《电子系统综合设计与仿真》课程教学方法探索

    谢良波

    【摘 要】 《电子系统综合设计与仿真》是电子信息工程专业的核心专业课程，可培养学生对多门先修课程知识的综合应用能力及对电子系统的分析设计能力。基于此，本文对《电子系统综合设计与仿真》课程的教学方法进行探索。

    【关键词】 电子系统综合设计；课程探索；综合应用能力

    【中图分类号】 G64.26 【文献标识码】 A 【文章编号】 2095-3089（2017）17-000-01

    《电子系统综合设计与仿真》是电子信息工程专业的核心专业课程，其综合性强，对学生动手能力要求高，其课程设置通常包括理论教学和实践教学两部分。“电子系统综合设计”不仅要求学生掌握模拟电路技术、数字电路技术、可编程逻辑器件、单片机原理、信号与系统、通信原理及电路分析等课程的基本理论，同时要求学生对这些课程的知识能够综合运用[1]。通过此课程的学习及相应项目的训练，增强学生对电子系统的认识，提高学生的硬件电路设计能力及软件编程能力，培养学生养成科学的思维方法，具备独立发现问题、分析问题和解决问题的能力。但“电子系统综合设计与仿真”这门课程内容繁多，各知识点相对独立，其教学难度较大[2-3]。在此背景下，我们对《电子系统综合设计与仿真》课程进行教学探索。

    一、教学内容设置

    以庹先国等人编著的《电子系统设计——基础篇（第3版）》为例，其第1章为电子系统设计导论，主要包括电子系统的构成、设计方法和原则及电子系统设计的步骤，让学生对于电子系统设计有一个宏观的了解；第2章为常用电子元器件的应用，包括基本的电阻、电容、电感、晶体管、表面贴装元器件、光电耦合器、继电器、功率驱动及显示器件等内容；第3章为模拟电路设计，包括放大器、滤波器及电源电路等基本模拟电路的设计；第4章为数字电路设计，主要包括常用数字逻辑电路、锁相环及频率合成器等内容；第5章为D/A与A/D转换，这两种功能电路是模拟和数字的重要桥梁；第6章为单片机应用系统设计；第7章主要讲述FPGA及相应开发软件的使用；第8章主要是EDA工具的使用；第9章为电子系统设计实例。

    二、教学中存在的问题

    1.从教学内容设置中可以看出，该课程内容繁多，各知识点相对独立，教学难度大，学生接受程度不高。该课程涉及知识面广，不仅需要前面先修课程的相关知识，同时要求学生要有系统的观念，能对整个系统各关键点进行分析，才能合理进行设计。这些特点对于课程教学提出了更高的要求。如何深入浅出讲授课程内容，充分调动学生学习的主动性和积极性是教学过程中的难点。

    2.“电子系统综合设计”课程实践性强，一般均会安排实验环节，确保学生能动手自己设计电子系统。实验题目的选取是实验环节的重点和难点，目前一般存在以下问题：（1）题目难度或工作量选取不恰当；（2）覆盖面偏小；（3）側重于软件设计或硬件电路设计。

    三、教学方法改革

    针对上述教学中存在的问题，必须对传统的理论实验教学手段和教学方法进行改进。

    1.合理安排教学内容，做到目标明确，指导性强。以典型的电子系统设计为例，从系统设计层面着手，重点讲解现代电子系统的基本构成、设计的基本方法和基本原则；在保证系统性能和功能的前提下，如何利用基本电子元器件、集成电路等基本模块电路搭建高性价比的电子系统；电子系统中的子模块电路设计利用先修课程的知识和教师对关键点及注意事项的讲解完成。通常，电子系统设计包括需求分析、系统方案设计与论证、软硬件模块划分、子模块电路性能指标分配及电路设计与仿真、系统仿真、硬件电路制作及系统整体调试等；模拟数字混合系统设计的重点及难点内容讲解；基本EDA设计软件的使用。在课程讲授过程中，选取典型的最新的电子系统设计案例进行讲解，做到电子系统授课与时俱进。首先从系统角度该电子系统的基本组成、功能，并按功能对该电子系统逐层分解讲授，给学生一种“先见森林，再见树木”的认知。然后，结合该电子系统的功能对各子模块电路进行讲解，包括根据系统的需求为各子模块分配性能指标、如何完成子模块电子的方案设计、如何完成器件芯片选型等内容。将教材中的授课内容有机结合进行讲授，让学生可以将各章节内容有机结合，灵活运用，掌握各章节内容的精华。

    2.在实验内容安排上，设计科学、合理的实验项目，提高学生的创新实践能力。综合考虑难度、工作量、成本、内容覆盖面等因素，设计30套左右科学、合理的电子系统设计题目，供学生选择。学生在教师的指导下进行合理组队，选择适合自己团队的实验项目。组内各学生都应对该电子系统充分调研，对系统进行合理划分，在教师的指导下，对方案进行论证，完成器件选型，选择性价比高、实现难度适中的方案。然后根据组内各学生的特长，进行合理分工，保证每个组员工作量分配合理；并进行硬件电路设计与仿真，软件代码编写与调试，系统联合仿真，电路制作，系统联合调试，以及最终设计报告撰写等设计工作，让各学生掌握电子系统设计的基本流程，达到课程训练的目的。对于能力突出的学生，可以安排开放性题目选择，教师为其指出典型应用场景，学生根据需求进行方案设计、电路设计、系统调试等电子系统设计流程。课程完成后，教师可根据学生完成情况，鼓励学有余力的同学参加各种科技竞赛、各类科技创新活动，培养学生的创新能力和团队协作能力。

    四、结语

    《电子系统综合设计与仿真》是一门实践性很强的课程，同时也是衔接各门先修课程与工程应用的桥梁。该课程综合性强，在讲授过程中通过实际电子系统进行讲授，从系统到局部，将各知识点内容进行有机整合，提高学生对电子系统设计的认知能力。同时，通过合理安排实验项目，达到知识学以致用、灵活运用、综合应用的目的。

    参考文献：

    [1]江朝晖.“电子系统设计”教学的问题分析与方法探讨[J].教育教学论坛，2013，（3）.

    [2]谭雪霏，赵春波，陈巩.基于案例的电子设计课程教学方法[J].滨州学院学报，2014（6）：113-115.

    [3]刘明，周俊.“电子系统综合设计”教学改革与实践[J].实验科学与技术，2016，14（6）：173-176.