基于EDA的电子技术开放性实验改革与实践

林喜荣 张金玲 于春雨

摘    要：文章从目前电子技术实验教学现状与存在的问题出发，以哈尔滨理工大学为例，阐述了其电子技术实验教学改革策略，并分析了基于EDA的电子技术开放性实验的特色与意义。

关键词：电子技术;开放性实验;EDA

中图分类号：G642.3          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2016）02-0034-02

一、电子技术实验教学现状与问题

高校实验教学是高等教育中的重要组成部分，既是培训大学生基本技能，也是培养大学生具有创新意识和创新思维的关键课程[1]。但目前各大高校由于各种条件和因素的限制，在电子技术实验这部分内容中存在着一些弊端和问题。

（一）实验学时少

在绝大多数学校，电子技术实验都不是单独开课，而是附属于理论教学，只在教学计划中占有很小的比例。

（二）教學方法单一

目前大多数实验教学的基本模式就是粉笔加黑板，教师讲学生做，教师在教学方法和模式上没有什么改革和创新，教学方法比较单一。

（三）实验内容简单

由于实验所占学时太少， 因此学生所能做的实验大多都是验证性实验，设计性和综合性的实验内容较少，所有的学生都在同一个时间按照同样的操作步骤， 得出相同的实验结论。学生在整个实验过程中完全处于被动接受状态，主观能动性根本无法被调动起来，还不利于培养学生的创新意识。

（四）实验设备利用率低

由于实验必须在理论知识积累到一定程度时才能进行实验教学，因此在学期初和学期末实验室基本没有实验教学，而且每个专业所做的实验内容比较少，实验设备利用率比较低，很多时间都在空闲。

二、哈尔滨理工大学在电子技术实验教学环节所做的改革和实践

为了改变实验教学中出现的这些弊端，也为了给学生提供更多学习和锻炼的机会，我们在诸多方面对实验教学进行了改革。

（一）搭建实践训练平台

为贯彻好《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中有关创新人才培养模式的精神，也为了达到哈尔滨理工大学“完整的知识结构、较强的实践能力和突出的创新意识”人才的培养目标，学校启动了一系列教学综合改革项目，其中很重要的一项就是开放性实验。通过开放性实验，学校要构建以科学研究性实验为主导，以基本技能训练为基础，以创新思维和综合素质培养为目的的创新性开放实验教学模式[2]。

（二）注重实验内容的选取与设定

为了让学生所学的理论知识能充分地和生产生活实践紧密结合起来，我们在开放性实验内容的设置上也充分体现了紧贴生活的特点，让学生充分了解和体会数字电子技术在实际生活中的应用，激发学生学习的兴趣和动力。

数字电子技术这门课程主要包括两大部分主要内容：组合逻辑电路和时序逻辑电路。而基本的逻辑门电路是这两大部分的组成部分，所以在开放性实验内容的设置上主要分成了三部分：基本逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路。这三部分内容的设定和理论课的教学顺序相同，由浅入深，层层递进，逐步提高学生的能力。如果一开始就让学生学习比较复杂的设计性内容，学生的能力和水平还无法达到，因此从基本逻辑门电路开始，先做一些较为基础的，待学生的理论水平和动手能力有一定的提高后再进行较为复杂的组合逻辑电路和时序逻辑电路的连接。

现在学生在学习过程中存在的一个很大问题就是理论知识与生产实际完全脱离，不知道怎么把教材上的理论知识与生产生活实际结合在一起，造成的结果就是走上工作岗位后觉得学校学习的知识根本没用。因此，我们在数字电子技术的开放性实验内容的设定上，就侧重了这一点，设定的题目都是和我们的生产生活紧密相连的，例如举重裁判的判定电路、彩灯循环控制电路、病房呼叫系统、篮球24秒倒计时电路等等，这些电路都是源自于生活，和我们的生活息息相关。这些内容既让学生学会了如何把学习到的知识应用到生活实际中，同时这些内容又能激发起学生学习的兴趣和热情[3]。

（三）运用EDA技术，采用软件与硬件相结合的实验方式

为了能让学生学习到先进的知识和技术，我们把EDA引入到电子技术的教学中。EDA即电子设计自动化（Electronic   Design  Automation）[4]， 在我国， 几乎所有理工科高校都开设了 EDA 课程的学习，因为EDA实践性强，软硬件结合，知识面宽，技术先进[5]。而在EDA技术使用的仿真软件中，multisim无疑是应用最为广泛的软件之一，因此我们所有的开放性实验内容均采用软件与硬件相结合的实验方式，在整个实验过程中，为了让学生在软件和硬件方面都得到相应的锻炼，我们没有让学生设计出电路后就直接选用集成芯片搭接电路，而是让学生先用EDA仿真软件对电路进行仿真，在仿真正确后再去连接电路。这样学生在实验的过程中既学习了仿真软件的使用方法，同时又进一步熟悉了硬件电路的连接，从多方面培养了学生的能力。

下图是整个开放性实验的流程。

（四）实验过程中完全以学生为主体，让学生得到充分的锻炼

在整个开放性实验的过程中，为了充分发挥学生的主观能动性，开发学生的创造性思维，教师只负责设定题目，从开始制定方案、设计电路到硬件连接、故障检测、数据分析、撰写报告等一系列过程完全由学生自主完成，教师在整个过程中只是给学生加以辅导和帮助，当学生有解决不了的问题时帮助学生答疑解惑，而不是教师把现成的东西直接给学生，让学生去照葫芦画瓢，真正的主体完全是学生，让学生在整个过程中得到充分的培养和锻炼。经过一段时间的锻炼，学生的自主创新能力和实践动手能力一定都有很大的提高。

三、将EDA技术与开放性实验有效地结合在

一起的特色及创新点

采用这种软件与硬件相结合的实验方式具有以下几个优越性。

1.学生在仿真的过程中，熟练掌握了仿真软件的使用方法，同时也更加熟悉了电路的结构、线路的连接，这样在做硬件连接的时候可以很快上手。

2.通过EDA软件仿真可以直接验证结果的正确性，便于学生及时发现问题，改正错误，避免了重复连接电路造成的不必要的浪费。

3.利用软件仿真电路学生只要有台电脑和相应的

软件就可以完成，这样可以减少实验室设备和环境对实验的限制，为学生提供了更广泛的锻炼空间。

四、电子技术开放性实验的重要意义

（一）为培养学生的创新意识、创新能力和实践动手能力提供了锻炼的机会和平台

电子技术的开放性实验打破了原有的教师讲、学生做，原封不动照搬的实验模式，整个实验过程完全以学生为主体，教师只起到一个辅助作用，让学生得到了充分的锻炼。而且通常实现同一个功能，不同学生的设计思路也各有不同，学生之间可以互相交流和借鉴，这就拓宽了学生的设计思路，提高了学生的实践动手能力，更大程度上发挥了学生的主观能动性和创造性。

（二）充分利用学校的现有资源，提高了实验设备的利用率

由于实验教学必须以理论教学为基础，在学期初理论知识没有讲到，實验没有办法超前进行，而在学期末课程已经结束，因此在学期初和学期末实验室有很大一段时间是闲置的，而开放性实验是利用学生的课余时间完成的，时间可以灵活机动地选择。这样可以避免出现高峰拥挤、低峰闲置的现象，大大提高了实验设备的利用率。

（三）对指导教师提出了更高的要求，有利于提高教师的综合素质

由于在开放性实验当中教师只给学生设定出电路所需要实现的功能，而具体到每一个学生时，各人的设计思路各不相同，因此所实现的电路也各不相同，这就要求指导教师不但要具备很强的实践动手能力，同时也要具备很雄厚的理论基础，并且要有相关的其他学科的知识作为辅助，这样就对教师提出了更高的要求，为了适应开放式实验教学，要求教师必须不断学习，掌握更多的学科知识、更高的实验技能，不断了解学科新技术，提高技术水平、科研能力和组织管理能力等综合素质。这有利于提高教师综合素养，构建科学合理的师资队伍[6]。

创新人才是当今时代竞争的焦点，也是未来社会发展的重要因素[7]，只有在开放的教学环境中才有可能培养出富于创造精神的个体。创新人才的培养需要经过不断的实践和积累才能逐步完成，而开放性实验教学正是激发学生的主观能动性，培养学生的开放性思维和实践动手能力的有效方法。 开放性实验教学为培养创新型人才提供了良好的条件和平台，对于激发学生的创新意识、拓展学生的创新思维和提高学生的实践动手能力都有很大的作用[8]，是培养创新人才的重要途径。

参考文献：

[1]吴晓燕，周红，袁艺标等.发挥实验中心优势 搭建“深层

次开放”平台[J].中国高等医学教育，2012，（8）.

[2]刘颖，郭竹梅，江慧慧等.开放实验教学模式对培养大学

生创新能力的影响[J].青岛大学医学院学报，2014，（5）.

[3]薛华.电子技术实验开放式教学模式的改革[J].实验科

学与技术，2014，（1）.

[4]高有堂，徐源.EDA 技术与创新实践[M].北京：机械工业

出版社，2012.

[5]郭来功，周孟然，蔡俊.“EDA 技术”教学对大学生创新能

力培养的探索[J].中国电力教育，2010，（31）.

[6]葛汝明.电子线路实验与课程设计[M].济南：山东大学

出版社，2006.

[7]张利，厉虹，杨秀媛.以创新型人才培养为目标的EDA技

术课程的教学实践探索[J].科技信息，2013，（7）.

[8]刘燕，李晓波.开放的教学实验平台建设与创新性人才

培养[J].实验室研究与探索，2014，（3）.