立創EDA在電路分析基礎課程思政中的應用*

周云艷 趙年順 鮑 婕 李 錚

(黃山學院機電工程學院 安徽 黃山 245041)

立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標準，課程思政是落實立德樹人的重要途徑.2020年《高等學校課程思政建設指導綱要》指出全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量.工學類專業，要在課程教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力.要注重強化學生工程倫理教育，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當[1].教師作為專業課程教學的實施者，要深刻認識課程思政的內涵，深入挖掘專業課程的思政元素，積極探索課程思政的教學新思路[2].

電路分析基礎是電類相關專業重要的專業基礎課程，該課程要求學生掌握電路的基本理論知識、電路的基本分析方法和初步的實驗技能，為學習后續課程準備必要的電路知識.課程教學中，為了提高教學效果，教師的傳統做法是在知識理論講解的同時將電路EDA軟件引入課程教學，通過仿真與電路設計制作，培養學生的實踐能力和創新能力，從而達到“兩性一度”的要求[3].電路EDA軟件種類繁多，常用的有Multisim、Altium Designer、Protues等，但是這些軟件一般只側重于某一特定方面的應用，比如Multisim軟件主要用于電路仿真[4]，Altium Designer軟件主要用于PCB板的繪制[5]，Proteus軟件主要用于單片機電路的仿真[6]，過多的軟件學習使得剛接觸電路知識的學生疲于應付，學習積極性大大降低.此外地方本科院校購買版權的軟件相對較少，很多學生使用的是盜版軟件，與學生科學工程倫理的培養相悖.為了解決這些問題，本文詳細探討了國產立創EDA軟件在電路分析基礎課程教學中的應用，以及其在課程思政元素挖掘中的應用.

1 立創EDA簡介

立創EDA軟件隸屬于深圳市嘉立創科技發展有限公司，完全由中國團隊獨立研發，并擁有完全的獨立自主知識產權.該軟件致力于中小規模電路圖繪制、仿真并為PCB制造提供便利.具有以下特點[7].

(1)立創EDA針對國內個人用戶永久免費，沒有版權問題.采用立創EDA軟件進行教學，能夠減少學校在軟件上的投入，同時有利于學生工程倫理的培養，激發學生的民族自豪感與家國榮譽感.

(2)立創EDA有仿真和標準兩種模式，用戶可以自由切換.在仿真模式下，結合在線仿真庫和操作簡潔的優勢，仿真與現場實驗環境中實操類似，學生能夠快速上手.在標準模式下，學生可以繪制電路原理圖，進行電氣驗證，并且能夠一鍵將原理圖轉換為PCB進行元器件布局與布線操作.繪制好的PCB板，可以一鍵元件下單購買元器件，一鍵PCB下單打樣貼片.

(3)立創EDA既可以在客戶端使用，也可以基于瀏覽器在線操作.使學生在任意一個場合都可以進行電路設計.此外立創EDA還專門設置了教育版，教師能夠對班級團隊的電路設計進行管理，及時了解學生進度.

(4)立創EDA提供友好的支持.立創EDA為用戶提供社區支持，用戶間可以進行互動交流，及時獲得疑問的技術解答.同時立創EDA還有專門的硬件開源平臺，為用戶提供海量開源項目、經典設計參考、實際應用項目等，為用戶設計提供方便.

立創EDA可以實現從電路設計，仿真，PCB繪制，打樣，元器件采購，貼片焊接一體化服，為廣大電子工程師、教育者、學生、電子制造商和愛好者提供服務.將立創EDA應用于電路分析基礎課程一方面能夠使學生加深電路理論的理解，另一方面能夠使學生將理論與實踐結合起來，提高實際動手能力與創新能力[8].

2 立創EDA在電路分析基礎課程教學中的應用

電路分析基礎課程是電類三大基礎課程的第一門，該課程的學習直接影響學生對后續專業課程的學習與興趣.

2.1 常用電子元器件的識別

教學資料上的電子元器件都是通用的標準符號，很多學生不能夠將符號與實際元器件聯系起來.在課堂上直接展示電子元器件實物，由于體積較小，效果并不直觀.利用立創EDA能夠很好地解決該問題，在仿真模式下軟件提供了常用電子元器件的3D模型，如圖1所示為通用器件的3D模型.此外基于立創商城，可以直接查找元器件的實物圖片、封裝符號等.電子元器件不同型號性能參數不同，往往需要查閱數據手冊，由于學生初接觸電類課程，很多專業術語不理解，很難通過專業的英語網站查找器件手冊，而基于立創商城在立創EDA軟件繪制原理圖的過程中即可方便的查找到元器件的相關信息，如圖2所示為可調電位器的查詢界面.

圖1 立創EDA中通用器件的3D模型

圖2 立創商城元器件實物、符號及封裝

2.2 電路理論的仿真驗證

傳統課堂教學以及教材中側重電路抽象理論的分析，與實驗實踐分割開來.實操實驗由于實驗場地、時間等原因不能夠很好的與理論課程同步，仿真是聯系理論與實際最好的方式.立創EDA完全中文化的界面，在線與客戶端兩種對計算機硬件無特殊要求的操作方式很容易讓學生接受.這里以疊加定理的驗證為例.

疊加定理是要求學生必須掌握的線性電路定理，其內涵是當線性電路中有多個電源時，電路中某處的響應可以看成各個電源單獨作用在該處產生響應的疊加.如圖3所示，在立創EDA仿真模式下分別建立3個電路，圖3(a)是原電路，既有10 V電壓源V1也有0.5 A電流源I1，此時萬用表測出電阻R2兩端電壓為2.5 V.圖3(b)和(c)為電源單獨作用的分電路，圖(b)只有10 V電壓源V1作用，不作用的電流源支路開路，仿真后萬用表顯示5 V.圖(c)只有0.5 A電流源I1作用，不作用的電壓源短路，仿真后萬用表顯示-2.5 V.從仿真結果中可以看到原電路的電壓等于兩個分電路測得的電壓之和，驗證了疊加定理的正確性.通過仿真使學生將理論與實際結合起來，加深對理論的理解，同時仿真也利于學生了解萬用表的使用方法，為真實環境下電子儀器的使用提供幫助.除了萬用表，在立創EDA中還提供了示波器、信號發生器等實驗室中常用的電子儀器，如圖4所示.

(a)

圖4 立創EDA中的儀器儀表

基于立創EDA仿真不但可以在課堂進行，學生也可以在課后自由發揮.仿真使學生將理論與實際結合起來，仿真不但能夠驗證電路理論，將抽象內容具體化，強化理論知識的理解，仿真也可以是對設計電路的預評估，同時當學生在理論分析遇到困難時，可以通過仿真快速得到結果，為理論分析提供思路.

2.3 電路的實踐應用

為了提升學業的挑戰度、增加課程難度、擴展課程深度，需要使學生將所學“電路分析基礎”理論內容綜合起來，與實際結合起來.很多學校在該課程教學改革中都認識到了綜合性電路設計的重要性，即要求學生完成一個實物電路的設計制作.一個電路從原理圖到實物需要經過原理圖設計、元器件購買、實物焊接等環節，對于地方二本院校來說，實際操作難度很大.其一電路設計與仿真軟件的版權經費投入不夠，其二PCB板打樣的設備經費投入不足，其三型號各異元器件的統一采購分發工作量大.因而實際操作中經常是軟件用盜版，PCB板用面包板或是萬能板替代，所有學生完成元器件完全相同的電路，這大大降低了挑戰度、創新性與高階性.

基于立創EDA及其相關商業平臺，這些難點都能輕易解決，電路的設計制作流程變得非常方便.如圖5所示為基于立創EDA的電路設計制作流程，教師首先在立創EDA教育版中建立管理班級團隊，然后通過教育版下達電路設計任務.學生選好題目之后，第一步通過立創EDA仿真模式進行電路設計與仿真，第二步基于立創EDA標準模式進行電路原理圖的繪制，為電路板的設計提供元器件封裝和網絡表連接，進行電氣驗證，同時原理圖還應當本著整齊美觀的原則，以便在設計報告說明書上提供清晰的電路，第三步在標準模式下從原理圖直接導出PCB，進行元器件布局與電路板的布線，還可通過2D和3D視圖查看PCB電路板的實際效果與全貌，第四步通過標準模式“一鍵元件下單”功能在立創商城購買元器件，第五步通過標準模式“一鍵PCB下單”功能在嘉立創直接進行PCB打樣與貼片操作.最后每個學生收到由立創商城直接快遞的元器件與PCB板，教師只要提供最后焊接調試的實驗場所即可.在此過程中教師可以通過教育版對學生設計的仿真電路、原理圖及PCB圖進行在線評價與指導.

圖5 立創EDA電路設計流程圖

在電路分析基礎課程教學即將結束時，學生通過立創EDA及其商業化平臺完成一個完整電路的設計仿真與制作，使得學生將電子元件的識別、電路理論與實踐全部聯系起來，培養了學生綜合應用能力，同時提高學生的學習興趣，最終提高學習效果.

3 基于立創EDA的課程思政元素挖掘

將立創EDA應用于電路分析基礎課程的教學中，不但能夠提高專業教育效果，而且能夠豐富課程思政元素，落實立德樹人的根本目的.

3.1 強化學生工程倫理教育

當前電子電路設計與仿真軟件存在一定程度盜版現象，如果在教學過程中使用相關盜版軟件進行教學，容易對學生的工程倫理觀產生諸多負面的影響，不利于學生樹立正確的價值觀.尤其電路分析基礎課程是電類學生接觸的第一門專業基礎課程，對于學生樹立正確的工程倫理觀具有重要的導向作用和長遠意義.通過使用立創EDA軟件進行教學，不存在侵犯軟件知識產權的違法問題和倫理問題.因此，在教學過程中向學生闡明侵犯軟件知識產權的危害性，從法律和倫理兩個層面解讀保護知識產權的重要意義和價值，從而引導學生要不斷樹立正確的工程倫理觀，真正做到尊重知識、尊重創新，并且知法守法.

3.2 培養學生精益求精的大國工匠精神

在教學實踐過程中，一方面通過嚴謹的理論推導來培養學生的科學精神和專業素養，提升學生的記憶歸納、理解綜合、分析推理和總結評價的能力.同時，另一方面利用立創EDA對電路理論進行仿真驗證來進一步培養學生探究精神、操作能力、知識應用能力.學生通過經歷完整的電路設計仿真與制作的實踐環節，其工程能力和創新、創意素養可以得到顯著提升.通過立創EDA軟件的應用有效地將“專、精、細、實”大國工匠精神貫穿了整個教學過程.

3.3 激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當

目前我國電子信息的核心技術比較缺乏，EDA軟件等方面還是相對落后，立創EDA作為我國完全自主的電子電路設計仿真軟件，雖然與國際領先水平還有一定的差距，但是完全能夠滿足高校學生及個人用戶的電路仿真設計需求.因此，教學過程中可以一方面引導學生要正視我國在相關核心技術領域的現狀和問題，并樹立遠大的理想和愛國主義情懷，勇敢肩負新時代賦予的歷史使命.另一方面引導學生支持國有自主知識產權軟件，并且在使用的過程中通過社區等用戶支持平臺，對軟件存在的問題進行反饋以促進軟件的不斷改進和創新.通過立創EDA的教學應用有效回答了培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人的問題.

4 總結

完全具有獨立自主知識產權的國產軟件立創EDA，能夠完成電路的設計、仿真驗證、PCB板的繪制，借助其商業化平臺嘉立創與立創商城，電路元器件一體化采購以及PCB板一鍵打樣，使電路設計簡單方便.將立創EDA應用于電路分析基礎課程中，一方面使能夠使學生加深對電路理論的理解，達到“兩性一度”的需求，另一方面能夠使課程思政落實落地，培養學生的工程倫理，精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷與使命擔當.