電子電路設(shè)計(jì)與仿真課程教改探索

鄒志勇　周曼

摘 要：電子電路設(shè)計(jì)與仿真課程是一門實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)的課程，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)，其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法都急需改革。提出“重基礎(chǔ)”、“突重點(diǎn)”、“保系統(tǒng)”的教學(xué)內(nèi)容改革舉措，并針對(duì)改革后的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合課程特點(diǎn)，探索出虛實(shí)結(jié)合式教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法、競(jìng)賽式創(chuàng)新教學(xué)法；本著客觀、公平的原則，提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：教改探索；電子電路；設(shè)計(jì)與仿真；教學(xué)方法

電子電路設(shè)計(jì)與仿真課程是電子電氣類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)綜合課程。它的顯著特點(diǎn)是實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)，并包含了多個(gè)知識(shí)面，涵蓋了模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)等相關(guān)知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)通常對(duì)本門課程的知識(shí)要點(diǎn)把握不透，教學(xué)方法、考核方法有待改進(jìn)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)效果狀況急迫改善。

一、教學(xué)內(nèi)容改革探索

本門課程包含的知識(shí)點(diǎn)較多，為提高教學(xué)效果，改革教學(xué)內(nèi)容，提出“重基礎(chǔ)”、“突重點(diǎn)”、“保系統(tǒng)”的教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

“重基礎(chǔ)”，模擬電路部分，重視三極管共基、共集、共射三種結(jié)構(gòu)形式放大電路的參數(shù)設(shè)計(jì)，及集成運(yùn)放比例運(yùn)算電路、求和電路、比較器電路的應(yīng)用分析，重視直流穩(wěn)壓電路的分析和參數(shù)設(shè)計(jì)。數(shù)字電路部分，重視基本邏輯門、三態(tài)門、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器的基本功能掌握，及計(jì)數(shù)器芯片、555定時(shí)芯片的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。單片機(jī)部分，重視單片機(jī)的I/O口編程、I/O口輸入輸出電流參數(shù)、定時(shí)器、中斷器基本功能的掌握，及串口通信、IIC程序、LCD驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

“突重點(diǎn)”，模擬電路部分，突出功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)變換器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用。數(shù)字電路部分，突出寄存器、鎖存器、譯碼器、三態(tài)門在單片機(jī)電路中的應(yīng)用。單片機(jī)部分，突出最小系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

“保系統(tǒng)”，在講授Multism軟件、Protues軟件、Protel軟件的總論和基本使用時(shí)，運(yùn)用模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)的基本器件進(jìn)行仿真練習(xí)，結(jié)合“重基礎(chǔ)”、“突重點(diǎn)”教學(xué)部分，保障本課程的系統(tǒng)性教學(xué)。

二、教學(xué)方法改革探索

（一）虛實(shí)結(jié)合式教學(xué)法。虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)。Multism軟件是由EWB（Electronics Workbench）軟件發(fā)展而來(lái)，它繼承了EWB直觀的電路仿真與設(shè)計(jì)界面，并發(fā)展了EWB的器件庫(kù)和虛擬儀表庫(kù)，Multism軟件人性化的界面、龐大的器件儀表庫(kù)和完善的分析方法使其應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。學(xué)生通過(guò)Multism軟件里的器件庫(kù)選擇所需的元器件，通過(guò)導(dǎo)線按鈕把元器件連接成任意的設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)電路；通過(guò)修改元器件的參數(shù)，并結(jié)合虛擬儀表對(duì)電路的電壓、電流、功率各參數(shù)進(jìn)行分析，同時(shí)它還提供了直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、傳遞函數(shù)分析、射頻分析等十幾種分析方法；Multism軟件能對(duì)模擬電子、數(shù)字電子設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速、方便的設(shè)計(jì)與調(diào)試[1]。

Protues軟件具有單片機(jī)系統(tǒng)仿真功能，支持8051、AVR、PIC等多種單片機(jī)，其集成了單片機(jī)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、程序編寫聯(lián)調(diào)等眾多功能于一身，深受電子愛(ài)好者及工程人員的歡迎[2]。Protel軟件是一款優(yōu)秀的電路設(shè)計(jì)軟件，其經(jīng)歷了Protel99、Protel99SE、ProtelDXP、Protel2004幾個(gè)版本階段，它是業(yè)界唯一的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可完整支持單片機(jī)、FPGA器件的設(shè)計(jì)，直至PCB（印刷電路板）的實(shí)現(xiàn)。Protel軟件提供了豐富的元器件庫(kù)、并具有靈活的器件自行構(gòu)造功能。

Multism軟件、Protues軟件設(shè)計(jì)的電子電路仿真系統(tǒng)，可通過(guò)Protel軟件設(shè)計(jì)成PCB板文件，最后由雕刻機(jī)、PCB板制作設(shè)備（工藝）按PCB板文件制作成實(shí)際所需的電路板，學(xué)生將元器件焊接在電路板上，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)相結(jié)合。

（二）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)?！绊?xiàng)目驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法是改傳統(tǒng)的理論和實(shí)踐分家、分段教學(xué)的方式，通過(guò)師生共同擬定、實(shí)施教學(xué)項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，其改變了傳統(tǒng)式教學(xué)中教師一言堂的現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，較好地解決了理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐相結(jié)合的問(wèn)題，適用于應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)的課程教學(xué)中[3-4]。為此，在我校電子、電氣專業(yè)選拔學(xué)生代表和課程組老師共同制訂出8個(gè)項(xiàng)目題，題目涵蓋所有教學(xué)改革內(nèi)容，即功率放大器設(shè)計(jì)、可調(diào)直流電源設(shè)計(jì)、數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)、數(shù)字交通燈設(shè)計(jì)、基于單片機(jī)的流水燈設(shè)計(jì)、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)大棚監(jiān)控設(shè)計(jì)、信號(hào)發(fā)生器裝置設(shè)計(jì)。

（三）競(jìng)賽式創(chuàng)新教學(xué)法?！叭珖?guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”是電學(xué)類專業(yè)最具影響力的全國(guó)競(jìng)賽，同時(shí)推動(dòng)了我國(guó)該類專業(yè)教學(xué)改革、教學(xué)質(zhì)量提升，電子電路設(shè)計(jì)與仿真課程是該項(xiàng)競(jìng)賽最重要的基礎(chǔ)課程。為提高本門課程教學(xué)質(zhì)量，提出競(jìng)賽式創(chuàng)新教學(xué)法，即在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)中設(shè)計(jì)合適的項(xiàng)目（借鑒全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題形式），以項(xiàng)目為單元，學(xué)生間相互競(jìng)賽，根據(jù)學(xué)生完成的指標(biāo)分等由高到低評(píng)出獲獎(jiǎng)的等級(jí)，此教學(xué)法可顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣。

三、評(píng)價(jià)體系建立

完善考核方式，體現(xiàn)公平、客觀。學(xué)生該課程的最終成不是由試卷分?jǐn)?shù)決定，最終的成績(jī)應(yīng)體現(xiàn)其學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)過(guò)程。因此，提出表1所示評(píng)分表，學(xué)生最終成績(jī)由5部分組成，理論仿真分，根據(jù)仿真軟件仿真結(jié)果給出；指標(biāo)分，根據(jù)完成的具體指標(biāo)給出；發(fā)揮分，根據(jù)完成指標(biāo)外的功能情況由評(píng)委給出；同行評(píng)分，做同一個(gè)題的學(xué)生相互給對(duì)方打分；報(bào)告分，根據(jù)報(bào)告質(zhì)量給出。

詳細(xì)的介紹了Multism軟件、Protues軟件、Protel軟件的功能和特點(diǎn)，并闡述了其相互之間的關(guān)系，即電子電路設(shè)計(jì)與仿真的實(shí)現(xiàn)方式。詳細(xì)分析了本門課程的改革內(nèi)容，并針對(duì)改革內(nèi)容提出了三種教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊欣，王玉鳳，劉湘黔.電路設(shè)計(jì)與仿真[M]，清華大學(xué)出版社，2006年第1版.

[2]張?zhí)m紅，陸廣平.我校“單片機(jī)”課程的教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（1），26-27.

[3]李澤輝.“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，9（2），133-134.

[4]趙銀花，王維，吳菲.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的3DMAX課程教學(xué)改革研究[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：高教研究版，2014，（4），72-73.

（作者單位：鄒志勇/四川農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院；周曼/四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水電學(xué)院）