驗所涉及的內容與課堂內容緊密相關，充分體現課程的實踐性。學生在課堂上獲得了基本知識，通過實驗課進行實驗和仿真，使學生初步掌握現代化電子電路的設計方法。

二、課程設計的教學改革

（一）制定科學合理的設計步驟

1.明確設計要求，講解技術指標

根據每個題目的設計任務書，指導教師應對設計要求和技術指標逐條加以解釋，并說明為什么要這樣規定。同時向學生介紹題目設計大概思路，基本步驟和方法。

2.雙向選擇題目，確定設計目標

設計題目可由學生自己選擇，在實驗室可能提供的元器件的范圍內，還可以選擇老師規定題目之外的題目。給學生更多的時間和空間，有利于對學生創新能力的培養。

3.組建電子電路，進行功能調試

學生先將設計好的電路進行仿真，編譯通過后，老師再把器件和面包板或PCB發給學生，電路搭好后要進行在線測試和功能測試，一般需要經過反復檢查調試才能通過測試。有時仿真通過了，電路連接也正確，還是不能實現電路的某些功能，這還需要更換器件甚至修改設計，對培養學生頑強的工作作風和鍥而不舍學習態度都有很大幫助。

4.分析測試結果，撰寫設計報告

設計報告應包括設計要求、技術指標、方案設計、電路設計、參數計算、元器件的選擇，流程圖、框圖、原理圖和裝調測試遇到的問題分析，解決方法及實驗結果分析，收獲及心得體會等內容。同時要求設計的報告的行文排版要符合規范要求，這樣可以提高學生的科技寫作能力及技術表達能力。

5.總結心得體會，迎接答辯驗收

每個學生必須做好驗收答辯的準備。在驗收的環節上我們采取答辯的形式取得了良好的效果，使學生加深了對課程設計的理解，同時提高了表達能力，為今后的畢業設計及找工作的面試提供了一次難得的鍛煉機會。

（二）采用先進的設計方法

在課程設計中引入了EDA技術，EDA技術是將計算機技術應用于電子設計過程而形成的一門新技術，比較常用的有Multisim7和QuartusⅡ這兩種軟件，它們以高性能的計算機為工具，在EDA輔助軟件的平臺上，QuartusⅡ對圖形輸入，硬件描述語言HDL語言輸入為系統邏輯描述手段形成的設計文件自動完成邏輯編譯，邏輯化簡，邏輯綜合及優化，邏輯仿真，支持對特定目標芯片的適配編譯，邏輯映射和編譯下載等工作，而且能提供比較全面的仿真分析功能，Multisim7還提供了一個龐大的元，器件庫和一整套虛擬儀表，可以滿足對一般的數字邏輯電路，模擬電路以及數字-模擬混合電路進行分析和設計的需要。

（三）開展創新思維，引入虛擬儀器設計

虛擬儀器包括最典型的電子電路，又能輕而易舉地設計出實驗室常用儀器。那么，什么是虛擬儀器呢？通俗地說，虛擬儀器就是盡量用通用計算機及其軟件來替代儀器基本功能的一種儀器形式。當然，“通用計算機及其軟件”就不是儀器內部的微處理器及其固件，后者早已是儀器本身的組成部分。現代儀器功能可以概括地包括兩大部分：一是采集輸入、激勵輸出及其相應的信號調理功能；二是對采集來的信息進行分析處理和人機交互。前者主要是不同技術指標的A/D、D/A及其信號調理器，通常是計算機所不具備的功能；后者則是通用計算機的優勢所在，不僅可以借助PC機Windows操作系統強大圖形功能隨心所欲地構造儀器面板，包括用于顯示的指示燈、數碼管、發光二極管、顯示儀表、字符及圖形顯示器等，用于操作的按鍵、按鈕、旋鈕、開關、多路轉換器等，利用鼠標進行人機交互。而且可以憑借其容量巨大的內存、豐富的軟件、多媒體、數據庫、網絡通信等功能以及友好的開發環境，實現諸如脈沖、方波、三角波、隨機波等激勵波形的產生，實現諸如微分、積分、插值、擬合、分解等數值計算，實現諸如頻譜分析、相關分析、方差分析、數字濾波等數據處理，實現諸如聲音報警、語言報數、數據轉存、網絡通信等附加測試功能。這些都是內裝微處理器的儀器所無法完成的。總之，虛擬儀器具有面向用戶、開發迅速、功能豐富、使用方便、升級容易、性價比高等一系列優點，是儀器與計算機技術相結合的理想形式。

當前，實現虛擬儀器的方案繁多，鑒于當代通用計算機上普遍采用的通用串行總線USB（Universal Serial Bus）的可帶電操作，即插即用，速度高，其集線器本身能為每個連接到它的設備提供500MA電流的5V電源等諸多優點，實為組建虛擬儀器的最理想方案。具體做法就是把一個筆記本電腦與一個帶有USB接口的數據采集器相連。因此，問題的核心就是設計一個具有USB接口的數據采集器。數據采集器中主要包含的A/D、D/A和多路開關信號調理等都已是學生熟知的，關鍵的設計就是USB接口。這一創新設計建議采用一塊專用的USB接口芯片USBN9604和一個高集成的低功耗單片機Cygnal8051-F007來實現，需在教師的指導和參與下完成。

有了以上的基礎工作，就可實現各種虛擬儀器功能，即賦予筆記本電腦什么軟件，就能隨心所欲地設計諸如示波器、信號源等實驗室常用儀器，獲得“軟件就是儀器”的效果，具有廣闊發展前景。

結束語

實踐教學改革使學生的個性得到更充分的發揮，挖掘了學生的潛能，培養了學生的獨立思考能力和創新精神。學生在實驗室的學習時間明顯增多了，很多學生自由組合找來一些自己感興趣的題目在開放實驗室中調試。同時，學校也設立了一些創新實驗項目，為學生提供實驗資金。目前，已有很多學生在全國的大學生電子設計大賽中獲獎。

【參考文獻】

[1] 張大平 王明娟 《數字電子技術》課程設計教學的探索與實踐 實驗科學與技術 2012.4

[2] 胡曉莉 牛大偉 《數字電子技術》課程教學改革的研究 包頭職業技術學院學報 2012.12

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