面向機(jī)務(wù)學(xué)生的低頻/模擬電子線路課程仿真實(shí)驗(yàn)的探索

華厚強(qiáng)

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 四川廣漢 618307）

低頻/模擬電子線路是電子信息類各專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程，本校電子信息工程、電氣工程及其自動(dòng)化和導(dǎo)航工程等專業(yè)均開(kāi)設(shè)了該課程。課程任務(wù)是使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論、知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生掌握常用器件的特性和參數(shù)，掌握各種放大電路的性能特點(diǎn)、分析方法、工程估算以及培養(yǎng)學(xué)生具有初步實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸樯钊雽W(xué)習(xí)電子技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)和專業(yè)課程以及專業(yè)應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。理論性強(qiáng)，概念較為抽象，數(shù)理基礎(chǔ)要求高，其實(shí)驗(yàn)課可以加深和鞏固學(xué)生對(duì)課程概念和原理的掌握。它和工程實(shí)際結(jié)合緊密，既是考研科目之一，又是機(jī)務(wù)學(xué)生考取維修執(zhí)照的重要內(nèi)容。

一、目前存在的問(wèn)題

本校該課程教學(xué)中目前存在的問(wèn)題主要有：

1.目前實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容僅包含常見(jiàn)模擬電路基本功能練習(xí)內(nèi)容，且實(shí)驗(yàn)大多采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，基于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集，無(wú)軟件仿真平臺(tái)，導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)械誤差和人為誤差較大，使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)不能及時(shí)、有效驗(yàn)證。而且設(shè)備維護(hù)成本較高，限制條件多，而借助軟件仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)則沒(méi)有這方面的限制。

2.低頻/模擬電子線路是一門(mén)應(yīng)用很廣的學(xué)科，但目前的教學(xué)大綱很難讓教師和學(xué)生將該門(mén)學(xué)科的內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)踐中去，顯得比較孤立?，F(xiàn)代電路的設(shè)計(jì)方法是將硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)融合起來(lái)，采用從上至下的設(shè)計(jì)方法。利用EDA軟件工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)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IC或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。

二、PSPICE和Multisim在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

該課程在本校的前期教學(xué)實(shí)踐中，既涉及到低頻/模擬電子線路的基本原理，又涉及到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改進(jìn)和仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的創(chuàng)新實(shí)踐與探索，限于授課時(shí)間的限制，如何解決教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)之間的矛盾，如何讓學(xué)生將電子線路的基本原理理論應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題分析，這些都是需要研究的內(nèi)容。

目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助類軟件和可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件，包括Protel、PSPICE、Multisim、OrCAD、ISE、modelsim和Matlab等。SPICE是應(yīng)用廣泛的電路設(shè)計(jì)軟件，其微機(jī)版是PSPICE。它是功能強(qiáng)大的模擬和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件，可以進(jìn)行各種電路仿真、激勵(lì)建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形和數(shù)據(jù)輸出，并在同一窗口內(nèi)同時(shí)顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。對(duì)各種器件和電路進(jìn)行仿真，都可以得到精確的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件庫(kù)。Multisim是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含電路原理圖的圖形輸入和硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

在本課程教研中將仿真軟件PSPICE和Multisim引入到課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)，就可以快速進(jìn)行低頻/模擬和數(shù)字電路混合仿真，更為直觀可靠，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。通過(guò)仿真，可以讓學(xué)生直觀地觀測(cè)到晦澀難懂的公式推導(dǎo)和理論計(jì)算結(jié)果演示，有助于學(xué)生對(duì)課程抽象理論的理解和掌握，突出課程重難點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)整個(gè)課程內(nèi)容的把握，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性，同時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)出專業(yè)素質(zhì)高又能熟練掌握相關(guān)軟件的復(fù)合型航空維修專業(yè)人才。

另外，在本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探索中完成了以下工作：①確定本課程所需參考的相關(guān)理論和仿真實(shí)驗(yàn)教材，并確定實(shí)驗(yàn)范圍；②改寫(xiě)課程教學(xué)大綱，增加仿真實(shí)驗(yàn)部分；③編寫(xiě)仿真實(shí)驗(yàn)部分教學(xué)教案，制作相應(yīng)的基于PSPICE和Multisim的多媒體電子課件（PPT）；④確定實(shí)驗(yàn)習(xí)題庫(kù)，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟編寫(xiě)，制作實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；⑤在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐探索中，對(duì)教學(xué)效果不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)探討各個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的可行性與實(shí)際效果，并不斷改進(jìn)；完善電子課件和仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。

三、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用價(jià)值

基于EDA仿真軟件PSPICE和Multisim的低頻/模擬電子線路仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)本校電子電路實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新實(shí)踐與探索，將新技術(shù)、新方法引入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以涵蓋EDA在低頻/模擬電子電路中的基本應(yīng)用，有助于學(xué)生對(duì)課程抽象理論的理解和掌握，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)以致用的好處，提高學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生對(duì)電子電路現(xiàn)代化分析和設(shè)計(jì)工具的應(yīng)用能力，為以后從事機(jī)務(wù)或其他相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，切實(shí)提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

面向機(jī)務(wù)學(xué)生的低頻/模擬電子線路課程仿真實(shí)驗(yàn)的探索，需要對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)課程的每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行重新研究設(shè)定，建立實(shí)驗(yàn)庫(kù)。結(jié)合實(shí)際教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，適時(shí)合理地修正和完善實(shí)驗(yàn)范圍和內(nèi)容。仿真實(shí)驗(yàn)教研的成果可以在本校的數(shù)字電子技術(shù)和高頻電子線路等課程實(shí)驗(yàn)中全面推廣，將具有較高的教學(xué)價(jià)值和實(shí)踐價(jià)值。通過(guò)本課程仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)的能力，也可以用在后期的電子課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的專業(yè)學(xué)習(xí)中，或電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等實(shí)際應(yīng)用中，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。