基于EDA任務(wù)驅(qū)動法的《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)研究

金艷梅

摘要：該文主要分析基于EDA仿真軟件，運用任務(wù)驅(qū)動法講授《數(shù)字電子技術(shù)》課程的基本過程。實踐證明，在教學(xué)過程中通過multisim12軟件對電路進行演示，學(xué)生就能隨即消化理論知識，掌握設(shè)計原理；實驗運用multisim12進行電路設(shè)計和仿真測試，方便學(xué)生自主實驗，從而客服實驗恐懼心理，取得較好的實驗效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；EDA；課程教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）20-0103-02

《數(shù)字電子技術(shù)》 是計算機及其相關(guān)專業(yè)以及機電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其特點是理論性、邏輯性、實踐性強，其課程周學(xué)時一般為4（3+1型）學(xué)時，課程開設(shè)目標通過學(xué)習(xí)數(shù)字電路分析與設(shè)計的理論知識和設(shè)計原理，能夠自己設(shè)計實用的數(shù)字電路并進行調(diào)試出來。在總學(xué)時64的教學(xué)過程中要達到既要讓學(xué)生理解理論知識和設(shè)計原理，也要讓學(xué)生自己能設(shè)計數(shù)字電路的教學(xué)目標，這是一個教學(xué)有效性的挑戰(zhàn)。如何使學(xué)生對理論教學(xué)感興趣、如何使學(xué)生對實驗項目充滿好奇和自信并積極動手參與實驗是任課教師必須思考的問題。

借助EDA軟件進行輔助教學(xué)是本門課程教學(xué)的最好選擇，在理論教學(xué)過程中，教師對電路的原理或工作過程進行透徹的分析講解后，借助EDA仿真軟件進行數(shù)字電路的模擬和演示，可以幫助學(xué)生深刻理解和掌握理論知識，或者在上課前對即將講解的知識進行項目的演示，使學(xué)生充滿好奇和期望，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實驗教學(xué)中，采用EDA軟件進行仿真實驗，為學(xué)生提供靈活方便的實驗環(huán)境，免除學(xué)生的實驗耗材損壞的恐懼心理，充分發(fā)揮想象力，按照自己的想法設(shè)計各種電路，擺脫實驗箱的束縛。同時，學(xué)生也擺脫了實驗時間和空間的束縛，方便學(xué)生學(xué)習(xí)，只要有電腦，學(xué)生就可以進行實驗設(shè)計、電路連接和仿真測試。EDA軟件輔助教學(xué)使得《數(shù)字電子技術(shù)》理論課的教學(xué)更加直觀生動，實驗教學(xué)操作更加靈活方便，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，同時也能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。因此，學(xué)生在課程教學(xué)的前期，必須學(xué)習(xí)EDA仿真軟件的使用。

1 EDA仿真軟件介紹

EDA（Electronic Design Automation）是電子設(shè)計自動化的縮寫，其起源于20世紀60年代中期的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助測試（CAT）、計算機輔助制造（CAM）和計算機輔助工程（CAE）的概念。EDA的技術(shù)是以計算機為工具，設(shè)計者基于EDA軟件平臺，用硬件描述語言（VHDL）描述設(shè)計文件，計算機自動的完成邏輯編譯→化簡→分割→綜合→優(yōu)化→布局→布線→仿真，直至到對特定芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等。

EDA工具很多，目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有： Protel、Altium PSPICE、Designer、multisim12（原EWB的最新版本）、PCAD、OrCAD、LSIIogic、MicroSim、modelsim、ISE、Matlab等。

Multisim是Interactive Image Technologies Ltd在二十世紀末期推出的電路仿真軟件，multisim13是最新版本，但目前普遍使用的還是multisim2001，和其它軟件比較，EDA具有更加形象、直觀的人機交互的界面，尤其是其儀器儀表庫中各儀器儀表與操作真實實驗中的實驗儀器儀表是完全一樣的，并且它對模擬電路、數(shù)字電路的混合仿真功能也毫不遜色，仿真真實電路的結(jié)果幾乎能夠100%準確[1]。它提供了常用的各種精確建模的元器件：電阻、電感、電容、二極管、三極管、可控硅、繼電器、數(shù)碼管等等；模擬集成電路方面器件有各種運算放大器和其他常用集成電路；數(shù)字電路方面有4000系列集成電路、74系列集成電路等；它的儀器儀表庫中有電流表電壓表、萬用表、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、失真度分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、邏輯分析儀、字信號發(fā)生器、波特儀（相當(dāng)實際中的掃頻儀）、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器等儀器儀表。同時它還能進行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。

2 任務(wù)驅(qū)動法

“任務(wù)驅(qū)動”是建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法。所謂“任務(wù)驅(qū)動”就是在教學(xué)的過程中，學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，在強烈的問題動機的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實踐活動[2]。它要求“任務(wù)”具有目標性和教學(xué)情境具有創(chuàng)建性，讓學(xué)生帶上真實的任務(wù)進行探索和學(xué)習(xí)?！叭蝿?wù)驅(qū)動”教學(xué)法改變了以往“教師講，學(xué)生聽” 以教定學(xué)的被動教學(xué)方式，其以“任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”為根本的特點。創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生積極參與、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。通過實踐發(fā)現(xiàn)此“任務(wù)驅(qū)動”方法有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的素質(zhì)和提高學(xué)生的協(xié)作能力。

3 基于EDA仿真軟件的任務(wù)驅(qū)動法用于理論教學(xué)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，新型教育理念認為教育不再是以往“填鴨式”教學(xué)模式，教師與學(xué)生的關(guān)系不再是“桶”與“碗”的關(guān)系，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該采用引導(dǎo)方式進行教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過書籍，媒體、網(wǎng)絡(luò)等媒體進行自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

《數(shù)字電子技術(shù)》是一門邏輯性很強的課程，數(shù)字電路分析與設(shè)計原理的理論知識教學(xué)學(xué)生會覺得難以理解，在理論教學(xué)前或過程中借助EDA仿真軟件進行元器件功能的測試及其在數(shù)字電路的應(yīng)用的模擬和演示，直觀地顯示電路的波形和功能，這樣把理論知識直觀、形象地展示給學(xué)生，使學(xué)生消化了理論知識的堆積，可以提高課堂教學(xué)效率。

例如，在講解計數(shù)器部分時，可以先講解一個低進制數(shù)計數(shù)器的設(shè)計方法和原理，并通過EDA的一種軟件multisim12進行演示線路布局和結(jié)果仿真，這樣，學(xué)生通過對時鐘脈沖波形和數(shù)碼管所顯示數(shù)字的觀察和對比，就能更好地理解計數(shù)器的計數(shù)原理是對時鐘脈沖的個數(shù)進行計量，為以后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。在講解任意進制計數(shù)器的設(shè)計時，可以選擇利用集成十進制器構(gòu)建任意進制數(shù)，集成十進制器有同步清零計數(shù)器和異步清零計數(shù)器，如果我們只抽象的同步與異步的設(shè)置方式，那學(xué)生可能很難理解對于同一個進制數(shù)的設(shè)計，異步清零計數(shù)器返回到清零端的信號為什么要比同步清零計數(shù)器返回到清零端的信號要晚一個時鐘脈沖。

4 基于EDA仿真軟件的任務(wù)驅(qū)動法用于實驗操作

實踐性強是《數(shù)字電子技術(shù)》課程的特點之一，實驗是理論的驗證，也是設(shè)計的測試。傳統(tǒng)實驗項目一般利用實驗箱面包板及中小規(guī)模芯片完成電路設(shè)計， 這種模式只適合于一些中小規(guī)模電路得構(gòu)建和驗證， 對于一些比較復(fù)雜的綜合性比較強的實驗則比較費時，如搶答器、交通燈控制器、數(shù)字鐘等。學(xué)生離開實驗室就不能動手進行設(shè)計，而且在接線時會因一根導(dǎo)線連接錯誤、 甚至一個連接點接觸不好， 致使實驗受阻而無法完成， 影響學(xué)生的實驗興趣。 運用Multisim12于課程實驗，教師在實驗課前布置實驗任務(wù)，學(xué)生在課余時間可隨時在裝有該軟件的電腦上進行實驗設(shè)計和測試，解除了傳統(tǒng)實驗在時間和空間的限制，充分調(diào)動學(xué)生的設(shè)計積極性和主動性，為實驗做好充分的準備，客服實驗損壞耗材的恐懼心理，在課堂實驗中學(xué)生能及時發(fā)現(xiàn)自己存在的問題并和教師進行有效交流，得到有效的解決，從而取得較好的實驗效果，達到實驗?zāi)繕恕?/p>

5 總結(jié)

《數(shù)字電子技術(shù)》一門理論邏輯性、實踐性強的課程，要想在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)達到預(yù)期的教學(xué)目標，這就要求要有有效地課堂教學(xué)方法和學(xué)生的積極、主動地學(xué)習(xí)態(tài)度。實踐證明，利用EDA仿真軟件，將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法引入課堂教學(xué)，能更好地激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生帶著的分析設(shè)計思維聽課，從而進行有效地師生交流，提高教學(xué)效果；利用EDA仿真軟件，將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法引入實驗課程，方便學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)和設(shè)計，從而達到實驗?zāi)康耐瑫r也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

參考文獻：

[1] 黃智偉. 基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設(shè)計與分析[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2011.

[2] 徐肇杰. 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法與項目教學(xué)法之比較[J]. 教育與職業(yè)，2008（11）.