EDA技术在《电子技术基础》教学中的实践与应用
一、 问题的提出
电子技术是一门实践性很强的课程,现今职业学校机电、电子、通信、计算机以及相关专业均开设了该课程,同时配合理论教学还开设了实验课用以提高教学效果。电子技术实验,大部分学校采用各类实验箱,实验过程中学生要完成电路搭建、结果验证。对于一些小型电路,各类实验箱还能应付得了,但稍稍复杂一些的电路就难以对付了,往往由于芯片短缺、电路连接过于复杂、故障难以查找,加上实验箱长期使用导致接触不良等等,使得实际实验过程中电路搭建成功率低,导致学生对实验的兴趣下降,影响实际教学效果。现在随着个人计算机提高和互联网的发展,功能强大的电子仿真软件EDA技术逐渐与广大专业教师见面,我们将它逐步地应用到教学之中,出现了全新的教学模式,在电子技术教学中应用EDA技术将是一个必然的趋势。
二、 EDA技术在电子技术教学中的应用
电子技术课程是电子类专业的支柱性课程,它要求学生熟悉各种电子器件,掌握电路图的识读、绘制以及电路工作原理,还要学会掌握和合理运用分析方法。EDA软件正是提供了各种支持,恰到好处地符合这样的教学要求。同样,电子线路课程又是一个紧密联系实践的课程,EDA软件的强大的仿真功能更是能把实践带入课堂,带入教学的每一个环节中去。基于Multisim的电子技术课堂教学,是在虚拟的电子环境中,师生借助计算机自然地、高效地与电子元器件、电子仪器、分析工具等进行实时交互,相互影响,为开展探究式教学提供了必要的支持。
1.应用于课堂教学环节,开展探究式教学,是师生高效交流的平台
探究式教学能充分调动学生的积极性,挖掘学生的学习潜力,使学生变被动的接受为主动的探求,也充分体现了教师主导和学生主体,这是一种科学的、民主的教学方法。以前由于课堂上师生之间没有实时交互的平台,教师是单向地教,学生是被动地学,而Multisim的出现,恰到好处地为师生搭建了一个良好的交互平台。因为,首先,在Multisim创建的电子技术课堂教学情境中,电子元器件、仪器仪表、仿真分析方法同等地提供给教师和学生,使学生产生亲临电子电路实际环境之中的感觉,学生是从虚拟环境的内部向外观察,不再是旁观者,而变成了电路知识的探究者。其次,Multisim对电路参数的设置、电子分析和仿真、数据图形的处理以及结果的输出都只需简单的操作即可完成,这样就使师生的交互能在轻击几下鼠标之下完成。因而在课堂上师生间能通过简捷、轻松的方式完成充分的交流,学生的疑问、新奇的想法等都可以及时验证和尝试,真正为师生搭建了一个开放性的“所想即所得”的高效交流平台。
探究式教学一般遵循“问题情境——搭建模型——解决问题”三个步骤。创设问题情境是引发学生探究心理学习新知识的切入点。例如在单管共射放大电路的教学中,第一步,教师先创设问题情境,要把幅值为10mV ,频率为1KHz的正弦信号放大50倍,负载电阻是2KΩ。第二步,学生调用已有知识(三极管放大特性、三极管放大状态的外部条件、三极管输入、输出特性),在Multisim环境中,调用虚拟元器件和虚拟和仪器仪表,搭建电路模型,最后在教师的提问、启发、引导下,对电路不断地分析、测试、调整,完成放大电路,即解决了问题。这样,在大量的动脑、动手的实践中,学生学到了新知识(共射放大电路的基本结构、静态工作点、截止失真、饱和失真、频响特性等)。总之,EDA技术为探究式教学提供了优质的平台,也必将为学生的学习提供优质的保证。
2. 应用于实验教学环节,开展虚拟实验,是实际硬件实验的有力补充和拓展
虚拟实验在实验教学中的应用,主要表现在以下三个方面:
(1)学校缺少某项实验的实验设备时,虚拟实验可以代替硬件实验。有些学校由于缺少实验设备,部分硬件实验无法展开,就完全可以用虚拟实验代替。虚拟实验的一大特点就是不受实验设备、场地的条件限制,只要有计算机,有EDA软件(如Multisim),几乎所有的实验都难不住它。(它的元器件库无所不包,而且具有网上更新的功能,它的虚拟仪器也是应有尽有,而且直观性强。)
(2)同一实验课题,在开展硬件实验的同时,可以辅以虚拟实验。硬件实验和虚拟实验在教学效果上各有所长,硬件实验的主导地位是毋庸置疑的,它使学生直接面对真实对象,进行真实操作,获得直接经验,这是虚拟实验所无法做到的。而虚拟实验有更为优秀的分析技术,例如在很多仪器仪表中引入指针,使实验数据更易获得,实验现象更为明显,EDA软件中又具有经典的仿真分析方法,能轻而易举地实现瞬时现象的捕捉,也能把很长时间的现象展现于一秒,这也是实际仪器不能敌的。所以,同一个课题,开展实际硬件实验可使学生锻炼动手能力,获得直接经验。开展虚拟实验,有助于对实验现象的观察和实验数据的获得,最终有利于分析和实验结论的获得。
(3)开展具有创造性的开放式实验。以前在做实验前,教师出于对实验器材和学生安全的保护,必先嘱咐学生不准动这,不准动那,使学生做起实验来束手束脚,学生的想象力和创造力得不到发挥。其实很多时候,学生对实验内容是有自己的独到的想法的。如果能够利用虚拟实验技术,拿出有意义的课题,进行开放式的实验,学生在实验中,可以发挥自己的创造力,对电路进行别出心裁的修改,对电路的分析和测试做不同的尝试,使学生完全成为实验电路的剖析者和探索者,又不必担心会损坏任何器件或仪器。这样既拓展了实验范围,又培养了学生的创新意识。
长久以来,电类实验课普遍采用传统的硬件验证的实验模式。随着EDA技术的发展,系统仿真技术日渐完善,它将越来越多地应用于实验课程的教学,实验课程也必然采取硬件实验和软件仿真相结合的方式。
三、 结束语
EDA技术是将计算机技术应用于电子电路设计过程的一门崭新技术,给电子产品设计与开发带来了革命性的变化。它在教学领域的应用也必将给电子专业课程的教学带来革命性的变化。无论从教学还是从实用的角度去考虑,它都是一个最体现以人为本、体现能力本位的新型的教学技术。无论从课堂教学还是从实验教学去应用,它都将更好地激发学生的创新意识和探索精神。当然,EDA技术的应用对专业教师的综合素质有较高的要求,既要较全面熟悉电子技术专业的知识,又要懂得使用计算机,并且不断地吸取先进的技术,灵活地运用在教学过程中。教师应懂得电子技术中某一个问题的多种表达方式,这样搭建电路容易与软件的建模方式匹配;教师还应对专业英语熟练,看懂软件的功能意图,而这正是职业学校教师“四新”目的之所在。
(溧阳市职业教育中心)