電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)探討

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摘要：實(shí)踐教學(xué)在課程教學(xué)中起到非常重要的作用，本文將EDA技術(shù)與實(shí)物制作有機(jī)結(jié)合引入到電子技術(shù)實(shí)踐課程中，闡述了實(shí)施的具體過(guò)程以及教學(xué)開展情況。

關(guān)鍵詞：EDA；電子制作；電子技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Elec-tronicDesignAutomatic，EDA）技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大高校的電類課程教學(xué)中[1-2]。實(shí)踐教學(xué)在課程教學(xué)中起到非常重要的作用，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作能加深對(duì)課堂理論知識(shí)的理解，并促使學(xué)生舉一反三、靈活運(yùn)用。如何更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面、激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)的潛能和動(dòng)力、提高實(shí)踐應(yīng)用能力等，已經(jīng)成為擺在我們面前迫切需要解決的課題[3-4]。結(jié)合我校電工電子實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)際情況，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的部分內(nèi)容進(jìn)行了改革優(yōu)化。

1存在的問(wèn)題

我校實(shí)驗(yàn)中心的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在如下問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)手段單一，缺少電路仿真環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)制作過(guò)程不完整；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已沿用多年，缺乏新內(nèi)容；學(xué)生主觀能動(dòng)性差，以完成任務(wù)為目的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，課程沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果。針對(duì)以上問(wèn)題，開展了EDA仿真與制作相結(jié)合的電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)探索。

2EDA仿真與制作的結(jié)合方式

EDA軟件可以完成電路圖的繪制、電路仿真以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。將EDA技術(shù)應(yīng)用到學(xué)生的課程設(shè)計(jì)和電子制作環(huán)節(jié)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子知識(shí)的興趣和欲望，提高學(xué)生對(duì)電路的認(rèn)識(shí)水平以及學(xué)生的實(shí)踐能力。結(jié)合我校的實(shí)際情況，利用EDA仿真工具，將虛擬仿真技術(shù)和實(shí)際電路制作通過(guò)幾個(gè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目巧妙結(jié)合起來(lái)，項(xiàng)目的具體實(shí)施過(guò)程如圖1所示。整個(gè)過(guò)程按照仿真和實(shí)做可以分為如下兩個(gè)環(huán)節(jié)：

2.1電路原理圖的設(shè)計(jì)。擬采用仿真軟件Multisim和Proteus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，該兩種軟件包含了模擬、數(shù)字電路常用的元件和芯片、儀器設(shè)備，具有強(qiáng)大的分析功能，如示波器功能、頻譜分析功能、實(shí)時(shí)測(cè)量功能等。通過(guò)仿真、測(cè)試以達(dá)到預(yù)期的電路功能及指標(biāo)。

2.2電路的制作。電路的制作過(guò)程是對(duì)設(shè)計(jì)電路產(chǎn)品化的過(guò)程，該環(huán)節(jié)主要突出技能和實(shí)踐性要求，采用在洞洞板上進(jìn)行直接制作的方法。首先根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的元器件，設(shè)計(jì)出實(shí)物布線圖。其次，根據(jù)合理的布線圖，按照信號(hào)的輸入輸出方向順序焊接電路。焊接之前要對(duì)所用元器件進(jìn)行檢測(cè)，避免故障的產(chǎn)生。對(duì)于焊接過(guò)程應(yīng)該分單元模塊進(jìn)行，逐步測(cè)試。由于仿真軟件并不能完全與實(shí)際相一致，在制作過(guò)程中，可能出現(xiàn)實(shí)測(cè)與仿真偏離的情況，那么需要修改電路重新仿真。最后，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)程要經(jīng)過(guò)測(cè)試———調(diào)整——測(cè)試——調(diào)整的反復(fù)過(guò)程才能完成。以往的設(shè)計(jì)一般到了功能實(shí)現(xiàn)和指標(biāo)合格就結(jié)束了，考慮到產(chǎn)品化還可以增加外觀設(shè)計(jì)和外殼制作的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)完整的制作過(guò)程。

3教學(xué)實(shí)踐開展情況

針對(duì)以上提出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊問(wèn)題，通過(guò)分析研究，以理論課程的主要知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)，結(jié)合生活中實(shí)際應(yīng)用，選擇新穎、可行的電路設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如聲光控延時(shí)開關(guān)、變色呼吸燈電路、溫度檢測(cè)及處理電路等題目，可以根據(jù)學(xué)生程度、課程要求進(jìn)行擴(kuò)展或調(diào)整。涉及到的單元模塊有：整流濾波電路、振蕩電路、集成計(jì)數(shù)器、比較電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、運(yùn)算放大電路、功率放大電路、數(shù)碼管電路、報(bào)警電路、RC電路等。這些都是在理論課講到的、常用的電路，將理論知識(shí)通過(guò)這種形式整合在一起，學(xué)生的收獲比進(jìn)行單個(gè)實(shí)驗(yàn)要大得多。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，采取以小組為單位，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主線，教師起到引導(dǎo)作用，學(xué)生為實(shí)驗(yàn)主體的教學(xué)方法，使學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、方案設(shè)計(jì)、體驗(yàn)感悟、實(shí)踐操作、自主評(píng)價(jià)等活動(dòng)獲得知識(shí)和技能，以小組合作的方式進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)活動(dòng)，在不斷解決實(shí)際問(wèn)題中提高他們的學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐以及團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。采用這種實(shí)踐方法后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生表現(xiàn)出來(lái)的自主性、積極性、創(chuàng)造性是超出預(yù)期的。以變色呼吸燈電路為例，該電路要求用紅、綠、藍(lán)三種顏色的發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)七種色彩變換，并同時(shí)呈現(xiàn)呼吸燈的效果。學(xué)生經(jīng)過(guò)查找資料，將電路進(jìn)行分解，了解到七種色彩可以通過(guò)紅綠藍(lán)三種顏色的LED燈分時(shí)點(diǎn)亮、組合實(shí)現(xiàn)，呼吸效果可以通過(guò)在LED燈上加三角波實(shí)現(xiàn)。圖2是一組學(xué)生制作的變色呼吸燈實(shí)物圖，為了突出變化的七彩效果，學(xué)生對(duì)電路進(jìn)行了美化裝飾，效果非常好。學(xué)生通過(guò)查找資料、自主設(shè)計(jì)電路、討論、仿真測(cè)試到制作成功，整個(gè)過(guò)程教師僅給予指導(dǎo)，遇到的問(wèn)題大部分由學(xué)生自主解決。

4需要改進(jìn)的方面

經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，在為學(xué)生們的收獲感到欣喜的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，大部分學(xué)生是第一次進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，對(duì)于器件的選型考慮不全面，比如電阻往往只考慮了阻值而忽略了功率；電解電容只考慮了容量而忽略了耐壓；芯片只考慮了功能而忽略了電壓、電流等工作條件。而這些知識(shí)正是培養(yǎng)工程實(shí)踐能力所需要具備的，理論課堂上學(xué)不到的，只有通過(guò)動(dòng)手制作，才能逐漸使學(xué)生具備該方面的意識(shí)并增強(qiáng)能力。在電路的制作環(huán)節(jié)中，目前采用的方法是手動(dòng)布線，學(xué)生布線的經(jīng)驗(yàn)有限，電路板制作出來(lái)的美觀程度也不一致，今后擬將Mul-tisim原理圖直接導(dǎo)入PCB布局和布線軟件Ultiboard進(jìn)行電路板布線，使電路的布線更加合理規(guī)范。

5結(jié)論

依托EDA工具，對(duì)電工電子類課程實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行改革創(chuàng)新，引入工程項(xiàng)目，為教學(xué)內(nèi)容提供更多的工程因素，使教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際緊密聯(lián)系，改變了以往由教師為主體的教學(xué)模式，能夠增強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主體地位。學(xué)生表示在制作的過(guò)程中收獲了知識(shí)，體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的樂(lè)趣，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

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作者：韓征 常美華 張聰玲 單位：中國(guó)民航大學(xué) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心