探究EDA技术在数字电路教学中的应用
​杨瑞
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​杨瑞,. 探究EDA技术在数字电路教学中的应用[J]. 电路系统研究,20219. DOI:10.12721/ccn.2021.157084.
摘要: 作为当下世界电子设计技术的最新发展方向,电子设计自动化EDA技术可以在数字电路教学过程中得以广泛应用,能够有效地实现学生现代化电子设计能力提高的目标。但我国高校传统所用的电子技术课程教学体系,在内容、方法与国际相比都有着较大的差距,直接影响到现代化高素质专业的人才的培养。本文在全面分析现阶段数字电路教学状况的前提下,就EDA技术引入到数字电路教学中的价值,探讨了EDA技术的具体应用。
关键词: EDA技术;数字电路;教学应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157084
基金资助:

1、现阶段数字电路教学状况分析

就目前我国高校实施的数字电路教学工作看来,理论与实践教学是应用最为普遍的教学模式,在经过长时间的教学积累的情况下,理论课程在内容和方法上已经逐渐发展成熟。实践教学则是重视学生在理论知识应用能力方面的培养。就目前的情况来看,高校内部的数字电路实践教学都是以实验箱作为基础进行的数字电路连线操作,且成为了整个实践教学的主要部分,只能够用于一些简单电路的搭建。那些组成相对较为复杂的电路,因为实验箱内部的端口数量不足,从而导致电路连线过于密集的问题,直接提高了学生的复杂电路搭建过程中的难度,无法有效的培养学生复杂内容设计、应用的能力[1]

对于理工类高校而言,实践教学作为教学工作体系中不可或缺的一环,需要以发展教育成熟的实验室管理作为重要基础条件。目前理工类高校以实验箱作为基础设施的数字电路实践教学工作,使得实验室管理的难度有所提高。实验箱的故障维护、电子线路的整理等工作占据了整个实验室管理工作的绝大部分时间,并且每年针对实验内部元器件开展的采购工作,极大的增加了实验室经费的开支。电子技术的快速稳定发展也使得我国对于电子专业人才的需求量逐渐增大,这也正是我国各个理工类高校重视高素质应用型人才培养的主要原因之一。

2、EDA技术引入到的数字电路教学中的价值

2.1教学模式的虚实结合

对于数字电路的实验教学而言,其中的每一个实验项目,尤其是那些电路组成相对较为简单的实践项目,都可以借助虚拟和实际实验结合的方式进行[2]。这种虚实结合的教学模式,能够帮助学生根据已有的理论知识,在全面发挥创造力的前提下,自主使用EDA技术软件进行电路的设计,并随后进行虚拟仿真验证,在验证成功之后方可进行电子实验箱的硬件连线操作。这种教学模式能够有效的培养学生理论知识和实践应用结合的能力,同时电子线路的虚拟设计能够避免因为设计错误而造成的实验失败的现象。从教师的层面来看,数字电路教学与EDA技术的有效融合,能够在持续突破原有教学内容局限在前提下持续进行更新,确保教学内容能够完全符合电子行业的发展规律。

2.2学习时间的灵活发展

数字电路实验教学和EDA技术的有效融合,能够帮助学生更为灵活的掌握其学习时间。在之前的数字电路实践教学工作中,学生只能够在课堂教学时间中进行电路的搭建,一旦出现搭建错误,通常需要更多的时间进行修改,不但会对实践教学的进度产生影响,同时学生的学习兴趣有所削减。将EDA技术、软件引入到到数字电路实验教学过程中,能够在降低电路设计难度的同时,推动电路的合理布局,并且学生也可以在下载教师指定EDA软件的同时自主进行课下的设计,确保学生能够根据自己的学习状况灵活的掌握并应用学习时间。

3、数字电路教学中EDA技术的实际应用分析

3.1应用于课堂教学过程中

对于数字电路教学工作而言,为了保障理论知识能够更加直观形象生动地呈现在学生面前,通常都会采用实物,动画CAI等方式,但这些方式都存在着较为明显的缺陷。通过将EDA技术引入其中,能够帮助学生产生一种学习过程中的新鲜感。在具体的课堂教学环节中,师生可以借助EDA技术下的工具软件进行数据电路的仿真设计,并对电路产生的各种模型进行虚拟的观察,以此来强化学生的学习兴趣[3]。同时EDA技术的引入、应用,能够与传统的教学模式进行相互补充,建立一个良好的师生学习交互平台。教师可以在教学过程中使用EDA技术体系下的工具,凭借其内部提供相应的电子元器件,要求学生使用原理图的输入法,根据教师已经给出的任务要求进行虚拟的电路设计,又或者使用相应的语言描述电路功能,针对已经设计完成的电路和程序进行编译,分析其中出现的各种逻辑关系,这些操作因为EDA技术的引入变得更为方便且直观。

3.2应用于学生合作学习过程中

以目前数字电路的教学工作来看,EDA技术的引入也可以在学生的合作学习中体现其价值。一个数字电路功能想要完整实现,必须经过功能的分析、真值表、逻辑表达式、化简、元器件选择等多个过程,最终使用门电路,在中规模的基础上实现,电路图相对较为固定,即便学生按照这种方式能够得出相应的结果,但却未能全面掌握电路内部的逻辑关系和工作原理。为了帮助学生对所学的基础理论知识形成深刻的理解并运用到电路设计中,教师可以针对一个特定的电路在完成学生分组之后,要求其采用传统设计方法和EDA技术方法进行设计,并思考对比二者的优劣势。这种方式能够帮助学生在全面发挥其主观能动性的同时,改变之前理论知识学习的被动状态,进一步激发学生的学习兴趣、积极性。

3.3应用于实验教学环节

作为数字电路教学工作重要环节的实验教学,能够帮助学生为有效的巩固基础知识,并培养其实践操作技巧以及问题解决的能力。通过将EDA技术引入到实验教学环节中,能够在一些相对较为复杂的电路设计和变化过程中使用EDA工具技术进行仿真生动的表示,其中的模型可以帮助学生有效地理解这些抽象化的知识。EDA技术的引入,因为为学生提供了数量较多的电子元器件,可以针对一些相对较为常见的数字电路进行虚拟时间设计,真正发挥出这些软件在虚拟世界中的作用。学生完全可以在理论知识学习实践之后,在课余时间内自主进行虚拟试验用以巩固所学的知识。因为不会受到实验设备和场地的限制,学生在电路设计的过程中也不用担心器械或者是仪器的损坏,完全可以根据自身的想象力和创造力实现自己电路设计的功能,能够有效的拓宽学生的知识体系,发挥并培养提高其创新意识。同时,EDA技术在虚拟教学环境中的应用也可以帮助教师带领学生在虚拟实验的过程中观察各种波形和数据的变化,并在了解其背后原理之后,由学生亲身动手进行实践操作,这对于学生有效理解基础知识,并运用到实践问题的解决中有着十分重要的意义。

4、总结

数字电路教学作为培养高素质电子专业人才不可或缺的重要教学部分,之前传统的教学方式忽视了学生理论知识和实践操作之间的有效结合。EDA技术作为一种全新的电子设计技术,能够在实现教学模式虚实结合的前提下,帮助学生灵活的掌握学习时间。教师完全可以在课堂教学、学生合作学习和实验教学过程中合理的应用,帮助学生在理解所学知识深刻内涵的前提下,应用到实际问题的解决中,逐步培养其创新意识和实践能力。

参考文献

[1]秦晓飞,徐磊.EDA技术实验课程教学案例设计、实践与探索[J].科教文汇(下旬刊),2020(05):74-78.

[2]张跃军,赵志伟,栾志存,张会红.EDA技术在数字集成电路后端实验教学改革中应用[J].实验室研究与探索,2020,40(02):172-176.

[3]蔡印,张冠宇,王文华.数字电路实践教学中EDA技术的应用[J].教育信息化论坛,2020(02):121-122.