互联网+环境下EDA技术在《电子技术综合技能训练》课程教学中的应用

温建芳

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，随着EDA技术的发展与普及，中职学校在电类课程教学中常常使用EDA工具进行电子电路的模拟仿真实验，大大提高了学生对课程知识的理解程度及实践动手能力。目前教学中常用的EDA软件为单机版软件，在大部分中职学生不具备个人电脑的情况下，学生课余时间无法利用EDA软件进行自主学习，从而削弱了EDA技术对电类课程教学的辅助作用。因此，EDA技术在互联网+环境下的应用研究有着极大研究意义。现以《电子技术综合技能训练》课程的实际教学案例展示基于互联网+环境下利用EDA技术辅助教学的新应用。

一、EDA技术的基本概念、发展历程及常用EDA软件

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，是从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，集数据库、图形学、图论与拓扑逻辑，计算数学，优化理论等多学科最新理论于一体，是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶。EDA技术至今已有30多年的历程，其发展大致经历了三个阶段：CAD（计算机辅助设计）阶段、CAED（计算机辅助工程设计）阶段、EDA（电子设计自动化）阶段，进入21世纪以来，EDA技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。

随着EDA技术的发展与普及，虚拟仿真实验在中职电类课程教学中运用也越来越为广泛。目前，在中职电类教学应用中主流EDA仿真软件为Proteus、Multism、Altium Designer等几款，以上三款EDA软件在使用上各有优点，Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真;Altium Designer可以进行简单的模拟/数字电路的仿真、强大的PCB板设计;Proteus可以进行直观的模拟/数字电路、单片机、ARM的仿真，也可以进行简单PCB板的设计。

二、EDA技术在《电子技术综合技能训练》课程教学中的应用现状

《电子技术综合技能训练》课程是中职电子技术应用专业的一门核心课程，课程教学内容主要包括了电子元器件的识读、选用和检测、电路元器件的焊接装配技术、电路识读、电路的调试与检修等内容。根据课程的教学需要及中职学生的学习特点，教师在《电子技术综合技能训练》课程教学中选用了演示直观、仿真逼真程度高的Proteus作为教学辅助软件。Proteus ISIS 虚拟仿真模式包括交互式仿真和基于图表的静态仿真两种仿真模式，该仿真软件提供了大量电子仿真元器件、13种激励源和8种虚拟仪器，能构建逼真的实验环境和实验电路，给电子电路的设计、分析教学带来了极大的方便。Proteus在教学应用中的另一大优点是软件中的8种虚拟仪器仿真程度极高，虚拟仪器仪表面板、使用操作与真实仪器仪表面板、操作要求接近。在电路仿真实验分析过程中学生通过对虚拟示波器、虚拟信号发生器等虚拟仪器的使用练习（见图1），为实体电路测试实践中使用实体电子仪器打下坚实的基础，有效提高了对实体仪器使用的熟练程度与操作正确度。《电子技术综合技能训练》教学中，教师利用EDA仿真软件搭建电路仿真模型在课堂教学中进行仿真实验演示，利用虚拟仪器、图表分析等手段辅助进行电子电路分析，使电子电路分析过程形象化、图表化，降低了电子电路的识读、分析难度，激发学生学习兴趣，在教学应用取得了较好的教学效果。

但Proteus软件为PC版，大部分中职生学生尤其是在校住宿生并不具備电脑及Proteus软件，因此，在中职教学应用中，EDA技术常常只应用在课堂教学中进行仿真实验演示，很少用于辅助学生课外进行自主学习，大大削弱了EDA技术对教学的辅助作用。这也是EDA技术在教学应用研究中急待解决的问题。

三、互联网+环境下EDA技术在电类课程教学中的应用新思考

随着互联网和信息技术的快速发展，学生学习方式和获取知识的途径变得多样化。为适应互联网+环境下学生新的学习模式，如何利用信息技术及EDA技术把电子实验室搬到互联网，使学生课内外均能随时随地进行学习、实践，发挥EDA技术更强辅助教学作用，为互联网时代下EDA技术辅助教学应用新思考。

近年新出的一款网页版本开源电路仿真应用软件CircuitJS，其最大的亮点就是Web版模式，使用者无须安装软件，只要打开网页链接可轻松实现电路仿真实验，但CircuitJS仿真元件、激励源及虚拟仪器较少，电路仿真逼真程度逊于Proteus、Multism等主流EDA软件。结合中职生的学习特点及《电子技术综合技能训练》课程授课需要，授课过程中教师选用演示直观、仿真逼真程度高的Proteus及能装入口袋的CircuitJS进行辅助教学师，将两款软件相结合，以发挥专长、互为补充的形式进行互联网+EDA仿真实验的教学应用新尝试。

四、互联网+环境下EDA技术在《电子技术综合技能训练》课程教学中的应用实例

《电子技术综合技能训练》课程教学中培养学生电路识读能力是一项重要的教学任务，学生正确识读电路能有效提高实践中装配、调试与检修电路的成功率。下面以《电子技术综合技能训练》课程中《循环流水灯电路识读》的教学为例，探讨互联网+环境下EDA技术在电类课程教学中的新应用。

（一）课前学习：基于Proteus及CircuitJS的信息化教学资源

1.基于Proteus电路分析微课制作

教师课前根据中职学生认知规律，将循环流水灯基础电路分拆成RC电路、555定时器电路、计数器电路及LED电路等四个电路模块，在Proteus中搭建以上四个模块的仿真电路模型，利用虚拟示波器、图表分析等方法分析讲解各个模块电路的工作原理，并将基于Proteus仿真实验平台的电路分析过程依托多媒体技术制作成四个微课。教师课前把四个模块电路分析微课推送至蓝墨云班课在线学习平台，并发布课前学习任务，利用云平台讨论区、微信、QQ等在线通讯方式引导、督促、帮助学生进行课前学习，层层引导学生逐点掌握，使学生课前掌握循环流水灯基础电路的组成及工作原理。改变了以往仿真实验在课堂授课中单一分析演示作用，让学生课前就利用在线平台进行自主学习，拓展学生学习时间与空间，提高学生自主学习能力同时加深学生对实验电路的理解。

2.基于CircuitJS在线仿真实验应用

基于Proteus的电路分析微课学习虽然把电路分析过程形象化、图像化，但学生的课外学习仍然是一个被动学习体验——“我看教师做实验”，如果学生在课前完成微课学习后能亲自动手做实验验证所学内容，将能进一步激发学生学习兴趣，同时也能进一步加深学生对电路的理解。但本校学生大部分为住校学生，除课堂外日常学习中并无电脑可支持学生课外自己动手做实验。CircuitJS是一款利用JavaScript开发的网页版电路仿真应用，学生只要具备一台可连接互联网的手机便可随时随地进行仿真实验，相当于将电子实验室装入了学生口袋。在《循环流水灯电路识读》的教学中，教师在CircuitJS构建循环流水灯基础电路四个电路模块的仿真模型（见图2），通过分享网址、二维码、TXT文件等多种方式把电路仿真模型推送给学生。学生课前在完成循环流水灯基础电路四个电路模块（见图3）微课学习后，通过打开网址、扫描二维码、加载TXT文件、自行搭建仿真电路模型等多种形式在手机上进行仿真实验。学生在开放、自主、交互的虚拟环境下开展实验探究，验证所学内容，有效激发学生学习兴趣，增强学生自主学习的体验感。

（二）课中实践：基于Proteus的探究式学习任务设计

经过课前微课学习及仿真实践，学生掌握了循环流水灯基础电路的组成及其工作原理。为使学生深入分析循环流水灯电路其他扩展功能，教师在课堂教学中设计三个递进的实践探究任务。课堂教学中，学生在教师指引及学习工作页的指导下利用Proteus进行仿真实验，探究、总结循环流水灯扩展功能的工作原理，将学生的学习过程由被动接收改为自主探究，增强了教学过程中学生的主体地位。

实践任务1：改变计数器复位端MR连接位置，观察亮灯个数变化，总结控制流水灯控制亮灯个数方法。

实践任务2：改变电路RC值组合，观察流水灯流动速度变化，总结循环流水灯流动速度控制原理。

实践任务3：设计一款无级调速、循环点亮8盏LED的流水灯。

教师引导学生在Proteus中搭建仿真電路模型层层深入探究循环流水灯工作原理，通过完成无级调速循环点亮8盏LED的流水灯的电路设计任务，检验学生学习效果、提升学生学习效能感同时培养学生创新能力。

（三）课后拓展：基于CircuitJS的拓展学习

为引导学生继续深入学习把学习延伸到课堂外，教师课后通过蓝墨云班课推送拓展学习任务，邀请学生根据本次课所学知识利用CircuitJS尝试设计一款依次熄灭的心型流水灯，并将设计结果以网址、TXT文件等形式呈交给教师检验，大大增强学生课外自主学习内动力、实践动手能力及创新能力。

（四）教学成效分析

依托互联网技术及信息化技术，在《电子技术综合技能训练》课程教学中进行互联网+EDA仿真实验的教学应用新尝试，增强EDA技术的课外辅助作用，改变EDA技术在课堂教学中单一的实验演示应用，拓展学生学习时空与空间，有效提高了课程的教学效率与教学质量。《循环流水灯电路识读》教学课时与往年相比节约了一课时，学生课后测试答题正确率与往年相比提升15%，取得了良好的教学效果。

五、结束语

随着互联网技术的发展，EDA技术在电类课程的教学应用不再是单一的课堂实验演示，通过制作基于Proteus的电路仿真微课，推送CircuitJS仿真电路模型，把电子实验室搬到互联网，适应互联网时代下学生的新学习模式，学生只要有一台联网的智能手机便可实现知识获取及实践演练，拓展学生时间与空间，提升学生学习效能，最大程度发挥EDA技术在教学中的功用。

责任编辑 何丽华