浅析EDA技术在中职电子电路课程的实训

姜硕

（吉林财经学校，吉林 吉林 132013）

0 引言

电子电路课程的学习过程中，学生学好基础知识只是课程的入门和基础，课程重点在于理论知识在实际生产生活中的应用，也是电类专业对口行业对毕业生最基础的要求，因此学好电子电路课程实际操作必不可少，EDA技术就是一门能够帮助学生学好电子电路课程的重要技术和辅助工具。在传统教学过程中，教师只能带领学生通过导线连接电子电路实验器材，并在实际动手操作过程中得到实验的结果，完成课程教学的目的，传统教学方式教学效率低、教学实训效果较差，且电类实验容易出现学生触电事故；多媒体教学和信息教学改变了当代教学的方式，通过EDA技术与计算机技术的结合，电类专业教学实训可以通过虚拟操作来进行，极大提高教学效率和实训效果，还为学校省却大笔实验器材和材料的投入成本，是当代中职教育电类专业必备的教学技术。

1 EDA技术

EDA是Electronic Design Automation的缩写，中文名称为电子设计自动化[1]，从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）、CAE（计算机辅助工程）的基础上发展而来。EDA软件平台可以辅助使用者用硬件计算机语言完成对文件的设计，由计算机软件完成对设计语言的翻译、分析、处理、优化、布局及布线、仿真映射[2]，是软件与硬件之间的突破技术，是当代电子设计和计算机技术应用的最新方向，有效提高了电子产品的设计效率，缩短设计完成的周期，是适应当前电子领域发展的设计技术。

EDA技术具有高集成度和低功耗的特点，可以帮助使用者通过仿真调试在设计初期发现错误和问题，有效降低电子产品设计对资源的浪费，提高电子设计作业的工作效率；EDA技术避免了设计完成后期所需的大量逻辑仿真工作，不仅可以使电子产品一次成型[3]，还可以支持大规模和超大规模的电子芯片设计和生产，对当代我国电子电路领域发展具有重要意义。

2 电子电路

电子电路是一种由电子元件和无线电元件组成的电路，与常规电路区别较大，电子电路能够对电子产品内部的连接关系、控制关系、从属关系以最直观的方式展现，是电路设计师思路的最集中体现，能够为电子产品安装、调试、运维、检修人员提供充分的电子产品原理和结构说明，是电子技术人员隔空对话的载体。电子电路根据接收和处理信号的形式可以分为模拟信号电子电路与数字信号电子电路，生活中常见的模拟信号电子电路主要集中在电视机、电话机、变压器、收音机等方向，通过对模拟信号的放大、调频、降噪实现设计目的；数字信号电子电路主要集中在计算机、仪表、控制器、通信器方向，通过对数字信号的传输、转换、逻辑运算、显示来实现设计目的。随着科学技术的不断发展，交叉融合成为科学发展的主流趋势，模拟信号电子电路与数字信号电子电路融合的趋势逐渐明显，市场上数码相机等电子产物数量越来越多，从趋势上看模拟信号在不断数字化，数字信号电子电路逐渐成为主流。

中职教育过程中，学生学习电子电路课程后需要经过实训将理论与实际进行结合，其中根据需求设计电子电路属于综合性、复杂性较高的实训内容，一般适用于年级较高、学习深度适宜的学生进行实训。电子电路设计第一步要充分理解设计需求，根据需求对电子电路需要呈现的功能进行整合分类，明确其中的输入、中间、输出变量；第二步要根据设计需求将功能间的连接关系、控制关系、从属关系明确，进行初步设计；第三步要确定电子电路中的电子元件和无线电元件，设计出功能单元基本电路图；第四步要设计详尽的电子电路全图，将电源、电子元件、无线电元件进行归位；第五步对于较为复杂的部分、工艺要求较为特殊的电子电路部分，需要出具工艺设计详细报告和工艺要求详细说明；第六步对电子电路间调试，确定设计出的电子电路能够满足设计需求。

3 EDA技术在中职电子电路课程的实训

3.1 中职教育电子电路课程实训现状

3.1.1 理论知识与实际操作脱节

学生在课堂教学中学到的理论知识并不能完全转化为实际操作，理论知识中大部分是抽象性的知识，而实际操作是直观的、具体的，这中间需要学生进行抽象到具体的转化，甚至需要举一反三的能力，教师只能为学生提供引导和指导，却无法将自己的经验和思想完全灌输给学生，否则不仅会影响学生在电子电路课程实训上的效果降低，还有可能影响学生独立思考的能力。

3.1.2 实验室设备简陋

中职院校因属于职业培养领域，而非地方政府大力支持的重点高中，甚至教学条件较普通高中还要简陋，中职院校教学环境通常直接反映在教学设备上，一方面是教学设备数量上的缺少，无法支持学生在实验室内进行一对一实践，另一方面是对教学设备的吝啬，害怕学生在理论知识和动手能力较弱的阶段损坏设备，这种思想是中职教育实训发展困难的主要原因之一，也是限制中职院校长期发展的重要因素。

3.1.3 学生主动性差

中职院校实训条件较差，教师在课堂进行演示实验，学生只能看到结果而非实验的具体操作过程，即使是靠近教师的学生看懂了全程也未必能够完全转化为自身理解，更难以支持其独立完成实验和设计。课堂学习的似懂非懂直接影响到学生的学习积极性，且通常会造成学生在独自面对实训时手足无措，遇到突发情况不知如何解决，这种情况严重打击了学生的学习主动性[4]。教学实验过程中，即使教师的经验丰富也无法阻止实验失败的情况，因为实验本身具有一定的探索性和偶然性，一个参数控制不到位都有可能导致整个实验演示失败，若学生不能参与进实验过程，在遇到实验演示失败的情况就会对教师产生不信任、对理论知识出现质疑。

3.2 EDA技术在中职电子电路课程中参与实训的可行性

笔者前文提到传统教学实验的不易之处和教学现实存在的问题，这说明传统教学方式并不适合电子电路课程的教学需求，而EDA技术中储存大量的虚拟电子元件和无线电元件，保存大量的电子电路设计原理和知识，对电量、电压、信号等电子电路问题具有较强的适应性和展示性，EDA软件中强大的虚拟功能能够有效辅助教师对电子元件、无线电元件、电子电路设计原理进行讲解，分析和显示功能有助于教师通过EDA软件平台完成实验演示，有助于学生通过实际操作和现象反应验证理论知识，有助于从侧面增加学生对电子电路课程的学习热情，因此EDA技术及其软件平台在中职电子电路课程中参与实训具有相当的可行性。

3.3 EDA技术在中职电子电路课程中的实训应用

传统电子电路教学过程中，学生在有限课堂时间内需要完成对设计需求的分析和明确、对电路图的设计、对实验器材的操作、对电子电路设计成品的连接、最终检测，通常情况下学生们需要在电子元件的搭建、连接中消耗较多时间，这使得学生对设计需求的分析、对电路图的设计时间相对减少，不仅实验效果不尽如人意，学生通过实训获取的实验经验也少得可怜，实训课程对学生独立思考、动手能力的培养无法发挥充分的作用。中职院校在电子电路课程中添加入EDA技术后，可以有效降低学生实训过程中消耗在电路连接阶段的时间，将节省的时间更多分配在对设计需求的分析理解和对电路图的设计上，可以有效提高实训教学效果，对学生独立思考和动手能力的培养也可得到有效提高。

3.3.1 EDA软件选择

EDA技术领域中可选择的软件有很多，大致可以区分为PCB、IC、电路设计及仿真数个方向。在PCB方向上，我国最常见的软件是Protel，Protel出自澳大利亚一家研发公司，是一款电路板设计软件，我国设置电子电路课程的职业学院、高校都在使用这款软件，市场上从事电子电路研发、生产、制造的企业也大多使用这款软件，是一款在电路板设计方面标准程度高、功能强大的软件。在电路设计及仿真方向常见的是EWB（Electronics Workbench EDA，用于模拟电路、信号电路的混合仿真）、SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis，用于通用模拟电路仿真）、Multisim等软件，其中EWB出自加拿大研发公司，是一款包含多种实验仪器虚拟态的电子电路仿真软件，支持用户如使用现实电子元件、无线电元件、电源一样使用虚拟仪器，属于操作功能较全、分析能力较弱的一款EDA软件；SPICE出自美国加州大学，是一款功能强大、应用广泛的电路分析软件，支持电路图形输入和文本输入两种输入功能；Multisim出自美国国家一起有限公司NI，是一款以微软系统为基础的、更适用于电路板设计、提炼了SPICE内容的仿真工具[5]，从软件使用门槛的角度来看，更适合学生进行电子电路学习时使用。

3.3.2 EDA技术在中职电子电路课程实训中的使用方式

中职院校电子电路课程实训中，通常采用提出设计需求要求学生完成电子电路设计，使其满足设计需求的方式进行实训。学生在面对电子电路课程实训时，首先需要根据设计需求设计电子电路原理图，当原理图通过验证后才可以进行电路板的设计，最后对设计完成的电子电路进行组装形成实物，最后进行检测，当最终实物检测结果与仿真结果一致时，则该组实训正式完成。

在电子电路原理图设计阶段，学生可以通过EWB软件进行设计，EWB软件中包含多种实验仪器的虚拟态，可以帮助学生在最短时间内实现对设计需求的分析，将学生的设计想法付诸实践，并且通过不同参数的电子元件和无线电元件搭配不同功率的放大器，用分析图表和曲线的方式展现该电子电路原理图的正确性，将设计、功能错误直观展示在学生面前，为学生提高电子电路设计成功率；在电路板设计阶段，学生可以通过Protel软件进行电路板设计，借助Protel软件在设计方面标准准确、功能强大的优秀，将学生对电子电路的设计付诸于电路板；在电路实物组装环节，学生可以根据前两个环节的设计结果进行电子元件、无线电元件、电源元件、线路进行排布和连接，可以有效避免连线错误、焊接失误带来的线路结构、从属故障，最大程度上避免了元件损坏的情况，极大提高了学生完成实训的速度和质量，连接完成后学生需要对组装后的实物进行检测后与仿真工具软件的结果进行比对，当两方对比结果一致时，电子电路课程实训项目完成。

学生在电子电路课程实训过程中，可以通过整个设计、发现问题、解决问题、满足设计需求的过程，使学生深度掌握电阻器、电容器、电感器、二极管、晶体管、放大器、逻辑门等元件的理论知识和应用方法，还可以有效提高学生的理论联系实践能力、独立思考能力、动手能力，由此可见EDA技术在中职电子电路课程实训中可以发挥巨大的推动作用。

4 结论

中职教育领域中，EDA技术以计算机硬件和软件为基本平台，有效结合了电子电路的理论知识与实际应用双方，从设计、仿真的角度为课程实训提供实时反馈，这种高效的教学反馈机制会直接影响到电子电路课程教学实训效果，电子电路课程教学实训效果关系到学生校外实习效果，甚至由于大多数电子产品研发、生产企业都应用EDA技术进行作业，也会影响到学生毕业后求职的难度，因此EDA技术是推动中职院校电类专业加速平稳发展的重要技术手段，是中职院校重要的发展方向。伴随着科学技术的不断成熟和发展，EDA技术会不断得到发展和完善，我国职业教育中电类专业应用EDA技术同样会呈现高速发展态势，推动我国电子电路产业飞速前进。