溫建芳

EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，隨著EDA技術的發(fā)展與普及，中職學校在電類課程教學中常常使用EDA工具進行電子電路的模擬仿真實驗，大大提高了學生對課程知識的理解程度及實踐動手能力。目前教學中常用的EDA軟件為單機版軟件，在大部分中職學生不具備個人電腦的情況下，學生課余時間無法利用EDA軟件進行自主學習，從而削弱了EDA技術對電類課程教學的輔助作用。因此，EDA技術在互聯(lián)網+環(huán)境下的應用研究有著極大研究意義?，F(xiàn)以《電子技術綜合技能訓練》課程的實際教學案例展示基于互聯(lián)網+環(huán)境下利用EDA技術輔助教學的新應用。

一、EDA技術的基本概念、發(fā)展歷程及常用EDA軟件

EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，是從CAD（計算機輔助設計）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）和CAE（計算機輔助工程）的概念發(fā)展而來的。EDA技術是以計算機為工具，集數(shù)據庫、圖形學、圖論與拓撲邏輯，計算數(shù)學，優(yōu)化理論等多學科最新理論于一體，是計算機信息技術、微電子技術、電路理論、信息分析與信號處理的結晶。EDA技術至今已有30多年的歷程，其發(fā)展大致經歷了三個階段：CAD（計算機輔助設計）階段、CAED（計算機輔助工程設計）階段、EDA（電子設計自動化）階段，進入21世紀以來，EDA技術發(fā)展迅猛，逐漸在教學、科研、產品設計與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。

隨著EDA技術的發(fā)展與普及，虛擬仿真實驗在中職電類課程教學中運用也越來越為廣泛。目前，在中職電類教學應用中主流EDA仿真軟件為Proteus、Multism、Altium Designer等幾款，以上三款EDA軟件在使用上各有優(yōu)點，Multisim可以進行復雜模擬/數(shù)字電路的仿真、簡單的PCB板設計、簡單的單片機仿真;Altium Designer可以進行簡單的模擬/數(shù)字電路的仿真、強大的PCB板設計;Proteus可以進行直觀的模擬/數(shù)字電路、單片機、ARM的仿真，也可以進行簡單PCB板的設計。

二、EDA技術在《電子技術綜合技能訓練》課程教學中的應用現(xiàn)狀

《電子技術綜合技能訓練》課程是中職電子技術應用專業(yè)的一門核心課程，課程教學內容主要包括了電子元器件的識讀、選用和檢測、電路元器件的焊接裝配技術、電路識讀、電路的調試與檢修等內容。根據課程的教學需要及中職學生的學習特點，教師在《電子技術綜合技能訓練》課程教學中選用了演示直觀、仿真逼真程度高的Proteus作為教學輔助軟件。Proteus ISIS 虛擬仿真模式包括交互式仿真和基于圖表的靜態(tài)仿真兩種仿真模式，該仿真軟件提供了大量電子仿真元器件、13種激勵源和8種虛擬儀器，能構建逼真的實驗環(huán)境和實驗電路，給電子電路的設計、分析教學帶來了極大的方便。Proteus在教學應用中的另一大優(yōu)點是軟件中的8種虛擬儀器仿真程度極高，虛擬儀器儀表面板、使用操作與真實儀器儀表面板、操作要求接近。在電路仿真實驗分析過程中學生通過對虛擬示波器、虛擬信號發(fā)生器等虛擬儀器的使用練習（見圖1），為實體電路測試實踐中使用實體電子儀器打下堅實的基礎，有效提高了對實體儀器使用的熟練程度與操作正確度?！峨娮蛹夹g綜合技能訓練》教學中，教師利用EDA仿真軟件搭建電路仿真模型在課堂教學中進行仿真實驗演示，利用虛擬儀器、圖表分析等手段輔助進行電子電路分析，使電子電路分析過程形象化、圖表化，降低了電子電路的識讀、分析難度，激發(fā)學生學習興趣，在教學應用取得了較好的教學效果。

但Proteus軟件為PC版，大部分中職生學生尤其是在校住宿生并不具備電腦及Proteus軟件，因此，在中職教學應用中，EDA技術常常只應用在課堂教學中進行仿真實驗演示，很少用于輔助學生課外進行自主學習，大大削弱了EDA技術對教學的輔助作用。這也是EDA技術在教學應用研究中急待解決的問題。

三、互聯(lián)網+環(huán)境下EDA技術在電類課程教學中的應用新思考

隨著互聯(lián)網和信息技術的快速發(fā)展，學生學習方式和獲取知識的途徑變得多樣化。為適應互聯(lián)網+環(huán)境下學生新的學習模式，如何利用信息技術及EDA技術把電子實驗室搬到互聯(lián)網，使學生課內外均能隨時隨地進行學習、實踐，發(fā)揮EDA技術更強輔助教學作用，為互聯(lián)網時代下EDA技術輔助教學應用新思考。

近年新出的一款網頁版本開源電路仿真應用軟件CircuitJS，其最大的亮點就是Web版模式，使用者無須安裝軟件，只要打開網頁鏈接可輕松實現(xiàn)電路仿真實驗，但CircuitJS仿真元件、激勵源及虛擬儀器較少，電路仿真逼真程度遜于Proteus、Multism等主流EDA軟件。結合中職生的學習特點及《電子技術綜合技能訓練》課程授課需要，授課過程中教師選用演示直觀、仿真逼真程度高的Proteus及能裝入口袋的CircuitJS進行輔助教學師，將兩款軟件相結合，以發(fā)揮專長、互為補充的形式進行互聯(lián)網+EDA仿真實驗的教學應用新嘗試。

四、互聯(lián)網+環(huán)境下EDA技術在《電子技術綜合技能訓練》課程教學中的應用實例

《電子技術綜合技能訓練》課程教學中培養(yǎng)學生電路識讀能力是一項重要的教學任務，學生正確識讀電路能有效提高實踐中裝配、調試與檢修電路的成功率。下面以《電子技術綜合技能訓練》課程中《循環(huán)流水燈電路識讀》的教學為例，探討互聯(lián)網+環(huán)境下EDA技術在電類課程教學中的新應用。

（一）課前學習：基于Proteus及CircuitJS的信息化教學資源

1.基于Proteus電路分析微課制作

教師課前根據中職學生認知規(guī)律，將循環(huán)流水燈基礎電路分拆成RC電路、555定時器電路、計數(shù)器電路及LED電路等四個電路模塊，在Proteus中搭建以上四個模塊的仿真電路模型，利用虛擬示波器、圖表分析等方法分析講解各個模塊電路的工作原理，并將基于Proteus仿真實驗平臺的電路分析過程依托多媒體技術制作成四個微課。教師課前把四個模塊電路分析微課推送至藍墨云班課在線學習平臺，并發(fā)布課前學習任務，利用云平臺討論區(qū)、微信、QQ等在線通訊方式引導、督促、幫助學生進行課前學習，層層引導學生逐點掌握，使學生課前掌握循環(huán)流水燈基礎電路的組成及工作原理。改變了以往仿真實驗在課堂授課中單一分析演示作用，讓學生課前就利用在線平臺進行自主學習，拓展學生學習時間與空間，提高學生自主學習能力同時加深學生對實驗電路的理解。

2.基于CircuitJS在線仿真實驗應用

基于Proteus的電路分析微課學習雖然把電路分析過程形象化、圖像化，但學生的課外學習仍然是一個被動學習體驗——“我看教師做實驗”，如果學生在課前完成微課學習后能親自動手做實驗驗證所學內容，將能進一步激發(fā)學生學習興趣，同時也能進一步加深學生對電路的理解。但本校學生大部分為住校學生，除課堂外日常學習中并無電腦可支持學生課外自己動手做實驗。CircuitJS是一款利用JavaScript開發(fā)的網頁版電路仿真應用，學生只要具備一臺可連接互聯(lián)網的手機便可隨時隨地進行仿真實驗，相當于將電子實驗室裝入了學生口袋。在《循環(huán)流水燈電路識讀》的教學中，教師在CircuitJS構建循環(huán)流水燈基礎電路四個電路模塊的仿真模型（見圖2），通過分享網址、二維碼、TXT文件等多種方式把電路仿真模型推送給學生。學生課前在完成循環(huán)流水燈基礎電路四個電路模塊（見圖3）微課學習后，通過打開網址、掃描二維碼、加載TXT文件、自行搭建仿真電路模型等多種形式在手機上進行仿真實驗。學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境下開展實驗探究，驗證所學內容，有效激發(fā)學生學習興趣，增強學生自主學習的體驗感。

（二）課中實踐：基于Proteus的探究式學習任務設計

經過課前微課學習及仿真實踐，學生掌握了循環(huán)流水燈基礎電路的組成及其工作原理。為使學生深入分析循環(huán)流水燈電路其他擴展功能，教師在課堂教學中設計三個遞進的實踐探究任務。課堂教學中，學生在教師指引及學習工作頁的指導下利用Proteus進行仿真實驗，探究、總結循環(huán)流水燈擴展功能的工作原理，將學生的學習過程由被動接收改為自主探究，增強了教學過程中學生的主體地位。

實踐任務1：改變計數(shù)器復位端MR連接位置，觀察亮燈個數(shù)變化，總結控制流水燈控制亮燈個數(shù)方法。

實踐任務2：改變電路RC值組合，觀察流水燈流動速度變化，總結循環(huán)流水燈流動速度控制原理。

實踐任務3：設計一款無級調速、循環(huán)點亮8盞LED的流水燈。

教師引導學生在Proteus中搭建仿真電路模型層層深入探究循環(huán)流水燈工作原理，通過完成無級調速循環(huán)點亮8盞LED的流水燈的電路設計任務，檢驗學生學習效果、提升學生學習效能感同時培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

（三）課后拓展：基于CircuitJS的拓展學習

為引導學生繼續(xù)深入學習把學習延伸到課堂外，教師課后通過藍墨云班課推送拓展學習任務，邀請學生根據本次課所學知識利用CircuitJS嘗試設計一款依次熄滅的心型流水燈，并將設計結果以網址、TXT文件等形式呈交給教師檢驗，大大增強學生課外自主學習內動力、實踐動手能力及創(chuàng)新能力。

（四）教學成效分析

依托互聯(lián)網技術及信息化技術，在《電子技術綜合技能訓練》課程教學中進行互聯(lián)網+EDA仿真實驗的教學應用新嘗試，增強EDA技術的課外輔助作用，改變EDA技術在課堂教學中單一的實驗演示應用，拓展學生學習時空與空間，有效提高了課程的教學效率與教學質量?！堆h(huán)流水燈電路識讀》教學課時與往年相比節(jié)約了一課時，學生課后測試答題正確率與往年相比提升15%，取得了良好的教學效果。

五、結束語

隨著互聯(lián)網技術的發(fā)展，EDA技術在電類課程的教學應用不再是單一的課堂實驗演示，通過制作基于Proteus的電路仿真微課，推送CircuitJS仿真電路模型，把電子實驗室搬到互聯(lián)網，適應互聯(lián)網時代下學生的新學習模式，學生只要有一臺聯(lián)網的智能手機便可實現(xiàn)知識獲取及實踐演練，拓展學生時間與空間，提升學生學習效能，最大程度發(fā)揮EDA技術在教學中的功用。

責任編輯 何麗華