郭艷清

（中原工學(xué)院 電子信息學(xué)院，河南 鄭州450007）

科學(xué)實驗是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)賴以發(fā)展的重要實踐環(huán)節(jié)，而高等學(xué)校中的實驗教學(xué)則是以教學(xué)形式培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)后備力量的重要途徑。深化實驗教學(xué)改革，在加速高等教育從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)化，提高教育的質(zhì)量和效益方面起著重要作用。

電子設(shè)計自動化EDA是以計算機(jī)和軟件為工具，完成各類電路從系統(tǒng)級到物理級的設(shè)計、仿真分析、電路綜合的新型電子設(shè)計技術(shù)手段，其發(fā)展與應(yīng)用正引發(fā)著一場電子產(chǎn)業(yè)和電子設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)革命。軟件仿真是EDA工具最具魅力的功能之一，在專業(yè)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中引入EDA仿真技術(shù)，強(qiáng)化學(xué)生對基礎(chǔ)知識和基本理論的掌握程度，可以擴(kuò)大課堂信息量。

1 EDA仿真實驗

仿真在電知識的教學(xué)中有著獨(dú)特而特殊的作用，在“電路”、“電工學(xué)”及“電子技術(shù)”的各門專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)中引入EDA仿真技術(shù)，對學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識和基本理論有重要的作用。

目前用于電路仿真的EDA軟件主要有，PSpice，EWB，Multism，Matlab，Systim＿VIEW 等.其中Multisim是一種具有電路仿真、印制板設(shè)計和VHDL／Verilog仿真與合成的集成化EDA軟件。其操作簡單，易學(xué)易用，非常適合于開發(fā)“電路”、“電工學(xué)”、“模擬電路”和“數(shù)字電路”等仿真實驗。

EWB軟件是Multisim的早期版本，功能雖沒有Multism那樣強(qiáng)大，但卻更適于初學(xué)者掌握。尤其我們的教學(xué)對象是剛上大二的學(xué)生，電腦知識比較欠缺，要在較短的學(xué)時間掌握Multism有一定難度。而我們認(rèn)為EWB更適合教學(xué)。EWB軟件是一個非常優(yōu)秀的電子技術(shù)實驗訓(xùn)練工具，因為電子技術(shù)類課程是實踐性很強(qiáng)的課程，將EWB作為該類課程的輔助教學(xué)和實驗訓(xùn)練手段，不僅可以彌補(bǔ)經(jīng)費(fèi)不足帶來的實驗儀器和元器件缺乏，而且排除了原材料損耗和儀器損壞等因素，可以幫助學(xué)生更快更好地掌握課堂講授的內(nèi)容，加深對概念和原理的理解，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)的不足。通過仿真，還可以熟悉常用電子儀器的使用方法和測量方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力、排除故障的能力和開發(fā)創(chuàng)新的能力。

綜合設(shè)計型實驗的一部分用EWB軟件來做，既克服了實驗臺上電路元件不夠和設(shè)備不全等不足，又便于學(xué)生組成各種不同方案進(jìn)行虛擬實驗。在學(xué)生初步掌握了軟件的應(yīng)用后，指導(dǎo)教師給予正確引導(dǎo)，貫穿啟發(fā)式教學(xué)；引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，樹立不斷探索問題的信心和創(chuàng)造性思維的意識。同時注重培養(yǎng)研究興趣和自信心，只要發(fā)現(xiàn)學(xué)生有新的思路和見解，即使實驗沒有完全成功，也給予肯定和鼓勵，并及時向?qū)W生建議解決問題的參考思路，逐步引導(dǎo)學(xué)生手腦并用，寓培養(yǎng)學(xué)生的智能于實驗全過程中。

《EDA在電工基礎(chǔ)實驗教學(xué)中的應(yīng)用開發(fā)》是筆者主持的教改項目，主要任務(wù)就是引入EDA設(shè)計手段，從應(yīng)用EWB軟件入手，研究和開發(fā)設(shè)計性、綜合性實驗，使之應(yīng)用于電路、電工學(xué)、電子技術(shù)的各門專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)，從而探討新的教學(xué)模式，切實起到提高學(xué)生綜合能力的作用。《EDA在電工基礎(chǔ)實驗教學(xué)中的應(yīng)用開發(fā)》教改項目，早在我院2005年11月通過教育部的教學(xué)水平評估中，就成為實驗教改支撐材料之一。2007年1月該項目順利通過我院組織的教學(xué)成果鑒定。該項目自2005年以來，其教學(xué)成果已在五屆學(xué)生中應(yīng)用于教學(xué)，并不斷加以完善。收到良好效果。在我校的實踐教學(xué)中起到了一定的示范作用。。

2 實施過程

2.1 編寫實驗指導(dǎo)書

完善的實驗必須有切合實際的相關(guān)實驗指導(dǎo)書，實驗指導(dǎo)書應(yīng)具備如下一些共有的特點(diǎn)。

（1）參照國內(nèi)不同版本的教材，并依據(jù)課程教學(xué)基本要求進(jìn)行內(nèi)容選取，可以配合不同的教材使用。

（2）在每一個實驗當(dāng)中，都包含有實驗預(yù)習(xí)要求，使得學(xué)生能夠充分復(fù)習(xí)相關(guān)知識，能夠有一定針對性的進(jìn)行復(fù)習(xí)，以便于確保實驗的順利進(jìn)行；在每一個實驗的最后，又安排了數(shù)量不等的復(fù)習(xí)思考題，一方面可以讓學(xué)生鞏固實驗當(dāng)中所學(xué)到的知識，另一方面也可以擴(kuò)展學(xué)生的思路。

（3）實驗題目的選取本著“由淺入深、循序漸進(jìn)”的原則，同時也照顧課程的進(jìn)度排列順序。

（4）在保證正常教學(xué)基本要求的前提下，為了滿足不同層次、不同水平學(xué)生的需要，適當(dāng)增加了部分內(nèi)容的深度和難度，同時擴(kuò)充了部分內(nèi)容。

實驗指導(dǎo)書力求做到內(nèi)容豐富、取材得當(dāng)、題目典型、通俗易懂?？梢宰鳛檎n程的配套實驗指導(dǎo)書，也可供其它專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識的參考資料。無論是從學(xué)術(shù)的角度，還是從使用的角度，實驗指導(dǎo)書都是具有一定參考價值的。

2.2 開發(fā)綜合、設(shè)計性實驗

在綜合設(shè)計型實驗中，教師的主要職責(zé)是指引學(xué)生合理選取、擇優(yōu)組合已掌握的理論知識，指導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生把注意力集中于解決問題上。鼓勵學(xué)生大膽實踐、培養(yǎng)善于解決實際問題的思路和能力。這種以學(xué)習(xí)為中心的實踐教學(xué)方式，使學(xué)生成為一種積極、主動及靈活的學(xué)習(xí)過程，使實驗教學(xué)變成建立在學(xué)生興趣與自學(xué)性上的實踐活動。綜合設(shè)計型實驗要求學(xué)生獨(dú)立完成，促使學(xué)生積極思考、反復(fù)實踐，加深了對電路理論知識的掌握，為發(fā)揮創(chuàng)造精神開辟了天地。

《EDA在電工基礎(chǔ)實驗教學(xué)中的應(yīng)用開發(fā)》教改項目從軟件仿真和硬件實施兩方面具體開發(fā)研究出《串聯(lián)諧振》、《波形發(fā)生電路》、《7人智力搶答器》等7個綜合、設(shè)計性實驗。

我們以串聯(lián)諧振為例，說明仿真實驗的重要性。串聯(lián)諧振實驗要求學(xué)生至少觀察不同參數(shù)下的電阻、電容、電感端波形6幅。以下僅僅是其中的一幅。

圖1 串聯(lián)諧振電路電阻端幅頻特性曲線

從仿真實驗圖形中可以清晰確定串聯(lián)諧振所要掌握的一些重要概念及數(shù)據(jù)關(guān)系，如諧振時電源電壓等于電阻上電壓，電感和電容電壓是電源電壓的Q倍，以及實際實驗和理論分析中的一些區(qū)別，電感線圈有電阻，仿真數(shù)據(jù)10與9.74誤差的形成等。

其他一些實驗如方波—三角波發(fā)生器，則使學(xué)生對運(yùn)算放大器的綜合應(yīng)用有了直觀的理解，非常有益于課堂教學(xué)。智力搶答器實驗體現(xiàn)數(shù)字電子和模擬電子技術(shù)的綜合應(yīng)用，且有趣味性。對提高非電學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣非常有效。

2.3 實驗教學(xué)改革

多少年來，人們把實驗教學(xué)看成課堂教學(xué)的輔助和補(bǔ)充。在重視素質(zhì)教育的今天，我們發(fā)現(xiàn)實驗教學(xué)才是培養(yǎng)學(xué)生實驗動手能力和創(chuàng)新能力的最重要環(huán)節(jié)。教學(xué)實驗室是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，也是學(xué)生的個性化培養(yǎng)環(huán)境［2］。

2004年開始，我校電類專業(yè)學(xué)生做實驗實施一人一組。電氣自動化學(xué)生的數(shù)字電子實驗，實行實驗室開放。由于是開放式教學(xué)，學(xué)生可以根據(jù)個人情況自己安排實驗時間，選修實驗。實驗主要由學(xué)生獨(dú)立完成，教師檢查預(yù)習(xí)情況，適當(dāng)輔導(dǎo)，并驗收。我們還為科技制作的學(xué)生提供場地，開放了部分實驗室，實驗室教師兼做學(xué)生指導(dǎo)，這些都為學(xué)生順利完成個人設(shè)計提供極大的幫助。

3 實施效果

在大二年級學(xué)生中實施該項目對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識起積極作用。實踐證明很多高年級參與各種競賽及制作的學(xué)生的基礎(chǔ)均源于此。項目所研究的設(shè)計性、綜合性實驗已經(jīng)實施教學(xué)多年，從學(xué)生的報告可以反映出，綜合設(shè)計性實驗對于學(xué)生的科技制作起到很好的培訓(xùn)目的，對學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)更顯著。我們在電類和非電類的18個專業(yè)，5屆學(xué)生中實施了相應(yīng)的教改成果，收到了較好的效果。電工學(xué)課程于2006年評為河南省精品課程。學(xué)生通過綜合設(shè)計性實驗從中得到鍛煉，提高了他們的綜合素質(zhì)，使許多學(xué)生在各類科技活動中獲得多項獎勵。以全國電子設(shè)計大賽為例，2007年我校有13個隊分別獲得全國二等獎4項，河南賽區(qū)獎9項的好成績。2009年全國電子設(shè)計大賽，我校又獲得全國一等獎1項，二等獎4項。14個隊獲河南賽區(qū)獎。我院的電氣信息基礎(chǔ)實驗中心2008年也被評為河南省高校實驗示范中心。

對實驗指導(dǎo)書，我們在使用中還在不斷完善，2008年重印時，進(jìn)行了修改。綜合、設(shè)計性實驗的實施，更是對學(xué)生起到了很好的激勵作用。引發(fā)了實驗教學(xué)創(chuàng)新。在設(shè)計諧振電路時，學(xué)生運(yùn)用學(xué)習(xí)過的知識充分發(fā)揮個性，設(shè)計出不同的實驗線路。從與眾不同的設(shè)計線路、測量方法中我們看到了實驗的創(chuàng)新帶來了學(xué)生創(chuàng)新的“火花”。通過實驗教學(xué)創(chuàng)新所引發(fā)的實驗教學(xué)改革使實驗教學(xué)方法和手段趨向多元化，使教師和學(xué)生關(guān)系更加融洽。實驗教學(xué)創(chuàng)新有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識。使培養(yǎng)出來的人才既有扎實的基礎(chǔ)理論知識，又能較好地掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)；既具有解決實際問題的能力，又具有創(chuàng)新的意識；使學(xué)生將來走上社會更具競爭力。

《EDA在電工基礎(chǔ)實驗教學(xué)中的應(yīng)用開發(fā)》教改項目引入EDA設(shè)計手段，在設(shè)計性、綜合性實驗中應(yīng)用EWB軟件，廣泛應(yīng)用于電工基礎(chǔ)實驗教學(xué)，探討新的教學(xué)模式，切實起到提高學(xué)生綜合能力的作用。主要創(chuàng)新點(diǎn)：① 優(yōu)秀的指導(dǎo)文件；② 完善的實驗環(huán)境；③ 實用的平臺軟件；④ 合理的實驗?zāi)Ｊ?；?嚴(yán)格的管理體制。

傳統(tǒng)實驗繼續(xù)進(jìn)行的同時，仿真實驗作為一種新型的實驗類型，具有比傳統(tǒng)實驗更為靈活多樣的表現(xiàn)形式，仿真實驗的開設(shè)是對傳統(tǒng)實驗的一個有力補(bǔ)充，實驗的不斷改革、完善對科研和教學(xué)必將發(fā)揮越來越大的作用。

4 結(jié)論

在“電路”、“電工學(xué)”和“電子技術(shù)”的各門專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)中，引入電子設(shè)計自動化設(shè)計手段，從應(yīng)用EWB軟件入手，研究開發(fā)設(shè)計性和綜合性實驗，使之應(yīng)用于專業(yè)基礎(chǔ)實驗教學(xué)，探討了新的教學(xué)模式。仿真實驗這種新的教學(xué)模式的主體，對更新教學(xué)觀念，改善實驗管理，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力等起到積極作用。仿真方法用于科研和教學(xué)必將提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，滿足學(xué)生開展課外科技創(chuàng)新實踐活動的需要。

［1］ 殷瑞祥 樊利民 金春英 我國電工學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與方法的回顧、思考與展望［J］電子電氣課程報告論壇論文集2008，北京高等教育出版社，2008

［2］ 王香婷，等.電工技術(shù)與電子技術(shù)實驗教學(xué)的改革與探索［J］.電氣與電子教學(xué)學(xué)報，2000，21（2）

［3］ 王延才.電工電子技術(shù)EDA仿真實驗［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

［4］ 秦曾煌.電工學(xué)［M］.北京：高教出版社，2007