EDA在电气控制类专业实验实践教学中的应用.pdf

:./.在电气控制类专业实验实践教学中的应用解兆延 潘为刚 李小伟 刘广敏 王雪娟山东交通学院轨道交通学院 山东济南 摘 要:电气控制类专业课程体系中包含课程实验和实践课程等大量的实践性内容对培养学生工程实践和创新能力起着关键性作用 本文将嘉立创 软件引入实验实践教学环节以“电路原理”和“电子工艺实习”两门课程为例展现了 软件在实验实践教学中的应用流程 通过 软件让学生理解了电路仿真、原理图绘制、设计及工艺和焊接调试等内容 该软件的应用切实增进了学生对电子产品设计及制造过程的理解在实际教学中得到了较好的实践反馈关键词:嘉立创 技术实践实验教学 :.:工具是电子设计自动化()的简称 技术是电子设计自动化技术将计算机作为重要的工作平台发挥硬件描述语言的作用针对系统逻辑进行全面细致的描述和说明并通过一系列的程序更好地完成编程下载等工作 技术是现代科学技术不断更新和优化的重要产物其中主要是电路设计、系统仿真与系统分析这三个部分的内容能够充分有效推进电子信息专业教学活动的顺利开展全面提升整体的教学水平新工科背景下国家对工科电气控制类专业提出了更高的要求尤其是更加重视实验和实践教学 电气控制类专业涉及较多方面的教学内容同时需要采用较多的教具将 技术积极应用在该项课程教学活动中能够起到良好的效果 首先 技术的应用多是采用了计算机这种教具推进电路的设计和演示活动顺利开展不需要购买更多的演示教具促进教学成本得到良好的节约节省了较多教学资源其次 技术充分发挥了现代教学优势能够以更为直观和形象的教学手段展现出丰富的教学内容这在激发学生学习兴趣方面发挥着积极作用 在教学过程中通过引入 技术一方面学生可以在直观性的学习过程中更为全面细致地观察到专业知识和内容另一方面教师通过 技术可以更为科学合理地设计教学内容提升教学活动的趣味性吸引学生的主动性 因此在教学过程中教师将 技术应用到专业课程教学中对提高学生学习的积极性和提升教学质量有很好的效果 嘉立创 简介嘉立创 是一款基于浏览器的 设计工具用户使用时无需安装直接通过浏览器就可以使用同时也提供了桌面客户端供用户安装使用支持、和 三大主流操作系统 同时该 软件拥有超过 多万在线免费元件库并实时更新可在设计过程中检查元器件库存、价格和立即下单购买缩短设计周期嘉立创 软件目前有两个版本分别为 专业版和 标准版 标准版面向学生、教育功能和使用上 科技风 年 月创新教学更简单专业版面向企业、团队功能更加强大约束性也更高 下面将从实验教学和实践教学两个方面详细介绍 软件的标准版在电气控制类专业实验实践教学中的应用 实验教学应用探究该 软件标准版在仿真模式下具有电路仿真功能方便用户对实验电路的验证和调试 实验教学方面以“电路原理”课程“基尔霍夫定律验证性实验”为例首先制订了一套“理论分析电路仿真实验验证”式的实验指导方案将嘉立创 标准版软件的仿真功能有机地融合到课程实验教学中具体实施过程如图 所示图 基尔霍夫定律实验教学设计流程图本实验以两节课 分钟时长为例包括课堂部分 分钟和课下部分 分钟涵盖基尔霍夫定律验证的理论分析、电路仿真和实验验证三部分内容按照课前预习、课中验证、课后总结的实施路径开展教学.课前预习环节课前教师通过雨课堂发布相关实验电路的预习任务要求学生利用所学知识对电路进行理论分析 学生在实验前利用所学电路知识和分析方法对实验电路进行理论计算图 课前发布预习任务.课堂教学环节.知识回顾回顾基尔霍夫定律的主要内容 通过雨课堂随机点名让学生对课前预习任务的电路分析结果进行基尔霍夫定律验证小组讨论、分析电路的分析结果是否正确.电路仿真教师布置基尔霍夫电压定律验证电路仿真实验任务学生利用 软件搭建仿真电路完成仿真实验 教师引导学生进行理论计算数据和电路仿真数据的对照分析进一步验证理论计算是否正确 同时在教学过程中结合 仿真实验内容补充我国 软件技术及产业发展情况适时引入思政元素激励青年学生科技报国肩负起发展和振兴技术产业重任图 电路仿真设计图.实验验证教师布置基尔霍夫电压定律验证实验任务 学生使用电路原理实验箱的基尔霍夫定律功能模块完成基尔霍夫定律的验证并记录实验结果 通过帮助实验存在问题的学生分析实验结果不理想的原因培养了学生的自主探究能力、动手能力、思考分析问题能力、创新能力及团队合作能力同时培养学生实事求是、客观、严谨的科学态度.分组讨论教师引导学生对理论计算、电路仿真和电路实验的数据进行分析思考数据出现误差的原因 通过该部分实验课程让学生对比理论计算、电路仿真和实物验证实验结果对误差原因进行分析引导学生在今后的学习过程中要理论联系实际养成知行合一的习惯.总结归纳教师进行答疑帮助学生分析、总结、归纳实验结果学生整理实验数据撰写实验报告.小结近三年在线下的课内实验实施过程中教师通过引创新教学科技风 年 月入国产 仿真软件替代原有国外的电路仿真软件作为线下实验电路仿真环节的软件工具潜移默化地引导学生接受并习惯和喜欢去使用国产软件此外在线上线下结合的授课过程中也可以将 软件的云端共享工段引入日常的教学中利用软件的在线仿真和网络共享功能通过线上的形式较好完成了授课过程中在线仿真实验的开展取得了良好的效果 实践教学应用探究本环节以“电子工艺实习”课程为例详细介绍了应用该 软件的教育版开展教学实施的情况 与以往的电子工艺实习实施过程不同本次实习采用电子设计制作全流程融入教学的方式开展具体的实施过程如图 所示同时在教学过程中通过该 软件的教育版的引入充分发挥该软件教育版针对教学的一些功能简化整个实习过程中的任务下达、团队管理与成果验收等流程图 电子工艺实习实施流程.原理图设计以“音乐律动”项目为例整个项目设计难度逐渐增加学生完成从模仿到创新的整个设计过程 首先学生根据教师发布的参考图纸将原理图所需元器件通过原理图库查找调取相应元器件符号后放置于图纸中其次学生通过编辑元器件符号名称、编号和元件的 封装放置完成后再将元件通过导线和网络标签完成连接最后对设计电路进行 校验完成作品原理图的绘制设计完成后的原理图如图 所示图 “音乐律动”原理图.设计项目原理图绘制完成之后选择“菜单栏设计”将原理图中的元器件按照选定的封装导入 图纸然后设定好项目 的尺寸再设置 走线宽度、元器件安全间距和过孔内外径尺寸等设计规则 设置完成后按照元件的电气连接关系进行 的绘制 设计完成的 如图 所示图 “音乐律动”.制作通过嘉立创下单助手制作 样板 样板具体参数如右表所示下单参数选择如图 所示 主要参数列表基本信息具体参数板材类别板子尺寸.()板子层数 层板子厚度.()图 制作参数选择 科技风 年 月创新教学.焊接调试在 制作完成后学生在教师指导下根据电路原理图、图装配图导出材料清单表采购对应的元器件然后在学校实训场地将元件有序地安装、焊接到 板上教师在学生调试焊接调试过程中给予充分指导引导学生积极思考解决在调试过程中遇到的各种问题最终所有学生都会完成原理图和 的设计工作并将 制作出来 在后续的焊接调试过程中以上的学生能够完成作品成品调试工作 同时在项目调试过程中学生也会针对出现的问题重新修正设计最终完成项目整个过程.应用小结本节将 软件教育版本引入电气控制类的实践教学环节旨在提升实训效率和质量通过电路设计和实物制作让学生们能从实训项目中体会理论与实际的结合提升学生的动手能力、设计能力及工程能力 整个 软件将元器件选型、生产制造、焊接有机结合起来使得项目的需求、设计、采购、生产制造和焊接设计流程有效衔接让学生从单一的电路板设计逐渐向完整的产品设计、生产制造流程体系进阶从而提高学生工程能力和实践水平 思政元素在课程实验和实践教学过程中教学团队重点介绍了 行业背景知识通过对比几款主流的 电路仿真软件的优缺点使学生清醒认识到我国与其他国家在 电路仿真和设计软件方面的技术差距和国产化的替代难度激发学生科技创新的决心通过讲述国内 设计软件开发团队的拼搏奋斗史教育学生要“敢闯敢干”把小我融入大我将个人发展与国家命运相结合在传授知识的同时激发学生家国情怀牢记科技报国和交通强国的使命担当结语新工科背景下通过引入国产 软件 嘉立创采用新方法、新理念融入课程的实验实践教学将 工具和实验实践教学相结合不断尝试提升整体学生实践水平和动手能力更好地发挥学生主观能动性对培养学生解决实际问题、培养学生的创新思维、提高创新能力、形成科学合理的产品设计思路和理念具有一定实际意义参考文献:孟祥斌尹长勇郎东革.课程项目教学法的应用研究与实践.沈阳工程学院学报():.郭婧刘义亭黄家才.技术课程项目化教学的研究与应用.中国现代教育装备():.周春梅.技术在高校电子信息教学中的应用.清华大学教育研究():.钟登华.新工科建设的内涵与行动.高等工程教育研究():.高旭东徐泽清张立.关于 技术应用于数字电子技术实践教学改革的研究.科教文化():.陈燕.新工科研究进展与前瞻.天津大学报(社会科学版)():.孙艳敏贾晓静朱卫东等.技术在数字电子技术教学中的应用.电气电子教学学报():.韩超.电子信息工程专业教学中 技术的应用.通讯世界():.郭秀梅王成义张萍.浅谈新工科背景下电子信息类课程群建设.教育教学论坛():.张占东姚利花.适应新工科建设的机电专业实践教学改革实践.大学教育():.倪德克师亚莉朱旭花等.技术在数字电路课程设计教学改革中的探索与实践.大学教育():.蒋智钰谭晓玲.浅谈 技术在教学实践与发展中的应用.山东工业技术():.杨伟龙顺宇邝国旺等.立创 教育版软件在电子信息类课程实训中的应用.科技论坛():.龙顺宇杨伟邝国旺等.立创 软件在电子工艺课程 共射放大电路实训中的应用.电子制作():.孟瑞生等.手把手教你学做电路设计 基于立创.北京:北京航空航天大学出版社.基金项目:年山东交通学院教学改革研究项目“基于国产 软件的电气控制类专业实践实验教学项目研究与实践”(项目编号:)年山东省本科高校教学改革研究项目“创新创业教育引领的智能制造产业链相关专业实践体系构建与实践”(项目编号:)年山东省研究生教育质量提升计划和研究生教育创新计划项目“嵌入式系统教学案例库建设”(项目编号:)作者简介:解兆延()男硕士副教授研究方向:电路原理、电路设计、单片机技术及其应用创新教学科技风 年 月