EDA计算机仿真技术在“电子技术”教学的应用研究

谢玉飞+习聪玲+王志余+祝苏琴

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摘要：该文从高等院校“电子技术”课程教学改革的思路入手，分析了常规课程教学中存在的不足，从教学内容、时间、空间等方面对课程教学改革进行了探讨和尝试。通过精心设计电子技术课程EDA案例，并在课堂教学中插入与该教学环节，实现多样化的教学形式。同时课后在学校BB平台放置一些相关的实际设计题目，让学生分组讨论和设计，激发学生的创新意识和实践兴趣，拓展了学生创造性思维和设计的视野。并经实际教学实践，取得了良好的教学效果。

关键词：EDA；案例教学；电子技术；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）21-0102-02

1 引言

随着教育部近年来实施的“卓越工程师计划”不断推进，对电子技术教学要求提出了新的要求。电子技术教学的目的更应是培养学生创新和适应社会发展的能力。在这个大环境下，我们必须对电子技术课程进行教学改革，加强电子信息专业学生的理论知识和应用实践能力、设计能力、创新能力。通过基础理论的教学逐渐培养学生的工程应用能力。 什么是EDA案例呢？EDA是Electonic Design Automation 电子设计自动化英文的缩写，EDA案例就是老师在教学过程中借助计算机仿真工具，把工程实践和工程应用中的一些实验环节和实践案例引入到课堂教学中，一方面使得学生在掌握基础理论，另一方面也使得学生在自然参与理论的实验来源和工程应用的探索过程。

案例教学法是一种以案例为基础的教学法（case-based teaching），改变传统的教师仅是传授知识者的角色。而案例教学法教师是设计者和鼓励者的身份，在传统的教学中，教师仅仅是教学者，而案例教学法对教师也提出了新的要求，教师除了教师也是学生。一方面来说，教师是整个教学过程的倡导者，引领者学生思考问题、组织和讨论研究、阶段性的总结和归纳；从另一方面来说教师在控制整个教学进度的过程中。通过和学生共同讨论问题，可以从学生那里找到大量感性材料，也不断发现自己教学过程中存在问题。教学能力得到不断提高。同时教师改变传统的“独角戏“身份，通过和学生集思广益、讨论思考，这样学生参与课堂的机会也会增多，师生共同探讨问题，而不是传统形式学生只忙于记笔记。通过这样的教学可以退调动学生集体的智慧和力量，更容易开阔他们的思路，会收到良好的效果。能够调动学生学习主动性，生动具体、直观易学。

本次教学改革是把案例教学法和EDA结合在一起，并引入到课堂教学，从而提出EDA—案例相结合的“电子技术”课程教学改革，本次改革通过使用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果，自动完成软件的方式设计电子系统硬件系统的逻辑分割、编译、布线，以及成功的仿真运行，直到完成特定功能目标芯片一些功能。目前EDA 技术的教学应用软件较多，比如protel99、EWB、PSPICE、QuartusII、Modelsim 等。

2 改革内容

2.1 EDA案例教学法过程设计

1）EDA-案例教学的方案设计

如何设计“电子技术”EDA-案例实验课件？“电子技术”教学中的EDA案例教学是按照案例教学的教法思路和教学设计原则，并在按照电子技术课程的教学大纲、教学任务、学生实际情况等制定出包含全课程内容的案例库，通过分解案例，然后将案例中分解出的各个小目标分别在各章节利用计算机EDA仿真实现。这样每个学生都有个小任务，他们之间又彼此联系，因为各个模块之间的信号输入和输出之间有一定关系。

2） 落实课后实践环节

实践与工程应用直接发生关系，要提高学生专业能力，必须要落实课后实践环节。如何构建从实验平台、课程设计到课题式研究的一套实践体系。通过实践环节提高学生用计算机辅助计算及分析解决实际问题的能力。

3） 改变传统式教学方式和方法

改变传统的课堂师讲生听的状况，上课老师通过案例展示，提出课题，使学生有工程的概念，创新的思想。激发学生对“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程学习兴趣，主动接受；消除学生对其产生的“难学”和“误解”等想法。

4） 利用远程辅助教学平台

充分利用学校BB平台，丰富BB电子教育平台内容，在BB平台上适时放置一些案例设计要求，便于学生随时随地学习“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程，通过这些辅助方式让学生尽可能便利地学好这两门课。

2.2电子技术教学中具体实施

根据电子技术内容，在每章教学中，适当引入和章节相匹配的案例。在课堂上通过案例的展示，引导出需要解决的问题，老师应该在具体的教学过程中启发和引导学生分析、联想、探索、归纳、最后找出解决问题的方法。现在我们以模拟电子技术第9章内容RC振荡电路，先提出具体案例，电子琴案例，想想电子琴为什么能发出美妙的音乐呢？其实就是产生不同的频率的振荡。之后让学生查阅相关资料，设计简易电子琴的电路图，分组通过EDA软件展示电路的工作过程。图1为设计的简易电子琴EDA电路图，通过改变不同的电阻可以得到不同的频率，这样就可以听到美妙的音乐。

3EDA案例教学法实施存在的问题

3.1 学生专业知识薄弱

因为很多高校专业课都在大二才开始上专业课，另外在大多数学校，比较重理论轻实践，这种教学形式存在一定问题，学生动手能力比较弱。轻视实践能力培养的结果往往导致学生缺乏综合实践应用能力，当他们碰到具体问题的时候往往无从下手。为了增强电子信息专业学生解决实际问题的能力，提出在教学内容和教学方法上进行改革，最终达到提高学生对抽象理论知识和理解和感性认识能力。

3.2 教师队伍参差不齐

案例教学法要达到预期的效果，对老师和学生的要求都非常高，一方面需要授课经验丰富和扎实专业知识功底的教师，很多年轻教师往往缺乏丰富的案例资源。另一方面也需要动手能力强、勤与钻研的学生。所以在案例教学过程中需要学生克服依赖心理，积极参与课堂， 让学生从一个被动接受着到主动参与者。

摘要：培养学生的计算思维能力是大学计算机教育的新课题。针对艺术专业学生的特点，结合当前艺术专业大学计算机教育存在的问题，从教学体系构建、教师教学思维转变、课堂教学的精心设计、拓宽学生学习途径等方面探讨了艺术专业学生计算思维能力的培养。

关键词：计算思维；艺术专业；大学计算机教育

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）21-0100-02

1引言

计算思维由美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任周以真教授于2006年3月提出，指人们运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[1]。计算思维概念的出现，引起了国内外学术界和教育界的广泛关注和讨论，计算思维迅速席卷了包括工学、医学、农学、生物学、经济学、化学等在内的多个学科方向的计算机教育领域。

国内不少专家和学者对计算思维进行了深入研究和探讨，第七届全国高校计算机基础教学论坛的专家认为，计算机专业的课程中应尽快引入计算思维。于晓强等人探讨了如何在计算机程序设计课程教学中培养学生的计算思维能力[2]；常亮等人在离散数学教学中探讨计算思维的培养[3]；贾茹等人则以“计算思维”为线索展开“Visual Basic 程序设计”教学[4]；吴绍兵从算法的一题多解入手， 探讨如何对学生进行计算思维能力的培养，取得了很好的教学效果[5]。对于其他不同学科学生计算思维能力的培养的相关研究和探索也在如火如荼的进行，如哈尔滨工业大学[6]，西安交通大学[7]等国内许多综合性与理工大学相继开展了以“计算思维能力培养”为核心的计算机基础教学改革；甘才军[8]、耿国华[9]探讨了文科生计算思维的培养；田绪红[10]、苏中滨[11]研究了农业专业学生计算思维教育的问题；李志文[12]、张乐平等[13]就讨论了医科学生计算思维培养的问题，成敏盈[14]讨论财经类高校非计算机专业学生计算思维构建问题。相比之下，对于计算思维在艺术领域的影响和应用研究却极为罕见，艺术类专业学生的计算机教育和计算思维能力培养并没有得到足够的重视。

2当前艺术专业大学计算机教育的问题

2.1艺术专业学生的文化素养不高，学风散漫

艺术专业学生从小花费了较多时间和精力在艺术学习上，对文化课的学习不够重视，造成文化课成绩较差，素养不高，也有部分学生是高中阶段由于文化课成绩不好转而学习艺术。所以，艺术类学生的文化基础对比其他专业学生来说显得十分薄弱。同时，艺术类专业学生由于其专业特性，普遍存在慵懒、学风散漫等问题，学习文化课的积极性不高，特别是公共基础课的学习更是如此，经常出现上课迟到、早退，甚至逃课等现象。

2.2课程体系设置不合理，缺乏专业特色

教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会建立了大学计算机教学的知识体系和课程体系，为不同类型学校制订计算机教学计划提供指导。但是目前各高校艺术专业计算机课程体系普遍存在设置较为单一，内容设置不能紧密结合专业应用和需求，与社会对专业人才计算机能力的要求脱节。同时，在课程教学过程中，注重对某一软件的使用讲解，局限于“狭义工具”的范畴，缺乏培养学生计算思维能力的有效途径和方法。

2.3学生学习途径较为单一

当前学生获取计算机知识的途径大部分是通过课堂教学或实验教学来实现，学生在课余学习计算机知识的途径较少，不能激发学生主动学习的热情和动力。

3艺术专业学生计算思维能力培养的策略和思路

针对当前艺术专业大学计算机教育的问题，可以考虑从课程体系结构、教师教学思维、教学过程、学生学习途径四个方面入手，有效培养学生的计算思维能力。

3.1课程体系结构的构建

课程体系的构建应该紧密结合专业需求，根据具体情况，可以考虑采用三层体系结构，即1+X+Y的课程体系结构。其中1为大学计算机基础课程，为艺术类各专业必修的基础课程。X为跟专业相关的限选课，可以考虑网页设计与制作、多媒体技术等课程。Y为与专业紧密关联的计算机课程，如音乐学专业学生可以开设音频的制作与合成、美术设计类专业开设Photoshop、3Dmax等课程。通过三层课程体系结构的学习，使学生计算机水平得到提升，培养了学生的计算思维能力。

3.2教师教学思维的转变

以计算思维能力的培养为导向的计算机教学对教师提出了新的要求，需要教师转变传统的教学观念，构建注重计算思维能力培养的教学模式。教师是整个教学活动的组织者和策划者，如果教师仍停留在传统的教学思维，没有积极尝试引导学生通过计算机思维对问题进行求解、系统设计和行为理解的话，整个教学设计毫无新意，教学活动得不到有效开展，教学效果无法保证，那么就无法培养学生的计算思维能力。

3.3教学活动和案例的精心设计

针对艺术类专业的特点，在教学中要积极构造跟艺术相关的活动和教学案例，便于学生理解和学习，同时也能进一步激发学生学习专业知识的兴趣。对于艺术类的学生，在讲解大学计算机基础中的多媒体模块时，可以考虑引入有趣的Flash动画，激发学生学习的热情，同时在快乐学习的同时又能掌握相关的知识。

艺术类专业学生的想象力和创造力都比较强，在实践教学的内容设计时，需要充分考虑实验的综合性和趣味性，除了完成基本的实验外，还要适当增加设计性实验，努力挖掘学生的创新能力，培养学生创新思维。

3.4拓宽学生学习途径

除了课堂教学和实践教学以外，可以结合学校自身的条件，努力创造多方位、多层次的学习途径。一是充分利用互联网的优越性，打造网上学习中心，为学生提供与教师在线学习交流的平台，满足学生个性化、差异化发展的要求。教师也可以利用平台共享优质的教学资源供学生课余学习。二是建立多层次的培养机制，除了完成基本的课程实验和设计实验外，教师可提供跟专业紧密相关的开放实验题目供学生选修；搭建大学生创新实践基地，结合艺术专业的特点，有针对性地对学生开展训练，进行计算思维能力的培养；组织学生积极参加国家、省、市举办的各项竞赛活动，通过比赛进一步推动学生计算思维的培养，提高学生的创新能力。