基于EDA平臺支撐的軌道交通信控專業電子技術課程教學

陶硯蘊+楊勇+朱忠奎

摘要： 電子電路課程是軌道交通信控專業本科人才培養的重要基礎課程之一。為了適應新時代的本科層次工程技術人才培養要求，我們提出一種基于EDA平臺支撐的教學模式，教師通過EDA系統對電子技術課程知識點分析講解，學生通過EDA工具學習基礎理論，掌握電路原理的驗證，模擬電路的設計和典型放大電路參數，數字電路的以及邏輯系統設計與驗證等、基于EDA平臺完成課后練習以及課程考核，形成“基礎理論+工程能力提升”的新培養模式，旨在提高學生的理論聯系實際和解決軌道交通信號控制工程問題的能力。

關鍵詞：軌道交通；信控專業；工程應用；電子電路課程；EDA平臺支撐；

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

Abstract. Electronic circuit course is one of the important basic courses for undergraduate students in the electronic majors. The current teaching approaches are proposed for undergraduate education， not suit for distinguished engineers. In order to meet the requirement of distinguished engineer education， we propose a novel approach - EDA learning carrier teaching for undergraduate electronic circuit course in railway transportation majors. In this approach， teacher explains theory of electronic circuit course using EDA， and students participate in problem solving， solution verification， practice and examine （theory and practice） with EDA. It aims to promote the ability of linking theory with practice and problem solving.

Keywords： Railway Transportation； Signal and control major； Engineering application； Electronic circuit course； EDA platform support ；

1.引言

現代科技飛速發展對本科層次工科教育提出新的要求，現代工科培養目標是造就一批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型工程技術人才，服務國家的新型工業化發展和創新型國家建設 [1]，為此，國家戰略性的提出了“卓越工程師計劃”。對于本科電類專業，電子電路課程是必修課程，是高校培養電力電子工程師和相關領域科研人才的最重要基礎課程之一，它包括了電路原理、模擬電子技術和數字邏輯電路課程。隨著電路集成度和規模不斷擴大，EDA軟件已成為電路設計、分析、測試和仿真必不可少的工具，EDA課程是基于EDA的電子技術實踐課程，是電子技術工程師培養不可缺少的課程。軌道交通信控專業（本科）是適應新時代軌道交通大發展背景下設立的高層次人才培養專業，具有極強的工程應用背景，因此，如何實現適用于軌道交通信控專業的電子技術課程教學是該專業人才培養的關鍵環節。

圖1給出了電路原理、模擬電子技術，數字電路以及EDA技術的知識點關聯。從圖可知，電路原理與模擬電子技術是緊耦合關系；數字邏輯電路與模擬電子電路的信號處理對象和分析方法完全不同，兩者的直接耦合點較少；EDA技術課程與電路原理和電子技術基礎緊密相關，貫穿于電子電路課程的整個體系中。

2. 電子技術課程教學的問題

1）在制定本科教學計劃時，高校通常將電子電路課程和EDA技術課程開設在不同學期，其中，電路原理和電子技術基礎基本為必修課程，而EDA技術課程為選修課程，有些高校甚至不開設EDA課程。EDA課程的弱化導致學生對電子電路課程所學知識的應用了解不深刻，理論聯系實際不夠，解決問題和動手實踐的能力較弱。

2）在課堂中，學生是“聽”和“看”。“聽”是學生聽教師的講解，“看”是學生對課本和多媒體課件內容的閱讀，目前的多媒體課件仍然以靜態內容為主，少數有動態演示。電子電路課程的知識體系龐大、理論抽象、難點較多，特別是一些電路的參數復雜，輸出變化多，靜態課件無法幫助學生深入和理解知識點，學生收獲甚微。

3）電子電路課程與電子技術發展聯系緊密，電子技術的不斷革新使課程必須緊跟其發展步伐。電路中許多科學問題來源于實際技術與工程問題，傳統的電子電路課程教學針對的是電子技術發展中某階段的問題，對許多新出現的問題具有不適應性，例如，對較大規模的電路分析，僅通過多媒體課件和教師講解無法使學生對其深入的理解。

3 基于EDA平臺支撐的教學模式

電子電路課程的改革和探索主要有三種，一種是通過引入EDA等技術進行輔助教學[2-3]，提高課堂效果，這類方法以EDA為輔助教學手段；其次是通過教學內容的提煉，突出重點，分層教學，是理論教學層面的改進[4]；第三種是基于項目的實踐化教學，偏重實訓，主要用于課程設計和高職高專教學[5-6]。以上的教學改革對象為本科基礎理論教學和高職高專實訓教學，與本科層次人才的培養并不適應。軌道交通信控專業的培養計劃為“厚基礎、重實踐、求創新”，其課程教學應該有根本性的變化。

3.1 課程教學

新的課程教學有以下特點：1）教學載體和內容需適應電子技術領域的前沿發展；2）從單一的學生學習知識和利用工具變為以現代化電路輔助設計（EDA）工具為支撐的“基礎理論+工程應用”模式；3）應以將提升學生的工程應用能力（特別是與軌道交通信號控制系統相關的應用）為重要指標。

基于EDA平臺支撐的電子技術課程教學旨在使學生打下扎實的理論基礎，培養學生獨立思考意識，提高學生的實踐和解決問題的能力。EDA平臺支撐的教學針對軌道交通信控專業培養所提出的教學方法，是將EDA技術融入到電子電路課程的教學各環節，包括課堂講解、課程練習和課程考核，為理論教學提供系統性教學手段，具有工程技術創新的培養特點，在原有理論教學的基礎上，更強調先進性、技術性和工程應用性。

3.2 教學流程

針對軌道交通信控專業本科層次人才培養，我們提出了一種新的基于EDA平臺支撐的電子電路課程教學?；贓DA平臺支撐的教學以“問題提出→理論知識點（EDA工具）→ 教師講解（EDA工具）→問題解決（EDA工具）：包括學生驗證（EDA工具），練習與考核（EDA工具）”為教學鏈，通過以EDA為載體形式在教學鏈中嵌入，達到理論知識點與應用的雙重教學目的。EDA嵌入式教學包含以下重要節點：

教師講解與演示：利用EDA系統進行電子技術知識點講解，以動靜結合的方式講解重要知識點和難點；

解決方案：思考問題的解決方案，由教師進行實例求解和講解，學生參與部分問題求解；

學生對多種EDA系統（Multisim-電路原理，PSPICE-模擬電路，QuartusII-VHDL和Preteus-數字系統設計）的學習與使用；

驗證：學生利用EDA系統對問題的方案進行實際測試和驗證，在驗證過程中提出新的問題，達到理論聯系實際的效果；

課后練習：教師布置課后習題內容，學生利用所學知識和EDA系統完成作業，以此鞏固知識點，提高問題解決能力；

課程考核：分為理論考核部分和項目實踐，理論考核部分主要測試學生基本定理掌握和知識點的理解；項目實踐則需要學生根據題目在EDA系統上完成方案設計、電路設計、仿真與測試，項目考核是考察學生對理論知識點的應用能力。

圖2中對比了傳統EDA輔助教學和新的EDA平臺支撐教學模式對比。從圖2中看出，EDA學習載體的教學是EDA作為與電子課程中各問題求解的手段，并不是單一的演示，是一種基于EDA平臺的教師-學生的互動教學方式，而非簡單的將EDA作為演示或仿真手段，這與EDA輔助教學是有本質區別的。

4.結束語

電子技術課程是軌道交通信控專業的基礎必修課程，其重要性不言而喻，該課程的行業背景決定了該課程教學必須兼具理論基礎和工程應用兩個方面。為了適應新時代的本科層次工程技術人才培養要求，本文提出一種基于EDA平臺支撐的教學模式，旨在提高學生的理論聯系實際和解決軌道交通電類工程問題的能力。

References

[1] Ministry of education， China Academy of Engineering， 《General criteria for the education and training program on excellent engineer 》 2013.

[2] Wang Weidong， Qin dongcheng， Zhao Zhonghua， The introduction of EDA， to improve the teaching of Electronic Circuit Courses， Journal of Research on Higher Engineering Education， 1（2002）76-78.

[3] Gao Haikuo， Ma Shengnan， Exploration on teaching reform of electronic circuit CAD， Education Teaching Forum. 19（2014）40-41頁

[4] Nie Hui， A preliminary study on the teaching method of "three cases" in the course of electronic circuit， Theory and Practice of Contemporary Education ，5（2013） 106-107

[5] Zhu Zhenghua， Reform and exploration of electronic circuit curriculum design， China modern educational equipment， 10（2007） 100-101

[6] Wang Yan， Xia Minglei，Integration project teaching of electronic circuit course，Experimental Technology and Management， 2（2012）123-125