如何運用EDA軟件完成電子電路的自動化設(shè)計工作?

在高職院校。電力電子技術(shù)是電氣類專業(yè)必修的爭業(yè)基礎(chǔ)課，電力電子技術(shù)是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)，電機T程，微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，由此可見電力電子技術(shù)已成為一門多學(xué)科相互滲透的綜合性學(xué)科，正是由于本門課程涉及領(lǐng)域多。知識面廣，利用傳統(tǒng)一支粉筆一塊黑板。教師一言堂的教學(xué)方法很難達到理想的效果。這樣在電力電子技術(shù)的教學(xué)過程中就迫切需要引人一種新的教學(xué)模式，有效的提高教學(xué)效果，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力。將EDA技術(shù)與探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式相結(jié)合不失為一種電力電子技術(shù)教學(xué)較好的教學(xué)模式。本文就如何運用EDA技術(shù)實現(xiàn)電力電子技術(shù)的探研學(xué)習(xí)教學(xué)模式作了一些探索。

1 EDA技術(shù)及探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式

1．1 EDA技術(shù)及軟件

EDA（Electronic Design Automation ）即電子設(shè)計自動化，是指以計算機為工作平臺。運用EDA軟件完成電子電路的自動化設(shè)計工作。主要進行三方面的設(shè)計工作，電子電路設(shè)計、電子電路仿真及PCB設(shè)計。利用電子EDA技術(shù)縮短了電子電路的設(shè)計周期。節(jié)省了了設(shè)計費用，同時也提高了電子電路的設(shè)計質(zhì)量，常用的EDA軟件有Protel、OrCad、Maflab、Pspice、Multisim等。其中Multisim使用簡單，功能強大。主要用于電子電路的仿真和設(shè)計。因而在電力電子教學(xué)過程中的選用此軟件作為電路構(gòu)建及仿真可以為教學(xué)現(xiàn)場營造一種真實的電路工作場景。Mulitsim軟件版本也有多種。我們在電力電子教學(xué)中選用了Mulitsim2001，它是加拿大InteractiveImage Technology公司于20世紀90年代開發(fā)的一個主要用于電子電路仿真和設(shè)計的軟件版Mulitsim200l具備強大的功能。將電原理圖創(chuàng)建、電路仿真。電路分析測試及所需的常用電子儀器表等，集成于一個桌面窗口中，在使用過程中極為方便。Mulitsim2001提供了電壓表、電流表兩種虛擬儀表：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、瓦特表、示波器、波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、失真分析儀、頻普分析儀等共計11種虛擬儀器。另外，Muhisim2001仿真軟件的元器件庫非常豐富，包含了數(shù)干種電子元器件，有電源庫，基本元器件庫，二極管庫，晶體管庫，模擬集成器件庫，混合集成器件庫，ITrL數(shù)字器件庫。CMOS器件庫，其它數(shù)字器件庫?；旌掀骷?，指示器件庫，射頻器件庫，機電類器件庫等。對于電路性能的分析方面，Muhisim2001軟件具有較為詳細的電路分析功能?？梢酝瓿呻娐返乃矐B(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析，時域分析和頻域分析，器件的線性分析和非線性分析。電路的噪聲分析和失真分析。離散傅立葉分析，電路零極點分析，交流分析、直流分析等電路分析方法，分析結(jié)果以數(shù)值或波形顯示。利用EDA軟件的這些功能，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將教室變?yōu)橐粋€功能強大的多功能虛擬實驗室。教師在教學(xué)時，利用這樣一個虛擬實驗平臺搭建電路，講解、分析仿真電路，將電路的工作狀態(tài)清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，既具體又生動，這樣的教學(xué)效果就可想而知了：除些以外，還可以利軟件提供的參數(shù)掃描功能。通過在一定范圍內(nèi)改變某器件參數(shù)。經(jīng)過仿真可直觀地觀察到電路相關(guān)性能指的變化。當(dāng)然，也可以對被仿真元器件設(shè)置各種故障，如開路，短路和不同程度的漏電，從而可是在教學(xué)中模擬各種故障，這一方面加深了對學(xué)生對所學(xué)知識的理解，另一方面對培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力也有很大的幫助。為探研學(xué)習(xí)教學(xué)模式提供了完備的教學(xué)環(huán)境保障。

1．2探研學(xué)習(xí)教學(xué)模式及教學(xué)環(huán)節(jié)

探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)之上的以學(xué)生為中心。以自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為日標的一種教學(xué)模式。在這種模式下，學(xué)生是認知的主體，是知識意義的主動建構(gòu)者，教師對教學(xué)意義的生成起幫助者和促進者的作用，并不要求教師直接向?qū)W生傳授和灌輸知識。教學(xué)中利用情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)新精神。最終達到使學(xué)生有效地實現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)知識的意義建構(gòu)的目的。這一教學(xué)模式主要具有以下幾個特點：

有利于允分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式最大的不同，在于學(xué)生不再是只聽教師講、看教師做，而是在允許的范圍內(nèi)，由自己來確定時間的分配，進行方案設(shè)計和實驗操作，對實驗結(jié)果加以分析并得出結(jié)論。這種學(xué)習(xí)氛圍能使學(xué)生真正感受到自己是學(xué)習(xí)的主人，是課堂教學(xué)活動的主體，由此激發(fā)其主動參與的熱情、變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”。

有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因為實驗背景或與課程內(nèi)容相適應(yīng)的情境下學(xué)習(xí)。這必然能引發(fā)學(xué)生濃厚的認知興趣和強烈的求知欲望。而且只有學(xué)生通過親自探究實驗現(xiàn)象的原因和規(guī)律時所形成的興趣，才具有一定的穩(wěn)定性和持久性。實踐證明，實施探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式既可對所學(xué)內(nèi)容形成持久的興趣，同時又可激發(fā)學(xué)生的求知欲。

充分挖掘?qū)W生潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往是教師決定教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)進度。學(xué)生一味死記硬背。探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式能為學(xué)生提供主動探求知識的寬松環(huán)境，身心得以愉悅，潛力得以發(fā)揮，思維更加活躍。在對未知領(lǐng)域的探索過程中。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)的過程，積極地去思考去探索，對學(xué)生創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng)是大有益處的。根據(jù)建構(gòu)主義理論及探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式的特點，實施這一教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)活動是：創(chuàng)設(shè)情景，誘發(fā)問題；協(xié)作探研；意義建構(gòu)。

2 EDA技術(shù)實現(xiàn)電力電子技術(shù)探究學(xué)習(xí)教學(xué)

基于探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式的特點及實施要點可以看出，在探究式教學(xué)模式中教師應(yīng)該用探究的方式展現(xiàn)科學(xué)知識，學(xué)生應(yīng)該用探究的方式學(xué)習(xí)科學(xué)內(nèi)容。為實現(xiàn)這些改變。教師首先應(yīng)當(dāng)用情景再現(xiàn)的方式。引導(dǎo)學(xué)生體驗真實情景的過程，而不是只在教室里照本宣科地講解知識、技能。這就是說，在向?qū)W生介紹正規(guī)的科學(xué)概念和原理之前應(yīng)該先讓他們到實驗室里做實驗或營造一與課程內(nèi)容相適應(yīng)的情境，用實驗的證據(jù)來解釋或情境感悟、深化教材中內(nèi)容。實現(xiàn)探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式情景創(chuàng)建及再現(xiàn)有著極其重的地位?？梢哉f它探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式能否達到目的關(guān)鍵，而電力電子技術(shù)課程涉及面廣。涵蓋內(nèi)容豐富，用真實的儀器儀表及設(shè)備構(gòu)建教學(xué)情景不現(xiàn)實，也不允許。而利用EDA技術(shù)能非常容易的構(gòu)建虛擬的與實際相符合的教學(xué)場景。下面以電力電子技術(shù)中程控單結(jié)晶體張弛振蕩器的學(xué)習(xí)為案例。說明利用EDA技術(shù)實現(xiàn)電力電子技術(shù)課程探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式。

2．1情景的構(gòu)建，誘發(fā)質(zhì)疑

程控單結(jié)晶體管張馳振蕩器在是常生活中出現(xiàn)的頻率不高，學(xué)生可能還沒有接觸或聽說過。在電力電子技術(shù)中。用于可控硅（前導(dǎo)知識）導(dǎo)通時的觸發(fā)信號源。在情景構(gòu)建時，教師首先用Mulitsim200l軟件組成一調(diào)光電路。將電路投影到大屏幕上，然后調(diào)用Mulitsim200l的仿真功能對電中進行仿仿真，通過電路參數(shù)掃描，在屏幕上可觀察到燈泡的亮度發(fā)生變化。通過這樣一個實驗在學(xué)生內(nèi)心深處產(chǎn)了質(zhì)疑。燈泡的亮度為什么會變化呢？是怎樣實現(xiàn)這一變化的呢？由此。教師可幫助引導(dǎo)學(xué)生自然的進人程控單結(jié)晶體管張馳振蕩器知識的學(xué)習(xí)。

2．2協(xié)作探究，歸納總結(jié)

探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式為學(xué)生創(chuàng)造了一個寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。由于在教學(xué)過程中采用了EDA軟件，和多媒體教學(xué)方法，使分組學(xué)習(xí)協(xié)作探究得以實現(xiàn)。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下。利用情境實驗產(chǎn)生的質(zhì)疑和興趣，教師和學(xué)生協(xié)同探究程控單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理特性，程控單結(jié)晶體管振蕩器的移相問題。利用Mulit-sire2001仿真單結(jié)晶體管的特性曲線。使學(xué)生對單結(jié)晶體管工作原理有更深層的理解和印象：在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用Mulibsim2001根據(jù)教材提供的電路圖搭建程控單結(jié)晶體管振蕩電路。然后對該電路進行仿真．調(diào)用虛擬儀器示波觀察輸出波形，探究輸出波形的形成，即程控單結(jié)晶體管張馳振蕩器的工作原，RC充放電過程，再利用Mulitsim2001的參數(shù)掃描功能。觀察輸出波形的變化，如圖3所示。根據(jù)以上兩種情況下的現(xiàn)象進行探索討論．找出形成差異的本質(zhì)．形成程控單結(jié)晶體管振蕩器的感性知識，學(xué)生根據(jù)這些感性知識，經(jīng)過收集，整理有關(guān)程控單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)、工作原理，特性曲線等資料，經(jīng)過分析、總結(jié)上升為程控單結(jié)晶體管的理性知識。

2．3意義構(gòu)建，擴展應(yīng)用成

意義的建構(gòu)是教學(xué)活動的最終目標。擴展應(yīng)用是意義建構(gòu)是進一步引伸和深化。通過前面學(xué)習(xí)。讓學(xué)生歸納總結(jié)單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、特性，程控單結(jié)晶體管張馳振蕩器的工作原理程，程控單結(jié)晶體管振蕩器移相過程等知識點，通過知識建構(gòu)為有意義的知識，使之融人已有的知識體系中，成為已知的知識。這樣關(guān)于程控單結(jié)晶體管張馳振蕩器的知識發(fā)生遷移．由未知知識轉(zhuǎn)化為了已知的知識，將知識擴展到實際應(yīng)用中，達到意義建構(gòu)的目的。

3 結(jié)語

在電力電子技術(shù)教學(xué)過程中，以EDA技術(shù)為工具，探究學(xué)習(xí)教學(xué)模式為手段，將學(xué)習(xí)活動情境化、趣味化，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中不斷產(chǎn)生質(zhì)疑、不斷探究，自主搜尋、思考分析，獲得問題的答案。給電力電子技術(shù)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來了革命性的變化，無論從教師的教，還是學(xué)生的學(xué)，都是一個最能體現(xiàn)以人為本，能力為本位的新型的教學(xué)技術(shù)，它必將更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神。
責(zé)任編輯：tzh