EDA开放式实验模式

EDA开放式实验模式（精选6篇）

EDA开放式实验模式 篇1

为了充分利用实验室资源, 让学生能够自主选择实验的内容与时间, 从而激发学生做实验的兴趣, 提高学生思考问题、分析问题、解决问题的能力, 近几年各高校都开设了开放实验。我们从2006年也开设了开放实验, 开放实验由于学生可以自选题目, 这对实验室的设备提出了很高的要求, 但利用EDA设计实验电路, 仿真实验结果, 克服了实验设备的不足的矛盾。“EDA”是Electronic Design Automation (电子设计自动化) 的简写, 是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。E-DA是以计算机为工作平台、以硬件描述语言 (VHDL) 为设计语言、以可编程器件 (CPLD/FPGA) 为实验载体、以ASIC/SOC芯片为目标器件、进行必要的元件建模和系统仿真的电子产品自动化设计过程。目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有:muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBW Id、Cadence、Micm Sim等等, 这些软件各具特色, 大体分为芯片级设计工具、电路板级设计工具、可编程逻辑器件开发工具和电路仿真工具等几类。利用EDA工具, 可以从概念, 算法、协议开始设计电子系统, 从电路设计, 性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向, 其基本特征是设计人员以计算机为工具, 按照自顶向下的设计方法, 对整个系统进行方案设计和功能划分, 由硬件描述语言完成系统行为级设计, 利用先进的开发工具自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线、仿真及特定目标芯片的适配编译和编程下载, 这被称为数字逻辑电路的高层次设计方法。下面以一个七段数码管的驱动为例, 说明EDA设计的实验方法。

1 实验教学方法

本实验是作为本科生的选修课, 对全校电信、电子电气、自动化专业同学开放。做为模拟电路、数字电路、通讯原理、EDA软件等理论课的后续课程, 学生具备了一定的相关理论知识。实验目标的实现都要经过一番努力才能达到, 因此在实验的安排上不能简单地限定实验时间和固定内容, 必须采取全面开放式和自主式的实验教学方法。实验进程包括初始阶段和提高阶段。

1.1 初始阶段。要求教师先讲解操作步骤, 给出程序清单, 使实验按着先简单后复杂的顺序进行。

1.2 提高阶段。要求同学完成较为复杂的应用和算法编程, 并独立完成实验内容。对于能力强的同学可以根据自己的兴趣来完成自己的题目。研究生可以结合自己的课题, 利用实验室的资源完成课程的内容, 最后写出一份完整的总结报告。

1.3 开放实验时, 采用仿真实验和仿真设计与硬件实验相结合的方法, EDA的元件库提供了比实验室种类齐全的仪器、仪表和几千种元器件可供使用, 利用图形方式创建电路, 软件界面直观、操作使用方便, 且容量极其丰富的元器件库, 还可根据器件的发展随时扩充, 使用时可直接调用和修改元件及参数。学生可用EDA先在计算机上模拟设计所选题目的内容, 由于仿真设计元件连线简单, 参数修改方便, 任何一种设计方案都可以尝试, 在对硬件电路设计方案进行仿真过程中, 验证设计方案正确性与否, 从而得到更加合理可行的实现方案。同时根据仿真结果, 可对设计方案进行修改和调整, 分析各元件参数对整个数字电路的作用与影响, 利用仿真电子仪器仪表, 按照设计可完成常规的瞬态分析、稳态分析和时域分析等多种电路分析方法, 辅助学生完成对电路原理到电路硬件设计的分析, 可以直接观察各子系统的波形及整个电路的实验结果, 如果有错误, 系统软件会有相应的提示。这样经过反复比较、反复分析、反复修改的过程, 最后再用硬件完成开放实验的设计。实验时利用EDA仿真设计改变了传统的基于电路板的设计方法, 提高了设计效率, 掌握了用计算机软件设计、应用的方法, 提高了实验的安全性、自诊断性、直观性、综合性、重组性和信息化等特点。根据实验模块间纵向发展和横向联系, 进行组合调整, 建立网络化的实践教学平台, 每个实验室配备计算机及网络、常用仪器设备、相关实验装置等, 充分提高了实验室的资源利用, 实现理论与实践的紧密结合。

2 实验实例

设计一个七段数码管的译码器, 验证其功能是否正确。输入在A, B, C三个按钮开关的控制下, 经isp GDS14, 到译码器使输出a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1驱动七段数码管为相应的数字。

3 结论

开放性实验教学模式是实验教学改革的内容之一, 是实施个性教育, 突出学生的主体地位, 开发学生的创造潜力, 培养学生的创新意识和创新能力的有效措施, 经过几年的探索和实践, 取得了一定的成效, 但是, 还有许多问题有待进一步深人地探索和研究。

参考文献

[1]王锁萍.龚建荣等.电子设计教程[M].成都:电子科技大学出版社, 2000.2[1]王锁萍.龚建荣等.电子设计教程[M].成都:电子科技大学出版社, 2000.2

[2]潘松, 黄蛀生.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社.2002.10.[2]潘松, 黄蛀生.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社.2002.10.

[3]曾繁泰, 李冰, 李晓林.EDA工程概论[M].北京, 清华大学出版社, 2002.[3]曾繁泰, 李冰, 李晓林.EDA工程概论[M].北京, 清华大学出版社, 2002.

[4]徐志军等.大规模可编程逻辑器件及其应用[M].北京:电子科技大学出版社.[4]徐志军等.大规模可编程逻辑器件及其应用[M].北京:电子科技大学出版社.

[5]符兴昌.EDA技术在数字系统设计分析中的应用[J].微计算机信息, 2006, 5-2:267-269[5]符兴昌.EDA技术在数字系统设计分析中的应用[J].微计算机信息, 2006, 5-2:267-269

EDA开放式实验模式 篇2

【关键词】开放式实验;新课改;综合素质

实验教学是高中生物教学体系的重要内容组成，然而当前的生物实验教学在整个生物教学中却处于非常薄弱的地位，实验教学效率低下，学生实验能力不足是一个非常普遍的问题，而造成实验教学诸多问题的一个归根结底的因素就是实验的封闭性，这种封闭性体现在实验理念、实验过程、实验管理等各个环节，为此，对当前生物实验教学进行大刀阔斧地改革，变封闭为开放的实验教学模式已经成为了生物实验教学未来改进和改革的重要方向。

一、营造轻松氛围，开放实验思维

传统的“一言堂”的思维和教学方式，使得广大学生在教学活动过程中始终处于被支配的地位，再加上实验课的课时较为紧张，有些学校的实验器材也十分有限，从而导致很多学生在实验课堂上完全处于“走过场”的状态，在实验课上也如同学习理论知识一样采取死记硬背的方式，这种实验教学活动当然无法体现实验课的作用和功能。教师要想改变这种不利的实验教学现状，就要努力树立民主思维，把学生视为平等的教学活动过程中的必然要素，努力为学生营造一个轻松的实验教学氛围，这对于开放学生的思维，优化实验效果将会大有裨益。例如，在学习用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体的实验时，笔者让学生从家里带来新鲜的菠菜叶用于实验活动，并带领学生做了很多实验前的预习工作，然而，到了实验室以后，很多学生始终沉浸在兴奋的状态下，而无法真正静下来听老师讲一些与实验有关的知识和注意事项。面对这个状况，笔者压住心中的不悦，进行了这样的开场白：“同学们，你们有没有看过动画片《大力水手》呀？”，听到教师提起了动画片，学生立刻安静了下来，于是接下来，笔者又继续说道：“大力水手每次需要能量的时候都要吃菠菜，菠菜可以给他带来巨大的能量，在日常生活中，菠菜虽然不像动画片里的那样神奇，但蔬菜的确会给我们带来身体所必须的各种营养。面对非常熟悉的菠菜，你们有没有认真观察和研究过他们呢？你们猜一猜，今天带来的菠菜叶是用来观察叶绿体还是线粒体呢？”听到教师的提问，学生不出所料地回答说是观察叶绿体。于是，笔者又继续追问道：“那么我们怎样才能观察到线粒体呢？”这时候，有学生就提到可以用口腔上皮细胞。为了活跃气氛，笔者故意开玩笑道：“怎样获取口腔上皮细胞，难道要吐口口水放到显微镜下观察？还是用手抠下来一块？”听到教师这么说，全班学生哈哈大笑起来，学生在课堂上的发言也变得更加积极了，整个课堂氛围活跃了很多。有了良好的氛围做铺垫，在接下来的实验过程中，学生的发言变得更加踊跃，思维变得更加开放，整个实验活动下来获得了非常不错的效果。

二、以合作探究开放实验过程

现如今的生物实验教学，大多数的实验都是以验证性的实验为主，且由于实验器材、实验设备有限，很多时候，都是由教师进行实验操作的，学生基本上被排除在了实验活动之外，整个实验过程封闭而单调，导致学生的实验能力的提升十分有限。在开放式实验教学模式中，这种实验教学现状是进行改革的首要目标，教师可以以小组合作探究的方式开放实验过程，让学生以小组为主体，进行一些合作探究活动，例如，在探究“植物细胞吸水与失水”的实验时，教师首先引导学生举出一些日常生活中常见的关于细胞吸水和失水的实例，然后把学生分成几个实验小组，让学生根据实例提出问题、进行假设、设计实验、操作验证。整个过程都是以教师引导学生合作参与的方式开展起来的，经过一系列的实验探究与合作，学生对植物细胞的吸水和失水问题有了一个较为深刻的认识。实验进行到此，并没有像预期的那样结束，有学生就提出了“植物细胞如果吸收大量的水会不会出现细胞被撑破”的问题。这个问题的提出调动起了很多学生的积极性，大家纷纷议论了起来，此时，笔者牢牢抓住了学生的思维创新，引导学生开始了更深一步的探究活动。正是因为有了开放的合作探究的实验过程，学生的思维才能得以开放，才能提出更多有创意的问题，这对学生的自我成长极为重要。

三、开放实验管理工作

大多数学生对实验活动的兴趣都是比较浓厚的，然而，鉴于实验课的课时较少，实验条件有限的现实，很多学生只能压抑对实验的兴趣，减少实验活动。而与这种学生苦于缺乏实验条件的问题相对应的是，如今大多数学校的实验室在使用率上是非常低的，很多实验室仅对预约好的实验课开放，而其它大部分时间都是出于空置的状态。这种封闭的实验室管理不仅制约了学生的实验活动，也造成了实验教学资源的浪费。因此，我们要努力改变实验室这种封闭的管理模式，以更加开放的方式来对实验室进行管理和利用。我们可以在每个班级中设置几名学生作为实验活动的负责人，学生可以以个人或者学习小组为单位向实验活动的负责人提出实验申请，申请中要附上详细的实验计划，然后由实验活动的负责人向学校提出申请。申请获批以后，就可以有组织有计划的使用实验室资源了。一旦实验室对学生开放了，学生从事实验探究的机会就会更加多，通过实验探究，学生能够获取很多理论学习所无法获得的能力和素质的提升，如自主学习能力、创新能力、动手能力等。

开放实验教学模式，以新课程的理念来指导实验教学活动，是未来实验教学改革和发展的必然之途，是促进实验教学功能实现的有效方式。作为教师，我们要努力推进实验教学的开放化，努力构建和完善开放的实验教学模式。

【参考文献】

[1]陈旗建，周晓阳.高中生物开放实验教学的探索[J].上海教育科研.2008年07期

[2]张建霞.开放式教学在高中生物实验教学中的运用[J].中国科教创新导刊.2008年第33期

[3]孙阳.构建“合作——探究式”实验教学模式，提高高中生物实验教学有效性[D].东北师范大学.2010年

EDA开放式实验模式 篇3

计算机组成原理实验课程着重通过对计算机重要组成部件的实践操作深化学生对各个计算机重要硬件元素基本工作原理的理解、多个计算机硬件互联及通讯机制,培养学生的硬件系统宏观掌控能力,以期培养硬件系统设计人才。目前计算机组成原理实验教学主要采用基于专用教学实验箱的模式,这种教学模式曾为计算机专业人才培养立下汗马功劳。但是,随着计算机教学水平的逐步提高、计算机组成原理教学深度的逐渐加深、尤其是计算机硬件基础的飞速发展,都对计算机组成原理实验教学提出了更高的要求。在此背景下,基于实验箱的传统计算机组成原理实验教学方法渐渐暴露出弊端,主要表现有:(1)验证性实验占主体,综合设计类实验无法开展。由于实验箱的硬件结构固定、器件单元固定、工作逻辑固定,所以只能按照既定的实验方案进行验证计算机硬件功能是否能够正常工作,而无法完成任何拓展性的综合设计实验;(2)理论课与实验课严重脱节。计算机组成原理理论教学内容多涉及计算机各个功能部件的工作原理,多个功能部件之间信息交换方式和存储组织等内容。而这些内容无法在计算机组成原理实验教学环节得以实践和锻炼;(3)故障频发,严重影响教学质量和教学过程的顺利实施。计算机组成原理教学实验箱多以插拔式连线的方式将多个计算机硬件部件连接在一起,从而形成一个功能相对完整的系统。由于实践环节中经常发生暴力插拔连接线现象,致使试验箱的连接针脚和连接线的连接端损毁频发。而教学仪器损毁往往要经过多次教学实验环节确认,给实验教学环节的顺利展开带来严重困难。综上所述,基于实验箱的传统计算机组成原理实验教学方法已与时代需求渐行渐远,无法保证计算机组成原理实验在课程体系中的重要作用,甚至已经根本无法满足最基本的验证性实验要求,更谈不上创新能力的培养,没有从“知识型”教学转变到“素质型”和“能力型”教学上来。

EDA(Electronic design automation)是对传统的硬件设计技术一次革命性的改进,其允许硬件设计人员在模拟环境下设计硬件器件。当前,已经有部分国内高校正在尝试逐步引入EDA技术到计算机组成原理实验教学中来,并且已经开发了虚拟设计环境和与之配套的实验电路箱。通过教学实践表明,EDA技术的引入使计算机组成原理实验课教学模式和方法发生了巨大的变革。EDA技术赋予计算机组成原理实验课教学以全新的手段,为学生提供了在模拟环境下综合设计计算机部件,深入掌握单个部件内部工作原理和工作逻辑,连接和调试多个计算机硬件部件、理解计算机定时机制和部件间通讯机制的实验环境。学生通过实验课的实践活动加深了对计算机单个功能部件工作原理的认识、掌握了计算机多个功能部件通讯协调机制、培养学生对硬件系统的宏观认识、锻炼了学生的综合设计能力。此外,还有助于提高学生的软件编程、电子设计、芯片使用等知识的综合运用能力。将EDA引入到计算机组成原理实验教学中来已经成为相关教学改革的重要发展方向。

2 存在问题

当前,基于实验箱的教学方法是计算机组成原理实验课程的主流教学模式,也是绝大部分高校正在采用的计算机组成原理实验教学模式。而绝大部分高校所用设备大都是由西安唐都科教仪器公司生产的TDN-CM+型实验箱和清华大学科教仪器厂生产的TEC-2000实验箱系统,如图1和图2所示:

基于这两类试验箱进行教学时,教学环节一般包括:首先,教师介绍实验原理、提出实验任务;其次,学生根据教师讲解内容和实验指导书完成线路连接,按照实验任务要求和实验指导书拨动物理开关、观察并记录实验结果;最后,学生总结实验过程中遇到的问题和取得的收获,并撰写实验报告。由于试验箱功能有限,实验案例和实验方式少有变换,优点是学生在实验中非常容易上手,但不足之处也体现的非常明显:其一,实验时学生只需进行简单的硬件操作,无法观察计算机硬件原件运行的微观现象和协作关系,实验教学效果不理想;其二,无法更新和扩展器件的数量,只能按照既有的几种实验方案完成验证性实验,久而久之导致学生的实验积极性下降;其三,实验场地被严格限制在专用实验室中,实验的时间自由性和空间自由性均受到严格限制。此外,实验箱状态很大程度上决定了实验的成败:部件损坏比率随着使用年限的增加而逐年递增,而且递增的速度将越来越快,不但维护成本越来越高,还很大程度上降低实验成功率,打击了学生的实验积极性,甚至影响到教师的教学情绪和教学状态。以安徽财经大学计算机组成原理实验课程教学实际为例,通过实验教学实践统计,得出计算机组成原理教学实验箱故障情况如表1所示。这些故障极大的降低了实验成功概率,严重时还会给学生带来挫败感,降低学生的信心和积极性。

针对以上问题,各高校积极探索改善计算机组成原理实验教学效果的途径,其中,一个重要的改革方向即为基于EDA技术的计算机组成原理实验教学。相较于传统基于实验箱的教学模式,基于EDA的计算机组成原理实验教学不再依赖于传统的实验箱,实验场地和实验时间也更加的多元化。但这种模式也并不是完美的,首先,基于EDA的模拟设计需要使用VHDL语言描述电路中各个部件之间的逻辑关系,需要另外学习一门专用语言,学生还需要掌握数字电路和模拟电路的知识;另外,计算机组成原理实验课程虽然是实践课程,但其理论性很强。部分高校对计算机组成原理实验课程的考核呈现出重理论、轻实践的特点。尽管闭卷期末考试有知识点覆盖全面的优点,但其并不能真实反映学生的学习效果。因此,不但需要采用更加先进的教学技术和手段,还需要设计新的课程考核机制。

3 改革方案设计

我们在综合考虑安徽财经大学计算机专业教学现状和学生特点的基础上,设计了新的基于EDA的计算机组成原理实验教学的考核方案,基本原则如下:(1)弱化死记硬背式考核、强化考核学生运用知识解决实际工程问题的能力,注重学生综合素质,以考核学生的创新能力为核心目标。(2)考核方式逐步向多样化、分阶段嵌入式考核,考核内容向逐步向综合能力和创新能力倾斜。(3)实行主讲教师负责制,严格考核过程控制和评分标准,确保成绩评定公平、公正。

考核内容改革:现行考核内容偏重于理论知识记忆,即使学生平时很少动手实践,也难以通过既有的考核方式加以甄别。基于EDA的计算机组成原理实验教学优点之一是容易通过设计虚拟硬件元器件,搭建虚拟硬件平台等考核方式实现对学生的工程实践能力的测试,从而杜绝考试突击和考试作弊等不良现象。通过改革,学生可以深入理解现代电子计算机中数据的表示形式、数学运算方法、逻辑运算方法等知识,不仅有助于帮助学生深入理解抽象的理论知识,还能够提高学生的编程能力。改革后,设计实验包括:cache模拟存储系统设计实验、模拟指令系统设计实验、模拟流水线及流水线调度实验、模拟指令调度和延迟分支处理实验。例如:通过Cache Sim模拟设定cache的参数,如:存储芯片容量、存储器容量、cache地址映射、cache缺失交换策略以及如何保持cache和主存的数据一致性。而MIPSSim是可以在.NET环境的支持下在Windows上运行的仿真软件。在默认情况下清空所有寄存器,即初始状态下所有存储器清零(内存、通用寄存器、浮点寄存器、流水寄存器),清空时钟、断点和暂存数据;内存大小为4096Byte;载入起始地址为0;浮点加法运算延迟6个时钟、浮点乘法运算延迟7个时钟、浮点除法运算延迟10个时钟;采用流水方式;不采用定向机制;不采用延迟槽;采用符号地址;采用绝对周期计数。在流水方式下,模拟器主界面包含代码、寄存器、流水线、时钟周期、内存、统计和断点共7个窗口;非流水方式下,模拟器主界面包含代码、寄存器、内存和断点4个窗口。

考核方式改革:传统的计算机组成原理实验课程考核方式通常为笔试,往往无法有效衡量学生对计算机硬件工作原理的理解程度,更无法衡量学生的实际硬件设计能力。基于EDA仿真实验通过仿真设计计算机硬件模块及模块与模块之间的通讯关系,能够帮助学生深入了解和掌握计算机硬件工作原理。课程考核也可采用嵌入式考核形式,即将学生平时实验成绩列为考核的一部分;最终课程考核可采用课程答辩的方式进行。每完成一个实验,以小组为单位参加实验答辩,根据小组答辩情况、实验报告完成情况以及小组在实验过程中的表现给出成绩。

考核成绩构成改革:当前,计算机组成原理实验考核最常见的成绩构为:平时成绩的比率为30%,期末考试成绩的比率为70%。改革后,平时成绩的比率为20%,平时实验表现和实验成绩的比率为30%,期末成绩的比率为50%。通过新增实验成绩赋予实验环节更大的考核比重,从而加强对学生平时做实验状态的考核。通过调研发现:类似方案在其他高校已经取得较为理想的效果,主要体现在:教学与实践环节的改革得到学生的积极响应;学生能在实验中通过认真的思考,构思实验思路、设计实验方案,最终得到与理论知识一致的实验结论,加深对理论知识的理解。学生普遍反映改革提高了他们学习计算机组成原理的兴趣,锻炼了动手能力和分析问题、解决问题的能力,基于EDA的仿真实验是所有课程实验中最有收获、最有价值的实验。

4 总结

基于EDA技术计算机组成原理实验教学法为学生提供了在模拟环境下综合设计计算机部件,深入掌握单个部件内部工作原理和工作逻辑,连接和调试多个计算机硬件部件、理解计算机定时机制和部件间通讯机制的实验环境。此外,基于EDA技术的计算机组成原理实验教学还有助于提高学生的软件编程、电子设计、芯片使用等知识,尤其使得学生的综合运用能力得到显著提升。基于EDA的计算机组成原理实验教学已经成为计算机组成原理实验教学改革的重要方向。

参考文献

[1]谭小兰,莫海燕,陈多.基于EDA的计算机组成原理实验教学方案-以湖南工程学院为例[J].湖南工程学院学报,2011,21(3):93-96.

[2][钱江波,王让定,石守东,林雪明.基于EDA技术的“计算机组成原理”课程改革研究与实践[J].实践教学.

[3]陈媛,黄贤英.基于EDA技术的计算机组成原理实验教学探索[J].重庆工商学院学报,2007,21(2):136-138.

[4]李丽萍,盛琳阳.基于EDA技术的计算机组成原理实验课开放性教学模式研究[J].计算机教育,2010,10:55-57.

[5]王超.基于仿真实验的计算机组成原理考核方式改革研究[J].计算机教育,2016,3:146-148.

[6]肖娟,龚德良,王嵩,陆武魁,谢艳江.计算机组成原理实验方式改革[J].计算机教育,2012,21:80-82.

[7]蒋本珊,王娟,洪杰.计算机组成原理实验改革初探[J].实验室研究与探索,2007,26(12):270-273.

EDA开放式实验模式 篇4

关键词：化工原理实验 虚拟教学 实验教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）05（a）-0143-02

自从2002年美国麻省理工大学（MIT）通过互联网发布全部课程的教学信息而成为全球共享资源以来，其普遍、快速、交互的特点引起了对知识传播模式的全新探讨，极大地改变了基础教育领域内教与学的方式、手段和过程。采用基于网络（WEB）的虚拟教学模式来完善、甚至是部分替代传统的教学模式，必将成为未来教育的主渠道。从技术角度看，当前的网络技术已相当成熟，图像、动画、视频、音频等多媒体信号的制作及传输方式也是多样化的。系统运行于校园网上，既可用于计划性较强的日常教学，也适用于灵活的培训、辅导讲座及师生间交流。近年来，对这一模式在英语课程、计算机课程及思政课程教学中应用的研究不断地深入，但目前应用于工程实验课程的实践则相对寥寥。

《化工原理实验》课程是一门以培养学生的工程能力、创新思维为目标，以实验研究方法处理化学工程问题为特色的实践性课程，是学习、掌握和运用化工原理理论知识必不可少的重要教学环节。实验教学过程担负着从理论到工程、从基础到专业的桥梁作用，必然要求适应时代的教学模式与之匹配。目前高校所采用的实验教学模式多为传统的、验证性的模式：即实验中采用分组实验的形式，教师讲解实验要点后由学生采集实验数据，经课后整理后上交实验报告。这种实验教学模式导致学生机械地循序操作，而且由于受到场地和实验装置的限制，很难实现学生个人独立完成实验的目的。另外《化工原理实验》中，介质在密闭的管道或塔器内进行传质传热过程，无法观察到实际的过程变化或产生故障的情况，这些因素都不可避免地剥夺了学生思考的权利。除此之外，作为工程实验，要花大量的时间在准备实验上，但如果碰到设备出现问题，将直接影响实验的进展；作为对实践环节的总结，实验报告是实验课程的重要组成部分，也是评判学生实验结果的依据。但在实际的教学当中，学生的实验报告单纯是数据的整理，且容易抄袭。对于报告中体现的较大误差甚至是失败的实验，学生得到的只是一个成绩，而没有修正或改进的实践机会。为建立《化工原理实验》教学的基础性、综合性、自主性、创新性相结合的实验教学模式，鼓励学生选择、自学、尝试、乃至允许失败并总结经验，巩固课堂教学知识点，弥补课堂教学的盲点，基于WEB的《化工原理实验》开放式虚拟教学的探讨势在必行。

1 《化工原理实验》开放式虚拟教学模式的主题模块

顺应科技教育的趋势，我们提出了以《化工原理实验》教学过程的设计及学习资源的利用为特征，以信息库的建立及实验CAI的网络化作为整个虚拟实验教学核心的模式，组建包括资源创作、视频教学、多媒体课件的教学信息库，实现《化工原理CAI》仿真的网络化，开发综合学习、资源、评估及信息交流的教学平台体系。通过网络联通的PC机，学生不仅可使用模拟软件搭建的虚拟实验环境，根据实训的要求，任意时段、任意次数地进行实验练习，而且能够利用多媒体通讯技术构造的学习环境，进行实时视频点播教学、多媒体个别化交互式网络学习等教学活动。以此为主旨的主体模块为：

1.1 网络化仿真实验平台

基于WEB的实验仿真系统的开发。东华大学的《化工原理实验》现为上海市精品课程，自主研制的《化工原理CAI》以其三维立体界面、逼真的动态效果、切合教材的操作流程，以及方便的操作界面等优点已经在《化工实验原理》课堂教学中使用，教学效果良好。但由于其必需以软件的形式单独安装在每台电脑中，无法进行使用者个体间的交流，也无法在没有购买或安装此软件的学生个人电脑中使用，限制了在实验室外的使用条件。因此，将流程仿真、动态实验过程通过计算机技术、多媒体技术、数字压缩技术、网络通信技术的融合交叉，制作成适用于网络传输的实验仿真系统是迫切的需求，是虚拟实验系统的关键组成部分。在虚拟的教学实验中，学生们可以再现和模拟实验发生和发展的条件、现象，直观清晰生动地为学生提供大量的感性材料来验证课堂理论讲授的内容。对于难做的实验，学生可以重复进行实验，而不受时间、场地、安全等实际实验条件的限制。实验报告可以用小论文的形式，运用课堂教学的理论知识、学生自身实践的数据成果，允许学生在仿真实验中模拟错误实验条件及操作下的异常现象和可能出现的实验事故，鼓励他们勇于实践、不怕失败、善于从成功与失败中吸取经验，培养和促进学生的语言知识、逻辑思维能力和概括能力。不仅能够最大限度地利用各种教学资源；能够实现任何学生、在任何时间、任何地点、从任何实验章节开始实践；而且可以使教師与学生、学生与学生之间，通过网络进行全方位的交流，最大范围的教学资源共享，大大地提高实验教学的质量和效率。

1.2 虚拟实验教学管理

打破许多实验内容的设置还停留在把书本上的文字直接上传到网上的方式，建立和完善“数据库”服务体系。不仅局限于教学大纲，教学日历，教案等文字资料，还应以流媒体信息模式以在线播放或下载播放提供教室讲课录像、声音、图像等，丰富教材内容。将录制好的视讯影片剪辑安排，结合Flash动画等形式，针对教学内容，以不同的教学策略提出问题来启发、促进与引导讨论。数据库的建设是一个长期的过程，需要该实验课程的专业教师和技术人员共同开发，结合传统的网页资源及预录的视频播放，充分调动人的多种感官，以达到良好的教学效果。

2 基于WEB的开放式虚拟教学模式应用于《化工原理实验》的教学体会

无论对学生还是老师来说，虚拟实验教学都是新体验，不仅在形式上，也将是在思想上的一次创新。建立网络交互体系，将教学过程中教师与学生的交流形式网络化，延伸课堂教学的空间和时间，密切师生之间的交流也是本项目的关键之处，可以通过BBS主题讨论和与师生间的电子邮件在线非实时答疑，构建民主平等的新型师生关系与和谐愉快的心理氛围。在此两项基础之上，建立讨论答疑及考试系统。提供练习、作业、考试等多种试卷类型，以满足不同用户考试、学习、培训、竞赛的应用需要。学生可以查看自己的成绩和答卷，参照设定的正确答案和答案要点说明，了解自己的知识盲区，有效地提高在教学上的应用效果。同时，教师的角色不再单纯地作为知识的传播者，而是从“教”到“导”。引导学生高效率地学习，掌握学习策略，培养学生自我调节、自我监控等能力，形成良好的学习习惯。只要在有网络的地方，就能够成为真实意义上的开放实验室.虚拟实验室的优势是硬件设备无法可比的，但也不可忽视它的局限性，毕竟是一个模拟的环境，对那些在处理硬件设备是还有很多细节问题上要同学们反复练习、熟练操作；在教学过程中应该要灵活运用虚拟实验室和教学实验室之间的互补，虚实结合、取长补短，为学生们进行更高层次的学习提供良好的学习和实验的环境。

参考文献

[1]陈寅生，刘建奇.化工原理创新实验平台的构建[J].纺织教育，2011，26：329-331.

[2]陈寅生.化工原理实验及仿真[M].2版.东华大学出版社，2008.

EDA开放式实验模式 篇5

高校实验教学是高等教育中的重要组成部分,既是培训大学生基本技能,也是培养大学生具有创新意识和创新思维的关键课程[1]。 但目前各大高校由于各种条件和因素的限制,在电子技术实验这部分内容中存在着一些弊端和问题。

( 一) 实验学时少

在绝大多数学校, 电子技术实验都不是单独开课,而是附属于理论教学,只在教学计划中占有很小的比例。

( 二) 教学方法单一

目前大多数实验教学的基本模式就是粉笔加黑板,教师讲学生做,教师在教学方法和模式上没有什么改革和创新,教学方法比较单一。

( 三) 实验内容简单

由于实验所占学时太少, 因此学生所能做的实验大多都是验证性实验, 设计性和综合性的实验内容较少, 所有的学生都在同一个时间按照同样的操作步骤,得出相同的实验结论。学生在整个实验过程中完全处于被动接受状态,主观能动性根本无法被调动起来,还不利于培养学生的创新意识。

( 四) 实验设备利用率低

由于实验必须在理论知识积累到一定程度时才能进行实验教学,因此在学期初和学期末实验室基本没有实验教学,而且每个专业所做的实验内容比较少,实验设备利用率比较低,很多时间都在空闲。

二、哈尔滨理工大学在电子技术实验教学环节所做的改革和实践

为了改变实验教学中出现的这些弊端,也为了给学生提供更多学习和锻炼的机会,我们在诸多方面对实验教学进行了改革。

( 一) 搭建实践训练平台

为贯彻好 《 国家中长期教育改革和发展规划纲要》中有关创新人才培养模式的精神,也为了达到哈尔滨理工大学“ 完整的知识结构、较强的实践能力和突出的创新意识”人才的培养目标,学校启动了一系列教学综合改革项目,其中很重要的一项就是开放性实验。 通过开放性实验,学校要构建以科学研究性实验为主导,以基本技能训练为基础,以创新思维和综合素质培养为目的的创新性开放实验教学模式[2]。

( 二) 注重实验内容的选取与设定

为了让学生所学的理论知识能充分地和生产生活实践紧密结合起来,我们在开放性实验内容的设置上也充分体现了紧贴生活的特点,让学生充分了解和体会数字电子技术在实际生活中的应用,激发学生学习的兴趣和动力。

数字电子技术这门课程主要包括两大部分主要内容:组合逻辑电路和时序逻辑电路。 而基本的逻辑门电路是这两大部分的组成部分,所以在开放性实验内容的设置上主要分成了三部分:基本逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路。 这三部分内容的设定和理论课的教学顺序相同,由浅入深,层层递进,逐步提高学生的能力。 如果一开始就让学生学习比较复杂的设计性内容,学生的能力和水平还无法达到,因此从基本逻辑门电路开始,先做一些较为基础的,待学生的理论水平和动手能力有一定的提高后再进行较为复杂的组合逻辑电路和时序逻辑电路的连接。

现在学生在学习过程中存在的一个很大问题就是理论知识与生产实际完全脱离,不知道怎么把教材上的理论知识与生产生活实际结合在一起,造成的结果就是走上工作岗位后觉得学校学习的知识根本没用。 因此,我们在数字电子技术的开放性实验内容的设定上,就侧重了这一点,设定的题目都是和我们的生产生活紧密相连的,例如举重裁判的判定电路、彩灯循环控制电路、病房呼叫系统、篮球24 秒倒计时电路等等,这些电路都是源自于生活,和我们的生活息息相关。 这些内容既让学生学会了如何把学习到的知识应用到生活实际中,同时这些内容又能激发起学生学习的兴趣和热情[3]。

( 三) 运用EDA技术,采用软件与硬件相结合的实验方式

为了能让学生学习到先进的知识和技术, 我们把EDA引入到电子技术的教学中。EDA即电子设计自动化( Electronic Design Automation)[4], 在我国, 几乎所有理工科高校都开设了EDA课程的学习,因为EDA实践性强,软硬件结合,知识面宽,技术先进[5]。 而在EDA技术使用的仿真软件中,multisim无疑是应用最为广泛的软件之一,因此我们所有的开放性实验内容均采用软件与硬件相结合的实验方式,在整个实验过程中,为了让学生在软件和硬件方面都得到相应的锻炼,我们没有让学生设计出电路后就直接选用集成芯片搭接电路,而是让学生先用EDA仿真软件对电路进行仿真, 在仿真正确后再去连接电路。这样学生在实验的过程中既学习了仿真软件的使用方法,同时又进一步熟悉了硬件电路的连接,从多方面培养了学生的能力。

下图是整个开放性实验的流程。

( 四) 实验过程中完全以学生为主体,让学生得到充分的锻炼

在整个开放性实验的过程中,为了充分发挥学生的主观能动性,开发学生的创造性思维,教师只负责设定题目,从开始制定方案、设计电路到硬件连接、故障检测、数据分析、撰写报告等一系列过程完全由学生自主完成, 教师在整个过程中只是给学生加以辅导和帮助,当学生有解决不了的问题时帮助学生答疑解惑,而不是教师把现成的东西直接给学生, 让学生去照葫芦画瓢,真正的主体完全是学生,让学生在整个过程中得到充分的培养和锻炼。 经过一段时间的锻炼,学生的自主创新能力和实践动手能力一定都有很大的提高。

三、将EDA技术与开放性实验有效地结合在一起的特色及创新点

采用这种软件与硬件相结合的实验方式具有以下几个优越性。

1.学生在仿真的过程中,熟练掌握了仿真软件的使用方法,同时也更加熟悉了电路的结构、线路的连接,这样在做硬件连接的时候可以很快上手。

2.通过EDA软件仿真可以直接验证结果的正确性,便于学生及时发现问题,改正错误,避免了重复连接电路造成的不必要的浪费。

3.利用软件仿真电路学生只要有台电脑和相应的软件就可以完成,这样可以减少实验室设备和环境对实验的限制,为学生提供了更广泛的锻炼空间。

四、电子技术开放性实验的重要意义

( 一) 为培养学生的创新意识、创新能力和实践动手能力提供了锻炼的机会和平台

电子技术的开放性实验打破了原有的教师讲、学生做,原封不动照搬的实验模式,整个实验过程完全以学生为主体,教师只起到一个辅助作用,让学生得到了充分的锻炼。 而且通常实现同一个功能,不同学生的设计思路也各有不同,学生之间可以互相交流和借鉴,这就拓宽了学生的设计思路, 提高了学生的实践动手能力,更大程度上发挥了学生的主观能动性和创造性。

( 二) 充分利用学校的现有资源,提高了实验设备的利用率

由于实验教学必须以理论教学为基础,在学期初理论知识没有讲到,实验没有办法超前进行,而在学期末课程已经结束,因此在学期初和学期末实验室有很大一段时间是闲置的,而开放性实验是利用学生的课余时间完成的,时间可以灵活机动地选择。 这样可以避免出现高峰拥挤、低峰闲置的现象,大大提高了实验设备的利用率。

( 三) 对指导教师提出了更高的要求,有利于提高教师的综合素质

由于在开放性实验当中教师只给学生设定出电路所需要实现的功能,而具体到每一个学生时,各人的设计思路各不相同,因此所实现的电路也各不相同,这就要求指导教师不但要具备很强的实践动手能力,同时也要具备很雄厚的理论基础,并且要有相关的其他学科的知识作为辅助,这样就对教师提出了更高的要求,为了适应开放式实验教学,要求教师必须不断学习,掌握更多的学科知识、更高的实验技能,不断了解学科新技术,提高技术水平、 科研能力和组织管理能力等综合素质。这有利于提高教师综合素养,构建科学合理的师资队伍[6]。

创新人才是当今时代竞争的焦点,也是未来社会发展的重要因素[7],只有在开放的教学环境中才有可能培养出富于创造精神的个体。创新人才的培养需要经过不断的实践和积累才能逐步完成,而开放性实验教学正是激发学生的主观能动性,培养学生的开放性思维和实践动手能力的有效方法。 开放性实验教学为培养创新型人才提供了良好的条件和平台,对于激发学生的创新意识、拓展学生的创新思维和提高学生的实践动手能力都有很大的作用[8],是培养创新人才的重要途径。

摘要：文章从目前电子技术实验教学现状与存在的问题出发,以哈尔滨理工大学为例,阐述了其电子技术实验教学改革策略,并分析了基于EDA的电子技术开放性实验的特色与意义。

关键词：电子技术,开放性实验,EDA

参考文献

[1]吴晓燕,周红,袁艺标等.发挥实验中心优势搭建“深层次开放”平台[J].中国高等医学教育,2012,(8).

[2]刘颖,郭竹梅,江慧慧等.开放实验教学模式对培养大学生创新能力的影响[J].青岛大学医学院学报,2014,(5).

[3]薛华.电子技术实验开放式教学模式的改革[J].实验科学与技术,2014,(1).

[4]高有堂,徐源.EDA技术与创新实践[M].北京:机械工业出版社,2012.

[5]郭来功,周孟然,蔡俊.“EDA技术”教学对大学生创新能力培养的探索[J].中国电力教育,2010,(31).

[6]葛汝明.电子线路实验与课程设计[M].济南:山东大学出版社,2006.

[7]张利,厉虹,杨秀媛.以创新型人才培养为目标的EDA技术课程的教学实践探索[J].科技信息,2013,(7).

EDA开放式实验模式 篇6

关键词:数字测绘开放实验室 开放模式 B/S框架结构

中图分类号:P209文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0234-01

引言

实验室是高等学校实施素质教育、培养学生实践能力与创新精神的重要基地,是实现通识人才培养模式的重要阵地。随着我校办学规模的不断扩大,我校测量实验中心建设规模的不断壮大,以及学校内涵建设对学生专业技能培养目标要求,目前的课堂实验与实践教学模式已经严重滞后于专业培养方案;实验中心软硬件设备添置速度与仪器设备使用效率严重脱节;目前在非测绘专业实践教学中普遍使用的经纬仪配合平板仪的平面图测绘法在生产中已经淘汰,而高、精、尖、新、专等测绘仪器与设备却几乎束之高阁,大面积测绘新仪器的陈列闲置已经成为制约我校相关专业人才培养的瓶颈。

实验室对学生开放、为学生提供实践学习条件是教学改革的重要内容,是培养高素质创新型人才的客观要求;能够最大限度地发挥实验室资源效益,为学生提供自主发展和实践锻炼的空间,激发学生的创新观念和意识,全面培养学生的科学作风、创新思维和实践动手能力。而鉴于测绘仪器操作技能对测绘工程师和土木工程师的特殊要求,测绘技术快速发展和测绘仪器更新换代的客观事实,以及测绘数据处理软件的普及与频繁升级,数字化与测绘工程开放实验室的建设已经迫在眉睫！[1-3]

1 开放实验室建设内容及已具备的条件

健全的制度是开放实验室工作顺利开展的前提,完善的管理系统则是开放实验室保持良性运作的保障,而开放模式和开放项目的建设则是开放实验室建设的核心。因此,数字测绘开放实验室建设应从开放实验室制度体系建设、实验室开放模式建设、实验室开放项目建设和开放实验室管理系统开发建设四个方面进行。[4-6]

1.1 开放制度建设

制度建设是开放实验室建设的正常运行和良性运作的保障。开放实验室基本制度包括实验室开放管理办法、实验室开放项目、实验室开放学生管理办法、实验室开放预约制度、实验室安全和卫生制度、教学实验技术成果奖励办法、仪器工程租借管理办法等规章制度。为了优化配置实验室的各种仪器设备、专业软件以及技术研究人员,必须建立开放实验室的激励和评价机制。另外,实验技术人员的培训制度建设可以确保因实验室开放而带来的仪器设备维护保养、检测维修以及技术改进等问题不致影响开放实验室的正常运行。

1.2 开放模式建设

开放实验室的一般工作程序是对于确定的实验项目,由仪器使用者提出申请,经主管教师审查通过后由实验室管理人员进行安排、培训,实验后上缴仪器并提供实验成果及工作总结。数字测绘实验室对实验场地的要求比较高,我校测绘实验中心在三个校区均有实验室,实验场地包括校内试验场和校外实习基地,因此,我校数字测绘开放实验室的开放模式必须综合考虑既有条件,构建适合我校校情的开放模式。

1.3 实验室开放项目建设

我校测绘实验中心目前具有各种传统的测绘仪器、数字测绘采集仪器资源和种类比较丰富完备的数据处理软件资源,可完全满足校内相关专业学生、教师以及校外培训人员等使用对象的开放需求。因此,实验项目可针对校内相关专业学生的课程综合实验、课程设计与实践、毕业实践、大学生科技创新等类别,非专业学生的课程综合实验、课程实践和测绘技能竞赛等类别,校内教师纵横向科研项目、校外测绘技术人员培训等类别,分别在场地、设备、软件、开放模式等方面进行针对性建设和设计。

1.4 数字测绘开放实验室管理信息系统的设计开发

针对上述建设内容,开发数字测绘实验室开放管理信息系统,实现实验项目预约、仪器设备出借、仪器出入及项目开设状态查询、仪器设备管理、仪器操作与实验项目技术指导等环节的实时在线管理功能。总之,可将数字测绘开放实验室管理信息系统概括为学习子系统、教学管理子系统和实验管理子系统,各系统功能组成如图1所示。[7]

2 开放实验室运行分析

考虑到我校实验室管理人员配备比较紧张,任课教师教学任务繁重,数字测绘开放实验室主要针对测绘工程专业学生开放。目前开设的开放实验项目主要是针对测绘工程专业学生进行,如电子经纬仪水平角观测实验、电子全站仪使用操作实验、GPS-RTK实时动态定位实验以及电子全站仪采集数据的数字化地形图绘制实验。

从实验运行结果看,目前主要存在几个方面问题,(1)仪器借出与归还工作量大,目前我校实验人员编制紧张,是制约数字测绘开放实验室持续运行的主要因素;(2)占用学生大量课外时间,影像学生进行仪器操作训练的积极性;(3)开放实验室与实验室原有教学任务同时运行,且开放实验项目增速较快时,实验人员与指导教师工作量激增,与现有的机制存在严重冲突。以上问题的存在直接影响到开放实验室的运行效果,今后将着力在课内实验与开放项目的课时分配、开放实验项目考核激励机制、将开放实验与高校测绘技能比赛挂钩、测绘专业高年级学生参与实验管理等方面完善开放实验室运行模式,并在制度补充完善、系统功能改善等方面进行数字测绘开放实验室建设。

参考文献

[1]温浩,王宏.开放实验管理系统设计[J].实验室研究与探索.2009,28(6):296-298.

[2]魏海霞,高照忠.测量实验室开放管理模式设计[J].地矿测绘.2009,25(2):47~48.

[3]郭志和,梁正伟.测量实验室开放建设管理[J].现代商贸工业.2009,11:286-287.

[4]王铁生,张冰,周建业,刘敏.非测绘专业测量学实践教学环节的改革与探索[J].矿山测量,2006,2:47-50.

[5]胡沈荣,曹雨丽,陈宏.高校实验室开放模式的探讨[J].高校实验室工作研究,2007,2:62-64.

[6]郭范波.基于“三明治”培养模式的工程测量教学改革[J].台州学院学报.2008,30(3):66-70.

[7]杨碧石,束慧.开放式实验教学系统的建设与探索[J],实验室研究与探索,2008,27(10):166-169.

[8]李荣雨,周斌.基于B /S模式的化工储罐在线监测系统的设计与实现[J],化工自动化及仪表.2010,37(6):39-42.