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由于集成电路技术和计算机技术的高度发展,设计自动化的观念和EDA工具的使用水平已成为度量工程师能力的一个重要方面。国内各高校都投入了大量的人力物力建立EDA实验室。EDA实验环境的硬件、软件和服务水平在某种程度上已成为衡量该校硬件水平、教学水平和办学水平的一个重要标志。我校在教育部电工电子教学基地的建设过程中,始终对EDA的教学和实验环境的建设给予了足够地重视,专门成立了EDA(实验)中心,旨在负责全校EDA实验教学,EDA项目开发和新技术推广工作。经过近两年的建设,EDA中心已初具规模,为全校的EDA教学提供了良好的实验环境,促进了我校电类现代化课程教育的发展。
1EDA实验环境的建设
EDA(实验)中心的建设起始于1998年初,学校先后投入资金近百万元,第一期工程建立起配备有40台Pentium166MMX微机的多媒体实验室和硬件实验室各一个;1999年进行了第二期工程,又建起了一个包含40台PentiumⅡ400微机和两台专用服务器的网络实验室和一个管理办公室。并进行了软件建设和有关实验项目的开发。到目前为止已建立起的软硬件环境如表1。
在EDA中心的建设中,我们遵循以下原则:
(1)创建一流具有EDA特色的实验环境。EDA的实验环境的好坏在某种程度上直接影响电类学生对现代化技术的掌握,同时EDA的实验环境也是一个窗口,代表了一个学校现代化教学的形象。EDA中心的建设不应等同于一般的计算中心或机房的建设,应该具有EDA特色,那就是要有丰富的EDA软硬件支持,要有得力的指导开发力量。为了建设好一流的EDA实验环境,我们成立了专家指导小组指导环境的建设,并多次派人到EDA教学较好的学校去参观学习。为了体现时代的特点,我们将中心80台机器内部互连,整个内部网络完全按照Internet技术规范设计,能提供全套Internet服务。中心内部网络还通过Linux网关与校园网相连。服务器采用WindowsNT4.0、Linux5.0、Net-ware3.12,工作站安装了DOS6.22、Win-dows98(中、英文)、WindowsNT、Linux等操作系统。
(2)严把质量关,高质量完成建设。EDA所有软硬件设备的引进都经过认真市场调查研究,并严格的检测,对不合格的产品坚决清除。如曾进一批微机,检测后发现配置与样机不符,立刻退货,重新购置。软件的建设对EDA来说是体现特色的关键性建设,尽管EDA软件投资较大,为保证实验质量,划出专项资金,引进许多最新的正版EDA软件。
(3)加强外联,寻求多方支持。EDA教学的开展需要许多方面的技术支持,为了做好这方面的工作,我们加强了校际之间的技术交流以及与EDA软硬件开发商家的联系,可以从中得到了许多必不可少的帮助,如东南大学赠送给我们不少非常有用的EDA软件和设备,美国Altera公司通过其大学项目赠送给我们专业版和网络版的Max+PlasⅡ软件开发工具等。
(4)鼓励师生开发EDA教学项目。我校EDA教学项目的开发进行得比较早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加强了这方面工作的开展,目前已自行开发并用于教学有ISP和FPGA等实验装置,全定制的A-SIC实验环境也正在紧锣密鼓地准备中。
(5)勤俭节约,变废为宝。EDA的某些硬件实验对微机要求并不高并且有可能对微机产生伤害,为此我们从校计算中心等地方找来约20台淘汰了的386和486微机,建成了硬件机房,很好地解决了这类问题并节约了不少资金。
2EDA实验环境的管理
我校的EDA实验环境主要面向电子工程系和自动控制系学生,行政上挂靠电子工程系。为了便于协调管理,两系分别任命了兼职正副主任负责中心的建设和日常管理。
在EDA(实验)中心的日常管理中我们努力做到:
(1)全心全意为EDA教学服务。EDA(实验)中心建立的主要目的之一就是为全校师生的EDA教学实验提供方便。为了做好服务工作,我们尽力满足师生的要求。如有教师希望通过网络授课,我们引进了Lanstar网络教学系统软件。有教师需要提供语音教学服务,我们购买了无线话筒。有一些国外引进的EDA软件需要用英文操作系统,中心工作人员经过多次试验,使中英文操作系统能够方便地切换。中心的Internet网及打印机等设备也均向师生开发。
(2)开放式的实验环境。中心除正常设备维护日外,保持全日制开放。开放时除了安排一般值班人员外,还经常安排对EDA技术熟悉的教师或研究生进行现场指导,学生可以自由地上机实习。
(3)不断推广EDA新技术。EDA技术的发展速度非常快,我们利用中心与外界联系较多的优势,不断向师生推荐EDA新技术和新方法。如我们曾请经销商来介绍最新版本的PADS、EWB等EDA软件的特点和使用方法,与东南大学EDA实验中心合作举办了两期全国性的EDA研讨班。
3效果分析
(1)EDA中心自投入使用以来,已为电类专业的学生开设了“电路”、“电子线路”、“数字电路”、“信号与系统”等十多门课程的上百个实验,部分实验还延伸到非电类专业的“电工学”课程中;每年还有几十名本专科生和研究生在这里进行毕业设计和课题上机。总上机时数已达4万机时。
(2)EDA中心的构建,推动了我校多门类课程的教学内容、教学方法的改革。就数字电子课程而言,迫切需要充实现代化的设计思想和设计方法,EDA中心的服务为此创造的必要的条件。由于EDA中心的大量工作,使教师可以在课常上集中精力和时间与学生一起共同体验前人创造知识的途径与方法,而把一些繁琐的计算交给EDA工具,学生通过EDA工具的使用去实践他们在课堂上学到的方法和思路。对电路分析、模拟电子线路、数字系统设计等课也起到了同样的作用。
(3)开放式的管理,方便了学生,激发了学生的学习热情和求知欲。如有一位在给电类提高班讲课的教师发现,原拟定通过Lanstar授课系统对学生讲授EWB的使用方法,结果在现场却发现,不少学生已初步学会了EWB的使用,其原因是他们已主动地到EDA中心,通过自学,进入了EDA环境。这是一个学生主动学习的例子。通过这样的学习客观上提高了学生的自学能力,反映了他们高度的学习热情和求知欲,这也为他们将来自行掌握更现代化、更复杂的EDA工具打下了基础。
(4)EDA中心成为学生第二课堂的场地,培养学生从事科学研究的能力。如数字系统设计的老师利用EDA中心进行电子设计竞赛,取得很好的效果,受到了学生的欢迎。
2自动化技术在电子信息工程设计中的逐步应用
自动化技术,是一种综合了信息技术、控制技术、电子技术等一系列高新科技的混合体,其在一定程度上,代表着尖端高新领域的发展。自动化技术由于其在控制领域的巨大创新,受到了现代工业的广泛应用和追捧。因此,将自动化技术引入电子信息工程设计中进行应用,获得了业界的一致认可。
2.1引领电子信息工程设计朝着机械化和一体化的方向不断发展
自动化技术中最突出的特点就是,能在最大程度上用机械代替人力进行一系列工业生产和发展。因此,自动化技术的应用,在一定程度上能够直接体现项目、工程的机械化程度,这也正是其受到广泛应用和追捧的主要原因。而电子信息工程单纯是由计算机技术和电力电子技术等高新科技支撑、发展的,电子信息工程设计在一定程度上缺乏相应的机械一体化能力。因此,两者之间存在着诸多不可避免的联系,与此同时,将两者进行有机的结合在一定程度上是一个发展的契机,一方面,可以促进电子信息工程设计朝着机械化方向大力发展;另一方面,还能在一定程度上提高电子信息工程设计的效率。因此,在电子信息工程设计中逐步应用自动化技术是一个不可多得的明智之举,是工业发展的必然要求。
2.2进一步提高电子信息工程设计的智能控制能力
众所周知,电子信息工程设计是通过对电子设备的研究、设计及其开发等手段,进而对电子信息进行一系列有效的控制和处理。总而言之,电力信息工程设计是基于信息,进行一系列操作运行的。而自动化技术在信息的储存和处理上有着引人注目的骄人成绩,因此,在电子信息工程设计中引入自动化技术能在根本上改善提高其对于信息的智能化操作水平。换而言之,自动化技术和电子信息工程技术的融入能在最大程度上改善、提高对于信息的智能控制能力。
2.3在电子信息工程控制方面的提高
对于电子信息工程设计而言,电路分析和计算机控制这两部分尤为关键。而自动化技术在电路分析和设计方面有着不可忽视的主导地位,例如:三相电力、互感电路以及双口网络。也就是说,一旦自动化技术开始应用于电子信息工程设计,自动化技术在各方面电路的高超本领也将注入电子新型工程设计。而计算机控制本来就和自动化技术有着密不可分的联系,因此,自动化技术的全力支持对于计算机控制的提高是不可或缺的。总而言之,自动化技术在电子信息工程设计中的应用,能够电子信息工程控制方面带来极大幅度的提高。
2.4辅助电子信息工程的具体设计
自动化技术的应用,对于计算机设计效率的提高而言,存在着关键性作用。自动化技术能够从根本上改善原本效率低、准确性低的陈旧计算机制图方法。因此,在计算机制图方面,一旦应用了自动化技术,设计者只需在固定程序中输入所采用的数据和规模,计算机就能自动输出设计。并且,其对于制图方面的应用涵盖了建筑、纺织、电子等方方面面,这能给我们带来极大的便利。因此,自动化技术在电子信息工程设计中的应用,能够在最大程度上提高其工作准确度和工作效率。
2.5引领电子信息工程设计走向更好的明天
自动化技术所涵盖的技术领域和其技术能力,是迄今为止最广和最高的。这也能从侧面说明,在电子信息工程领域大面积应用自动化技术是时代要求,是大势所趋。例如,在信息处理方面,现阶段除了自动化技术之外,没有任何技术能对信息处理的如此全面和高效。在智能操控方面,也没有任何技术能够超越自动化技术的完美操控。与此同时,在计算机处理方面,自动化技术对于制图的辅助能力也是其他技术所无法匹敌的。而信息的高效操作能力,工程的智能操控手段以及对于计算的制图的辅助,对于电子信息工程设计而言都是必不可少的一部分。因此,在电子信息工程设计中大力推广及应用自动化技术是大势所趋,是社会发展的必要进程。
3结束语
总而言之,无论是电子信息工程的设计,抑或是自动化技术,两者对于我国工业的发展都存在着至关重要的作用。任何一方的缺失都可能会,造成工业发展的滞后甚至停滞。因此,只有在电子信息工程设计中全面应用自动化技术,在最大程度上将两者进行一个有机结合,才能使两者完好的发挥出各中高效作用,进而才能推动着我国工业的快速进步。
作者:王玲 单位:西安铁路职业技术学院
引用:
2电气工程及其自动化中存在的问题
2.1能耗大。虽然电气工程自动化技术的出现为人类的发展进步做出了巨大贡献,但是我们不能因此就看不到其本身存在的弊端,其中,摆在当前最为棘手的问题就是对于能源的消耗过大。在电气工程自动的发展系统本身带有复杂性,被应用的范围逐步扩大,对于能源的需求量也与日俱增。电气自动化是以消耗电能为主,作为当下最为先进的技术之一,对其本身最为基础的要求就是要做到在运作过程中保证误差小,并且准确有效,所以,就需要大批量的电气设备共同运作,如此,对于电能的消耗可谓是不计其数,与我们国家提出的走绿色节能的可持续发展道路存在差距。2.2质量水平较低。就现阶段的发展而言,电气工程自动化技术已经得到的飞速的提升,但纵观整体发展情况而言,其质量水平还处在发展低端。尤其是最近几年,人们对于生活追求的品质不断攀升,相应地也加大了对电气自动化水平的要求,但是我国对这一领域研究的时间还不是很长,对于相应的管理流程和先进的发展模式还不能很好的予以把控,特别是在自动化工厂的生产环节,相关人员只关心结果而忽略过程中的质量问题。但是,众所周知的是,如果电气的生产质量得不到有效的保证,就会发生一系列的用电事故,严重的会造成爆炸、火灾等重大安全事故出现,需要引起人们的深思。2.3集成化程度低。 顾名思义,集成化的主要运作原理就是把所有需要的东西做还集合工作,上文已经提到过,虽然电气工程自动化近年来的发展势头迅猛,但由于起步过晚, 虽然在努力的向集成化方面靠拢,确切的来说,现在还处于自动化阶段,技术水平发展有限,集成化技术还不成熟,各个体系和功能之间还无法做到有效的集成连接。所以,还达不到及时实现资源的有效共享,在一定程度上影响了电气自动化功能的发挥,使电气自动化工程技术滞后。
3对电气自动化工程中节能设计技术
3.1减少线路传输产生的耗损。由于无法对线路上的电流做出改变,所以也只能通过减少电阻来有效降低电能在传输中产生的耗损。所以,可以从这几方面做起,减少导线电阻:(1)使用功率较小导线;(2)使用相对较短的导线。这样做可以避免在布线过程中少走弯路,减少人员的工作量,有效减少电能耗损,同时在安装变压器时候与负荷中心保持较短的距离,也是减少供电的距离;(3)使用截面积大较大的导线,如果条件允许,可以选用较大截面积的导线,有效减少电阻产生的耗损。3.2无功补偿。电力系统在运行的过程中,配电设备中的无功功率占有较大的容量,所以存在较为严重的电能耗损的情况,不仅影响到电压,还对整个电能的质量造成不良的影响。对使用者来说,无功功率主要表现在功率低,尤其是当功率过低的时候,用户需要向相关部门缴纳一定的罚款,因此如果说能够使用合适的无功补偿设备,就可以保证功率的平衡,有效提高供电质量。工作人员在操作中要尽量减少对电能不必要的耗损,从而确保电气工程的安全运行。如果导线受到电阻的影响,那么由电机产生的电能就不能被变压器更好的吸收,同时没被吸收的那些电能在电流传输的过程中会被释放出来。同时由于无功功率产生了一定的作用,因此可以让电容器和无功功率进行抵消。利用电气相关设备在进行无功补偿时候,有几处要格外注意:(1)利用电容器在进行无功补偿的时候,一定要根据电压容量,电压负荷,自然功率,目标功率等参数来确定电容器的容量,同时如果在无功补偿的环节中发现产生了谐波,需要通过串联定量电抗器来消除谐波;(2)以参数的物理量来确定无功的电流,功率的参数,从而有效避免投切振荡现象。
4结束语
综上所述,电气自动化对于节能设计的要求是为了响应绿色生产的理念,也是为了响应可持续发展的需求,同时也是时展的必然趋势。虽然我国现阶段在电气自动化的节能设计中取得了显著的进步,但是随着社会的发展,电气自动化节能技术仍然需要进行不断完善和发展,不断优化配电设计,在科学利用电力资源的同时,还需要不断提高电力系统的运行效率,并最终达到节能的目的。
作者:吴尚坤 单位:山东钢铁集团日照有限公司
参考文献
传统书籍的阅读载体是纸质,主要记载了图片、文字等信息,而电子书籍则是以光盘、U盘等为载体,主要记载了动画、文字、图像还有声音等信息。传统书籍由于受到纸质媒介的限制,其形态主要是以印刷输出,比较固定,而电子书籍则是通过手机显示屏、MP5、掌上阅读器和电脑等电子载体显示书籍内容,其中信息更加丰富,除了文字、图片等,还有活动影响和声音等,更加灵活。除此之外,电子书籍还具有快速查询功能和快速检索功能,从传播速度上来说,电子书籍也更加的快捷,给人们的阅读带来了很大的方便。甚至有专家预言,随着电子科学技术的继续发展,之后电子书籍将会完全取代传统书籍。
2.两者阅读习惯有很大的差异
传统书籍的记载由于受到纸质的限制,记录方式比较抽象,人们阅读起来需要对书籍中的文字和词语等进行深层次的理解、组织和思考,很难获得阅读的愉悦感。而电子书籍则能够直观的表达思想内容,并通过影像、声音、图片等给人们的视觉和听觉造成直接的刺激,变抽象为具体,变复杂为简单,从而更有助于读者进行理解和接受。在科学技术发展的推动下,社会呈现信息化的趋势,在这种背景下,人们开始追求文化速食、新奇时尚以及感官上的愉悦,电子书籍正好满足了人们的这一需求,因此逐渐开始取代传统书籍。而阅读模式与阅读思维是相辅相成的,阅读模式发生转变必将会对人们的阅读思维产生影响,在信息化时代下,人们将会逐渐改变文字类逻辑表达的思维方式,而开始以来电子书籍提供的图像、视听类信息,从而转变阅读思维模式。
二、动漫电子书籍情感化设计的措施分析
1.本能水平的情感吸引
本能情感是指瞬时的情感效果,也就是说当人们在第一眼看到事物的时候心里所产生的情感。在人的行为趋向中,本能情感具有较强的支配能力。人们首先对事物进行观察,如果本能情感是喜欢,就会产生好感,并对其表现出巨大的兴趣和热情,进而产生主动与之发生进一步交流和互动的欲望,然而如果本能情感是讨厌,那么就会产生消极的心理,缺乏与其发生深层次的交流和互动的趋向和意图。动漫电子书籍设计中,情感设计是一个基础环节,在设计中,要以读者为出发点,根据他们的喜恶,在书籍的整体外观设计上寻找突破点,从而能够激发读者的阅读兴趣,使他们产生本能喜爱,进而产生强烈的情感吸引。动漫电子书籍的外观形态是它的第一传递信息,它往往是读者本能情感的决定性因素。一般来说,动漫电子书籍的阅读对象都是年龄较小的儿童,他们热爱大自然以及小动物和花鸟虫鱼等,同时也喜欢童话世界。那么在设计中我们就可以运用仿形法模仿、加工并创造孩子们喜爱的形象,更容易获得读者的喜爱。例如在动漫作品《小鲤鱼历险记》电子书籍的设计中,可以将外形设计成儿童喜欢的小鲤鱼的形象,并将电子书籍的功能按钮设计成小水母美美、海马阿酷等与小鲤鱼一起历险的朋友们的形象,这样就容易使读者觉得更加有趣,情感上也更加亲切,从而激发主动、积极的阅读兴趣。
2.行为水平的情感化设计
行为情感主要是指在使用过程中,产品的功能设计给人带来的情感体验。也就是人们的使用产品的过程中所产生的切身感受,在产品的设计中要求产品不仅要具有易用性,同时也要具有趣味性,只有这样的设计才能使人在使用中产生愉悦的情感体验。动漫电子书籍中的行为水平的情感设计也是一个非常重要的设计环节,同时也是设计中的一个中心环节,它能够将书籍的阅读功能、趣味功能以及娱乐功能完美的结合在一起,不仅具有承上的作用,同时还具有启下的作用,因此非常关键。在以行为水平的情感为基础的设计中,要求动漫电子书籍一方面要读者提供全方位的多功能阅读服务,发挥电子书籍的功能优势,另一方面还要根据读者的年龄特点和情感特点,在书籍设计中灵活的运用游戏等方式,加强书籍阅读与读者之间的互动性,从而使读者获得完美的阅读情感体验。从色彩设计上来说,首先色彩要有利于保护读者的视力健康,并且色彩搭配要以恰当、和谐、适度为原则,要符合人的色彩审美标准。除此之外,还要对文字与图像等之间的呈现关系进行巧妙的处理和融合。另外,在设计中还要注意为读者提供方便、快捷、舒适的全方位视听服务,充分利用数字多媒体功能,运用情感化的设计语言,将书籍动态设计与静态设计有机结合起来,加强动漫意境的情感表达,使读者产生身临其境之感。最后电子书籍还可以开设一个自我创作的版面,在这个版面中,读者可以自主的根据自己的喜好来对图画进行描绘,然后将作品保存起来,可用作举办个人画展等,从而使读者更好的享受现代科技给他们带来的独特情感体验和全新阅读感受。
3.反思水平的情感记忆
数字化时代,对电子书籍设计者提出了更高的要求,要与时俱进,丰富自身的艺术修养,才能使电子书籍设计更好地发挥自身的优势,创造出新时代的特征。由产品本身引发的用户情感共鸣以及感动等,就是我们所说的反思情感。反思情感是产品本身对用户的一种感动,往往决定了一个人对产品的总体印象和评价。例如,迪士尼卡通形象作为动漫中永恒不变的经典,它受到了一代又一代人的喜爱,这主要是因为它满足了儿童对美好事物的幻想,能够带给他们深刻的情感共鸣和情感记忆。动漫电子书籍在情感设计中也要充分运用这一设计思想,要力图带给读者一份感动和永恒不变的情感记忆,给读者留下美好的、深刻的印象。这就要求动漫电子书籍在设计中,在本能情感吸引和行为情感体验的基础之上,还要对读者的内心最深处的情感需求进行探索和研究,将书籍作者想要表达的情感与书籍情感设计完美的融合在一起,并以读者最容易理解和接受的方式表达出来,从而实现书籍与读者之间的更深层次的情感互动和交流,为读者创造他们喜欢的阅读情境,在游戏中体会现代阅读的快乐,最终达到情感设计的目的。
1电气工程自动化现在的状况
(1)电气自动化系统集成性不强。电气自动化系统集成是电气自动化系统功能提升的必经之路,我国目前一些电气自动化还处在多岛自动化的层次,多岛自动化具有互不连接、功能单一、信息独享的缺陷,不能充分发挥电气机动化的功能和作用。
(2)电气自动化的网络构架不统一。电气自动化的发展方向是建立高效、快捷的电气工程师及自动化系统,但目前很多企业自身网络构架不尽相同,使得依托于网络结构而发展的电气工程自动化的发展受到了阻碍。另外不同企业和商家在软、硬件产品交换过程中,因为程序接口的不一致,影响企业数据和信息的传输交流,进而阻碍了企业数据和信息的共享,使电气工程及自动化系统在实际运行中无法发挥应有的效应。
(3)电气自动化技术的使用过于受主观支配。不同的企业在对电气自动化技术的实际应用和开发中,由于技术人员思想理论及技术掌握程度的不同,过分根据技术人员主观习惯和意识支配,系统的开发平台各有不同,进而导致电气工程及自动化的实际设计、实施、运行和维护中的程序和成本增加,增加了系统整体的运行费用和负担。
2电气工程自动化的应对和改进措施
(1)从科技化方面,科技化是指电气自动化的发展应当出现实用性新技术、新材料、新产品。本着自主创新的思想,以节能降耗为切入点,积极推广应用节能降耗新技术、新方法、新工艺,在材料的使用,技术的使用等方面力求创新,采用信息技术、计算机技术、网络技术与自动化技术等高新技术,研发新产品。
(2)从信息化方面,信息化则是指信息技术在电气自动化的地位应更加突出。电力设备的设计、制造和运行中广泛应用的计算机优化与仿真技术,人工智能分析的广泛应用以及电气工程中广泛使用的网络通信技术,都充分展现了信息技术爱电气自动化中起到的重要作用。
(3)从开放化方面,开放化则是要与外界建立一个接口,实现与外界网络的连接。计算网络是实现信息实时交换和共享的重要基础设施,也是实现管理、决策、设计、控制和制造一体化的关键,它已广泛应用于电力系统各元件和局部系统的管理、监视、调节和控制上,是电力系统信息管理、远动技术、调度自动化等方面的核心。
二、电气工程自动化系统中的节能技术
(1)选择合适的变压器。变压器会因铜损、铁损、空载损耗和负载损耗等因素造成许多电能的浪费,但是变压器在供配电系统中的运用又非常广泛,所以变压器选择得好可以有效地实现节能的目标。总的来说,选择变压器可以从以下几个方面考虑:首先是要将变压器自身的消耗降到最低,这就是选用单相的自动补偿设备,使流经的三相电电流保持平衡,消除或降低负载的不平衡性,从而实现变压器自耗最小;其次是要选择有较好节能特征的变压器,进一步减少变压器有功功率的耗能。
(2)减少电能在传输中的消耗。电能在进行传输的途中,导线里的电阻就会造成一定有功功率损耗,这是无法避免的。但是,整个途中线路上的电流是保持不变的,因此要想减少电能在途中的浪费,只能使导线所带的电阻尽可能的小。由电阻的推导公式可知它和电导以及导线的长度是正比关系,和导线的横截面积是反比关系,所以可以通过以下的途径来减少导线的电阻:第一,合理的布局,避免导线走弯路或回头路,尽可能降低导线的长度;第二,选择电阻率比较小的材料制成导线;第三,同等条件下要选择一些横截面面积比较大的导线,这样可以有效降低电阻;第四,使变压器和负载中心尽量靠近,使供电的距离减少。
(3)使用有源滤波器。在实际的操作中常常会发生误动作,所以要消除谐波来避免或减少电气设备的误操作,而最高效的方法就是运用滤波器。造成误动作的因素主要就是越来越多的电气设备,其带来的谐波也随之增加,但是产生的谐波与基波在电网阻抗上会重叠,从而使电压形成畸形,由此导致电气设备误动作的产生。
(4)采取无功功率补偿。整个供配电系统是由升降压变压器、输配电线路、用户电力负荷以及配电变压器等多个环节形成。电能通过电流的形式流动于整个电力系统,为终端客户提供电能的同时必不可免的会有能量的浪费,其中无功功率占据着比较大的比例,不仅降低了整个电路的电压,而且会影响电网的经济运行和降低电能的输送质量。而无功功率在终端客户那里最直观的反映就是功率因数降低。若其功率因数低于0.9,那用户就要缴纳罚款,从而增加了用户用电的成本。所以实际操作时可以选用合适的无功补偿设备来增加功率因数,让无功就地实现平衡,从而使电力系统的电压能够保持相对稳定,进一步提高电能的质量,实现绿色节能的目的,还可以使经济效益提高并为社会效益提供支撑与保证。在电力系统运行时,若使用无功功率补偿,就要达到如下要求:首先就是后来的投切开关和在旧的补偿电容里的循环投切要按比例进行分配,这些都没有办法达到理想补偿效果;其次是电容器的容量大小,要参照配电电压容量以及自然功率因素等参数,并且加以计算而得来,若在补偿时会产生谐波,就要串联相应数量的电抗器,借此来消除线路中的谐波;最后就是在确定投切参数的时,最好是选用无功功率,这是为了能有效地避免过度补偿、无功倒送和投切震荡。目前使用较多的模糊投切就取得了很好的效果,不仅能有效调节平滑,并且跟踪准确性很高,应用范围很广。
三、电气自动化节能设计技术的实际应用
要想实现电气自动化节能的目标,最重要也是最先要完成的就是要很好的完成电气工程的电气设备以及安装工艺的设计。只有完成了这些才能在未来成功的利用电气自动化来实现节能的目的。
(1)提高电气系统的运作效率。在选择电气系统的设备时,最好选用那些节能设备,这是为以后节能减排做好了基础和铺垫。同时实际操作中还可以运用补偿无功、均衡负荷和降低电路损耗等途径来实现在电气系统运作过程中的节能目标。比如说,可以在配电设计过程中,利用适当的调整负荷以及选用合理的设计系数等方法来达到目的。通过这种途径能确保电力系统在安装以及运作的过程中,有效提升电源的综合利用率并提高设备的运作效率,从而实现减少电能损耗的目的。
(2)优化配电系统的设计。电力系统的服务宗旨就是为安装此电气系统过程中要用电的设备提供所需的动力。所以,在整个配电设计过程中首先要实现的最低要求就是要将电力系统的适用性充分考虑在内。适用性,简单来说就是能对电气设备的有效控制做出相应的保障,还要达到用电设备对供电设备以及负荷容量等因素可靠性的要求。其次是电容器的容量大小,要参照配电电压容量以及自然功率因素等参数,并且加以计算而得来,若在补偿时会产生谐波,就要串联相应数量的电抗器,借此来消除线路中的谐波;最后就是在确定投切参数的时,最好是选用无功功率,这是为了能有效地避免过度补偿、无功倒送和投切震荡。目前使用较多的模糊投切就取得了很好的效果,不仅能有效调节平滑,并且跟踪准确性很高,应用范围很广。
中国研究生电子设计竞赛从预备通知到正式比赛有一年时间的跨度,学生在此期间通过自命题或导师命题查阅文献并收集资料,采用最新技术至最终完成设计。竞赛中三名学生组成一队。中国研究生电子设计竞赛命题分笔试和实践环节命题两部分。笔试采取统一命题,实践环节学生自命题。学生的一些参赛作品命题具有独特的创意,如清华大学的“可穿戴多媒体无线体域网”;北方工业大学的“基于NiosⅡ的商品防伪系统”;华南理工大学的“视觉跟踪人机交互SOC设计”;台湾亚东技术学院的“公车动态资讯系统”;复旦大学的“超声血流分析平台”;东南大学的“基于微电子神经桥的瘫痪病人肢体康复系统设计”等作品都具有非常高的科技含量。成都电子科技大学的作品“新型无创伤式颅内压检测系统”项目以其极高的商业应用前景,获得了众多企业的青睐。
2推动了教学工作的开展
十几年来,许多高校在竞赛的推动下开设了“电子设计自动化”课程。一些教师将电子设计自动化最新技术融入研究生教学。每年的研究生电子设计竞赛,带队教师通过学生的设计作品了解到其他院校最新教学及科研现状,通过互相交流,然后融入各自的教学中。中国研究生电子设计竞赛从第六届开始作品设计题目采用自由命题方式,从而使高校学生的设计作品和毕业设计及研究生所从事的科研课题紧密结合。学生在有限的竞赛时间内完成设计,可以说通过比赛进一步提高毕业设计论文的质量。
二、研究生电子设计竞赛模式的探索
1与企业深层次的合作
中国研究生电子竞赛从诞生之日起,就确立了“以企业为主要推动力“”的发展思路。企业提供资金支持、参与题目设计与评审,为优秀参赛者提供创业就业机会等。前期参与的企业有中国华大集成电路设计中心、深圳华为技术有限公司、清华同方股份有限公司、Synopsys公司、Cadence公司、MenterGraphics公司、IEEE-SSCS北京分会、深港产学研基地、深圳市国微电子股份有限公司、深圳市亚科希资讯有限公司、中兴通讯股份有限公司、ALTERA公司等。
2严格科学可行的竞赛规则
EDA技术是以数字电子技术课程知识为基础,具有较强实践性、工程性的专业课程。将数字电路设计从简单元器件单元电路设计,EWB软件仿真提到了更高一级的可编程操作平台上,进一步巩固和提高学生电子电路综合设计能力。但是,传统的教学模式是将两门课程分开,先上数字电路,后上EDA技术,分两学期授课。这样的教学模式存在弊端,减弱了课程之间的联系,降低了学生对数字电路理论的认识程度。通过对EDA技术课程的教学改革,以实训的方式采用项目教学法,使学生在较短的时间内掌握EDA技术基础及其实验系统,从数字系统的单元电路,如译码器、计数器等入手,加深对数字电路基础理论的认识,逐渐完成数字系统设计。
1. EDA技术及其在教学中的应用
1.1 EDA技术
EDA技术即电子设计自动化(Electronic DesignAutomation)是以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果而形成的一门新技术毕业论文格式,是一种能够设计和仿真电子电路或系统的软件工具。采用”自顶向下”的层次化设计,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言(HDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。图1为一个典型的EDA设计流程。
图1 EDA设计流程图
1.2 EDA技术在教学中的应用
在教学过程中,EDA技术利用计算机系统强大的数据处理能力,以及配有输入输出器件(开关、按键、数码管、发光二极管等)、标准并口、RS232串口、DAC和ADC电路、多功能扩展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件开发平台,使得在电子设计的各个阶段、各个层次可以进行模拟验证,保证设计过程的正确性。从而使数字系统设计起来更加容易,让学生从传统的电路离散元件的安装、焊接、调试工作中解放出来,将精力集中在电路的设计上。同时,采用EDA技术实现数字电路设计,不但提高了系统的稳定性,也增强了系统的灵活性,方便学生对电路进行修改、升级,让实验不在单调的局限于几个固定的内容,使教学更上一个台阶,学生的开发创新能力进一步得到提高。
2.课程教学改革实施
2.1课程改革思路
课程改革本着体现巩固数字电路基础,掌握现代电子设计自动化技术的原则来处理和安排EDA技术教学内容。打破传统的从EDA技术概述、VHDL语言特点、VHDL语句等入手的按部就班的教学方法,以设计应用为基本要求,开发基于工作过程的项目化课程,以工作任务为中心组织课程内容,让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识。将EDA技术分为四个方面的内容,即:可编程逻辑器件、硬件描述语言、软件开发工具、实验开发系统,其中,可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体,硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段,软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动设计工具,实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。采用项目化教学方法,以实训的方式展开,让学生在“学中做,做中学”。
2.2课程改革措施
以电子线路设计为基点,从实例的介绍中引出VHDL语句语法内容。在典型示例的说明中,自然地给出完整的VHDL描述,同时给出其综合后的表现该电路系统功能的时序波形图及硬件仿真效果。通过一些简单、直观、典型的实例毕业论文格式,将VHDL中最核心、最基本的内容解释清楚,使学生在很短的时间内就能有效地掌握VHDL的主干内容,并付诸设计实践。这种教学方法突破传统的VHDL语言教学模式和流程,将语言与EDA工程技术有机结合,以实现良好的教学效果,同时大大缩短了授课时数。表1为课程具体内容及实训学时分配。
能力
目标
学习情境
项目载体
课时
QuartusⅡ开发工具使用能力
QuartusⅡ开发环境、实验系统
二选一音频发生器设计
6
VHDL语言编程能力
VHDL语言基本结构
计数器电路设计
6
VHDL语言并行语句
8位加法器设计
8
VHDL语言顺序语句
7段数码显示译码器设计
8
VHDL语言综合运用
数控分频器的设计
8
层次化调用方法
4位加减法器的设计
4
综合开发调试能力
8位16进制频率计设计;
十字路通灯设计;
数字钟设计;
波形信号发生器设计,等。
(任选一题)
20
总计
二、电子类课程存在的问题
通过分析以上试题,发现电子类课程目前存在着如下问题:(1)教学内容与科技发展不相适应。电子技术是发展最快、应用最广的一门技术,而我们目前的教学内容与当今迅速发展的电子技术有较大差距,正像有些毕业生所说:“学的用不上,有用的没有学”;(2)教学方法与能力培养要求不相适应。主要体现在我们的教学方式仍然是以知识传播为主,以教师讲为中心,学生的内在动力没有充分发挥出来,不利于学生能力的培养;(3)理论与实际不相适应。所讲内容与现场应用中的实际问题有一定距离,不利于调动学生学习的积极性;(4)考核方法与素质提高不相适应。目前我们实行的考试方法仍然是以书本知识为主,以闭卷笔试为主,注重死记硬背,不利于提高学生素质。
三、培养大学生电子设计能力的几点措施
1.更新教学内容,重构课程体系
尽管电子技术的发展日新月异,新的器件层出不穷,但电子技术课的基础地位不能动摇。因此,模拟和数字电路中的放大、振荡、反馈、频率特性、逻辑函数、组合逻辑电路的设计、时序逻辑电路的设计等基础内容不能削弱。在此基础上要更新教学内容,着重分析由功能单元构成的通用集成电路(如集成运放、集成功放、集成A/D、D/A变换器等)和计算机应用集成电路(RAM、EPROM等),同时还要加强ASIC教学内容(如PLD、FPGA等)。电子技术基础是工程设计性很强的课程,在教学改革中必须用系统的观念重构课程体系,建议将模拟和数字电路学完后,再开一门“现代电子系统设计”。
2.加强EDA教学,提高大学生电子设计自动化水平
国际电子技术的发展动态显示出,ASIC与EDA是电子器件与电子设计发展的技术潮流。ASIC的开发必须借助于EDA工具,因此掌握EDA技术是对当今电子工程师的最基本要求。目前,美国等西方发达国家,全部都开展了EDA教学,其大学生在校期间就能用EDA技术开发出先进的电子产品。而我国在EDA教学方面还比较落后,只有一些重点院校才刚刚起步,多数院校还没有将EDA纳入教学中。从参加全国大学生电子设计竞赛的获奖作品看,凡利用了EDA技术用ASIC芯片实现的题目,均做得比较完善,关键是它大大节省了设计时间。因此,必须尽快建立EDA实验室,积极开展EDA教学,提高大学生电子设计自动化水平。
3.改变教学方法,激发学生学习的动力
我们在培训参加电子设计竞赛队员的过程中受到很大的启发,尽管培训时间短,但收效很大,关键是有一种非常强的学习动力在支持着他们,他们是在兴趣中学习,主动性和积极性得到了很好的发挥。同时,这一经验也给我们提出了一个新的问题,在我们平时的教学过程中,学生有没有动力?他们学习的主动性、积极性是否完全发挥出来了呢?这是值得深思的问题。在当今教学改革的大潮中,应大胆改革教学方法和教学手段,给学生确立一个明确目标,通过该课程的学习,让学生达到什么标准、完成什么任务,然后,围绕该目标,采取多方位的教学模式,启发学生动脑设计、动手制作,最终达到该目标。目前应特别注意学生对计算机、因特网感兴趣这一特点,充分利用现代化的教学资源(校园网络、计算机、多媒体教室),开发一些学生感兴趣的课件,最大限度地激发他们学习的动力。
4.加强实践环节,使理论能够联系实际
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)28-0052-03
一、引言
进入20世纪90年代以后,电子设计自动化(EDA,Electronic Design Automation)技术得到了飞速发展,电子系统的设计观念、设计方法发生了革命性的变化,传统的设计方法正逐步退出历史舞台,而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流[1]。国内EDA技术的应用和教学工作起步较晚,近年部分大专院校才开始着手有关EDA的教学工作,因此我国在这方面的设计、研发人才十分匮乏。摆在我们面前亟待解决的任务是,在深入进行高等院校教育改革的大好形势下,应抓住良好的发展机遇,使学生掌握现代电子设计方法,培养适应电子信息技术快速发展的专业技术人才[2]。EDA是一门实用性很强的课程,学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力,因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识,并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力[3]。EDA技术自身的特点也决定了它的学习内容和方式相比于其他课程具有自身的规律和独特性,在教学中合理把握其特点、加强实践教学改革,有助于培养学生的综合实践能力和创新能力。实践的主体是学生,实践的手段和方法是利用EDA技术,与具体项目相结合是实践性要求的另一个方向[4]。应按照“加强基础、培养能力、提高素质、突出创新”的原则,加强实践性体系结构的建设,增加综合性、设计性强的内容,鼓励学生积极参与到产践中去,培养学生的科学实践能力和创新思维能力[5,6]。
二、EDA传统实验教学存在的问题
EDA是一种新兴的设计技术,教学观念不能单停留于教会学生使用软件工具上,更主要的是对个人或小组的设计能力的培养与加强。在EDA传统实验教学中,教师先讲解实验原理和要求,给出示例程序,学生参照程序在QuartusⅡ软件平台上完成编译、仿真,然后下载到EDA/SOPC实验箱上进行硬件测试。这种实验教学方法存在很多的不足。
1.实验灵活性不够,忽视了学生的作用。传统实验教学中,教师给出相应的参考程序,让学生验证。每个实验操作过程都一样,实验方法单一,实验内容比较固定,不能完全满足实验设计的要求,不能突出实验中EDA技术的实用性。导致学生兴趣降低,被动应付实验,影响了实验效果。另外,学生在做完实验后只是掌握了软件设计和调试的技巧,对FPGA电路部分的设计和调试方法却一无所知,缺少了硬件实现方面的锻炼,阻碍了实践创新能力的提高。达不到面向工程实际的电子设计的自主创新性;达不到学生设计能力、自主创新能力的培养和与工程实际相结合的动手能力的培养;达不到培养学生独立分析问题、解决问题的能力。不能发挥学生的能动性,学习的积极性和实践能力得不到提高。
2.综合设计性实验难开展,阻碍了实践创新能力的提高。传统的EDA实验教学主要是利用系统软件QuartusⅡ和EDA/SOPC实验箱进行模拟仿真,学生做的只是按照给定程序进行编译、仿真、引脚锁定和下载测试,这种实验方法不能很好地将硬件电路和软件编程有机结合起来,导致实验教学效果不理想,学生学习积极性不高。同时,采用实验箱进行的实验多为验证性实验,综合设计性实验较少,即使是综合设计性实验,它与应用型人才培养的目标所要求的硬件实现、软件编程过程也相差甚远。课程结束后,学生虽然对EDA的原理、概念有所了解,但对EDA技术还是缺乏整体的掌握,与社会需求的差距较大。
三、EDA实践教学改革
1.更新EDA设计理念,倡导启发性实践教学。引导学生建立自顶向下的现代数字系统设计理念,从传统搭积木式的自底向上设计转向基于可编程逻辑器件的数字系统设计,培养学生的调研分析、创新能力、系统设计、工程实现方面的能力与素质。对实践教学中的疑难点,加大教师在实践教学中的指导、监督、启发的作用。这样充分发挥学生的主观能动性和创造性,避免学生在实验中“照葫芦画瓢”、“囫囵吞枣”。
2.改革实验教学内容,提高学生的综合设计能力。传统的EDA实验教学以验证性实验为主,能够培养学生综合能力和创新能力的综合性设计性实验开设较少,因此应在EDA实验教学中增加综合性设计性实验的比重。在保证学生能起步操作软件的基础上,给学生更多的自主学习和研究的机会,来完成不同的实验。综合设计性实验选题采取广泛选题方式,对来自教师课题、创新项目、竞赛项目、企业开发项目等途径来的题目,在提交明确的设计背景、目标、任务和方法,经教师审核后可以作为课程综合设计性实验题目。这些实验项目与学生日常生活联系比较紧密,使学生可以接受更为实际、更加系统的训练。综合设计性实验最大的特点是没有现成的模式可循,学生需独立完成软硬件设计和调试。在调试过程中,学生要自己分析解决实验中出现的问题,在解决问题的过程中进一步加深对EDA系统软硬件设计的理解。综合设计性实验项目的开设虽然对学生来讲有一定难度,但因与现实生活联系比较紧密,学生的兴趣比较高,能使学生从被动应付实验变成主动实验,更好地培养学生学习的自主能力和创造能力。
3.改革实验教学方法,提高学生的学习兴趣和自主实验的能力。为了达到学生设计能力和自主创新能力的培养,在实验教学改革中采用“工程导向”的教学模式。首先,教师给出设计任务,让学生明白设计要求。其次,学生自己分析设计要求,写出设计方案。在这个过程中小组成员之间、教师都可以对方案的可行性提出质疑,并加以指导解决,实现了“教”与“做”的结合,充分发挥学生的主观能动性和团队合作精神。再次,学生根据方案自己编译程序,仿真下载测试。在这个过程中学生可以充分发挥电路设计能力和自主创新能力。可以培养学生分析问题和解决问题的能力。最后,教师验收。检查该设计是否达到设计要求,并与学生讨论该设计是否有优化的可能,是否有其他的设计方案等,加深对知识的理解并且可以锻炼学生的思维广阔性和创新性。
4.课外EDA实践训炼,提高学生的创新实践能力。(1)学生成立EDA创新学习小组,利用实验室的资源,开展EDA软件编程和硬件设计实践训练。给学生提供一个完善自我、表达自我的空间和舞台,能使学生的想法在实验室变成产品、变成论文,有利于学生的个性发展和特长发挥,培养学生的实践创新能力和分析问题、解决问题的能力。(2)鼓励学生参与教师的科研项目,引导学生将FPGA/CPLD的新技术应用到科研项目的设计中去。让学生辅助教师进行设计、分析、实现,并制定测试方案,在实践中充分发挥学生的创造性、想象力和主观能动性,培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、创新能力、实践能力。按照“兴趣感知学习探索创新设计研究开发”这样一个循序渐进的过程来培养学生的综合创新素质和研究能力。(3)在课程设计、毕业设计等环节中给学生推出数量较多的EDA应用题目,从而让学生利用已有知识对EDA技术进行更深层次的设计,启发学生思维,开发学生创新意识,从而将实验教学、课程设计、毕业设计等多个实践教学环节紧密连接起来,形成一种从单元到模块、从模块到系统,从仿真到实验、从实验到设计,从简单到复杂的层层推进、环环相扣的实践教学模式。这种多层次的实践教学,充分调动了学生自主实践的积极性,并且培养了学生解决问题的能力,从而切实提高学生实践活动的效果。(4)组织学生参与各种形式的学科专业竞赛,大大提高学生的综合设计能力和创新能力。如2009年“NEC杯”全国大学生电子设计竞赛中,获省级一等奖3项,二等奖4项,三等奖2项,2010年“高教社&XILINX杯”山东省大学生电子设计竞赛中,获山东省一等奖7项,二等奖3项,三等奖3项;2011年“瑞萨”杯全国大学生电子设计竞赛中,获全国二等奖3项,省级一等奖5项,二等奖5项,获奖层次和数量居省内高校前列。
四、结束语
实践教学在EDA课程教学中占有非常重要的地位,应结合学校和学生的实际情况,进行EDA实践教学改革。通过改革,学生在动手和实践应用方面的能力大大提高了,也给学生提供了极大的创造空间,强化了学生在教学活动中的主体地位,有利于学生创新思维和创新能力的培养,有利于学生个性和才能的全面发展,为社会主义现代化建设培养应用型人才。
参考文献:
[1]胡桂,张艳.EDA技术对实验教学的影响[J].高等教育研究,2006,(9):38-39.
[2]井新宇.电子设计自动化技术教学改革的研究与实践――“七阶段”教学法的应用与推广[J].实验室研究与探索,2010,29(12):202-205.
[3]柳秀山.EDA教学与现代化电子设计能力的培养[J].广东技术师范学院学报,2004,4(4):92-94.
[4]谭雪霏,赵春波,陈巩.EDA实验教学改革的探索与实践[J].计算机与信息技术,2010,5(8):72-76.
[5]薛鹏骞.EDA教学与创新能力培养[J].华北科技学院学报,2002,5(1):103-105.
以下从四个方面对本专业教改的必要性予以阐述。
1. 本专业特点
电子技术、计算机技术、通信技术方面的新技术、新理论层出不穷。通信行业有有线、无线、微波、卫星、光纤、移动通信等,使得本专业的教学计划、教学内容必须不断进行修改更新,以适应新技术的发展要求。
2. 社会对本专业人才的要求
在检查学生毕业实习和毕业设计过程中我们有意识地针对我们的教学计划和学生的实际情况与学生实习单位的领导和技术人员座谈讨论,认真听取他们的意见和建议。
3. 高职教育特点
我们的培养目标就是应用型人才,加强学生实践环节是非常必要的。强化学生设计能力和实际动手能力,突出创新意识和创新精神的培养是大学生素质教育的核心。我们在教学计划的制定和修订中,一直遵循着这个原则。
4.专升本的需要
因为我们电子信息工程专业的升本已经成功,这样有一部分学生有继续学习的要求。我们考虑到学生专升本,必须有较扎实的基础知识,因此在修改教学计划时也考虑了这个因素。
二、可行性
近几年我们在实验室建设和师资队伍建设方面做了很大努力,为我们专业的教学改革创造了有利的条件。
1. 实验室条件
目前已经建成电子信息工程专业EDA实验室和专业实验室,配有PC机、投影机及各类实验箱等硬件设备,并配有电子设计自动化的各种正版软件。本专业的有关课程实验、大作业和课程设计,以及高年级学生的综合课程设计均可以在本专业实验室完成。今后,随着专业发展的需要,我们将进一步扩充实验室的功能,完善实验室的建设。
2. 师资条件
近两年我们先后招聘了计算机、通信等专业的高职称、高学历的教师,形成了一支老中青结合的、具有敬业精神、创造能力、配合默契的团队,是我们的教学改革顺利进行的有利保证。
三、 具体措施
1. 满足宽口径教学的要求
宽口径的教学模式是目前我国高校教改的趋势。
为了满足社会主义市场经济的需求和飞速发展的科学技术需要,目前我国许多高校都把培养适应能力较强、专业面较宽、具有创新精神的跨世纪人才作为教改的目标。一些重点高校,例如北京大学、清华大学以及上海一些高校,目前在招生方面正逐步推广“按大类或按院系招生”新模式。学生入学后,前两年上全院基础平台课,能够得到宽口径、厚基础的培养,第三年再分专业方向学习。
2. 加强新技术、新知识的学习,不断完善课程建设
EDA技术即 “电子设计自动化技术”,是一门实用性很强的新技术,它提供了电路系统的先进设计方法。掌握这种技术是电子信息类学生就业的一个基本条件。经过调查,我们发现许多用人单位都对学生有这方面的要求。作为一门新技术,目前许多高校的EDA教学也还处在试验阶段,是教改的一个重要方面,我们这么做正是适应了这种教改的形势要求。
EDA技术方面的课程都是实践性很强的课程,入门并不太难,只要有电子技术基础和计算机的基本技能就可以掌握,因此这类课特别适合我们的学生学习。例如:在2000级学生进行综合课程设计时,我们只需大概讲述有关EDA软件的功能和用法,学生就能很快接受并能用其进行课程设计,效果非常好,使我们受到了很大鼓舞,这说明我们的学生在这类课程的学习能力上还是相当强的。
3. 增加实践环节,进一步加强学生综合能力的培养
具体作法如下:
(1) 增加综合课
我们这样做的主要目的是让学生对大学期间所学的电子专业基础知识和专业知识进行一次综合运用,为下一步毕业实习和毕业设计做好准备。学生通过本课程设计可以进一步理解电子技术、电路理论、微机、通信等方面的相关知识,并可综合运用这些知识解决一定的实际问题,使学生在所学知识的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。
(2) 进一步提高毕业实习和毕业设计的水平、质量
毕业实习和毕业设计是学生走向社会之前最后的环节,是大学期间学习的总结。
理工学部一直非常重视学生的毕业设计环节,我们的毕业设计是让学生下到公司、科研院所参与实际项目来进行的。我们专业的专业主任、专业秘书具体负责组织学生进行开题、中期汇报和毕业论文答辩工作。每个同学要撰写1.5~2万字的毕业论文,并且要求每个同学都要进行毕业答辩。
4. 不断补充完善教学计划和教学大纲,明确教学要求
1.1课程内容
在知识结构方面,要求学生有良好的思想素养与专业知识。专业知识主要有学科基础课、专业核心课程、高校学生电子设计能力培养的探讨楼然苗(浙江海洋学院,浙江舟山316022)专业方向课、专业选修课。课程设置一定要有针对性,象模拟电路、数字电路、单片机技术、EDA技术、电路原理图与PCB设计、电子综合设计等课程一定要重点把握。一些针对性不强的课程如计算机辅助设计、集成电路设计可作为辅修或选修课程。
1.2课程学时
以“精简教学内容、压缩课堂教学学时,加强实践教学环节的有效性”为原则,合理分配课堂学时与实验学时的比例,对于与学生电子设计能力关系密切的课程需适当增加一些学时。如电子信息类专业方向课中的电子设计自动化、电子综合设计辅导等课程可适当提高实验学时数;专业核心课中的单片机原理及应用课程可按2:1.5设定理论学时与实验学时比(32学时+24学时)。
1.3集中实践教学环节
去消一些效果不好、由学生自主联系、分散实习的课程或减少学分,减少一些效果不好的课程设计、毕业设计学时或改为完成设计作品学分制。为了让学生拥有对一个电子产品从设计、开发到成品的全过程能力,除一般的实验、课程设计、毕业设计外,可重点开设电路图与PCB制作、C语言编程、单片机设计、电子设计等综合技能训练项目。
1.4形成系统教学
将大学生学科竞赛的培训与辅导教学内容纳入课程学分系统中,形成系统的教学计划,为提高学生电子设计创新能力及参加全国全省大学生电子设计竞赛奠定基础。
1.5学分的替代制度
建立学分免修、替代制度,将学生专利、学术论文、竞赛获奖等纳入学分免修、替代等制度中,促进学生参与创新研究的积极性。
2.教材改革与建设
要鼓励教师选用国内外优秀教材,鼓励教师编写有校本专业特色的教材,体现专业特色、行业特色和学校特色。对电子信息类专业来说,出版编写一些实用性强、有工程项目应用实例的实践教材是非常有必要的,如电子综合设计实例与辅导、电路原理图与PCB设计实例、单片机设计实例辅导等等。
3.课堂与实验教学改革
在课堂教学中要积极推动课程教学范式的根本性转变,在基础课程中可探索包班制、分级制、分层制、挂牌上课等基础课程综合改革,逐步实行教考分离。在学科基础课、专业课中实施任务驱动、基于问题、合作学习、案例教学等研究性教学方法,积极探索各种理论与实践互动的教学方式,培养学生的自学能力、研究能力、合作能力。对一些与电子设计能力培养关系密切的课程的课堂与实验教学可作以下一些偿试。
3.1将与计算机操作关系密切的如“单片机原理及应用”、“电路原理图与PCB设计”等理论课放在电子交互教室(机房)上课,在教学中将理论教学与上机实训内容交替进行,强化教学效果。
3.2探索慕课等网络助学平台教学方式。分清教师讲与学生学的内容,在网上可布置课外学生个人学习内容、探究式学习内容、拓展性学习内容,提高学生自主学习能力。一些选修课、方向课可借助网络课堂等形式开设。
3.3实验项目尽量与实际电子设计工程项目结合起来,真题真做,促进“教、学、做”相结合的“理论实际一体化”教学模式。
3.4实施教考分离,以机考替代纸质考试,或实施以设计作品为主的课程成绩评分制度,促进实践动手能力的提高。
4.实践环节的改革
通过对电子信息类大学生就业岗位能力要求的调研,合理制定学生的专业技能标准,明确职业技能考证要求,优化实践教学环节,提高实践学分,从基本素质、基础技能、专业技能、综合训练四个步骤及素质拓展、基础技能、专业技能、专业综合能力、综合实习和创新实践六个模块构建实践教学体系。对一些效果不好的课程设计报告、毕业设计论文学分评定制,可改成以课程设计实物作品、毕业设计实物作品、发表的科技论文、获得的知识产权(专利)证书、学科竞赛获奖证书等为主的成果学分评定制;一些分散的学生自主生产实习、毕业实习可改为教师带队制的集中实习;有条件的高校可建设校内电子焊接加工生产线,使之成为具备电子路线设计、加工、生产、测试全过程功能的电子设备校内生产实习基地。
5.课外学科竞赛教学
大学生学科竞赛是促进提高创新实践能力的重要载体,要建立一套与教学培养计划相辅助的学科竞赛教学体系,适当开设一些电子设计类知识的公选课、必修课,成立学生电子设计兴趣小组(社团),提供开放的活动场地,在教师指导下开展日常的电子设计活动,鼓励并辅导学生进行科技、知识产权申请等学术研究活动,活跃校园学术研究气氛,也为大学生电子设计竞赛打下基础。
6.职业证书考证教学
职业技能证书是为了适应用人单位工作的客观需求。在教学上一定要强化与职业考证相关的实践性教学环节。可将职业技能考证培训内容整合到相关教学课程及实验内容中,减少课外考证辅导的教学学时。建立校内电子工程师考证、电工考证、电子CAD考证点并设立网上辅导平台,开放考证训练的实训场地,提高电子工程师、板级工程师、电工等考证学生的持证率。
《电子技术》是我院机电与电子专业的一门重要的专业基础必修课,也是较能整合新科学、新技术、新知识的一门重要的技术性综合课程, 是与实践联系紧密, 培养创新能力和实施创新教育的重要课程。在课程教学中发现, 学员往往陷入繁杂而较抽象的理论中不能自拔, 在课程学习的理解上存在较大的偏差, 即不知道学什么, 怎么学, 如何做到理论应用于实践,更谈不上理论与实践的有机结合。随着电子时代的快速发展, 以多媒体计算机辅助教学、EDA 技术为主的现代教学方法应运而生, 正如火如荼地应用于教育教学之中,《电子技术》的教学也不例外。这些教学形式的应用是对传统教学的挑战, 也是对传统教学的革新, 更是对传统教学的继承和发展。
1 多媒体课件在教学中的应用多媒体课件是计算机辅助教学应用最广泛的形式之一。教学中遇到学员难以理解的概念、规律等重点知识或不便攻克的难点,利用多媒体技术的优势,通过图形、动画、视频、文本、声音等方式加以表现。教师边演示边讲解,将抽象问题形象化,复杂问题简单化,既缩短了教学时间,又使得教学过程生动有趣、易于理解,这是传统的教学方法所无法比拟的。论文参考。论文参考。例如讲PN 结的形成过程和三极管电流分配和放大规律时, 都用到载流子的定向移动, 学员对载流子没有感性认识。若利用动画课件, 自由电子用黑色, 空穴用红色, 像小蝌蚪游动, 相遇时消失表示复合运动等, 这样既能把枯燥无味、难以理解的规律形象化, 也培养了学员的学习兴趣, 提高了课堂教学效果。再如放大电路的图解分析,一直是学员学习中的难点,教员费很大劲讲解,学员还是感觉抽象,难以理解。通过动画方式加以表现,使学员对放大电路中工作点的变化及输入对输出的控制过程都有了清楚的认识,花费较少的时间即可将此难点问题学懂。
2 EDA技术在教学中的应用近年来,随着计算机技术的发展,电子设计自动化( EDA) 技术越来越成为电子业的重要开发工具,使得电子线路的设计、开发、制造过程更快更好。论文参考。EWB是90年代初推出的专用于电子线路仿真的虚拟“电子工作台”。 它可以对模拟、数字和混合电路进行电路的性能仿真和分析。它采用图形界面,创建电路、选用元器件和测试仪器均可直接从屏幕图形中选取,且测试仪器的图形与实物外型基本相似,与其它电路仿真软件相比较,具有界面直观,操作方便等优点。利用EWB作为电子技术课程的辅助教学手段,不仅解决了场地、设备、经费等因素的限制,避免了因误操作而对仪器造成的损坏,而且对于某些实验中不易观察到的现象,也可以仿真得出。另外,通过仿真,还能加深学员对课程内容的理解,帮助他们掌握常用仪器的使用方法和测量方法,提高学习兴趣,培养分析问题、解决问题的能力。
实例 工作点稳定问题
在讲解工作点稳定问题时,我们只能通过原理分析温度变化对工作点产生的影响,要从实验中观察此现象,就比较困难了。而在EWB中,则非常容易办到。方法如下:
(1)输入固定偏置电路,调节RB的参数,使Ic=1mA。方法为:
在Analysis栏中选择Parameter Sweep(参数扫描)选项,输入各参数如下:
元件:R1起始值:100KΩ终止值:2000KΩ
扫描类型:线性步长:10KΩ输出节点:3
并选择对 DC Operating Point 进行扫描 。