基于云教學的EDA在單片機課程設計中的應用與實踐

摘" 要" 隨著互聯網技術和社會的發展進步，云教學在教育領域逐漸得到廣泛應用。在單片機課程設計中，專業EDA（電子設計自動化）已經成為必不可少的工具，在傳統的教學模式下，學生往往難以充分掌握專業EDA的使用技巧，從而降低了單片機課程的教學效果。將云教學應用于單片機課程設計中，并引入帶有云平臺的EDA軟件，形成嵌入云教學的課程教學方案，并在實踐中探索和發現課程存在的問題，通過教學改革、課程設計、教學效果評估等方式解決這些問題。這種教學改革模式不僅可以為單片機課程設計提供有力的支持，還可以發揮這門課程在本科專業人才培養過程中的核心支撐作用。

關鍵詞" 云教學；單片機課程設計；EDA

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）05-00-03

0" 引言

近年來，隨著互聯網信息技術和大數據的飛速發展，云教學已經成為當前教育領域中的熱點話題。信息化教學背景下，慕課、SPOC、學習通等信息化教學平臺源源不斷涌現，教學模式也發生轉變，云教學正在驅動教育與互聯網的深度融合，將顛覆傳統教學模式，高校的人才培養模式也將發生變革，高校在互聯網背景下所培養的將不再僅僅是具備專業知識和技能的人才，而是具有自主探索能力，能夠提出問題、分析問題和擁有解決問題能力的綜合型人才。

在《中國制造2025》背景下，要培養復合型技能人才，實踐類課程的課程目標和考核方案都要進行優化改革，以滿足高校培養高質量的綜合實踐型、高素質技能創新型人才的需求[1]。

在傳統的教學模式中嵌入云教學，既可以豐富課程方式的多樣性，為學生提供更加靈活的學習方式，也可以增加學生和教師的互動，貫徹以“學生為中心”的教學方針，提高課程的教學效率和教學成效。

云教學模式區別于傳統的教學模式，學生可以在任何地方進行學習，而不是局限在教室中，課堂時間可以更多地留給理論性的課程內容，該教學形式將更好地適應現代教學背景，讓學生以更靈活的方式進行自主學習[2]。

單片機課程設計是電氣類專業課程的一門重要的實踐課程，課程中學生要了解和熟悉單片機系統設計與制作的整個流程，包括項目方案設計、硬件電路設計、程序設計、PCB（電路板）設計、元件采購、焊接、調試等內容。但在傳統教學中，實際上不能做到每一個環節都要求學生完成并進行考核，特別是電路原理圖設計和PCB設計部分的教學效果不太理想。

電子設計自動化（Electronic Design Auto-mation， EDA）是現代電子系統設計有效的工具。在單片機課程設計中引入帶有云平臺的EDA軟件，形成嵌入云教學的教學方案，EDA是一個系統的項目管理與設計平臺，將學生引入工程實境之中，通過師生、生生之間的多向互動，促使學生思索和理解問題的復雜性和多樣性，提高解決復雜工程問題的能力[3]。

因此，研究基于云教學的EDA在單片機課程設計中的應用與實踐，具有十分重要的意義。通過應用和實踐，可以探索出基于云教學的EDA在單片機課程設計中的應用方法，有助于提高單片機課程的教學效率和學生的學習效果[4]。

1" 目前單片機課程設計存在的問題

1.1" 學生與教師沒有實時溝通平臺

電子科技大學中山學院單片機課程設計的實踐場所是一個開放性的實驗室，學生可以在實驗臺上進行組裝焊接操作，沒有連接電腦、安排軟件設計任務等。學生需要課后在個人電腦上完成電路設計、程序設計、PCB設計等任務，然后在指導老師規定的時間內提交，再由學委將班級學生完成的作品收集打包后發到指導老師郵箱，指導老師下載后再進行評閱評分。

因此，學生在設計過程中如果發現問題，并沒有一個及時有效的途徑與指導老師溝通咨詢，一些問題得不到及時的解決，到最后課程結束進行答辯時還是沒有解決，導致教學效果不理想。這種教學方式只能對學生的基本技能進行考核，在提升學生實踐創新能力方面有所欠缺。

1.2" 學生使用萬用板來制作電路板

雖然EDA已經成為現代電子系統設計必不可少的工具，但在傳統的教學模式下，學生往往難以充分掌握專業EDA的使用技巧，課程中的電路設計、PCB設計等任務對學生來說難度較高，容易影響學生學習效果和進度。很多學生在遇到困難后放棄PCB設計的任務，選擇使用萬用板來制作電路板，這種方案更便捷和容易，對于元件數較少的小項目影響不大，但是隨著元件數的增加，做出的電路板飛線較多，往往會出現布局混亂的情況，一些接點還容易出現接觸不良的情況，當發生硬件故障時，也不容易通過線路尋找故障點。

此外，萬用板的尺寸單一、元件布局混亂、飛線橫飛，作品的外觀比較粗獷、不美觀。

1.3" 學生在學習中缺乏主觀能動性

為了減少項目成本，各班級常常會統一大批量采購元器件，每個學生的設計方案里使用的是相同規格的元器件，在項目完成的過程中只需要將這些元器件根據設計的電路原理圖在萬用板上進行布局和連接。因此，學生學習和設計的過程相對比較被動，也沒有動力去主動了解每個元器件的規格參數、封裝形式、外觀和尺寸數據等，更不會去了解這些元器件的主要生產廠家、合格率、價格等。

學生在完成項目后依然對常用的電子元件的生產廠家、外觀、參數、尺寸、規格等信息缺乏了解，而這些正是項目設計過程里必不可少的一部分。

1.4" 教師評閱評分效率低

一般一個班級人數超過100人，當指導老師需要對學生的設計文檔進行評分時，需要每一位學生各自將文檔發送到指導老師的郵箱里，由指導老師統一下載、整理、再進行批改，或者由班委統一收集電子文檔到U盤，按學號整理后再拷貝給指導老師，這兩種方式都會產生較大的工作量。教師在給每一位學生的設計文檔進行評分時，由于學生使用的EDA設計軟件不同，教師需要重復打開不同的設計軟件來閱讀文檔，其過程煩瑣、效率低、耗時長。如果有學生在教師收集文檔之后又對自己的文檔進行了修改，教師就無法再進行評閱評分，不能給予學生更好的評價指導。

另外，大部分學生在提交了文檔之后，就不會對自己的設計文檔再進行優化，因此，并不能有效地引導學生進行自我提升。

2" 基于云教學的EDA在單片機課程設計中

的應用

2.1" 在教學中引入帶云平臺的EDA軟件

在單片機課程設計課程中，學生使用指導老師選擇的帶有云平臺的EDA軟件，建立交流群，增強課程外師生交流[5]。

這個軟件不需要安裝，學生可以直接在瀏覽器里登錄官網，在網頁界面進行電路設計。指導老師提前在云平臺里建立相應的班級。學生可以通過二維碼或邀請鏈接進入各自的班級，只要在云平臺的班級里建立工程項目并命名，指導老師就可以隨時查看。指導老師加入學生班級群，學生只需要在群里提出問題，指導老師可以實時在平臺查看這位學生的設計文檔并給出指導意見。

2.2" 增加模擬采購元件任務

為了加深學生對元件的設計參數、廠家和價格的了解，指導老師選擇的EDA設計軟件有配套的元件商城，學生可以在商城里搜到市面上常用元器件的型號、產品編號、外觀圖、參數、說明書、供應商以及價格等信息。

學生通過元件商場很容易找到一個元件的相關信息，為了完成一個項目，學生需要將指導老師提供的每一種元件都在商場里找到，并把元件的各種信息匯聚在一份元件清單Excel表格里，表格里面包含每一個元件的基本信息，整個項目作品的元件材料成本統計等數據。

通過這一項任務，學生不僅可以了解到教師提供的那幾種元件，還會搜索到同類的其他元件信息，包括不同尺寸、不同封裝、不同廠家，不同價格的元件等。這項任務可以豐富學生在元器件方面的知識面，讓他們以后做其他單片機項目，在進行元器件方案選擇的時候，除了有更多的選擇可能性，還能給出性能以及性價比更高的單片機項目方案。培養出擁有發現問題和解決問題能力的實用、實踐型人才。

2.3" 提高學生設計PCB電路的積極性

在課程中，當學生已經通過元件商城查找并記錄每個元器件的編號，在電路原理圖設計過程中，只要導入對應編號的元器件，就能設計出原理圖，然后使用軟件自帶的原理圖轉換PCB圖的功能，實現一鍵轉換。

學生得到的PCB圖里的元件尺寸和實際元件的尺寸一致，再將連接線進行整理，就能自主設計出PCB圖，生成Gerber文件，交由軟件公司代制版，成功率很高，而且每個學生賬戶每月有兩次免費制作電路板的機會。

在課程評價上，教師對于學生親自設計制作的電路板，在評分上會有額外加分。這些都極大地激發了學生制版的興趣，使更多學生愿意設計制作電路板來完成單片機項目。通過這個過程，學生也會累積PCB電路設計經驗，提升學生制版的實踐經驗和能力。

2.4" 提升教師評閱評分效率

教師可以通過EDA軟件對學生的作品進行評分，統一導出學生設計文檔和成績，簡化工作步驟，提升效率。

指導老師使用EDA軟件時，除了可以通過云平臺查看每一位學生的工程項目文檔之外，還可以直接在平臺里給學生的工程項目文件進行評分，簡化了收集工程項目文檔的過程。

另外，指導老師可以直接在瀏覽器里查看每一位學生的工程文檔，不需要重復打開類似軟件的文檔，提高了教師評分的效率，可以讓教師有更多的時間關注學生工程文件的細節，給予學生更全面的評價。

3" 教學改革成效

這項教學改革項目從2018級電氣班開始實施至今，期間課程方案不斷優化更新，并多次根據教學的具體情況及學生的反饋來調整教學方案的

細節。

秉承以學生為中心的理念，通過細化流程步驟，更好地引導學生完成項目任務，讓學生少走彎路。單片機課程設計課程項目改革以來，最初只有11位學生提交定制電路板的作品，到最近一個學年，有157位學生提交了定制電路板的作品，選擇制作電路板作品的學生數量不斷增加，如表1所示。

4" 結束語

本課程以培養可以運行和管理單片機項目的綜合實踐創新型人才為目標，引入帶有云平臺的EDA軟件，形成嵌入云教學的課程教學方案，完善培養學生能力的維度。通過實踐不斷地探索和創新，不僅使得學生從課程中學到更多的知識和技能，提高自身完成項目和管理項目的能力，也可以提高學生作品的質量，收獲更高的評價。

5" 參考文獻

[1] 楊利國.基于移動云課堂的信息化教學實踐研究：以高

職院校建筑施工類課程為例[J].中國教育技術裝備，

2021（10）：10-13.

[2] 陳亭志，程利民.基于資源共享平臺的單片機課程設計

與建設[J].武漢職業技術學院學報，2018，17（5）：39-43.

[3] 李玉照，吳翥.電子設計自動化EDA技術狀況與展望

[J].集成電路應用，2022，39（11）：246-247.

[4] 郭婧，劉義亭.EDA技術及應用課程項目化教學案例分析

[J].中國現代教育裝備，2021（13）：106-108.

[5] 曹一鵬，吳昊，毛艷娥.OBE理念下單片機實踐教學改革

的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2022（17）：128-

130，136.

*項目來源：電子科技大學中山學院校級高等教育教學改革項目“基于云教學的EDA在單片機課程設計中的教學探索與實

踐”（項目編號：JY202103）；廣東省高等教育教學研究和改革項目“以OBE為導向的機電類專業機器人課程流建設研究”（項目編號：SJY202102）；電子科技大學中山學院校級高等教育教學改革項目“《專業綜合創新實踐》課程中碳達峰碳中和理念的教學設計”（項目編號：JY202201）；電子科技大學中山學院2021年度在線開放課程建設項目“電氣控制與PLC”（項目編號：ZXKC202105）；廣東省教育廳質量工程建設項目“機電實驗教學示范中心”（編號：SZX202001）。

作者簡介：余翼，講師。