溫建芳

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫，隨著EDA技術(shù)的發(fā)展與普及，中職學(xué)校在電類課程教學(xué)中常常使用EDA工具進(jìn)行電子電路的模擬仿真實(shí)驗(yàn)，大大提高了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解程度及實(shí)踐動(dòng)手能力。目前教學(xué)中常用的EDA軟件為單機(jī)版軟件，在大部分中職學(xué)生不具備個(gè)人電腦的情況下，學(xué)生課余時(shí)間無法利用EDA軟件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而削弱了EDA技術(shù)對(duì)電類課程教學(xué)的輔助作用。因此，EDA技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下的應(yīng)用研究有著極大研究意義?，F(xiàn)以《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程的實(shí)際教學(xué)案例展示基于互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下利用EDA技術(shù)輔助教學(xué)的新應(yīng)用。

一、EDA技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程及常用EDA軟件

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫，是從CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試）和CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具，集數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)、圖論與拓?fù)溥壿嫞?jì)算數(shù)學(xué)，優(yōu)化理論等多學(xué)科最新理論于一體，是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電路理論、信息分析與信號(hào)處理的結(jié)晶。EDA技術(shù)至今已有30多年的歷程，其發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）階段、CAED（計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)）階段、EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）階段，進(jìn)入21世紀(jì)以來，EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，逐漸在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。

隨著EDA技術(shù)的發(fā)展與普及，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在中職電類課程教學(xué)中運(yùn)用也越來越為廣泛。目前，在中職電類教學(xué)應(yīng)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(diǎn)，Multisim可以進(jìn)行復(fù)雜模擬/數(shù)字電路的仿真、簡單的PCB板設(shè)計(jì)、簡單的單片機(jī)仿真;Altium Designer可以進(jìn)行簡單的模擬/數(shù)字電路的仿真、強(qiáng)大的PCB板設(shè)計(jì);Proteus可以進(jìn)行直觀的模擬/數(shù)字電路、單片機(jī)、ARM的仿真，也可以進(jìn)行簡單PCB板的設(shè)計(jì)。

二、EDA技術(shù)在《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程是中職電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的一門核心課程，課程教學(xué)內(nèi)容主要包括了電子元器件的識(shí)讀、選用和檢測(cè)、電路元器件的焊接裝配技術(shù)、電路識(shí)讀、電路的調(diào)試與檢修等內(nèi)容。根據(jù)課程的教學(xué)需要及中職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教師在《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程教學(xué)中選用了演示直觀、仿真逼真程度高的Proteus作為教學(xué)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(lì)源和8種虛擬儀器，能構(gòu)建逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)電路，給電子電路的設(shè)計(jì)、分析教學(xué)帶來了極大的方便。Proteus在教學(xué)應(yīng)用中的另一大優(yōu)點(diǎn)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(shí)儀器儀表面板、操作要求接近。在電路仿真實(shí)驗(yàn)分析過程中學(xué)生通過對(duì)虛擬示波器、虛擬信號(hào)發(fā)生器等虛擬儀器的使用練習(xí)（見圖1），為實(shí)體電路測(cè)試實(shí)踐中使用實(shí)體電子儀器打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有效提高了對(duì)實(shí)體儀器使用的熟練程度與操作正確度?！峨娮蛹夹g(shù)綜合技能訓(xùn)練》教學(xué)中，教師利用EDA仿真軟件搭建電路仿真模型在課堂教學(xué)中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)演示，利用虛擬儀器、圖表分析等手段輔助進(jìn)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(shí)讀、分析難度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)應(yīng)用取得了較好的教學(xué)效果。

但Proteus軟件為PC版，大部分中職生學(xué)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(xué)應(yīng)用中，EDA技術(shù)常常只應(yīng)用在課堂教學(xué)中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)演示，很少用于輔助學(xué)生課外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，大大削弱了EDA技術(shù)對(duì)教學(xué)的輔助作用。這也是EDA技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用研究中急待解決的問題。

三、互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下EDA技術(shù)在電類課程教學(xué)中的應(yīng)用新思考

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)生學(xué)習(xí)方式和獲取知識(shí)的途徑變得多樣化。為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下學(xué)生新的學(xué)習(xí)模式，如何利用信息技術(shù)及EDA技術(shù)把電子實(shí)驗(yàn)室搬到互聯(lián)網(wǎng)，使學(xué)生課內(nèi)外均能隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)、實(shí)踐，發(fā)揮EDA技術(shù)更強(qiáng)輔助教學(xué)作用，為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下EDA技術(shù)輔助教學(xué)應(yīng)用新思考。

近年新出的一款網(wǎng)頁版本開源電路仿真應(yīng)用軟件CircuitJS，其最大的亮點(diǎn)就是Web版模式，使用者無須安裝軟件，只要打開網(wǎng)頁鏈接可輕松實(shí)現(xiàn)電路仿真實(shí)驗(yàn)，但CircuitJS仿真元件、激勵(lì)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(jié)合中職生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)及《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)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(jìn)行輔助教學(xué)師，將兩款軟件相結(jié)合，以發(fā)揮專長、互為補(bǔ)充的形式進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)+EDA仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用新嘗試。

四、互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下EDA技術(shù)在《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生電路識(shí)讀能力是一項(xiàng)重要的教學(xué)任務(wù)，學(xué)生正確識(shí)讀電路能有效提高實(shí)踐中裝配、調(diào)試與檢修電路的成功率。下面以《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程中《循環(huán)流水燈電路識(shí)讀》的教學(xué)為例，探討互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下EDA技術(shù)在電類課程教學(xué)中的新應(yīng)用。

（一）課前學(xué)習(xí)：基于Proteus及CircuitJS的信息化教學(xué)資源

1.基于Proteus電路分析微課制作

教師課前根據(jù)中職學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，將循環(huán)流水燈基礎(chǔ)電路分拆成RC電路、555定時(shí)器電路、計(jì)數(shù)器電路及LED電路等四個(gè)電路模塊，在Proteus中搭建以上四個(gè)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(gè)模塊電路的工作原理，并將基于Proteus仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電路分析過程依托多媒體技術(shù)制作成四個(gè)微課。教師課前把四個(gè)模塊電路分析微課推送至藍(lán)墨云班課在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，并發(fā)布課前學(xué)習(xí)任務(wù)，利用云平臺(tái)討論區(qū)、微信、QQ等在線通訊方式引導(dǎo)、督促、幫助學(xué)生進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，層層引導(dǎo)學(xué)生逐點(diǎn)掌握，使學(xué)生課前掌握循環(huán)流水燈基礎(chǔ)電路的組成及工作原理。改變了以往仿真實(shí)驗(yàn)在課堂授課中單一分析演示作用，讓學(xué)生課前就利用在線平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間與空間，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力同時(shí)加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的理解。

2.基于CircuitJS在線仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

基于Proteus的電路分析微課學(xué)習(xí)雖然把電路分析過程形象化、圖像化，但學(xué)生的課外學(xué)習(xí)仍然是一個(gè)被動(dòng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)——“我看教師做實(shí)驗(yàn)”，如果學(xué)生在課前完成微課學(xué)習(xí)后能親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所學(xué)內(nèi)容，將能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)電路的理解。但本校學(xué)生大部分為住校學(xué)生，除課堂外日常學(xué)習(xí)中并無電腦可支持學(xué)生課外自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。CircuitJS是一款利用JavaScript開發(fā)的網(wǎng)頁版電路仿真應(yīng)用，學(xué)生只要具備一臺(tái)可連接互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)便可隨時(shí)隨地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于將電子實(shí)驗(yàn)室裝入了學(xué)生口袋。在《循環(huán)流水燈電路識(shí)讀》的教學(xué)中，教師在CircuitJS構(gòu)建循環(huán)流水燈基礎(chǔ)電路四個(gè)電路模塊的仿真模型（見圖2），通過分享網(wǎng)址、二維碼、TXT文件等多種方式把電路仿真模型推送給學(xué)生。學(xué)生課前在完成循環(huán)流水燈基礎(chǔ)電路四個(gè)電路模塊（見圖3）微課學(xué)習(xí)后，通過打開網(wǎng)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(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境下開展實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證所學(xué)內(nèi)容，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感。

（二）課中實(shí)踐：基于Proteus的探究式學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)

經(jīng)過課前微課學(xué)習(xí)及仿真實(shí)踐，學(xué)生掌握了循環(huán)流水燈基礎(chǔ)電路的組成及其工作原理。為使學(xué)生深入分析循環(huán)流水燈電路其他擴(kuò)展功能，教師在課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)三個(gè)遞進(jìn)的實(shí)踐探究任務(wù)。課堂教學(xué)中，學(xué)生在教師指引及學(xué)習(xí)工作頁的指導(dǎo)下利用Proteus進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，探究、總結(jié)循環(huán)流水燈擴(kuò)展功能的工作原理，將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由被動(dòng)接收改為自主探究，增強(qiáng)了教學(xué)過程中學(xué)生的主體地位。

實(shí)踐任務(wù)1：改變計(jì)數(shù)器復(fù)位端MR連接位置，觀察亮燈個(gè)數(shù)變化，總結(jié)控制流水燈控制亮燈個(gè)數(shù)方法。

實(shí)踐任務(wù)2：改變電路RC值組合，觀察流水燈流動(dòng)速度變化，總結(jié)循環(huán)流水燈流動(dòng)速度控制原理。

實(shí)踐任務(wù)3：設(shè)計(jì)一款無級(jí)調(diào)速、循環(huán)點(diǎn)亮8盞LED的流水燈。

教師引導(dǎo)學(xué)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(jí)調(diào)速循環(huán)點(diǎn)亮8盞LED的流水燈的電路設(shè)計(jì)任務(wù)，檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果、提升學(xué)生學(xué)習(xí)效能感同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

（三）課后拓展：基于CircuitJS的拓展學(xué)習(xí)

為引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)把學(xué)習(xí)延伸到課堂外，教師課后通過藍(lán)墨云班課推送拓展學(xué)習(xí)任務(wù)，邀請(qǐng)學(xué)生根據(jù)本次課所學(xué)知識(shí)利用CircuitJS嘗試設(shè)計(jì)一款依次熄滅的心型流水燈，并將設(shè)計(jì)結(jié)果以網(wǎng)址、TXT文件等形式呈交給教師檢驗(yàn)，大大增強(qiáng)學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)內(nèi)動(dòng)力、實(shí)踐動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力。

（四）教學(xué)成效分析

依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息化技術(shù)，在《電子技術(shù)綜合技能訓(xùn)練》課程教學(xué)中進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)+EDA仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用新嘗試，增強(qiáng)EDA技術(shù)的課外輔助作用，改變EDA技術(shù)在課堂教學(xué)中單一的實(shí)驗(yàn)演示應(yīng)用，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)空與空間，有效提高了課程的教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量?！堆h(huán)流水燈電路識(shí)讀》教學(xué)課時(shí)與往年相比節(jié)約了一課時(shí)，學(xué)生課后測(cè)試答題正確率與往年相比提升15%，取得了良好的教學(xué)效果。

五、結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)在電類課程的教學(xué)應(yīng)用不再是單一的課堂實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室搬到互聯(lián)網(wǎng)，適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下學(xué)生的新學(xué)習(xí)模式，學(xué)生只要有一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)便可實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取及實(shí)踐演練，拓展學(xué)生時(shí)間與空間，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效能，最大程度發(fā)揮EDA技術(shù)在教學(xué)中的功用。

責(zé)任編輯 何麗華