《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真》課程教學(xué)方法探索

謝良波

【摘 要】 《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真》是電子信息工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，可培養(yǎng)學(xué)生對(duì)多門先修課程知識(shí)的綜合應(yīng)用能力及對(duì)電子系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)能力?；诖耍疚膶?duì)《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真》課程的教學(xué)方法進(jìn)行探索。

【關(guān)鍵詞】 電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)；課程探索；綜合應(yīng)用能力

【中圖分類號(hào)】 G64.26 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2095-3089（2017）17-000-01

《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真》是電子信息工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，其綜合性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力要求高，其課程設(shè)置通常包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分?！半娮酉到y(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”不僅要求學(xué)生掌握模擬電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、可編程邏輯器件、單片機(jī)原理、信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理及電路分析等課程的基本理論，同時(shí)要求學(xué)生對(duì)這些課程的知識(shí)能夠綜合運(yùn)用[1]。通過此課程的學(xué)習(xí)及相應(yīng)項(xiàng)目的訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電子系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的硬件電路設(shè)計(jì)能力及軟件編程能力，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維方法，具備獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。但“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真”這門課程內(nèi)容繁多，各知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，其教學(xué)難度較大[2-3]。在此背景下，我們對(duì)《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真》課程進(jìn)行教學(xué)探索。

一、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

以庹先國(guó)等人編著的《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)——基礎(chǔ)篇（第3版）》為例，其第1章為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論，主要包括電子系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計(jì)方法和原則及電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟，讓學(xué)生對(duì)于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)宏觀的了解；第2章為常用電子元器件的應(yīng)用，包括基本的電阻、電容、電感、晶體管、表面貼裝元器件、光電耦合器、繼電器、功率驅(qū)動(dòng)及顯示器件等內(nèi)容；第3章為模擬電路設(shè)計(jì)，包括放大器、濾波器及電源電路等基本模擬電路的設(shè)計(jì)；第4章為數(shù)字電路設(shè)計(jì)，主要包括常用數(shù)字邏輯電路、鎖相環(huán)及頻率合成器等內(nèi)容；第5章為D/A與A/D轉(zhuǎn)換，這兩種功能電路是模擬和數(shù)字的重要橋梁；第6章為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第7章主要講述FPGA及相應(yīng)開發(fā)軟件的使用；第8章主要是EDA工具的使用；第9章為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。

二、教學(xué)中存在的問題

1.從教學(xué)內(nèi)容設(shè)置中可以看出，該課程內(nèi)容繁多，各知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，教學(xué)難度大，學(xué)生接受程度不高。該課程涉及知識(shí)面廣，不僅需要前面先修課程的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)要求學(xué)生要有系統(tǒng)的觀念，能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析，才能合理進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些特點(diǎn)對(duì)于課程教學(xué)提出了更高的要求。如何深入淺出講授課程內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性是教學(xué)過程中的難點(diǎn)。

2.“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程實(shí)踐性強(qiáng)，一般均會(huì)安排實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，確保學(xué)生能動(dòng)手自己設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)題目的選取是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，目前一般存在以下問題：（1）題目難度或工作量選取不恰當(dāng)；（2）覆蓋面偏?。唬?）側(cè)重于軟件設(shè)計(jì)或硬件電路設(shè)計(jì)。

三、教學(xué)方法改革

針對(duì)上述教學(xué)中存在的問題，必須對(duì)傳統(tǒng)的理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。

1.合理安排教學(xué)內(nèi)容，做到目標(biāo)明確，指導(dǎo)性強(qiáng)。以典型的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面著手，重點(diǎn)講解現(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)的基本方法和基本原則；在保證系統(tǒng)性能和功能的前提下，如何利用基本電子元器件、集成電路等基本模塊電路搭建高性價(jià)比的電子系統(tǒng)；電子系統(tǒng)中的子模塊電路設(shè)計(jì)利用先修課程的知識(shí)和教師對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)及注意事項(xiàng)的講解完成。通常，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括需求分析、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證、軟硬件模塊劃分、子模塊電路性能指標(biāo)分配及電路設(shè)計(jì)與仿真、系統(tǒng)仿真、硬件電路制作及系統(tǒng)整體調(diào)試等；模擬數(shù)字混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容講解；基本EDA設(shè)計(jì)軟件的使用。在課程講授過程中，選取典型的最新的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例進(jìn)行講解，做到電子系統(tǒng)授課與時(shí)俱進(jìn)。首先從系統(tǒng)角度該電子系統(tǒng)的基本組成、功能，并按功能對(duì)該電子系統(tǒng)逐層分解講授，給學(xué)生一種“先見森林，再見樹木”的認(rèn)知。然后，結(jié)合該電子系統(tǒng)的功能對(duì)各子模塊電路進(jìn)行講解，包括根據(jù)系統(tǒng)的需求為各子模塊分配性能指標(biāo)、如何完成子模塊電子的方案設(shè)計(jì)、如何完成器件芯片選型等內(nèi)容。將教材中的授課內(nèi)容有機(jī)結(jié)合進(jìn)行講授，讓學(xué)生可以將各章節(jié)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，靈活運(yùn)用，掌握各章節(jié)內(nèi)容的精華。

2.在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上，設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。綜合考慮難度、工作量、成本、內(nèi)容覆蓋面等因素，設(shè)計(jì)30套左右科學(xué)、合理的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，供學(xué)生選擇。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行合理組隊(duì)，選擇適合自己團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。組內(nèi)各學(xué)生都應(yīng)對(duì)該電子系統(tǒng)充分調(diào)研，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理劃分，在教師的指導(dǎo)下，對(duì)方案進(jìn)行論證，完成器件選型，選擇性價(jià)比高、實(shí)現(xiàn)難度適中的方案。然后根據(jù)組內(nèi)各學(xué)生的特長(zhǎng)，進(jìn)行合理分工，保證每個(gè)組員工作量分配合理；并進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)與仿真，軟件代碼編寫與調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)合仿真，電路制作，系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，以及最終設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫等設(shè)計(jì)工作，讓各學(xué)生掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程，達(dá)到課程訓(xùn)練的目的。對(duì)于能力突出的學(xué)生，可以安排開放性題目選擇，教師為其指出典型應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)生根據(jù)需求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。課程完成后，教師可根據(jù)學(xué)生完成情況，鼓勵(lì)學(xué)有余力的同學(xué)參加各種科技競(jìng)賽、各類科技創(chuàng)新活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

四、結(jié)語(yǔ)

《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，同時(shí)也是銜接各門先修課程與工程應(yīng)用的橋梁。該課程綜合性強(qiáng)，在講授過程中通過實(shí)際電子系統(tǒng)進(jìn)行講授，從系統(tǒng)到局部，將各知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合，提高學(xué)生對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)知能力。同時(shí)，通過合理安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到知識(shí)學(xué)以致用、靈活運(yùn)用、綜合應(yīng)用的目的。

參考文獻(xiàn)：

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