基于EDA任务驱动法的《数字电子技术》课程教学研究

金艳梅

摘要：该文主要分析基于EDA仿真软件，运用任务驱动法讲授《数字电子技术》课程的基本过程。实践证明，在教学过程中通过multisim12软件对电路进行演示，学生就能随即消化理论知识，掌握设计原理；实验运用multisim12进行电路设计和仿真测试，方便学生自主实验，从而客服实验恐惧心理，取得较好的实验效果。

关键词：数字电子技术；EDA；课程教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）20-0103-02

《数字电子技术》 是计算机及其相关专业以及机电类专业的一门重要的专业基础课程，其特点是理论性、逻辑性、实践性强，其课程周学时一般为4（3+1型）学时，课程开设目标通过学习数字电路分析与设计的理论知识和设计原理，能够自己设计实用的数字电路并进行调试出来。在总学时64的教学过程中要达到既要让学生理解理论知识和设计原理，也要让学生自己能设计数字电路的教学目标，这是一个教学有效性的挑战。如何使学生对理论教学感兴趣、如何使学生对实验项目充满好奇和自信并积极动手参与实验是任课教师必须思考的问题。

借助EDA软件进行辅助教学是本门课程教学的最好选择，在理论教学过程中，教师对电路的原理或工作过程进行透彻的分析讲解后，借助EDA仿真软件进行数字电路的模拟和演示，可以帮助学生深刻理解和掌握理论知识，或者在上课前对即将讲解的知识进行项目的演示，使学生充满好奇和期望，从而提高学生的学习兴趣。在实验教学中，采用EDA软件进行仿真实验，为学生提供灵活方便的实验环境，免除学生的实验耗材损坏的恐惧心理，充分发挥想象力，按照自己的想法设计各种电路，摆脱实验箱的束缚。同时，学生也摆脱了实验时间和空间的束缚，方便学生学习，只要有电脑，学生就可以进行实验设计、电路连接和仿真测试。EDA软件辅助教学使得《数字电子技术》理论课的教学更加直观生动，实验教学操作更加灵活方便，激发学生的学习兴趣，提高学习效率，同时也能够更好地培养学生的自学能力、设计能力和创新能力。因此，学生在课程教学的前期，必须学习EDA仿真软件的使用。

1 EDA仿真软件介绍

EDA（Electronic Design Automation）是电子设计自动化的缩写，其起源于20世纪60年代中期的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工程（CAE）的概念。EDA的技术是以计算机为工具，设计者基于EDA软件平台，用硬件描述语言（VHDL）描述设计文件，计算机自动的完成逻辑编译→化简→分割→综合→优化→布局→布线→仿真，直至到对特定芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等。

EDA工具很多，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有： Protel、Altium PSPICE、Designer、multisim12（原EWB的最新版本）、PCAD、OrCAD、LSIIogic、MicroSim、modelsim、ISE、Matlab等。

Multisim是Interactive Image Technologies Ltd在二十世纪末期推出的电路仿真软件，multisim13是最新版本，但目前普遍使用的还是multisim2001，和其它软件比较，EDA具有更加形象、直观的人机交互的界面，尤其是其仪器仪表库中各仪器仪表与操作真实实验中的实验仪器仪表是完全一样的，并且它对模拟电路、数字电路的混合仿真功能也毫不逊色，仿真真实电路的结果几乎能够100%准确[1]。它提供了常用的各种精确建模的元器件：电阻、电感、电容、二极管、三极管、可控硅、继电器、数码管等等；模拟集成电路方面器件有各种运算放大器和其他常用集成电路；数字电路方面有4000系列集成电路、74系列集成电路等；它的仪器仪表库中有电流表电压表、万用表、网络分析仪、频谱分析仪、失真度分析仪、逻辑转换仪、逻辑分析仪、字信号发生器、波特仪（相当实际中的扫频仪）、信号发生器、瓦特表、双踪示波器等仪器仪表。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。

2 任务驱动法

“任务驱动”是建立在建构主义教学理论基础上的教学方法。所谓“任务驱动”就是在教学的过程中，学生在教师的帮助下，紧紧围绕一个共同的任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动[2]。它要求“任务”具有目标性和教学情境具有创建性，让学生带上真实的任务进行探索和学习。“任务驱动”教学法改变了以往“教师讲，学生听” 以教定学的被动教学方式，其以“任务为主线、教师为主导、学生为主体”为根本的特点。创造了以学定教、学生积极参与、探索创新的新型教学模式。通过实践发现此“任务驱动”方法有利于激发学生学习兴趣，培养学生分析、解决问题的素质和提高学生的协作能力。

3 基于EDA仿真软件的任务驱动法用于理论教学

随着信息技术的发展，新型教育理念认为教育不再是以往“填鸭式”教学模式，教师与学生的关系不再是“桶”与“碗”的关系，教师在教学过程中应该采用引导方式进行教学，激发学生的学习兴趣，通过书籍，媒体、网络等媒体进行自主学习，发挥学生的学习潜能。

《数字电子技术》是一门逻辑性很强的课程，数字电路分析与设计原理的理论知识教学学生会觉得难以理解，在理论教学前或过程中借助EDA仿真软件进行元器件功能的测试及其在数字电路的应用的模拟和演示，直观地显示电路的波形和功能，这样把理论知识直观、形象地展示给学生，使学生消化了理论知识的堆积，可以提高课堂教学效率。

例如，在讲解计数器部分时，可以先讲解一个低进制数计数器的设计方法和原理，并通过EDA的一种软件multisim12进行演示线路布局和结果仿真，这样，学生通过对时钟脉冲波形和数码管所显示数字的观察和对比，就能更好地理解计数器的计数原理是对时钟脉冲的个数进行计量，为以后的学习打下良好的基础。在讲解任意进制计数器的设计时，可以选择利用集成十进制器构建任意进制数，集成十进制器有同步清零计数器和异步清零计数器，如果我们只抽象的同步与异步的设置方式，那学生可能很难理解对于同一个进制数的设计，异步清零计数器返回到清零端的信号为什么要比同步清零计数器返回到清零端的信号要晚一个时钟脉冲。

4 基于EDA仿真软件的任务驱动法用于实验操作

实践性强是《数字电子技术》课程的特点之一，实验是理论的验证，也是设计的测试。传统实验项目一般利用实验箱面包板及中小规模芯片完成电路设计， 这种模式只适合于一些中小规模电路得构建和验证， 对于一些比较复杂的综合性比较强的实验则比较费时，如抢答器、交通灯控制器、数字钟等。学生离开实验室就不能动手进行设计，而且在接线时会因一根导线连接错误、 甚至一个连接点接触不好， 致使实验受阻而无法完成， 影响学生的实验兴趣。 运用Multisim12于课程实验，教师在实验课前布置实验任务，学生在课余时间可随时在装有该软件的电脑上进行实验设计和测试，解除了传统实验在时间和空间的限制，充分调动学生的设计积极性和主动性，为实验做好充分的准备，客服实验损坏耗材的恐惧心理，在课堂实验中学生能及时发现自己存在的问题并和教师进行有效交流，得到有效的解决，从而取得较好的实验效果，达到实验目标。

5 总结

《数字电子技术》一门理论逻辑性、实践性强的课程，要想在有限的教学学时内达到预期的教学目标，这就要求要有有效地课堂教学方法和学生的积极、主动地学习态度。实践证明，利用EDA仿真软件，将任务驱动教学法引入课堂教学，能更好地激发学生的好奇心和学习兴趣，学生带着的分析设计思维听课，从而进行有效地师生交流，提高教学效果；利用EDA仿真软件，将任务驱动教学法引入实验课程，方便学生进行自主学习和设计，从而达到实验目的同时也提高了学生的学习能力。

参考文献：

[1] 黄智伟. 基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]. 北京：电子工业出版社， 2011.

[2] 徐肇杰. 任务驱动教学法与项目教学法之比较[J]. 教育与职业，2008（11）.