基于EDA技術(shù)的電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)改革與實(shí)踐

章 偉 王培良

湖州師范學(xué)院 浙江湖州 313000

基于EDA技術(shù)的電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)改革與實(shí)踐

章 偉 王培良

湖州師范學(xué)院 浙江湖州 313000

針對(duì)目前電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)中存在的問題，提出了基于EDA技術(shù)的電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)一些改革措施，措施主要包括改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，實(shí)際的教學(xué)效果表明這些措施大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

EDA技術(shù)；電子工藝實(shí)習(xí)；教學(xué)內(nèi)容改革

電子工藝是一門以實(shí)踐教學(xué)為主,對(duì)工科各專業(yè)尤其是電子專業(yè)學(xué)生普遍開設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課,主要培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,使學(xué)生獲得電子制造工藝的基礎(chǔ)知識(shí),掌握最基本的裝焊操作技能，接觸電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，既有利于今后的專業(yè)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，也提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，為畢業(yè)后從事實(shí)際工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫，20世紀(jì)80年代以來世界各國(guó)先后研制出各種EDA開發(fā)工具，其中比較常用的EDA軟件包括：Protel99se、Multisim2001、QuartusII等。利用EDA工具電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出PCB版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研部門廣泛使用，同時(shí)目前國(guó)內(nèi)各院校陸續(xù)將EDA教學(xué)引入到電子類專業(yè)課程的教學(xué)中。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,電子信息技術(shù)的發(fā)展日新月異,新觀念、新技術(shù)、新工藝、新材料、新器件層出不窮，使電子制造技術(shù)發(fā)生巨大變化，而現(xiàn)有的電子工藝的教學(xué)在教學(xué)方法和內(nèi)容兩個(gè)方面存在不小的差距和問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新時(shí)期高校培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力為目的的教學(xué)要求?；谝陨系恼J(rèn)識(shí)，對(duì)電子工藝實(shí)習(xí)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法諸方面進(jìn)行教學(xué)改革勢(shì)在必行。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和所在學(xué)校的現(xiàn)有儀器設(shè)備水平，筆者在電子工藝實(shí)習(xí)的日常教學(xué)當(dāng)中嘗試將EDA技術(shù)引入到電子工藝實(shí)習(xí)的課程教學(xué)中去，并在近幾年對(duì)所教的班級(jí)進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐，教學(xué)實(shí)踐表明該培養(yǎng)方式有利于發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和專業(yè)興趣，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

1 電子工藝實(shí)習(xí)課程的教學(xué)改革

近年我院的電子工藝的教學(xué)經(jīng)過幾年的發(fā)展，在各個(gè)方面有了比較大的進(jìn)步，但仍然存在一些問題，歸納起來主要有如下幾個(gè)方面：教學(xué)內(nèi)容陳舊；教學(xué)手段單一；實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊落后。針對(duì)以上問題，結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，主要在教學(xué)內(nèi)容和方法方面對(duì)電子工藝實(shí)習(xí)課程進(jìn)行的改革，改革的核心是教學(xué)內(nèi)容改革，主要是引入EDA技術(shù)到電子工藝實(shí)習(xí)課程的日常教學(xué)。

1.1 教學(xué)內(nèi)容改革

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)作為綜合現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新研究成果,作為電子設(shè)計(jì)與制造中的主流技術(shù)已成為理工科專業(yè)學(xué)生必備技能之一，然而實(shí)際上現(xiàn)有的EDA技術(shù)的課程教學(xué)卻是枯燥乏味的紙上談兵式的教學(xué)，學(xué)生沒有采用EDA技術(shù)親自動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)電子系統(tǒng)，從器件到印刷電路板，從電路圖到電子系統(tǒng)，這樣沒有能夠有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性?；谝陨险J(rèn)識(shí)，筆者借鑒國(guó)內(nèi)一些高校的相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的教學(xué)理念，結(jié)合電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)中的存在問題，引入EDA技術(shù)到電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)中，將EDA技術(shù)和電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)結(jié)合起來，即在教學(xué)內(nèi)容上加入基于EDA技術(shù)的電路仿真和PCB的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)并制作一個(gè)小型電子作品，學(xué)生根據(jù)老師提出的功能要求設(shè)計(jì)電路原理圖，使用電路仿真軟件對(duì)該電路進(jìn)行電路仿真和功能演示，隨后學(xué)生自己采用印制電路板CAD軟件設(shè)計(jì)該電路的印制電路板圖，并根據(jù)設(shè)計(jì)好印制電路板圖完成印制電路板的制作，再進(jìn)行電路的焊接、安裝、調(diào)試，真正體驗(yàn)電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的全過程。

教學(xué)內(nèi)容改革具體措施包括調(diào)整實(shí)習(xí)課程的教學(xué)安排、制作電路板電路內(nèi)容的安排、引入EDA軟件的進(jìn)行電路仿真和PCB的設(shè)計(jì)、引入新的印刷電路板（PCB）制作方式等4個(gè)方面。

第一，調(diào)整實(shí)習(xí)課程的教學(xué)安排，大大壓縮電子元器件辨識(shí)等的課時(shí)，增加學(xué)生自學(xué)內(nèi)容部分，在教學(xué)內(nèi)容上加入基于EDA技術(shù)電路仿真和PCB的設(shè)計(jì)，由于采用EDA軟件可以在學(xué)生的電腦上運(yùn)行，這樣話學(xué)生可以在課余時(shí)間自己熟悉和學(xué)習(xí)EDA軟件的使用，并最終在老師的指導(dǎo)下完成電路仿真和PCB設(shè)計(jì)，這樣做彌補(bǔ)了課堂課時(shí)不夠的不足，同時(shí)也充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，以上這些需要指導(dǎo)老師在教學(xué)內(nèi)容和時(shí)間安排方面要精心準(zhǔn)備。

第二，制作電路板電路內(nèi)容的安排要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平針對(duì)性選擇一些經(jīng)典的電路提出設(shè)計(jì)制作題目，電路包括模擬和數(shù)字電路，以數(shù)字電路為主，為了保證教學(xué)實(shí)效，老師設(shè)計(jì)多個(gè)題目讓學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣愛好自主選擇，題目的復(fù)雜度控制要適合學(xué)生實(shí)際動(dòng)手水平和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使每個(gè)學(xué)生從中都能得到最大鍛煉。

第三，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況有選擇性地將E D A技術(shù)引入到電子工藝實(shí)習(xí)，選擇采用Multisim2001和Protel99se實(shí)現(xiàn)電路仿真和PCB的設(shè)計(jì)。其中Multisim2001是一種應(yīng)用非常廣泛的EDA軟件，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路的設(shè)計(jì)和仿真工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，仿真結(jié)果非常接近實(shí)際，該軟件人機(jī)界面友好、操作方便。學(xué)生可以利用Multisim2001進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和電路仿真，再用真實(shí)的元器件進(jìn)行實(shí)際電路的安裝和調(diào)試，避免實(shí)際操作中元器件的耗損，而且節(jié)約了大量時(shí)間。Protel99se同樣是一款應(yīng)用非常廣泛、功能強(qiáng)大的EDA軟件，具有非常專業(yè)的交互式布線及元件布局的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多層電路板的布線設(shè)計(jì)，是業(yè)界應(yīng)用最廣泛的印制電路板（PCB）的設(shè)計(jì)工具之一，可以說電子信息類專業(yè)學(xué)生必須熟練掌握的工具。隨后的教學(xué)實(shí)踐證明這兩個(gè)EDA軟件是非常適合學(xué)生使用，而且該軟件在業(yè)界的普遍使用，對(duì)未來學(xué)生的就業(yè)也是非常有利的。

第四，引入新的印刷電路板（PCB）制作方式，采用性價(jià)比較高的PCB制版實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的PCB制作技術(shù)，為學(xué)生以后的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。電子工藝實(shí)習(xí)有關(guān)印刷線路板制作的講述占據(jù)較大的篇幅,是學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，為了方便Protel99se設(shè)計(jì)的PCB圖生成電路板，而且制作出相對(duì)精細(xì)的電路板，改變?cè)泻?jiǎn)陋原始的印刷電路板制作方式，引入新的電路板制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ郊礋徂D(zhuǎn)印法，學(xué)生將自己設(shè)計(jì)好的PCB圖采用激光打印機(jī)打印到熱轉(zhuǎn)印紙上,再通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)將PCB的圖形轉(zhuǎn)移到敷銅板上,最后經(jīng)過腐蝕過程就可以制作出精美的印制線路板,過程簡(jiǎn)單容易操作,一般完成一個(gè)電路板的制版過程大約只需半小時(shí)左右，而且電路板制作和設(shè)備成本都比較低，比較適合大批量的學(xué)生制作印刷電路板。

1.2 教學(xué)方法改革

改變以往教師為中心被動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式為以學(xué)生為中心的主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，教學(xué)過程中老師首先講授基礎(chǔ)部分內(nèi)容，并布置學(xué)生課后自學(xué)的目標(biāo)和任務(wù)，EDA軟件的熟練掌握和電路原理圖設(shè)計(jì)的主要通過學(xué)生自學(xué)完成。由以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴邦}目”為中心，由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)驗(yàn)室為中心，把整個(gè)學(xué)習(xí)過程分解為一個(gè)個(gè)具體目標(biāo)任務(wù)，教師邊教邊訓(xùn),學(xué)生邊學(xué)邊做，另外加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)，采用教師帶學(xué)生 ,先進(jìn)生帶后進(jìn)生、老手帶新手相結(jié)合方法，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下和同學(xué)的幫助下去尋找完成這個(gè)任務(wù)的途徑，并最終完成這個(gè)任務(wù)。教學(xué)實(shí)踐已經(jīng)證明這種教學(xué)模式非常有效激發(fā)了學(xué)生自主性和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的興趣和熱情，并使學(xué)生從中得到最大限度的技能和思維方面訓(xùn)練。

2 教學(xué)效果

由于采用的EDA軟件人機(jī)界面友好方便使用，加上指導(dǎo)老師的精心安排和指導(dǎo)，大部分學(xué)生可以在短時(shí)間內(nèi)完成從電路原理仿真驗(yàn)證、印制電路板設(shè)計(jì)制造直到元器件檢測(cè)、焊接、安裝、調(diào)試的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造全過程。整個(gè)的實(shí)踐過程有效地激發(fā)了學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的熱情，大部分學(xué)生能夠?yàn)榱嗽O(shè)計(jì)和制作自己的第一個(gè)電路板作品往往是廢寢忘食，這種情形在其他的實(shí)踐課程是很難看到的，這個(gè)過程讓學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)與制作能力和信心均得到很大的提高，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生初步的創(chuàng)新思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度。

3 今后發(fā)展的思路

以上有關(guān)電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)的一些教學(xué)改革措施僅僅是一個(gè)開始，今后我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容改革方面還會(huì)有進(jìn)一步措施，具體的思路是：選擇一些新興的、更加實(shí)用EDA軟件引入到電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)；焊接方面教學(xué)方面加入表面安裝器件的手工焊接內(nèi)容，由于表面安裝器件的大范圍的應(yīng)用和普及，焊接方面仍然僅采用通孔焊接技術(shù)訓(xùn)練學(xué)生已經(jīng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這樣既有利于學(xué)生掌握最新的技能，同時(shí)又增加了電子工藝實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)和制作電路板的靈活性；電子工藝實(shí)習(xí)的制作電路的選擇上與后續(xù)課程如電子相關(guān)專業(yè)各類課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容緊密結(jié)合起來，形成一個(gè)有機(jī)的、系統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系；電子工藝實(shí)習(xí)的教學(xué)和教師的科研相結(jié)合，逐步向產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的方向發(fā)展。

[1]張立毅.電子工藝學(xué)教程[M].北京:北京大學(xué)出版社,2006

[2]韋思健.EDA實(shí)踐——電子工藝課程改革探索與實(shí)踐[C].北京高校電子工藝實(shí)習(xí)首屆年會(huì)論文集,2002

[3]李鴻儒，王天曦，韋思健.在工程訓(xùn)練中注重“電子實(shí)習(xí)”課程的建設(shè)與改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2007,24(12)：4～7

Abstract: Based on review of the current problems of teaching of electronic process practice at universities, this paper puts forward some measures of teaching reformation of electronic process practice based on EDA technology，mainly including optimizing teaching contents and improving teaching methods.The practical teaching effect shows that the measures can stimulate the learning enthusiasm and interest of the students，simultaneously cultivate the operating ability and creative ability as soon as rigorous attitude of working of the students.

Key words: EDA；electronic process practice；reformation on the teaching contents

The practice and teaching reformation of electronic process practice based on EDA technology

Zhang Wei, Wang Peiliang
Huzhou teachers college, Huzhou, 313000, China

2010-09-25

章偉，碩士，講師。

湖州師范學(xué)院高等教育研究項(xiàng)目(編號(hào)：GJC10040)的研究成果。