基于EDA平台支撑的轨道交通信控专业电子技术课程教学

陶砚蕴+杨勇+朱忠奎

摘要： 电子电路课程是轨道交通信控专业本科人才培养的重要基础课程之一。为了适应新时代的本科层次工程技术人才培养要求，我们提出一种基于EDA平台支撑的教学模式，教师通过EDA系统对电子技术课程知识点分析讲解，学生通过EDA工具学习基础理论，掌握电路原理的验证，模拟电路的设计和典型放大电路参数，数字电路的以及逻辑系统设计与验证等、基于EDA平台完成课后练习以及课程考核，形成“基础理论+工程能力提升”的新培养模式，旨在提高学生的理论联系实际和解决轨道交通信号控制工程问题的能力。

关键词：轨道交通；信控专业；工程应用；电子电路课程；EDA平台支撑；

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

Abstract. Electronic circuit course is one of the important basic courses for undergraduate students in the electronic majors. The current teaching approaches are proposed for undergraduate education， not suit for distinguished engineers. In order to meet the requirement of distinguished engineer education， we propose a novel approach - EDA learning carrier teaching for undergraduate electronic circuit course in railway transportation majors. In this approach， teacher explains theory of electronic circuit course using EDA， and students participate in problem solving， solution verification， practice and examine （theory and practice） with EDA. It aims to promote the ability of linking theory with practice and problem solving.

Keywords： Railway Transportation； Signal and control major； Engineering application； Electronic circuit course； EDA platform support ；

1.引言

现代科技飞速发展对本科层次工科教育提出新的要求，现代工科培养目标是造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型工程技术人才，服务国家的新型工业化发展和创新型国家建设 [1]，为此，国家战略性的提出了“卓越工程师计划”。对于本科电类专业，电子电路课程是必修课程，是高校培养电力电子工程师和相关领域科研人才的最重要基础课程之一，它包括了电路原理、模拟电子技术和数字逻辑电路课程。随着电路集成度和规模不断扩大，EDA软件已成为电路设计、分析、测试和仿真必不可少的工具，EDA课程是基于EDA的电子技术实践课程，是电子技术工程师培养不可缺少的课程。轨道交通信控专业（本科）是适应新时代轨道交通大发展背景下设立的高层次人才培养专业，具有极强的工程应用背景，因此，如何实现适用于轨道交通信控专业的电子技术课程教学是该专业人才培养的关键环节。

图1给出了电路原理、模拟电子技术，数字电路以及EDA技术的知识点关联。从图可知，电路原理与模拟电子技术是紧耦合关系；数字逻辑电路与模拟电子电路的信号处理对象和分析方法完全不同，两者的直接耦合点较少；EDA技术课程与电路原理和电子技术基础紧密相关，贯穿于电子电路课程的整个体系中。

2. 电子技术课程教学的问题

1）在制定本科教学计划时，高校通常将电子电路课程和EDA技术课程开设在不同学期，其中，电路原理和电子技术基础基本为必修课程，而EDA技术课程为选修课程，有些高校甚至不开设EDA课程。EDA课程的弱化导致学生对电子电路课程所学知识的应用了解不深刻，理论联系实际不够，解决问题和动手实践的能力较弱。

2）在课堂中，学生是“听”和“看”。“听”是学生听教师的讲解，“看”是学生对课本和多媒体课件内容的阅读，目前的多媒体课件仍然以静态内容为主，少数有动态演示。电子电路课程的知识体系庞大、理论抽象、难点较多，特别是一些电路的参数复杂，输出变化多，静态课件无法帮助学生深入和理解知识点，学生收获甚微。

3）电子电路课程与电子技术发展联系紧密，电子技术的不断革新使课程必须紧跟其发展步伐。电路中许多科学问题来源于实际技术与工程问题，传统的电子电路课程教学针对的是电子技术发展中某阶段的问题，对许多新出现的问题具有不适应性，例如，对较大规模的电路分析，仅通过多媒体课件和教师讲解无法使学生对其深入的理解。

3 基于EDA平台支撑的教学模式

电子电路课程的改革和探索主要有三种，一种是通过引入EDA等技术进行辅助教学[2-3]，提高课堂效果，这类方法以EDA为辅助教学手段；其次是通过教学内容的提炼，突出重点，分层教学，是理论教学层面的改进[4]；第三种是基于项目的实践化教学，偏重实训，主要用于课程设计和高职高专教学[5-6]。以上的教学改革对象为本科基础理论教学和高职高专实训教学，与本科层次人才的培养并不适应。轨道交通信控专业的培养计划为“厚基础、重实践、求创新”，其课程教学应该有根本性的变化。

3.1 课程教学

新的课程教学有以下特点：1）教学载体和内容需适应电子技术领域的前沿发展；2）从单一的学生学习知识和利用工具变为以现代化电路辅助设计（EDA）工具为支撑的“基础理论+工程应用”模式；3）应以将提升学生的工程应用能力（特别是与轨道交通信号控制系统相关的应用）为重要指标。

基于EDA平台支撑的电子技术课程教学旨在使学生打下扎实的理论基础，培养学生独立思考意识，提高学生的实践和解决问题的能力。EDA平台支撑的教学针对轨道交通信控专业培养所提出的教学方法，是将EDA技术融入到电子电路课程的教学各环节，包括课堂讲解、课程练习和课程考核，为理论教学提供系统性教学手段，具有工程技术创新的培养特点，在原有理论教学的基础上，更强调先进性、技术性和工程应用性。

3.2 教学流程

针对轨道交通信控专业本科层次人才培养，我们提出了一种新的基于EDA平台支撑的电子电路课程教学。基于EDA平台支撑的教学以“问题提出→理论知识点（EDA工具）→ 教师讲解（EDA工具）→问题解决（EDA工具）：包括学生验证（EDA工具），练习与考核（EDA工具）”为教学链，通过以EDA为载体形式在教学链中嵌入，达到理论知识点与应用的双重教学目的。EDA嵌入式教学包含以下重要节点：

教师讲解与演示：利用EDA系统进行电子技术知识点讲解，以动静结合的方式讲解重要知识点和难点；

解决方案：思考问题的解决方案，由教师进行实例求解和讲解，学生参与部分问题求解；

学生对多种EDA系统（Multisim-电路原理，PSPICE-模拟电路，QuartusII-VHDL和Preteus-数字系统设计）的学习与使用；

验证：学生利用EDA系统对问题的方案进行实际测试和验证，在验证过程中提出新的问题，达到理论联系实际的效果；

课后练习：教师布置课后习题内容，学生利用所学知识和EDA系统完成作业，以此巩固知识点，提高问题解决能力；

课程考核：分为理论考核部分和项目实践，理论考核部分主要测试学生基本定理掌握和知识点的理解；项目实践则需要学生根据题目在EDA系统上完成方案设计、电路设计、仿真与测试，项目考核是考察学生对理论知识点的应用能力。

图2中对比了传统EDA辅助教学和新的EDA平台支撑教学模式对比。从图2中看出，EDA学习载体的教学是EDA作为与电子课程中各问题求解的手段，并不是单一的演示，是一种基于EDA平台的教师-学生的互动教学方式，而非简单的将EDA作为演示或仿真手段，这与EDA辅助教学是有本质区别的。

4.结束语

电子技术课程是轨道交通信控专业的基础必修课程，其重要性不言而喻，该课程的行业背景决定了该课程教学必须兼具理论基础和工程应用两个方面。为了适应新时代的本科层次工程技术人才培养要求，本文提出一种基于EDA平台支撑的教学模式，旨在提高学生的理论联系实际和解决轨道交通电类工程问题的能力。

References

[1] Ministry of education， China Academy of Engineering， 《General criteria for the education and training program on excellent engineer 》 2013.

[2] Wang Weidong， Qin dongcheng， Zhao Zhonghua， The introduction of EDA， to improve the teaching of Electronic Circuit Courses， Journal of Research on Higher Engineering Education， 1（2002）76-78.

[3] Gao Haikuo， Ma Shengnan， Exploration on teaching reform of electronic circuit CAD， Education Teaching Forum. 19（2014）40-41页

[4] Nie Hui， A preliminary study on the teaching method of "three cases" in the course of electronic circuit， Theory and Practice of Contemporary Education ，5（2013） 106-107

[5] Zhu Zhenghua， Reform and exploration of electronic circuit curriculum design， China modern educational equipment， 10（2007） 100-101

[6] Wang Yan， Xia Minglei，Integration project teaching of electronic circuit course，Experimental Technology and Management， 2（2012）123-125