立创EDA在电路分析基础课程思政中的应用*

周云艳 赵年顺 鲍 婕 李 铮

(黄山学院机电工程学院 安徽 黄山 245041)

立德树人成效是检验高校一切工作的根本标准，课程思政是落实立德树人的重要途径.2020年《高等学校课程思政建设指导纲要》指出全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量.工学类专业，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力.要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[1].教师作为专业课程教学的实施者，要深刻认识课程思政的内涵，深入挖掘专业课程的思政元素，积极探索课程思政的教学新思路[2].

电路分析基础是电类相关专业重要的专业基础课程，该课程要求学生掌握电路的基本理论知识、电路的基本分析方法和初步的实验技能，为学习后续课程准备必要的电路知识.课程教学中，为了提高教学效果，教师的传统做法是在知识理论讲解的同时将电路EDA软件引入课程教学，通过仿真与电路设计制作，培养学生的实践能力和创新能力，从而达到“两性一度”的要求[3].电路EDA软件种类繁多，常用的有Multisim、Altium Designer、Protues等，但是这些软件一般只侧重于某一特定方面的应用，比如Multisim软件主要用于电路仿真[4]，Altium Designer软件主要用于PCB板的绘制[5]，Proteus软件主要用于单片机电路的仿真[6]，过多的软件学习使得刚接触电路知识的学生疲于应付，学习积极性大大降低.此外地方本科院校购买版权的软件相对较少，很多学生使用的是盗版软件，与学生科学工程伦理的培养相悖.为了解决这些问题，本文详细探讨了国产立创EDA软件在电路分析基础课程教学中的应用，以及其在课程思政元素挖掘中的应用.

1 立创EDA简介

立创EDA软件隶属于深圳市嘉立创科技发展有限公司，完全由中国团队独立研发，并拥有完全的独立自主知识产权.该软件致力于中小规模电路图绘制、仿真并为PCB制造提供便利.具有以下特点[7].

(1)立创EDA针对国内个人用户永久免费，没有版权问题.采用立创EDA软件进行教学，能够减少学校在软件上的投入，同时有利于学生工程伦理的培养，激发学生的民族自豪感与家国荣誉感.

(2)立创EDA有仿真和标准两种模式，用户可以自由切换.在仿真模式下，结合在线仿真库和操作简洁的优势，仿真与现场实验环境中实操类似，学生能够快速上手.在标准模式下，学生可以绘制电路原理图，进行电气验证，并且能够一键将原理图转换为PCB进行元器件布局与布线操作.绘制好的PCB板，可以一键元件下单购买元器件，一键PCB下单打样贴片.

(3)立创EDA既可以在客户端使用，也可以基于浏览器在线操作.使学生在任意一个场合都可以进行电路设计.此外立创EDA还专门设置了教育版，教师能够对班级团队的电路设计进行管理，及时了解学生进度.

(4)立创EDA提供友好的支持.立创EDA为用户提供社区支持，用户间可以进行互动交流，及时获得疑问的技术解答.同时立创EDA还有专门的硬件开源平台，为用户提供海量开源项目、经典设计参考、实际应用项目等，为用户设计提供方便.

立创EDA可以实现从电路设计，仿真，PCB绘制，打样，元器件采购，贴片焊接一体化服，为广大电子工程师、教育者、学生、电子制造商和爱好者提供服务.将立创EDA应用于电路分析基础课程一方面能够使学生加深电路理论的理解，另一方面能够使学生将理论与实践结合起来，提高实际动手能力与创新能力[8].

2 立创EDA在电路分析基础课程教学中的应用

电路分析基础课程是电类三大基础课程的第一门，该课程的学习直接影响学生对后续专业课程的学习与兴趣.

2.1 常用电子元器件的识别

教学资料上的电子元器件都是通用的标准符号，很多学生不能够将符号与实际元器件联系起来.在课堂上直接展示电子元器件实物，由于体积较小，效果并不直观.利用立创EDA能够很好地解决该问题，在仿真模式下软件提供了常用电子元器件的3D模型，如图1所示为通用器件的3D模型.此外基于立创商城，可以直接查找元器件的实物图片、封装符号等.电子元器件不同型号性能参数不同，往往需要查阅数据手册，由于学生初接触电类课程，很多专业术语不理解，很难通过专业的英语网站查找器件手册，而基于立创商城在立创EDA软件绘制原理图的过程中即可方便的查找到元器件的相关信息，如图2所示为可调电位器的查询界面.

图1 立创EDA中通用器件的3D模型

图2 立创商城元器件实物、符号及封装

2.2 电路理论的仿真验证

传统课堂教学以及教材中侧重电路抽象理论的分析，与实验实践分割开来.实操实验由于实验场地、时间等原因不能够很好的与理论课程同步，仿真是联系理论与实际最好的方式.立创EDA完全中文化的界面，在线与客户端两种对计算机硬件无特殊要求的操作方式很容易让学生接受.这里以叠加定理的验证为例.

叠加定理是要求学生必须掌握的线性电路定理，其内涵是当线性电路中有多个电源时，电路中某处的响应可以看成各个电源单独作用在该处产生响应的叠加.如图3所示，在立创EDA仿真模式下分别建立3个电路，图3(a)是原电路，既有10 V电压源V1也有0.5 A电流源I1，此时万用表测出电阻R2两端电压为2.5 V.图3(b)和(c)为电源单独作用的分电路，图(b)只有10 V电压源V1作用，不作用的电流源支路开路，仿真后万用表显示5 V.图(c)只有0.5 A电流源I1作用，不作用的电压源短路，仿真后万用表显示-2.5 V.从仿真结果中可以看到原电路的电压等于两个分电路测得的电压之和，验证了叠加定理的正确性.通过仿真使学生将理论与实际结合起来，加深对理论的理解，同时仿真也利于学生了解万用表的使用方法，为真实环境下电子仪器的使用提供帮助.除了万用表，在立创EDA中还提供了示波器、信号发生器等实验室中常用的电子仪器，如图4所示.

(a)

图4 立创EDA中的仪器仪表

基于立创EDA仿真不但可以在课堂进行，学生也可以在课后自由发挥.仿真使学生将理论与实际结合起来，仿真不但能够验证电路理论，将抽象内容具体化，强化理论知识的理解，仿真也可以是对设计电路的预评估，同时当学生在理论分析遇到困难时，可以通过仿真快速得到结果，为理论分析提供思路.

2.3 电路的实践应用

为了提升学业的挑战度、增加课程难度、扩展课程深度，需要使学生将所学“电路分析基础”理论内容综合起来，与实际结合起来.很多学校在该课程教学改革中都认识到了综合性电路设计的重要性，即要求学生完成一个实物电路的设计制作.一个电路从原理图到实物需要经过原理图设计、元器件购买、实物焊接等环节，对于地方二本院校来说，实际操作难度很大.其一电路设计与仿真软件的版权经费投入不够，其二PCB板打样的设备经费投入不足，其三型号各异元器件的统一采购分发工作量大.因而实际操作中经常是软件用盗版，PCB板用面包板或是万能板替代，所有学生完成元器件完全相同的电路，这大大降低了挑战度、创新性与高阶性.

基于立创EDA及其相关商业平台，这些难点都能轻易解决，电路的设计制作流程变得非常方便.如图5所示为基于立创EDA的电路设计制作流程，教师首先在立创EDA教育版中建立管理班级团队，然后通过教育版下达电路设计任务.学生选好题目之后，第一步通过立创EDA仿真模式进行电路设计与仿真，第二步基于立创EDA标准模式进行电路原理图的绘制，为电路板的设计提供元器件封装和网络表连接，进行电气验证，同时原理图还应当本着整齐美观的原则，以便在设计报告说明书上提供清晰的电路，第三步在标准模式下从原理图直接导出PCB，进行元器件布局与电路板的布线，还可通过2D和3D视图查看PCB电路板的实际效果与全貌，第四步通过标准模式“一键元件下单”功能在立创商城购买元器件，第五步通过标准模式“一键PCB下单”功能在嘉立创直接进行PCB打样与贴片操作.最后每个学生收到由立创商城直接快递的元器件与PCB板，教师只要提供最后焊接调试的实验场所即可.在此过程中教师可以通过教育版对学生设计的仿真电路、原理图及PCB图进行在线评价与指导.

图5 立创EDA电路设计流程图

在电路分析基础课程教学即将结束时，学生通过立创EDA及其商业化平台完成一个完整电路的设计仿真与制作，使得学生将电子元件的识别、电路理论与实践全部联系起来，培养了学生综合应用能力，同时提高学生的学习兴趣，最终提高学习效果.

3 基于立创EDA的课程思政元素挖掘

将立创EDA应用于电路分析基础课程的教学中，不但能够提高专业教育效果，而且能够丰富课程思政元素，落实立德树人的根本目的.

3.1 强化学生工程伦理教育

当前电子电路设计与仿真软件存在一定程度盗版现象，如果在教学过程中使用相关盗版软件进行教学，容易对学生的工程伦理观产生诸多负面的影响，不利于学生树立正确的价值观.尤其电路分析基础课程是电类学生接触的第一门专业基础课程，对于学生树立正确的工程伦理观具有重要的导向作用和长远意义.通过使用立创EDA软件进行教学，不存在侵犯软件知识产权的违法问题和伦理问题.因此，在教学过程中向学生阐明侵犯软件知识产权的危害性，从法律和伦理两个层面解读保护知识产权的重要意义和价值，从而引导学生要不断树立正确的工程伦理观，真正做到尊重知识、尊重创新，并且知法守法.

3.2 培养学生精益求精的大国工匠精神

在教学实践过程中，一方面通过严谨的理论推导来培养学生的科学精神和专业素养，提升学生的记忆归纳、理解综合、分析推理和总结评价的能力.同时，另一方面利用立创EDA对电路理论进行仿真验证来进一步培养学生探究精神、操作能力、知识应用能力.学生通过经历完整的电路设计仿真与制作的实践环节，其工程能力和创新、创意素养可以得到显著提升.通过立创EDA软件的应用有效地将“专、精、细、实”大国工匠精神贯穿了整个教学过程.

3.3 激发学生科技报国的家国情怀和使命担当

目前我国电子信息的核心技术比较缺乏，EDA软件等方面还是相对落后，立创EDA作为我国完全自主的电子电路设计仿真软件，虽然与国际领先水平还有一定的差距，但是完全能够满足高校学生及个人用户的电路仿真设计需求.因此，教学过程中可以一方面引导学生要正视我国在相关核心技术领域的现状和问题，并树立远大的理想和爱国主义情怀，勇敢肩负新时代赋予的历史使命.另一方面引导学生支持国有自主知识产权软件，并且在使用的过程中通过社区等用户支持平台，对软件存在的问题进行反馈以促进软件的不断改进和创新.通过立创EDA的教学应用有效回答了培养什么人、怎样培养人、为谁培养人的问题.

4 总结

完全具有独立自主知识产权的国产软件立创EDA，能够完成电路的设计、仿真验证、PCB板的绘制，借助其商业化平台嘉立创与立创商城，电路元器件一体化采购以及PCB板一键打样，使电路设计简单方便.将立创EDA应用于电路分析基础课程中，一方面使能够使学生加深对电路理论的理解，达到“两性一度”的需求，另一方面能够使课程思政落实落地，培养学生的工程伦理，精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀与使命担当.