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關(guān)鍵詞：任務驅(qū)動法；微任務；電子電路；實訓教學

中圖分類號：G4

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2015）22018502

1電子電路設計實訓課程教學現(xiàn)狀

電子電路設計是電類專業(yè)為繪制電子電路圖所必需掌握的一門計算機綜合性設計課程。然而，隨著課程改革在各高校逐漸開展，一些課程的課時量也相應遞減，比如筆者所在學校電氣自動化專業(yè)的《電子電路設計》課程已由原36學時減至24學時。如何在減少的課時的課程中讓學生掌握同樣程度的技能水平以適應社會的需求，考驗著每一位專業(yè)教師。

以往傳統(tǒng)的電路設計教學的方式大多是由教師先講授知識點，然后將知識點所涉及到的圖例向?qū)W生繪制演示，最后讓學生依樣畫葫蘆。在整個教學過程中，教師為主導，而學生僅限于單純的模仿與記憶，并沒有主動學習，導致學習效率低下。因此在教學中應該有意識到加入興趣式教學，調(diào)動他們的求知欲，激發(fā)學生更積極主動的思考，學習甚至創(chuàng)新，打造優(yōu)質(zhì)課堂，全面提高教學質(zhì)量與學習效率。

2任務驅(qū)動法

2.1任務驅(qū)動法原理

任務驅(qū)動法是近年來被廣為應用的一種教學手法，它一改傳統(tǒng)的灌輸式教學，嘗試采用任務驅(qū)動式的教學方法。需要教師將課程學習內(nèi)容劃分為多個特定任務，每個任務包含一定知識點，只要學生完成了課程中設定的任務，就可以掌握課程學習的內(nèi)容。

任務驅(qū)動法的核心內(nèi)容就是由教師在教學過程中創(chuàng)設任務情境，教學任務必須融合學生所需要掌握的技能點和相關(guān)的知識點，同時又具有一定的生活性、探究性和創(chuàng)造性，讓學生帶著解決問題完成任務，激發(fā)他們的學習興趣，讓學生自主或協(xié)作性學習，使他們真正了解知識點在實際工程中的應用，學以致用。

2.2任務驅(qū)動法在電路設計實訓中的應用

電路設計實訓課程的教學目的為電子電路圖形繪制，電路圖形僅為簡單的二維制版，因此在繪制電路原理圖時較為簡單易學。但無論多簡單的圖形，在繪制的過程中都要利用到基本繪圖工具、圖形編輯和圖層管理各知識點綜合才能完成。因而課程教授過程中不能簡單的按書本章節(jié)順序來講，而是應該由教師將所有知識融會貫通后重新組織，將它們?nèi)谌氲揭粋€個工程任務中再向?qū)W生展示，如向?qū)W生展示電動小車電路設計圖紙，將其作為一個工程任務，讓學生嘗試用學過的知識來繪制，或讓學生在繪制過程中遇到難題再提出并講解。這樣就更能增添學生的學習興趣和在完成任務后的成就感，形成良性循環(huán)。因此電路設計實訓課程非常適合采用任務驅(qū)動式教學法。

3微任務驅(qū)動法

3.1微任務驅(qū)動法原理

采用任務驅(qū)動法教學所提供的任務由于綜合性較強所以工程量較大且難度較高，學生在一節(jié)課中難以完成，即使有些基礎好，動手能力強的學生完成了任務，也會因為知識點過多過雜而難以消化。因此需要由教師把握學生素質(zhì)和能力，將大任務進行科學性的分解，將之細化為中任務，小任務甚至微任務。讓具有不同層次知識能力的學生都能被激發(fā)興趣，在任務量合適的微任務環(huán)境中嘗試和實踐。

以上所述即為微任務驅(qū)動教學法，它就是以任務驅(qū)動法為基礎，將總?cè)蝿找揽恐R的內(nèi)在邏輯或采取分類的方式進行具體化，以微任務的形呈現(xiàn)。較之任務驅(qū)動法，其目標更為明確，導向性更強，教師使用這種方法教學也更容易控制課堂教學的節(jié)奏，保證能在規(guī)定時間內(nèi)完成教學進度。

3.2微任務教學設計

微任務驅(qū)動法的實施過程是：教師先依據(jù)教學目標設計一個總?cè)蝿眨饘W生的學習興趣。再引導學生分析總?cè)蝿盏慕鉀Q方法并將總?cè)蝿詹鸱譃橐粋€個的微任務，各微任務之間可以是從屬或并列關(guān)系。拆分出來的微任務不能太難或任務量太大，應設計為學生較易完成的程度，以便于將學生的理解逐步引向深入。通過一個個的微任務引導和推動學生一步步上升，一層層提高，不斷接近并最終達到復雜的學習任務的頂點。

微任務法的核心是如何科學合理的設計微任務。首先，任務必須要有明確的目的性，教師提出的每一個微任務，原則上都是為了完成總?cè)蝿斩O計的，盡量不設置多余任務，不能本末倒置。其次，教師選擇微任務時應考慮到大多數(shù)學生的水平，注意難易適度。并且在教學過程中，根據(jù)學生的反應與掌握程度以及課程進度隨時調(diào)整微任務，不能任務教條化僵化。第三，微任務還應遵循完整性原則。教師所設計的微任務必須連貫，不能有斷續(xù)感，讓學生知道自己要做什么，可以解決什么問題，使他們獲取的知識完整且有條理。最后，微任務的設計要適當增添趣味性，可以在教學過程中加上圖片插畫，視頻音頻等數(shù)字教學資源，讓學生在完成任務的同時體會到學習的樂趣。

3.3微任務驅(qū)動法在電路設計實訓課程中的應用

Altium Designer軟件的工具欄較多，常用工具欄中的各命令參數(shù)也較雜，若逐個講解，則顯得各知識點雜亂無章，學生記的多忘得快，但在實際繪圖時還是束手無策，不知該用哪個工具來繪制。

例如，在介紹AD軟件常用繪圖工具欄中的直線、多邊形、橢圓弧線、文字和文本框等，若單純講述這些知識點，難免枯燥乏味，且容易與布線工具欄的功能弄混。圍繞這些教學內(nèi)容，可設計對應電路制圖微任務，圍繞一個小目標，教師可以設計多個由簡單到復雜的小任務，布置學生循序漸進地完成任務，在練習中熟悉各種命令的操作。例如，基本繪圖訓練可將學生已在模擬電路和數(shù)字電路課程中學過的常用電子元件符號如：變壓器、運算放大器（如圖1（a）、（b）所示）融入其中，將它們設計為一個個需要完成的微任務。每個任務都考慮到學習課程的前后連貫和趣味性，讓學生繪制自己所熟悉的事物。隨著學習的深入，可以布置學生完成如圖1（c）所示的七段數(shù)碼管等稍復雜的繪制任務。完成任務后的喜悅感和成就感會更加強烈，也為以后的學習增添了動力。

微任務驅(qū)動法在教學過程中將知識點分解到一些小任務中進行，學生頭腦中的知識是零散的，有時會降低知識的系統(tǒng)性和完整性。因此，這樣的設計任務和完成過程是十分必要的，教師可以通過一個較為完整的任務引導學生將已完成的微任務中的知識點進行歸納總結(jié)，加深對所學知識和技能的記憶和理解，完成真正意義上的知識建構(gòu)。

例如，上完第三次課后，教師即可布置學生完成如圖2所示“八路彩燈控制電路圖”大任務。從創(chuàng)建元器件、調(diào)用常用元件開始，直至綜合運用各種繪圖指令及編輯工具完成繪圖。讓學生在本次課中復習鞏固了前面微任務中所學的小知識并將其融合，初步完成了一張簡單的電子電路設計原理圖樣，并總體上掌握了一張較完整電子電路工程圖的繪制過程，具有綜合應用性。

3.4電路設計課程與其余課程的前后融合

電路設計課程在介紹一般電路繪圖技巧與制版規(guī)則時，還會涉及到數(shù)字電路、模擬電路、單片機技術(shù)應用等課程的接續(xù)關(guān)系。將本課程繪制圖中所涉及到的器件類原理基礎前移到數(shù)字電路和模擬電路等課程中解決，諸如實際譯碼電路、三態(tài)電路與緩沖器芯片等知識點不再占用本課程學時。本課程把握好銜接關(guān)系，主講等電路板制版規(guī)范、電路設計的仿真方法等要點主題，把以往重復性內(nèi)容節(jié)省的學時用于應用層面。

在重點講述電子電路圖繪制方式的時候，還應適當向?qū)W生加強常用接口電路的連接方法知識點，并向?qū)W生擴展對嵌入式處理器及新技術(shù)的了解，為后續(xù)單片機原理課以及傳感與檢測技術(shù)中各種傳感器與微處理器的連接使用，智能傳感器、數(shù)字式一體傳感器等內(nèi)容的講授打下基礎。

4總結(jié)

本文提出在電路設計實訓課程中提出微任務驅(qū)動教學的思路，該方式以“微任務為主線，教師為主導，學生為主題”嶄新教學模式，改變了往常的以教定學到被動教學模式，讓學生學會在解決任務中學習知識點與解決問題的方法，通過這種方法，既能激發(fā)學生勤于思考的熱情，有加深了對知識點理解，提高了創(chuàng)新思維的能力。在教學中始終貫穿“應用入手，學中建，建中學；分解項目，逐步深入與完善”的理念，對人才培育重點落在實際操作能力的培養(yǎng)上，提升整體教學水平。

參考文獻

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[2]周紅麗.《電子線路》任務型課堂教學過程和實施步驟的探討[J].新課程學習，2009，（2）：105108.

[3]楊瑞萍.基于工作過程的項目化課程教學改革實踐――以“計算機輔助電子線路設計”課程改革為例[J].吉林省教育學院學報，2015，31（7）.

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1.1邏輯塊的設計與實現(xiàn)

當前,我們常見的邏輯塊結(jié)構(gòu)有兩種,即基于多路選擇器和查找表。前者具有失效率低和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢,然而每個細胞的功能性較弱。我們知道,大量細胞的邏輯塊互相連接就可以實現(xiàn)復雜的系統(tǒng)功能,但是它的布線并不簡單,不能適用于大規(guī)模電路的實現(xiàn)。近些年,在以太網(wǎng)供電工程的細胞設計中長期采用基于四輸入一輸出的顯示查找表結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了任意的數(shù)字邏輯,然而對于較大規(guī)模電路設計時仍有諸多不足,主要表現(xiàn)為資源的大量浪費。鑒于此,下面筆者對邏輯塊的結(jié)構(gòu)進行了改進,有效節(jié)省了大量資源,也極大地增強了細胞設計的靈活性。對于改進后的邏輯塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu),此處的邏輯塊由四個兩輸入顯示查找表和D觸發(fā)器組合而成。顯示查找表主要負責實現(xiàn)組合邏輯的功能,其個個輸入端連接著多路選擇器,可作為選擇開關(guān),同時也能夠?qū)刂菩盘栠M行約束和控制,從而實現(xiàn)了相鄰細胞邏輯塊之間的連接。而D觸發(fā)器以顯示查找表的輸出為輸入,可以有效實現(xiàn)時序電路。根據(jù)研究結(jié)果顯示,如果要確定一個細胞邏輯塊實現(xiàn)的邏輯功能,我們至少需要18位控制配置位。結(jié)合顯示查找表的內(nèi)容寫入方式,筆者給出了兩種邏輯塊結(jié)構(gòu):一是直接把邏輯功能的真值表寫入其中;另一種是可重寫入的邏輯塊結(jié)構(gòu)。

1.2換向塊的設計與實現(xiàn)

換向塊的結(jié)構(gòu)主要由八個八選一多路選擇器組成,它能夠全方位地改變信號傳播方向,它在上下左右四個方向上分別有兩根輸入線以及輸出線,并且各個方向的輸出根據(jù)配置位決定對八路輸入中任何一路進行輸出,同時和相鄰細胞的換向塊對應多路器輸入相接。

1.3配置存儲器的設計與實現(xiàn)

不難發(fā)現(xiàn),細胞的邏輯塊和換向塊配置位往往能夠決定配置存儲器的單元內(nèi)容。根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)形式,筆者給出了所有配置位的順序,如下圖所示(其中數(shù)字表示比特位的順序,下方注釋是相應的配置信息)。

1.4自修復輔助電路的設計與實現(xiàn)

值得注意的是,上述模塊要想完全實現(xiàn)自修復的功能,還不得不加入自修復輔助電路設計。當然,在不同的自修復機制情況下,它的電路設計也會有所不同。現(xiàn)階段,很多電路設計都是基于列移除機制的,它考慮的是列移除的缺點,主要有兩種方案可供參考:

(1)為了增強細胞結(jié)構(gòu)的通用性,可以考慮采用基于查找表型的配置存儲器的自修復輔助電路設計方式;

(2)可以考慮基于移位寄存器型的設計方式,總體來說,兩種方案都是可行的,需結(jié)合實際情況進行取舍。

2結(jié)語

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在非微電子專業(yè)如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業(yè)開設集成電路設計技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專業(yè)的學生有電子電路基礎知識，又有自己本專業(yè)的知識，可以從本專業(yè)的系統(tǒng)角度來理解和設計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設計階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設計需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對于這些專業(yè)學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術(shù)（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術(shù)是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關(guān)設計工具，是掌握集成電路設計技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術(shù)的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術(shù)；另一方面，學員了解了該項技術(shù)的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設計技術(shù)的繼續(xù)研究和學習。基礎理論和技術(shù)流程隔離由于是針對非微電子專業(yè)開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設計與實現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專業(yè)的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。

2非微電子專業(yè)集成電路設計課程實踐

根據(jù)以上原則，信息工程大學根據(jù)具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關(guān)專業(yè)開設集成電路芯片設計技術(shù)課程，根據(jù)近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優(yōu)化的理論授課內(nèi)容1）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關(guān)鍵技術(shù)、IC技術(shù)的發(fā)展和趨勢等內(nèi)容。使學員對IC設計技術(shù)有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術(shù)的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設計技術(shù)的基本概念；了解IC設計發(fā)展趨勢和新技術(shù)，包括軟硬件協(xié)同設計技術(shù)、IC低功耗設計技術(shù)、IC可重用設計技術(shù)等。2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設計流程：介紹集成電路產(chǎn)業(yè)的歷史變革、目前形成的“四業(yè)分工”，以及數(shù)字IC設計流程等內(nèi)容。使學員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個設計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優(yōu)化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內(nèi)容。3）RTL硬件描述語言基礎：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設計方法等內(nèi)容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數(shù)字邏輯電路設計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設計規(guī)則和設計方法，并通過設計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調(diào)試能力。4）系統(tǒng)集成設計基礎：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統(tǒng)（SoC）、片上網(wǎng)絡（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級芯片架構(gòu)設計的基礎方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。

豐富的實踐操作內(nèi)容1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調(diào)試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數(shù)字邏輯電路設計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設計能力。2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優(yōu)化、可測性設計等內(nèi)容。3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設計的流程和方法，主要包括后端設計準備、版圖規(guī)劃與電源規(guī)劃、物理綜合與全局優(yōu)化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優(yōu)化等內(nèi)容。靈活的考核評價機制1）IC設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。2）IC設計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設計代碼，要求學員使用Synopsys公司數(shù)字集成電路設計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設計和驗證流程。3）IC設計相關(guān)領(lǐng)域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設計領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)文獻，包括該領(lǐng)域的前沿研究技術(shù)、設計流程中相關(guān)技術(shù)點的深入研究、集成電路設計領(lǐng)域的發(fā)展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。

3結(jié)語

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【關(guān)鍵詞】Multisim；電子技術(shù)；直流穩(wěn)壓；電子仿真

1.引言：Multisim簡介

Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設計工具，Multisim是一個完整的集成化設計環(huán)境。Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學生可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學教學的首選軟件工具。

主要特點體現(xiàn)在：

（1）直觀的圖形界面；

（2）豐富的元器件；

（3）強大的仿真能力；

（4）豐富的測試儀器；

（5）完備的分析手段；

（6）獨特的射頻（RF）；

（7）模塊強大的MCU模塊；

（8）完善的后處理；

（9）詳細的報告；

（10）兼容性好的信息轉(zhuǎn)換。

2.Multisim輔助教學

在電子技術(shù)理論教學中，可以用Multisim軟件仿真電路性能的電路很多，現(xiàn)以直流穩(wěn)壓電路為例說明該軟件在教學上的重要性和實用性。

2.1 電路工作原理及原理圖

如圖1所示，是最簡單的直流穩(wěn)壓電路，主要由穩(wěn)壓二極管實現(xiàn)穩(wěn)壓。

（1）整流電路：把交流電壓變?yōu)閱蜗虻拿}動直流電壓。

（2）濾波電路：濾除脈動直流電壓中的交流成分，使其成為平滑的直流電壓。

（3）穩(wěn)壓電路：把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榛竞愣ǖ模皇苁须婋妷骸⒇撦d及溫度變化影響的、穩(wěn)定的直流電壓。

2.2 操作步驟

（1）開關(guān)J1打開，無濾波；開關(guān)J2打開，無穩(wěn)壓；開關(guān)J3閉合，有負載RL時，雙蹤示波器顯示的波形如圖2所示：紅線所表示的曲線為電容兩端的電壓，對應示波器通道A，Y軸量度：10V/Div。直流電壓表讀數(shù)為10.516V。電壓為正值。藍線所表示的曲線為負載兩端的電壓，對應示波器通道B，Y軸量度：10V/Div。直流電壓表讀數(shù)為10.484V。電壓為正值。

（2）開關(guān)J1閉合，有濾波；開關(guān)J2打開，無穩(wěn)壓；開關(guān)J3閉合，有負載RL時，雙蹤示波器顯示的波形如圖3所示：紅線所表示的曲線為電容兩端的電壓，對應示波器通道A，藍線所表示的曲線為負載兩端的電壓，對應示波器通道B。

（3）開關(guān)J1閉合，有濾波；開關(guān)J2閉合，有穩(wěn)壓；開關(guān)J3閉合，有負載RL時，雙蹤示波器顯示的波形如圖4所示：紅線所表示的曲線為電容兩端的電壓，對應示波器通道A，藍線所表示的曲線為負載兩端的電壓，對應示波器通道B。

通過Multisim軟件仿真，根據(jù)雙蹤示波器顯示的波形圖可知，交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓電路后，得到平穩(wěn)的直流電，即上圖中的藍色線為平穩(wěn)的直線。

2.3 結(jié)論

任意改變電容容量的大小，交流電輸入值的大小等，輸出波形曲線的同樣非常直觀的顯示出來，輸出一樣是平穩(wěn)的直流電。

3.總結(jié)

（1）本軟件操作簡單，使用方便，容易上手，給學生提供了一個虛擬實驗室，不用去實驗室，也可以做實驗。既增加了學生的計算機操作能力，又增加了專業(yè)實驗知識。

（2）本軟件將實驗室和講臺有機的結(jié)合在一起，實現(xiàn)了虛擬化實驗室。將交直流電流表和電壓表、示波器等儀器在計算機上顯示出來，并即時顯示電路仿真的結(jié)果和波形，生動、形象地驗證理論分析結(jié)果，并且我們可以任意更改電路參數(shù)，添加和刪除電路元件，讓學生觀察到在這一過程中實驗結(jié)果所發(fā)生的變化。其動態(tài)效果是其它教學手段較難達到的。在電子技術(shù)課程的教學過程中，便于教學分析，大大降低了實際動手實驗過程中的數(shù)值變換的麻煩，縮短了教學時間，提高了教學效果，增強了學生的學習興趣。

參考文獻

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[3]黃智偉等編.基于MuItisin 2001的電子電路計算機仿真設計與分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

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作者簡介：

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關(guān)鍵詞：實驗教學改革；電子技術(shù)；Multisim

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

1引言

電子技術(shù)是工科電子類專業(yè)和計算機專業(yè)的專業(yè)基礎課，教學質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到該專業(yè)后續(xù)課程的學習。該課程分為模擬與數(shù)字兩部分，在教學中有相當難度。一方面由于這門課的內(nèi)容廣泛，涉及了眾多的原理電路和應用電路，學生在學習中需要很長時間來消化；另一方面由于電子技術(shù)的實踐性較強，必須用大量的實驗來輔助和加深理論學習。

為解決第一方面的問題，近年來許多高校在電子課程的教學中應用了多媒體技術(shù)，并且形成一種趨勢，各校多媒體教學課件的水平也在不斷提高。使用多媒體課件不僅可以節(jié)省大量板書電路圖的時間，而且動畫的適當應用也使得教學內(nèi)容更加生動形象，這對于學生理解理論知識有很大的幫助，課堂教學取得了不錯的效果。但對于第二方面，限于實驗學時的分配與實驗室硬件資源的配置，一直沒有很好的解決辦法。

以往的電子實驗教學方法是在課堂教學后進入實驗室對若干個電路進行驗證，由于實驗室不可能同時容納所有學生，大部分學生要等待較長的時間才能對所學電路進行實驗，在等待的過程中容易產(chǎn)生理論與實驗相脫節(jié)的現(xiàn)象。即使有少數(shù)學生能夠在課堂學習之后馬上進入實驗室，剛剛從課堂聽來的知識也還沒能全面系統(tǒng)地吸收消化，仍然處于一種似懂非懂的狀態(tài)中，面對實驗設備無從下手，實驗的效果并不好。

其次，大多數(shù)電子技術(shù)實驗室都存在嚴重的元器件品種和數(shù)量不足，以及實驗儀器、電路板陳舊老化的問題。受到這些硬件條件的影響，電子實驗開設的學時較少，實驗內(nèi)容局限在一定范圍內(nèi)并且多屬驗證性實驗。而電子技術(shù)這門課的要求是學生能夠熟悉大量的原理電路并對簡單的應用電路具有分析和設計能力，教學資源與教學目標兩者之間形成巨大的落差。學生只能在有限的條件下進行指定的實驗項目，不能充分展開設計思想，大量的電路也不可能在有限的實驗學時中一一進行驗證，這在很大程度上影響了學生的學習效果和學習熱情。許多教師曾經(jīng)抱怨學生對實驗環(huán)節(jié)不夠重視，我認為這種現(xiàn)象實在不能歸咎于學生。

在這種情況下，教師可以盡量開辟渠道，使學生接觸更新穎的實驗方法，在有限的學時內(nèi)提高實驗的效率，同時提高學生的分析與設計能力。在實驗教學中使用電子線路設計和仿真軟件Multisim就是一種很好的嘗試。

2仿真軟件Multisim

EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies公司(簡稱IIT公司)推出的專門用于電子線路設計和仿真的工具軟件。20世紀80年代推出的EWB 5.0版本，以界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優(yōu)點，于20世紀90年代在我國得到迅速推廣，受到電子行業(yè)技術(shù)人員的青睞。跨入21世紀初，IIT公司在保留原版本優(yōu)點的基礎上，增加了更多功能，特別是改進了EWB 5.0軟件虛擬儀器調(diào)用有數(shù)量限制的缺陷，推出了EWB 6.0版本，并取名Multisim，意為多重仿真或萬能仿真，也就是Multisim 2001版本，2003年又升級為Multisim 7.0版本。Multisim 7.0功能相當強大，它有十分豐富的電子元器件庫，可供用戶調(diào)用組建仿真電路進行實驗；它提供18種基本分析方法，可供用戶對電子電路進行各種性能分析；它還有多達17臺虛擬儀器儀表和一個實時測量探針，能勝任各種電子電路的分析和仿真實驗。Multisim 7.0已經(jīng)相當成熟和穩(wěn)定，是IIT公司在電子仿真軟件領(lǐng)域中的一個里程碑。以后IIT公司又相繼推出Multisim 8.0、8.3.30等版本，2005年以后，加拿大IIT公司已經(jīng)隸屬于美國國家儀器公司(National Instrument，簡稱NI公司)。美國NI公司于2006年初首次推出Multisim 9.0版本，該版本的界面、元件調(diào)用方式、搭建電路、虛擬仿真、電路基本分析方法等還是沿襲了之前各版本的優(yōu)良傳統(tǒng)，軟件的內(nèi)容和功能又取得很大進步。比如元件工具條中增加了單片機和先進的三維設備。另外，Multisim 9.0基本界面右邊的虛擬儀器工具條下方增加了4臺LabVIEW采樣儀器，分別是麥克風、播放器、信號發(fā)生器和信號分析儀。2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim 10版本。

Multisim操作界面如下圖所示，面對顯示器如同在實驗室面對著一個左面放著器件、右面放著儀表、中間放著實驗面包板的工作臺，常用元器件庫有信號源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、TTL數(shù)字集成電路庫、CMOS數(shù)字集成電路庫、其他數(shù)字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機電器件庫等，可供用戶調(diào)用組建電路進行實驗；儀器儀表欄依次為數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、IV分析儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡分析儀、Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器等，能勝任各種電子電路的分析和仿真實驗。在仿真―分析菜單下，Multisim提供的基本分析功能如直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、失真分析、噪聲分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析等等，可供用戶對電子電路進行各種性能分析；不僅如此，Multisim的交互式仿真功能，可以在仿真的同時通過鍵盤簡單地改變交互式元件的參數(shù)，立即就可以得到相應的仿真結(jié)果。可以說，在計算機上運行Multisim，就如同走進一個設備先進功能完善的電子實驗室。

3在電子實驗教學中運用Multisim 仿真技術(shù)的方法和優(yōu)勢

Multisim可以實現(xiàn)仿真實驗教學，在實驗教學中引入Multisim等仿真技術(shù)既是教學內(nèi)容與手段改革的必然趨勢，也是學科建設和發(fā)展的迫切需要，但決不能忽視了硬件實驗的重要性。只有在教學中將現(xiàn)代化手段與傳統(tǒng)模式相結(jié)合，才可以幫助學生更快更好地掌握知識，進一步培養(yǎng)和提高學生綜合實驗和創(chuàng)新的能力。在電子實驗教學中運用Multisim仿真技術(shù)的方法是讓學生在正式實驗之前，先在Multisim上模擬實驗，然后再在真實實驗設備上進行。這樣既可以彌補學生實驗學時的不足，又可以提高實驗效果，對于培養(yǎng)學生的綜合實踐能力也是非常有益的。與傳統(tǒng)的電子實驗相比，這種方法具有如下優(yōu)勢。

(1) 經(jīng)濟優(yōu)勢

有些實驗設備昂貴，特別是較為先進的實驗設備，需

要很大的資金投入，而且平時維護的工作量也比較大。Multisim仿真軟件功能強大、動態(tài)逼真，它提供的最壞情況分析、溫度掃描分析、噪聲分析等功能是一般電子實驗所不具備的。同時，使用Multisim在計算機上建立虛擬電子電路實驗平臺，實驗中不會消耗元器件，彌補了傳統(tǒng)實驗元器件損耗大的缺陷，并省去大量的實驗準備時間，降低了實驗成本。更為重要的是仿真實驗的引入突破了時間和空間的限制，使實驗場地不再局限于傳統(tǒng)意義的實驗室，所有配備電腦的教室甚至學生寢室都可以用來進行實驗，實現(xiàn)一機多用，一室多用，大大提高了實驗設施的利用率。

(2) 提高實驗學習效率

利用Multisim軟件進行電子技術(shù)仿真實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。學生在這個虛擬的電子實驗平臺上練習之后，一些注意事項、實驗原理、儀器使用方法等已經(jīng)基本掌握，再到實驗室進行實驗時就可以很好地避免盲目操作，實驗效率大大提高。使用Multisim仿真軟件可以方便地建立各種所需電路，快速準確地對電路進行仿真分析。與傳統(tǒng)實驗過程相比較，節(jié)省了實際元器件安裝調(diào)測的過程。而且Multisim能夠進行交互式仿真，學生在實驗過程中可以不斷修改電路，同時觀察仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)錯誤可以立即更正，調(diào)試方便，不必重新搭建電路。

(3) 有助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

在Multisim這個虛擬的電子實驗平臺上，學生可以根據(jù)興趣自己選擇實驗內(nèi)容，自行設計實驗方案，自主地進行電路分析和設計；實驗項目不再局限于實驗教材，設計性實驗的比例提高了，綜合性、研究型實驗逐漸進入學習范圍。這種方式激發(fā)了學生自主學習的積極性，拓展了學生的思維發(fā)展空間，培養(yǎng)和提高了學生的綜合實驗能力。學生在進行仿真實驗的過程中會遇到問題、分析問題、解決問題，最終積累經(jīng)驗，這就是一個自我學習的過程。學生有獨立思考、自主探索的時間和空間，可以使學生深刻地掌握原理運用知識，還可以幫助他們把各個分離的知識點組合為一個整體。學生的獨立思考能力、動手操作能力、分析問題能力、解決問題能力、創(chuàng)新能力也都會得到提高。

4結(jié)束語

在實驗教學中使用電子線路設計和仿真軟件Multisim，解決了學生理論學習與動手實驗這兩個環(huán)節(jié)之間的銜接問題；增加了實驗的數(shù)量、擴展了實驗的范圍、加大了設計性實驗的比例，能夠引起學生的興趣；同時可以在不增加硬件投入的情況下有效地緩解實驗室資源的緊張。現(xiàn)今的工程設計人員在做設計時都是先用仿真軟件模擬，然后再實踐。因此以學生為起點，利用Multisim仿真軟件做虛擬實驗，使學生既掌握了一種新的電子電路設計軟件，又掌握了一門新型的實驗分析方法，在將來的就業(yè)競爭中具有一定的優(yōu)勢。

參考文獻

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[2] 韓力,吳海霞,齊春東. Electronics Workbench應用教程[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2006.

[3] 余群,舒華,陳新兵. MultiSim進行電子電路設計的教學研究[J]. 實驗科學與技術(shù),2007,(10).

Applied Multisim On Electronic Technology Experimental Teaching

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一、傳統(tǒng)中職電子實驗教學的現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的中職電子實驗教學中，首先，由于受實驗室電子設備的限制，一些電路的設計調(diào)試要求很難得到滿足，而且設備更新慢，一般學生只能在規(guī)定的時間和條件下完成老師布置的實驗，一些富有創(chuàng)新性的設計、想法和思路很難實現(xiàn)。其次，在電路設計過程中安裝、調(diào)試、測量，均是在實驗箱和面包板上完成，為了完成一個電路的設計，往往要反復多次，一旦連線錯誤，很容易造成電子元器件和儀器、儀表的損壞。最后，在對電路進行調(diào)試時，不僅麻煩而且受電子元器件和儀器儀表功能的限制，可能會產(chǎn)生錯誤的評價，這樣不僅會使學生厭煩，更嚴重的可能會增加他們對設計型實驗的抵觸情緒，電子實驗課很難達到預期的教學效果。

二、EWB概述

EWB軟件是專門用于電子電路設計和仿真的“虛擬電子工作臺”軟件，它具有更多的內(nèi)存元器件和更強的虛擬儀器功能，具有較高的可靠性、準確性和和靈敏性。EWB工作平臺的工作特點主要包括以下幾個方面：

1.界面直觀形象，簡單、易學、易懂，其元器件和儀器儀表與實際的元器件和儀器外形有著較高的相似度。

2.元器件庫和儀器儀表庫種類齊全，而且容易操作。EWB軟件除了提供數(shù)千種電子元器件和儀表外，還提供了相關(guān)元器件的特性參數(shù)，特別是提供了很多中職學校實驗室不具備的儀器儀表，如：掃頻儀、數(shù)字信號發(fā)生器等。通過教師的講解，學生很容易理解和掌握。

三、EWB對中職電子實驗教學的意義

與廣大高等院校相比，中職學校學生的理論基礎和抽象思維相對較弱，因此在中職電子實驗教學過程中，他們很難一下子理解和掌握一些復雜的電路設計和儀器儀表功能操作。將EWB引入中職電子實驗教學中，教師在講授基礎理論知識的同時，可以通過EWB進行模擬仿真實驗，這樣不僅有利于學生理解和掌握相關(guān)知識點，而且能夠激發(fā)他們學習電子技術(shù)的興趣。

因此，EWB對中職電子實驗教學具有重要的意義，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：

1.EWB軟件與其他電路仿真軟件相比，仿真度較高。首先，EWB軟件可以提供電阻、電容、三極管以及集成電路等十幾類數(shù)千種元件。而且EWB可以提供包括示波器、掃頻儀、數(shù)字信號發(fā)生器、萬用表等十幾種設計及儀器儀表工具，具有較強的繪制電路圖以及顯示波形功能，可以將實際電路的結(jié)果仿真出來。其次，EWB軟件不需要采用文本方式，可以直接從EWB軟件中的元器件庫和儀器儀表庫中選擇所需的元器件和儀器儀表。

2.利用EWB軟件進行電路設計和分析非常方便。由于EWB軟件采用了虛擬技術(shù)，設計和開發(fā)仿真電路就和在實驗室進行實踐操作一樣，可以根據(jù)需要，隨時調(diào)用所需的元器件和儀器儀表，并對相關(guān)參數(shù)進行修改。如果設計的方案沒有成功，可以重新進行，不用擔心出現(xiàn)元器件損壞和儀器儀表出現(xiàn)出現(xiàn)故障等問題，而且不受時間和空間的限制。

3.利用EWB軟件，可以很容易使學生理解和掌握各種儀器儀表的功能操作。如，教師在進行信號源的占空比實驗時，從理論上來說占空比只對三角波和方波有效，對正弦波無效，但中職學生理解和掌握這一特性參數(shù)卻有一定的難度。通過EWB軟件，教師可以在講解信號源占空比理論的同時，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，并用示波器將最終的結(jié)果演示出來，這樣中職學生就很容易理解和掌握信號源的占空比概念，為后續(xù)的實驗奠定良好的基礎。

4.利用EWB軟件，有利于中職學生更好地理解和掌握相關(guān)理論知識，并以此為基礎進行電路設計實驗，培養(yǎng)他們的實踐操作能力。如，在進行電磁繼電器特性的實驗教學時，本身學生理解這一理論就有困難，很難真正掌握其實際應用。但教師在實驗教學中，引導學生聯(lián)系實際生活中的防汛報警裝置，鼓勵他們設計一個簡單的防汛報警裝置，就很容易理解和掌握這一理論知識和實際應用。

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在產(chǎn)品設計與制造方面，包括計算機仿真，產(chǎn)品開發(fā)中的EDA工具應用、系統(tǒng)級模擬及測試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的EDA技術(shù)應用、產(chǎn)品測試等各個環(huán)節(jié)。EDA軟件的功能日益強大，原來功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機械及建筑設計，也擴展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機的模型、電影特技等領(lǐng)域。

EDA技術(shù)的特點

EDA技術(shù)是一種基于計算機和信息技術(shù)為一體的電子系統(tǒng)設計技術(shù)。這門技術(shù)以其自頂向下的設計程序確保了整套設計方案的科學合理。EDA技術(shù)具有以下幾個特點：①系統(tǒng)的硬件設計采用的是電子軟件平臺；②設計出來的軟件系統(tǒng)到實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的過程是由開發(fā)軟件獨立自動完成的；③在設計的過程中可以使用很多相關(guān)軟件進行具體的仿真；④具有高層綜合和優(yōu)化的功能；⑤有大規(guī)模的可編程器件來實現(xiàn)系統(tǒng)；⑥系統(tǒng)升級靈活，可以在現(xiàn)場進行編程；⑦操作環(huán)境開放性、標準化，能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享和技術(shù)移植；⑧平面規(guī)劃技術(shù)的使用，可以將邏輯綜合和物理版圖設計進行聯(lián)合管理；⑨支持團隊式合作，可以共同協(xié)作、分工設計；⑩由于設計過程是在軟件上進行的，所以在設計過程中可以不斷的進行測試和糾錯，達到所要求的標準。EDA的特點有很多，這些方面使得該項技術(shù)在未來有很好的發(fā)展前景，在更寬廣的范圍能會得到廣泛的運用。

EDA技術(shù)的應用

EDA技術(shù)使得設計人員無需真正得到設計成果之后才能夠測評，只需在設計過程中不斷地進行仿真、測試、糾錯，就可是實現(xiàn)設計理念的灌輸。在電路設計中可以進行溫度分析和統(tǒng)計分析，以便于確定最適合元件參數(shù)、最佳電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，能夠方便快捷的優(yōu)化電路設計。以往的測評都會有一些誤差，出現(xiàn)許多相關(guān)的問題，而EDA技術(shù)的運用正式解決了這一難題，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)測試和特性分析的目標。

常用EDA軟件

1PCB

PCB（Printed-CircuitBoard）設計軟件更是種類繁多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGraphices的Ex－peditionPCB、ZukenCadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。它在我國使用的比較早，普及的比較廣泛，在大多數(shù)的電路公司都能夠看到使用PCB。PCB設計軟件是一個很完整的、全方位的電路設計系統(tǒng)，是一個較為成熟的設計軟件，它包括了電路設計過程中的全部環(huán)節(jié)，并且還可以兼容一些其他的設計軟件。

2IC

IC也有很多的設計工具，在ASIC設計領(lǐng)域知名并具有享譽的品牌有Cadence、MentorGraphics和Synopsys。這三家供應商占有比較大的市場份額，具有相當大的權(quán)威性。熊貓2000是我國華大公司提供的ASIC設計軟件。下面按照用途介紹一些IC設計軟件。①設計輸入工具。這是EDA軟件必備的基本功能，這是使用EDA軟件的基本條件。②設計仿真工具。設計、使用EDA進行電路設計，最大的好處就在于不用真實的制作出完成品進行測評，而是通過設計軟件就可以進行仿真，以此來驗證設計理念是否合理，并且通過仿真還可以進行測試、糾錯，完善設計計劃。這大大的提高了設計效率和成品的標準性。③布局和布線。Cadence軟件是在IC設計中布局布線功能比較滿足使用的。

3PLD設計工具

PLD（ProgrammableLogicDevice）是用戶依據(jù)自己的實際需求而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。主要應用的有兩種類型：CPLD（ComplexPLD)和FPGA(FidldProgrammableGateArray)。這兩種類型的基本設計方法主要是通過EDA軟件，以其原理圖、狀態(tài)機、布爾表達式、硬件描述語言等方式來實現(xiàn)生成相應的目標文件，而后用編程器或者下載電纜，由目標器件實現(xiàn)。PLD的供應商有很多，其中最知名最權(quán)威的商家是Altera、Xilinx和Lattice公司。一般PLD的開發(fā)工具都是由生產(chǎn)廠家配送，但科技的進步使得需要的軟件越來越復雜，制造商無法滿足設計的全部需求，而今主要的功能軟件則是由軟件公司和生產(chǎn)廠家聯(lián)合提供。

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關(guān)鍵詞：Protel 99 se 項目教學法 學習興趣 教學質(zhì)量

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在電子信息，通信，儀器儀表等領(lǐng)域的電路設計工作中，電子設計自動化EDA已成為不可逆轉(zhuǎn)的時代潮流，它逐步替代了傳統(tǒng)的電子電路設計，而Protel 99se正是一套建立在PC環(huán)境下的EDA電路集成設計系統(tǒng)，它是由澳大利亞Protel technology公司推出的電子線路設計和布線軟件，它一直是從事印刷電路板設計的首選軟件。作為一名現(xiàn)代電子專業(yè)的學生，掌握這樣一項技能是必須的，而對一名中等職業(yè)學校的專業(yè)課教師來說，對Protel 99se這門課程該怎么樣教學才能提高教學質(zhì)量和學生的學習興趣呢？下面是我在Protel 99se的教學中運用項目教學法的一點認識。

一、打破傳統(tǒng)教學方式，充分利用多媒體教學

隨著社會的發(fā)展，針對現(xiàn)代職校生的學習態(tài)度、學習興趣，學習觀念等情況，傳統(tǒng)的教學方法已經(jīng)不能很好的適應當今社會的要求和學生心理的變化了。面對課程改革，我們更應積極響應，利用這個大好時機努力提高自己，以適應現(xiàn)代教學的要求。近幾年學校提出，在專業(yè)課的教學中要嘗試采用項目教學法，打破傳統(tǒng)的教學方式，讓學生們真正快樂的學知識、學到知識，運用知識，這樣的教學才是成功的教學。那么怎樣做到呢？我認為首先要將教材內(nèi)容進行整理，知識點的增刪、順序根據(jù)實際情況進行調(diào)整;然后精心的制作課件，讓學生在課件的指引下找到重點，有一個清晰的思路;另外，再上網(wǎng)搜集相關(guān)教學視頻，使學生能夠直觀的學習，為項目教學奠定基礎。

二、采用項目教學，讓學生邊做邊學

在課前將實訓項目任務書設計好，并在任務書上附加上評分標準表，讓學生在一個項目中完成一個個小任務，而每完成一個小任務都會有相應的得分，項目要從易到難，在課件上將每一個小任務的制作步驟清晰的反映出來，讓學生按照步驟制作，這樣可以引導學生循序漸進地完成一個項目，讓學生在制作過程中得到清晰的思路和方法，逐步體會到成就感。對做得好的同學給予適當?shù)谋頁P，這樣可以提高學生的積極性，增強學生的學習興趣和信心。當在操作過程中出現(xiàn)一些學生們不知該怎么來解決的問題時，教師要善于啟發(fā)和引導學生，找出解決的辦法，讓學生體會到靠自己思考解決問題的成就感。對于一些操作能力強的同學，可以讓他做個小老師，為其他學生進行講解和檢查，鍛煉學生自我展示能力和增強學生自信心，從而提高教學質(zhì)量，讓老師能夠輕松的工作，學生能快樂的學習。

三、增強項目挑戰(zhàn)性，提高學生的興趣

當學生對一些簡單的項目掌握后，可以查找一些電子類書籍上有點難度的電路圖讓學生繪制，增強項目的挑戰(zhàn)性，例如：聲光控，功放，電子時鐘，報警器，流水燈，單片機等，這樣由簡單到復雜，通過繪制各種各樣的電路圖，學生的技能就會進一步提高，信心也增強了，興趣也提高了，再也不在課堂上睡覺、講小話了，教師上課也輕松了。

四、結(jié)束語

以上是我對Protel99 se項目教學的一點認識，在實際的教學中也取得了一定的效果，當然也還存在一些問題和困難。最主要就是實訓的設備不夠，不能讓每個學生都能獨立的操作，且學生們將電路原理圖繪制出來了、印制電路板制作好了，卻無法讓學生刻制印制電路板;其次就是學生對印制電路板的制作沒有一個感觀的認識，如果學生能有機會參觀一些電子廠，通過對工廠的實地參觀學習，學生才會對這門真正感興趣，更加清楚這門課的意義何在，才能更好地將所學的知識轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)實踐當中，我們教師也才會將教學工作與實際工作相結(jié)合。

總之，在當前電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，社會需求什么樣的人才？怎樣讓學生有能力去適應社會？這都是我們專業(yè)課教師一直在思考和探究的問題。所以我們要不斷去探索新的教學方法，新的教學理論，新的教學模式，來全面提高學生的綜合素質(zhì)，進一步適應社會對新型人才的要求，讓學生在社會中占有一席之地。

參考文獻：

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集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展，讓電子產(chǎn)品設計有了更好的應用市場，實現(xiàn)方法也有了更多的選擇。傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設計方案是一種基于電路板的設計方法，該方法需要選用大量的固定功能器件，然后通過這些器件的配合設計從而模擬電子產(chǎn)品的功能，其工作集中在器件的選用及電路板的設計上。

隨著計算機性價比的提高及可編程邏輯器件的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)設計方法進行了解放性的革命，現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法是設計師自己設計芯片來實現(xiàn)電子系統(tǒng)的功能，將傳統(tǒng)的固件選用及電路板設計工作放在芯片設計中進行。從20世紀90年代初開始，電子產(chǎn)品設計系統(tǒng)日趨數(shù)字化、復雜化和大規(guī)模集成化，各種電子系統(tǒng)的設計軟件應運而生。

在這些專業(yè)化軟件中，EDA(Electronic Design Automation)具有一定的代表性，EDA技術(shù)是一種基于芯片的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法。它的優(yōu)勢主要集中在能用HDL語言進行輸入、進行PLD(可編程器件)的設計與仿真等系統(tǒng)設計自動化上;20世紀90年末，可編程器件又出現(xiàn)了模擬可編程器件，由于受技術(shù)、可操作性及性價比的影響，今后EDA技術(shù)會向模擬可編程器件的設計與仿真方向發(fā)展，并占據(jù)市場的一定份額。

EDA技術(shù)主要包括大規(guī)模可編程邏輯器件、硬件描述語言、開發(fā)軟件工具及實驗開發(fā)系統(tǒng)4個方面。其中，大規(guī)模可編程邏輯器件是利用EDA技術(shù)進行電子系統(tǒng)設計的載體硬件，描述語言是利用EDA技術(shù)進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段，開發(fā)軟件工具是利用EDA技術(shù)進行電子系統(tǒng)設計的智能化與自動化設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是提供芯片下載電路及EDA實驗、開發(fā)的外圍資源。

FPGA結(jié)構(gòu)概述

現(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為集成度和復雜程度最高的可編程ASIC。是ASIC的一種新型門類，它建立在創(chuàng)新的發(fā)明構(gòu)思和先進的EDA技術(shù)之上。運算器、乘法器、數(shù)字濾波器、二維卷積器等具有復雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設計都可選用FPGA實現(xiàn)。以Xilinx的FPGA器件為例，它的結(jié)構(gòu)可以分為3個部分:可編程邏輯塊CLB(Configurable Logic Blocks)、可編程I/O模塊IOB(Input/Output Block)和可編程內(nèi)部連接PI (Programmable Interconnect)。CLB在器件中排列為陣列，周圍環(huán)形內(nèi)部連線，IOB分布在四周的管腳上。Xilinx的CLB功能很強，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯函數(shù)，還可以配置成RAM等復雜的形式。

現(xiàn)場可編程門陣列FPGA是含有大規(guī)模數(shù)字電路的通用性器件。這些數(shù)字電路之間的互聯(lián)網(wǎng)絡是由用戶使用更高級的軟件來定義的。FPGA可以進行無限次的重復編程，從一個電路到另一個電路的變化是通過簡單的卸載互聯(lián)文件來實現(xiàn)的，極大地推動了復雜數(shù)字電路的設計，縮短了故障檢查的時間。

傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯設計使用TTL電平和小規(guī)模的數(shù)字集成電路來完成邏輯電路圖。使用這些標準的邏輯器件已經(jīng)被證實是最便宜的手段，但是要求做一些布線和復雜的電路集成板(焊接調(diào)試)等工作，如果出現(xiàn)錯誤，改動起來特別麻煩。因此，采用傳統(tǒng)電子設計方案人員的很大一部分工作主要集中在設備器件之間物理連接、調(diào)試以及故障解決方面。正是因為FPGA的EDA技術(shù)使用了更高級的計算機語言，電路的生成基本上是由計算機來完成，將使用戶能較快地完成更復雜的數(shù)字電路設計，由于沒有器件之間的物理連接，因此調(diào)試及故障排除更迅速、有效。

可編程特點有助復雜電路設計

FPGA能進行無限次的重復編程。因此能夠在相同的器件上進行修改和卸載已經(jīng)完成好的設計。在一個FPGA芯片上的基本部件數(shù)量增加了很多，這使得在FPGA上實現(xiàn)非常復雜的電子電路設計變成比較現(xiàn)實。由于采用FPGA的EDA技術(shù)所產(chǎn)生的性價比更高一些，從而使得最近有多家公司開始采用這項技術(shù)，并且這種增長趨勢仍舊在繼續(xù)。

FPGA中的邏輯塊是CLB，邏輯塊是指PLD(Programmable Logic Device)芯片中按結(jié)構(gòu)劃分的功能模塊，它有相對獨立的組合邏輯單元，塊間靠互連系統(tǒng)聯(lián)系。FPGA的邏輯塊粒度小，輸入變量為4～8，輸出變量為1～2，每塊芯片中有幾十到上千個這樣的單元，使用時非常靈活。FPGA內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)是靠可編程互聯(lián)P I實現(xiàn)邏輯塊之間的聯(lián)接。它的互聯(lián)是分布式的，它的延時與系統(tǒng)布局有關(guān)，不同的布局，互聯(lián)延時不同。根據(jù)FPGA的不同類型，可采用開關(guān)矩陣或反熔線絲技術(shù)將金屬線斷的端點連接起來，從而使信號可以交換于任意兩邏輯單元之間。

采用FPGA技術(shù)集成設計數(shù)字電路產(chǎn)品最大的特點就是可以使設計和實現(xiàn)相統(tǒng)一，無須前期風險投資，而且設計實現(xiàn)均在實驗室的EDA開發(fā)系統(tǒng)上進行，周期很短，大大有利于現(xiàn)代產(chǎn)品的市場競爭需求，所以，F(xiàn)PGA的應用設計，特別適應于電子新產(chǎn)品的小批量開發(fā)，科研項目的樣機試制以及ASIC產(chǎn)品設計的驗證，能夠進行現(xiàn)場設計實現(xiàn)、現(xiàn)場仿真及現(xiàn)場修改。由此，受到電子產(chǎn)品設計工程師的廣泛推崇和歡迎。

FPGA的應用領(lǐng)域

FPGA所具有的無限次可重復編程能力，靈活的體系結(jié)構(gòu)，豐富的觸發(fā)器及布線資源等一系列的特點使得它可以滿足電子產(chǎn)品設計的多種需求。FPGA的應用領(lǐng)域主要集中在替換通用邏輯和復雜邏輯、重復編程使用、板極設計集成、高速計數(shù)器、加減法器、累加器和比較器的實現(xiàn)、總線接口邏輯等方面。

應用和開發(fā)FPGA必須對器件的性能有一個全面了解，例如對器件的容量、速度、功耗，接口要求和引腳數(shù)目等進行綜合考慮，同時還要注意以下幾個細節(jié)問題:

時序電路應用“上電”復位電路，保證開機加電后，置時序電路于初始狀態(tài);

器件的電源與地引腳必須并接一只0.1μF的無感電容，起濾波和去耦作用;

不能采用數(shù)目是偶數(shù)的反向器串聯(lián)的方法構(gòu)成“延時電路”，一則延時的時間不準確，二則自動編譯時會作為冗余電路被簡化掉;

主要的全局緩沖器必須由半專用的焊盤驅(qū)動，次要的全局緩沖器可以來源于半專用的焊盤或內(nèi)部網(wǎng)線;

引腳之間嚴禁短路，忌用萬用表直接測量器件引腳;

器件的I/ O口如被定義為輸出端，忌對該端加信號，否則將損壞芯片;

低功耗的器件如接負載過大時，不僅會使所用器件的工作效率顯著降低，甚至會損傷芯片。

篇10

關(guān)鍵詞：案例教學法；電子線路CAD；教學改革；教材建設

作者簡介：陳曉平（1956-），女，福建福州人，江蘇大學電氣信息工程學院，教授；李長杰（1972-），男，山東淄博人，江蘇大學電氣信息工程學院，副教授。（江蘇鎮(zhèn)江212013）

基金項目：本文系2011年江蘇大學教學教改項目“電類專業(yè)應用性課程案例教學法的實踐研究”（項目編號：2011JGYB016）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）16-0038-02

案例教學法是19世紀70年代美國哈佛大學法學院院長蘭德爾首創(chuàng)的，最早屬于醫(yī)學領(lǐng)域，后來廣泛運用于法學、軍事學、教育學、管理學等學科。案例教學法在西方發(fā)達國家非常盛行，是一種已經(jīng)發(fā)展得相當成熟和充分的教學方法和教學手段，有一套行之有效且相當規(guī)范的操作理論、操作規(guī)范和操作模式。哈佛商學院對案例教學法的成功運用和實施，尤其是使用這種方法為社會培養(yǎng)的大量杰出的工商界驕子，使得案例教學法成為一種風靡全球的、被認為是代表未來教育方向的成功教育模式。

在我國，案例教學法已被越來越多的人所接受，并列入了各高校的教學改革計劃，特別是在法學、醫(yī)學、工商管理類和思想政治教育等專業(yè)教學中運用較多。隨著新技術(shù)突飛猛進的發(fā)展以及新技術(shù)對教學方法和教學手段革新的迫切要求，案例教學法正在被越來越多的技術(shù)類專業(yè)教學所青睞，開始被應用到電氣、計算機、機械、建筑等相關(guān)領(lǐng)域，尤其在電氣化和信息化技術(shù)快速發(fā)展的當前，掌握計算機相關(guān)知識與技能已經(jīng)成為趨勢。以電類專業(yè)主要應用性課程之一——“電子線路CAD技術(shù)”作為載體，研究如何應用案例教學法來進行教學模式、教學內(nèi)容、教材建設等多方面的改革與實踐。

一、“電子線路CAD技術(shù)”課程的特點與現(xiàn)狀

“電子線路CAD技術(shù)”是電類專業(yè)重要的應用性課程之一，其人才培養(yǎng)的基本要求是能夠熟練使用某一種或多種電子線路CAD軟件，能夠按一定的規(guī)范進行電路圖的繪制，能夠完成單面、雙面或多層PCB板的設計。該課程授課對象是電類專業(yè)二年級的學生，他們已經(jīng)學習過電路原理、電子技術(shù)課程，具備一定的電學理論和電子元器件基礎，并即將學習單片機原理等相關(guān)課程，因此他們進行電子線路CAD軟件——PROTEL的學習時，不僅僅是照葫蘆畫瓢式繪制原理圖和PCB版，更重要的是利用他們所學的知識去體會電子電路設計所帶給他們的樂趣，引領(lǐng)他們有更多的興趣進入本專業(yè)的學習，為后期參加電子設計實踐或科研打下良好的基礎。這就需要從課程教學模式入手，將案例教學法理念切實貫穿到教學內(nèi)容、課程教材、教學實施、教學資源等諸多方面。

從教學內(nèi)容和課程教材方面看，目前有關(guān)PROTEL軟件的書籍有很多，但是絕大多數(shù)相關(guān)書籍往往按照軟件菜單命令的順序講解，只注重講授PROTEL軟件的各個菜單的功能，其選擇的設計實例往往是軟件本身提供的Demo中的例子，與學生所學的電學理論實際脫離，少數(shù)書籍采用的案例與課程銜接不夠緊密，存在或者較為復雜，或者較為簡單的情況。使用這樣的教材，學生學習起來很難形成一條主線，從枯燥的指令中看不清楚與實際應用的聯(lián)系，缺少學習動力，不利于教學的有效開展，因此教學方式改革的第一步就要進行教材改進與完善。

二、引入案例教學法改進“電子線路CAD技術(shù)”教材

教材是課程運行的載體，要引入案例教學法進行有效的教學，首先要在教材中引入典型案例，[1]以實例為主導的教材進行引導性的教學，來實現(xiàn)以應用為目的的計算機軟件的學習。電子線路CAD技術(shù)——PROTEL電路設計課程是一門理論與實踐結(jié)合性很強、極富創(chuàng)造性、具有明顯時展特點的課程，其主要目的是培養(yǎng)學生掌握原理圖的繪制、PCB板的設計能力，能完成中等復雜程度的PCB板的布局與布線。為此目的就要在充分參閱國內(nèi)外優(yōu)秀教材的基礎上，立足于“加強基礎、結(jié)合實際、突出重點、利于教學”的指導思想進行教材內(nèi)容的選擇，[2]將科研成果中的典型案例融入到教材內(nèi)容中去，及時吸取與本課程有關(guān)的新理論、新方法和新技術(shù)，提升實踐性教材的實用性、通俗性和先進性。通過充分考慮學生的先修課程與后續(xù)課程，合理選擇實例內(nèi)容的深度和廣度，按照由簡單到復雜的次序，利用一個具體實例貫穿課程全過程。通過這個實例的操作來講授介紹有關(guān)命令的使用方法，做到以具備工程背景的實例為主線，按照實際CAD設計的步驟，循序漸進地介紹PROTEL的各種編輯工具的使用方法及進行PCB設計的全過程，使學生在完成實例練習的基礎上，由淺入深地逐步掌握應用PROTEL軟件進行電子線路CAD設計的各個環(huán)節(jié)。

對于初學者來講，首先要了解CAD軟件中的指令的意義及使用方法。為了掌握基礎指令含義，可在教材中選擇只含有分立元件電路板的章節(jié)進行介紹，例如“模擬電子技術(shù)”課程中介紹的一些基本電路，這些電路都具有實際意義，并且主要由電阻、電感、電容、二極管、三極管等管腳比較少的分立元器件組成，這樣使初學者在繪制較為簡單的電路原理圖及印制板圖過程中，直觀理解和掌握CAD軟件中的指令的意義及使用方法。在經(jīng)過初級電路繪制后，再選擇一些包含有多管腳的數(shù)字集成電路進行加強訓練。根據(jù)案例教學法的思路，在教材中引入具有實際工程背景的典型案例，即一個典型的具體電路作為貫穿全書的基礎主線，在對典型實例的運用中理解電子線路CAD的基本知識和方法技能，達到使學生快速、有效地掌握電子電路PCB的設計與制作目的，有效發(fā)揮教材這一知識引導的作用。基于這種思考，在2008年編寫并由中國科技大學出版社出版了《電子電路CAD實用技術(shù)》一書，教學實踐表明，該教材較好地實現(xiàn)了“電子線路CAD技術(shù)”課程的引導作用，能夠使學生在一周課程設計中快速了解和掌握PROTEL軟件的使用方法。

三、利用多種渠道完善案例教學法的教學效果

案例教學法的有效實施不僅需要一本好的教材，同時還需要好的教學手段，要引導學生“教中學”、“學中做”、“做中學”。為了讓學生有效掌握電子線路CAD技術(shù)，可先讓他們通過教材上的教學案例掌握電子線路CAD技術(shù)的基本語言和基本設計方法，然后再通過一個個具體CAD任務的布置，讓學生通過具體CAD案例的設計與實踐總結(jié)掌握CAD設計技巧，使學生做到觸類旁通。為了避免因知識點分散造成學生不能系統(tǒng)掌握知識的問題，在每一個教學單元結(jié)束后，教師應當引導學生對所學的內(nèi)容進行歸納總結(jié)，建立起單元內(nèi)及單元間的聯(lián)系，以加深對知識的記憶和理解，完成真正意義上的知識建構(gòu)。如在層次原理圖設計學習后，對原理圖編輯器工作環(huán)境的設置要進行有系統(tǒng)地總結(jié)學習，對布線工具欄、畫圖工具欄及元件的各種操作方法要進行復結(jié)。在教學實施過程中針對學生出現(xiàn)的問題，教師要面對面地引導解決，要增強學生的自信心、解決問題的能力和成就感。只有激發(fā)了學生的學習熱情，才能產(chǎn)生理想的教學效果。

從當前課程教學方式來看，應用性課程教學通常采用的是在實驗室由教師統(tǒng)一要求下進行的歸一化培訓的單一教學手段。這種方式不利于學生個性創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，容易產(chǎn)生理論與實際相脫節(jié)的現(xiàn)象，要改變這種歸一化培訓的單一教學手段，就要開拓實驗室教學之外的教學形式。其中一種方法就是與企業(yè)合作，鼓勵學生走到企業(yè)參與技術(shù)實踐，了解產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展，將企業(yè)項目引入到自身的課程設計中，形成既有鮮明個性特色又有實際工程應用價值的設計結(jié)果，讓理論與實際真正結(jié)合起來；或者請與學校有合作關(guān)系的企業(yè)專家到學校進行具體的課程指導以及典型案例方案的確定，讓包含有實際意義的、與生活息息相關(guān)的案例直接進入學生的課堂中，使學生明白學習這種技術(shù)的實用性與趣味性，使電子線路CAD技術(shù)與企業(yè)中最新技術(shù)應用狀況接軌，在課程的教學中體現(xiàn)現(xiàn)代CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢。

再有一種方法就是建立基于案例教學法的教學資源庫與支撐網(wǎng)站，讓學生通過網(wǎng)絡這種信息量廣泛、方便使用的第二課堂進行學習，加強和提升電子線路CAD技術(shù)的掌握，從而熟練使用某一種或多種電子線路CAD軟件，能夠按規(guī)范完成電路圖的繪制，實現(xiàn)單面、雙面、或多層PCB板的設計，達到符合將來從事的專業(yè)工作的需求。

大學生電子設計競賽能夠有力促進培養(yǎng)在校學生的動手能力與創(chuàng)新能力，[3]這項活動在各個高校已逐漸被重視。參加電子設計競賽的學生雖然只是一小部分，但他們在學生中的影響力卻很大。電子設計競賽離不開電子線路CAD技術(shù)，因此參加電子設計競賽的學生都有自身的實踐體會，由此可利用這些優(yōu)秀學生在班級的影響力帶動學生學習的積極性，讓初學的學生看到自己同學做出的實物，產(chǎn)生學習的興趣與熱情。興趣是學習的最大動力，有了學習興趣就能理性地深入學習，對教學內(nèi)容理解得更深刻，學習更扎實；反過來也會使他們的學習興趣更濃，步入良性循環(huán)的學習過程。通過優(yōu)秀學生的以少帶多、以強帶弱的促進作用，極大發(fā)揮了學生的主觀能動性，挖掘其學習潛力，從而達到提高教學質(zhì)量的目的。

四、結(jié)論

以我校“電子線路CAD技術(shù)”課程為研究對象，以案例教學法應用為主線，從教學內(nèi)容、教材建設、教學實施、教學資源及支撐網(wǎng)站等多角度入手，研究如何建立一種基于案例教學法的高校電類專業(yè)應用性課程實施新模式。為了提高學生電子線路板設計能力，將典型產(chǎn)品案例、實際研發(fā)項目及學生創(chuàng)新項目引入到教學過程中，基于實際工作過程構(gòu)建一種新的教學過程，采用案例教學法，恰當?shù)卦诟鹘虒W環(huán)節(jié)中融入規(guī)范實際生產(chǎn)過程，將“電子線路CAD技術(shù)”課程建設成為集能力培養(yǎng)、職業(yè)素質(zhì)培訓和孕育學生創(chuàng)新成果的教學平臺，使培養(yǎng)的學生具有較高的專業(yè)水平與實際應用能力。近幾年來，我校培養(yǎng)的學生在全國大學生電子設計競賽中多人多次獲得國家級、省級一等獎等榮譽，這些成績的取得與“電子線路CAD技術(shù)”課程所打下的良好基礎是密不可分的。

參考文獻：

[1]和衛(wèi)星,李長杰,汪少華.電子電路CAD實用技術(shù)[M].合肥:中國科學技術(shù)大學出版社,2008.