关键词：电路；教学设计；教学实践；数字化教学
作者简介：喻学锋（1977-），男，湖北黄石人，武汉大学物理科学与技术学院，副教授；李茜（1990-），女，青海民和人，武汉大学物理科学与技术学院硕士研究生。（湖北?武汉?430070）
基金项目：本文系2012年武汉大学教学研究项目的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）28-0051-02
二十一世纪是数字化的时代。数字技术，是指借助一定的设备将各种信息，包括图、文、声、像等，转化为电子计算机能识别的二进制数字后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。[1]数字技术改变了人们的生活，也正冲击着教育。近年来，一些教育工作者提出了数字化教学理念，相应的教学研究和实践也逐步展开。如何发挥数字技术的优势，开展教学活动，实现课程的数字化教学，成了当今教育工作者所广泛关注的问题。[1]
一、什么是数字化的电路教学
对于一门课程来说，所谓数字化教学，主要包括教学内容的数字化和教学手段的数字化。教学内容的数字化，主要指利用数字技术把电路课程中所具有的电、磁等信号转换成数字信号，或把语音、文字、图像等转变为数字编码，用于传输、处理与分析。教学手段的数字化，主要指利用数字化工具教学，如利用计算机和投影等设备授课，利用计算机网络教学，利用电路仿真软件改造电路实验等。综上所述，数字化电路教学的实施过程就是信息技术全面改造电路课程的教学过程，是数字化技术在电路教学中整合和灵活运用的过程，也是教学改革中技术路线改革的实践过程。[2]
二、数字化电路教学的必要性
如同黑板、粉笔等出现后，班级教学代替了私塾式教学，数字化技术的发展也必然引起新的教学革命。而对于“电路”课程，数字化教学显得更为必要：
1.数字化教学可以极大地增加“电路”课堂教学的信息量
“电路”课程中包含了大量的文字信息和图像信息。传统教学手段以板书为主，过多板书和手工画图会影响学生听课效果，使得学生对老师传授内容缺乏积极思考的过程。利用数字化形式，以其大容量、多样性、高效率等优势，可极大地增加课堂教学的信息量。笔者在教学实践中发现，应用数字技术进行电路课堂教学，其展现的信息量是传统教学模式的1.5～2倍。并且，数字化教学可以将教师从板书中解放出来，节约出的课堂时间可用来补充讲解教学中的重点、难点，从而扩大授课的范围，增加学生的知识面，提高电路教学的效果。
2.数字化技术可以使枯燥的电学知识形象化
“电路”这门课名词术语、概念、特征数值均多且描述繁杂，学习记忆起来比较枯燥。而数字化技术的多样性表现手段可以将教学需要的文字、图像、声音等多媒体素材与应用程序集于一体，使抽象的名词能直接与相应的图像结合，形象生动，让学生在学习过程中通过多种媒体信息源的刺激，使本来单调烦琐的内容变得易于理解和记忆。并且，由于电路器件属于微观形态，往往难以用语言表述清楚其形态、位置、结构，而通过数字技术形象化的展示，会有百闻不如一见之效。
3.培养学科兴趣和开拓专业视野的需要
“电路”是电子科学与技术、电气工程和电子信息类专业的一门重要的技术基础课，也是学生接触的第一门电学课程。因此，使学生在高效率掌握知识的同时，培养学生对电学这个学科知识的兴趣非常重要。而数字化技术可利用多方位的数字化元素，如视频、图像等，给“电路”课程教学带来的趣味性，可大大增强学生对电学相关知识的兴趣和求知欲。并且，通过建设“电路”课程网站，可共享相关多媒体课件，并进行网上答疑，这无疑又能扩大学生的眼界，增强学生的辨识能力，同时也会密切师生关系，产生亲和力，进一步增强学生学习电路课程的热情。
三、数字化“电路”教学的设计
利用数字技术设计“电路”课程的数字化教学模式，是一项十分艰苦而有意义的工作，下面就课堂内外的教学活动讨论数字化“电路”教学的设计方式。
1.设计数字化的课堂讲述模式
关键词：中职；专业基础课；教学；有效性；课程模式
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2012）10-0051-02
目前，中职学校专业基础课教学一般有两种方式，一是以教师讲为主，二是在教师指导下让学生做（以下简称以做为主的教学方式）。传统以教师讲为主的教学方式其有效性已遭质疑。目前，倡导较多的就是以做为主的教学方式。但这种方式在中职专业基础课教学实践中同样遇到了挑战。
以做为主的教学方式存在的问题
随着对职业教育研究的深入和认识的加深，“由实践情境构成的以过程逻辑为中心的行动体系，强调隐性知识的自我构建，是培养职业型人才的一条主要途径”的观点已成为职业教育研究者和实践者的共识。用行动体系课程代替学科体系课程，实现“以能力为本位，以就业为导向”的职业教育目标，是目前职业教育课程改革的主流。
具体到职业教育的专业课教学，以做为主的教学方式强调做的方法和做本身，做是获得知识（过程性知识或程序性知识）的主要途径。也就是说，无论职业教育课程的终极目标是获取知识还是形成职业能力，共同点都是通过学生的做来完成。每个学生都在自己已有经验的基础上，在特定的情境下，以其独特的方式实现对知识的意义建构。所以，应该说，这是建构主义教育理论在职业教育实践中的体现。
课程模式决定了课程的教学方式。目前，强调做的课程有两种主要模式：一是任务本位课程，强调以工作任务为中心，从学生日后岗位的工作中选择课程内容；二是在任务本位课程的基础上再进一步发展，以工作任务为课程设置与内容选择的参照点，以项目为单位组织内容并以完成项目活动为主要学习方式的项目课程。应该说，这两种课程模式以及由这两种模式建立起来的教学方式，既是对传统教学方式的颠覆，也是对以往职业教育教学思想最具震撼力的冲击。本文并不怀疑以过程逻辑为中心的行动体系作为职业教育课程观的合理性。但问题是，这种合理的理论在“做”的教学实践中，同样遇到了极大的挑战。
就任务本位课程来看，它强调的是从工作任务中归纳知识，学生通过完成一定的工作任务完成“必需，够用”的知识构建。虽然说不同的任务中包含了不同的知识，但这些知识并不以任务设计者的意志起承转合、前后关联序化在一起，而是离散地存在于任务中。这种为了“习得知识或能力”而设计的工作任务也许考虑到如何“做”合理，却割裂了知识的关联。因为通过课程设计者有意识的安排，任务与任务之间可能存在关联，任务和知识也存在着关联，但未必任务中的知识点之间同样存在教育学意义上符合认知规律的必然逻辑联系。比如，在电子技术类课程教学中，以完成“安装、调试电源电路”这一工作任务为例，如果把这个工作任务再细分，它应该包含的子任务有：将市电（220V）转换成适当低压的任务；将低压交流电转换成直流电的任务；将直流电进行稳压的任务；除掉交流成分的任务等。这些子任务以串序的形式存在于“安装、调试电源电路”工作任务中，的确前后呼应、逻辑缜密。但这些任务中所包含的知识，比如变压器的电压变换原理、整流二极管的整流原理、三极管的放大原理、电容的滤波原理等陈述性知识和把这些原理通过规则进行整合的程序性知识，却是离散、内隐在任务之中的，并没有一个内在逻辑关系。如果在具体教学中，这些离散、内隐的知识必须由教师去讲，遇到的问题就使学生很难聚精会神地去“做”，教师的引导、叙述的激情也会被凌乱的知识切割得荡然无存。毕竟注重结构逻辑的学科教学，其知识关联性是符合知识学习一般规律的。
如果对这些知识教师不讲，那么，学生的“做”又会陷入到简单的机械重复中。“做”（完成任务的过程）要按一定的要求（规则）动手，而不是盲动。加涅在对知识学习的分析及对学习结果的分类中，明确提出智慧技能的概念，并且按层次分为简单、较高级和高级智慧技能。且指出这种“较高层次的技能是在经过较简单辨别技能的学习而进一步形成概念的基础上学会使用规则的能力”。仍以“安装、调试电源电路”这一任务为例，如果不清楚元器件的基本作用（陈述性知识）就无法清楚这些元器件相互作用后的结果（规则）。那么，知识的习得最多获得的只是加涅技能层次中的简单辨别技能——认识元器件和简单的动作技能——焊接。简单的焊接当然也是技能，但这种技能绝非职业教育最终追求，中职的培养目标是初、中级技能型人才，中职教育对技能的诉求不仅仅是简单层次的动作技能，否则与社会短期培训就没有区别。而遗憾的是，在提高动手能力的口号中，不少职业教育工作者忽视了智慧技能，而想当然地认为技能的提高就是动手能力的提高。
关键字：EDA数字系统CPLDVHDL
电子设计的必由之路是数字化，这已成为共识。在数字化的道路上，我国的电子技术经历了一系列重大的变革。从应用小规模集成电路构成电路系统，到广泛地应用微控制器或单片机(MCU)，在电子系统设计上发生了具有里程碑意义的飞跃。电子产品正在以前所未有的速度进行着革新，主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用。非凡在当前，半导体工艺水平已经达到深亚微米，芯片的集成高达到干兆位，时钟频率也在向干兆赫兹以上发展，数据传输位数达到每秒几十亿次，未来集成电路技术的发展趋向将是SOC(System0haCh2p)片上系统。从而实现可编程片上系统芯片CPU(复杂可编程逻辑器件)和5PGA(现场可编程门阵列)必将成为今后电子系统设计的一个发展方向。所以电子设计技术发展到今天，又将面临另一次更大意义的突破，5PGA在EDA(电子设计自动化)基础上的广泛应用。
EDA技术的概念摘要:EDA是电子设计自动化(E1echonicsDes5pAM·toM60n)的缩写。由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为摘要：EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段摘要：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑，PCB布同布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的QtE(计算机辅助工程设计)阶段摘要：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等新问题，使设计而能在产品制作之前预知产品的功能和性能。20吐纪如年代是EDA(电子设计自动化)阶段摘要：这一阶段的主要特征是以高级描述语言，系统级仿真和综合技术为特征，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。EDA是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥功能，使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图摘要：在电路板设计阶段，可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。非凡是支持硬件描述语言的EDA工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计和制造。有专家认为，21世纪将是四A技术的高速发展期，EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
EDA技术的基本特征摘要:EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法，这种设汁方法首先从系统设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错．并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行驶证。然后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路(ASIC)。设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次性成功率。由于现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高，一般分离的中小规模集成电路组合已不能满足要求，电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可编程朋IC器件已蓬勃发展起来。在EDA技术中所用的大规模、超大规模芯片被称为可编程ASIC芯片，这些可编程逻辑器件自70年代以来，经历了CPm、IzPGA、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中CPm(复杂可编程逻辑器件)／IzPGA(现场可编程逻辑器件)肩高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门／片以上，它将掩模ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特征结合在一起，非凡适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很轻易地转由掩模ASIC实现，因此开发风险也大为降低。可以说CPLE)／FPGA器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现裁体。硬件描述语言(HDL)是EDA技术的重要组成部分，是EDA设计开发中的很重要的软件工具，VHDL即摘要：超高速集成电路硬件描述语言，仍量凡是作为电子设计主流硬件的描述语言。它具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计较串和可靠性，用V佃L进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功能的和工艺有关的因素花费过多的时间和精力。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输入500至1删个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“A＝B十C”即可。使用硬件描述语言(HDL)可以用模拟仿真的方式完成以前必须设计和制作好的样机上才能进行的电子电路特性的说明和调试。能在系统行为级就发现可能出现的错误、新问题，并加以多次反复修改论证，避免了物理级器件的损伤和多次制作，节约了时间和开发成本，缩短了电子系统开发的周期。将EDA技术和传统电子设计方法进行比较可以看出，传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计，是一种搭积木式的方式，使复杂电路的设计、调试十分困难；假如某一过程存在错误．查找和修改十分不便；对于集成电路设计而言，设计实现过程和具体生产工艺直接相关，因此可移植性差；只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实泅，因而开发产品的周期长。而电子EDA技术则有很大不同，采用可编程器件，通过设计芯片来实现系统功能。采用硬件描述语言作为设计输入和库(LibraIy)的引入，由设计者定义器件的内部逻辑和管脚，将原来由电路板设计完成的大部分工作故在芯片的设计中进行。由于管脚定义的灵活性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度，有效增强了设计的灵活性，提高了工作效率。并且可减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高了系统的性能和可靠性。能全方位地利用计算机自动设计、仿真和调试。
硬件描述语言摘要:硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言，它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述，其层次由高到低分为行为级、R，几级和门电路级。常用硬件描述语言有WDL、Velllq和AHDL语言。WDL语言是一种高级描述语言，适用于行为级和R，几级的描述；Vedlq语言和ABEL语言属于一种较低级的描述语言，适用于R，几级和门电路级的描述。现在WDL和Velllq作为工业标准硬件描述语言，已得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，它们已成为事实上的通用硬件描述语言，承担几乎全部的数字系统的设计任务。应用Vf进行电子系统设计有以下优点摘要：(1)和其他硬件描述语言相比，WDL具有更强的行为描述能力，强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。(2)VHDL具有丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能检查设计系统的功能可行性，并可以随时对系统进行仿真。(3)Vf语句的行为描述能力和程序结构，决定了它具有支持大规模设计的分解和对已有设计的再利用功能。(4)用Vf完成的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并可根据不同的目标芯片自动把Vf描述设计转变成门级网表，这种设计方式极大地减少了电路设计的时间及可能发生的错误，从而降低了开发成本。(5)Vf0L对设计的描述具有相对独立性，可以在设计者不僵硬件结构的情况下，也不必管最终设计的目标器件是什么，而进行独立的设计。(6)由于VI具有类属描述语句和子程序调用等功能，所以对于已完成的设计，可以在不改变源程序的情况厂，只需改变类属参量或函数，就能很轻易地改变及计的规模和结构。
EDA技术的应用摘要:电子EDA技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计和制造等各方面都发挥着巨大的功能。在教学方面摘要：几乎所有理工科(非凡是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念、鳞握用佃L描述系统逻辑的方法、使用扔A工具进行电子电路课程的模拟仿真实验并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计，为今后工作打下基础。具有代表性的是全国每两年举办一次大学生电子设计竞赛活动。在科研方面摘要：主要利用电路仿真工具(EwB或PSPICE、VLOL等)进行电路设计和仿真；利用虚拟仪器进行产品调试；将O)LI)／FPGA器件的开发应用到仪器设备中。例如在CDMA无线通信系统中，所有移动手机和无线基站都工作在相同的频谱，为区别不同的呼叫，每个手机有一个唯一的码序列，CDMA基站必须能判别这些不同观点的码序列才能分辨出不同的传呼进程；这一判别是通过匹配滤波器的输出显示在输人数据流中探调到特定的码序列；FPGA能提供良好的滤波器设计，而且能完成DSP高级数据处理功能，因而FPGA在现代通信领域方面获得广泛应用。在产品设计和制造方面摘要：从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在P哪的制作、电子设备的研制和生产、电路板的焊接、朋比的制作过程等有重要功能。可以说电子EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。
【关键词】专业基础课；课程体系；仿真软件
1.引言
《电路分析基础》、《信号与系统》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》四门课程是电子信息类专业学生的重要专业基础课，课程内容前后联系紧密，对后续课程的学习意义重大。本文针对这四门课程，着眼于课程体系的建设和独立学院的特点，研究优化教学内容，降低课程难度的方法和措施，致力于提高教学质量，培养合格人才。
2.体系内课程理论内容的优化
电子信息类专业基础理论课具有入门难、逻辑思维能力要求高的特点，比如《电路分析》的公式多、定理多、计算量大。《信号与系统》课程具有理论性强、概念抽象不易理解。《模拟电子技术》概念多，单元电路分析计算难，每次课的新知识多，信息量大，抽象且枯燥无味。
对于《电路分析》强调简单电阻电路的分析，以加强电路中串联与分压、并联与分流、电位、开路和短路等基本知识的学习。在讲述网孔方程和节点方程时，只采用基尔霍夫定律。对特殊问题的处理时才采用“超网孔”和“超节点”方法。讲述相量时，采用相量变换与反相量变换的概念，使其与后续课程《信号与系统》中的傅氏变换和拉氏变换呼应。
《信号与系统》在不影响课程内容的连续性和系统性的前提下，精简基础理论。基本概念部分作为后续章节的基础，课堂上要详细的讲解；傅里叶变换一章中的信号正交分解对独立学院的学生可以不讲，而是直接引入傅里叶级数，对序列的傅里叶分析及离散傅里叶变换是后续课程数字信号处理的内容；讲授傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的性质时，由于三者有一定的相似性，因而重点讲授傅里叶变换的性质；在电路分析课程中，因为不讲拉普拉斯变换分析电路的方法，则在本课程拉普拉斯变换一章中重点讲授（一次课）；系统的状态变量分析对弱电类专业来说，后续课程用的很少，可以不讲或只简单介绍（2次课）。
《模拟电子技术》精选基础和重点内容，保证较扎实的理论基础知识；删减模拟电子技术中陈旧、过时的内容，简化定量分析计算方面的内容；及时更新和补充新内容，如EDA仿真与设计、模拟（数模混合）可编程器件等。
对传统教学别强调内容进行弱化，如《数字电子技术》中公式法或卡诺图法化简逻辑表达式在传统教学中占据重要的地位，但是，现阶段逻辑表达式的化简意义不大，学生只要掌握化简原理即可。改革后的“数电”课程对逻辑化简的技巧不再占用过多学时，考试也予以删减。
与此同时，还要考虑课程之间的相互衔接，即从课程体系的角度对授课内容进行整合，制定统一的教学大纲，理顺课程间的相互关系。突出工程性和实用性，注重“加强实践、提高兴趣、培养技能、积极创新”的理念。
3.体系内课程理论与工程应用的结合
3.1将Matlab与《电路分析》和《信号与系统》有机结合
体系内四门课程都具有浓厚的工程背景，目前的理论教学相对枯燥，方法单一。由于《电路分析》课程中许多电路的分析过程较复杂，所涉及的数学知识较深，而许多学生的数学基础又欠缺，因而时常出现教师难教、学生厌学的窘境。Matlab是目前应用最广泛的计算机软件之一，是实现科学计算、符号运算及图形处理等的强有力工具。在理论课的教学中引入Matlab软件辅助分析电路问题是化解教学窘境的有效手段。例如利用Matlab辅助分析动态电路和利用Matlab辅助分析正弦稳态电路，可是使理论教学变得直观，易懂。
《信号与系统》和现代数学关系紧密，理论性很强，具有高度概括和较为抽象的特点，学生普遍感觉该课程公式多，难理解。要想让学生掌握好这门课程，在教学过程中需要边学习、边实践、边研究。通过借助Matlab辅助分析，使学生真正理解课本内容，真正做到理论和实际相统一。使理论公式形象化，通过计算机仿真和演示，旨在加强学生对基本理论知识的学习、理解和掌握。理论课演示内容：信号的产生、表示与变换，信号的频谱分析、系统的频率响应、卷积计算、信号的合成与分解等。
3.2将Multisim10仿真软件与《模拟电子技术》和《数字电子技术》融合
在实际的课程教学中，对于一般、较简单的电路，教师可以对它进行详细分析、讲解，但是，对于较复杂的电路，则应该采用计算机进行辅助分析、教学。这样，既可以提高学生学习课程的兴趣，也可以提高教学的质量和效果。把Multisim10仿真软件引入模电和数电课堂教学，通过仿真软件来绘制电路，观察电路的工作过程，让学生一看就懂，一听就会，这样就有利突出重点、解析难点，也进一步加强了理论联系实际，学生对知识的理解更深刻，掌握更牢固，应用更熟练.同时缩短传统课程与相关实用技术和科学技术发展前沿的距离，以便取得更好的教学效果。具体的说，可以将《模拟电子技术》分解成“直流稳压电源”、“电压放大电路”、“功率放大电路”、“带有反馈的电压放大电路”、“集成运放的应用”等。在《数字电子技术》中可以拟定“基本逻辑门电路仿真”、“编码译码器仿真”、“时序逻辑电路仿真”、“555定时器仿真”、“数模、模数电路仿真”。教师在授课的过程中首先对电路简单介绍，接着进行仿真演示，之后再回归理论讲解和说明。
4.课程体系改革的初步实践
近几年来，随着独立学院师资的稳定，我们一直致力于电子信息类专业基础课的课程改革，从独立学院人才培养的目标入手，制定合适的教学大纲和配套的授课计划。尤其是针对模拟电子技术课程已经完成从大纲制定，到教材编写以及与教材配套的教学课件的制作，并且针对该门课程尝试了在理论课堂引入Multisim10仿真软件的尝试，取得了良好的教学效果。从目前的教学改革效果来看，改革的思路和方法与我独立学院的实际情况相符合，有必要把这种尝试延伸到四门课对应的课程体系，进行通盘考虑，进一步促进人才培养质量的提高。
5.结语
在提高独立学院办学质量这一系统工程中，课程体系与课程内容的改革无疑是一个核心的问题。尤其是专业基础课的教学与课程平台的建设对于独立学院的人才培养起着至关重要的作用。我们将不断探索教改新思路，培养符合人才市场需求的工程应用型人才。
参考文献
[1]黄丽亚,杨恒新,张业荣.电子电路平台课程的教学改革研究[J].电气电子教学学报,2011.
[2]俎云霄,王卫东,等.基于课程群的电子信息类专业基础课教学改革[J].现代教育技术,2010,20(13).
[3]何秋阳,朱敏,王红玉.面向应用型本科的模拟电子技术教材构想[J].中国电力教育,2011(1).
【关键词】全加器;VerilogHDL;多位设计
引言
随着信息时代的来临，“数字”二字正越来越多的出现在各个领域，数字电视、数字通信、数字电影、数字控制……数字化已成为当今信息社会的技术基础，电子技术发展的潮流。
数字电路已从早期的分立元件发展到集成电路，以及具有特定功能的专用集成电路，其设计的复杂度、集成度越来越大，而传统的设计方式已无能为力。为解决这一问题，基于硬件描述语言（HDL，HardwareDescriptionLan-guage）的全新设计方法应运而生。硬件描述语言是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言，形式上和普通计算机编程语言很相似。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
传统的数字电路设计方法其设计步骤分为：设计原始状态表、状态化简、状态编码、根据状态转换表建立输入和输出方程，画出逻辑电路并连接。这种方法需要一定的逻辑推导与化简，学习起来枯燥乏味，极易挫伤学习兴趣。但是如果在学习过程中将硬件描述语言加入其中，自行编写程序，从仿真波形中观察信号的逻辑变化，将被动学习变为主动学习，将会更加容易理解和掌握数字逻辑电路。当今最为流行的硬件描述语言以VHDL和VerilogHDL应用最为广泛。VerilogHDL以其易学自由的特点被美国80%以上的电子工程师使用，而国内大多数公司和研究单位也在使用VerilogHDL语言。
VerilogHDL语言简单易学，比较适合底层逻辑电路的描述，只要有C语言编程基础，即可在短时间掌握。而C语言是大多数理工类学生必修的编程语言之一。这里以VerilogHDL语言为基础，介绍如何在数字电路中引入硬件描述语言学习全加器。
一、传统方法设计全加器
全加器是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合电路，称为一位全加器。一位全加器可以处理低位进位，并输出本位加法进位。多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。它与半加器的区别在于需要考虑来自低位的进位，因此其输入端除了加数和被加数以外，还应有一个进位输入端。根据二进制加法运算规则，用A和B代表加数，CI代表来自低位的进位输入，S代表相加的和，CO代表向高位的进位，可列出一位全加器的真值表，如表1所示。
表1全加器的真值表
输入输出
CIABSCO
00000
00110
01010
01101
10010
10101
11001
11111
根据真值表写出输出端S和CO的逻辑表达式：
对逻辑表达式进行化简，可得如下表达式：
根据化简后的表达式画出全加器的结构图，如图1所示。
图1全加器的逻辑电路图
虽然依照传统的设计模式绘出了全加器的逻辑电路图，但是无法展现它是否符合真值表，无法检测设计的正确与否。引入硬件描述语言VerilogHDL，利用仿真验证，可以有效地直观感受设计效果。
二、基于VerilogHDL的全加器设计
VerilogHDL语言以模块集合的形式来描述数字电路系统，其基本设计单元是模块（module），整个程序包括在关键字module、endmodule之内，其模块类似C语言中的函数，提供输入、输出端口，通过实例化来调用其他模块，以及模块间相互连接来实现设计功能。在硬件描述语言的建模中，主要有结构化描述方式、数据流描述方式和行为描述方式，其中数据流描述方式与逻辑表达式很相识。这里以化简后的逻辑表达式对电路进行描述。
modulefull_adder1（a，b，ci，s，co）;
//模块定义行：module模块名（端口名表项）
inputa，b;//端口类型说明：说明端口的输入或输出特性
inputci;//来自低位的进位输入端
outputs;//加数之和的输出
outputco;//向高位的进位输出端
assigns=a^b^ci;//功能描述：对模块的功能或结构进行具体描述
assignco=（a&B）|（ci&（a^b））;//向高位的进位端描述
endmodule//结束行：标志模块结束
图2一位全加器模块的仿真结果
在模块描述完成之后，需要通过测试文件对模块进行仿真验证，以检查设计是否达到要求。想要对模块进行仿真测试首先要规定时间单位，而且最好在测试文件中统一规定时间单位，比如，‘timescale1ns/1ps表示仿真的单位时间为1ns，精度为1ps。测试模块可以看做一个模块或者设备，和你已经编写的模块进行通信。通过测试模块向待测模块输出信号作为激励，同时接收从待测模块输出的信号来查看结果。一般在测试模块中将测试模块的输入信号（input）定义为reg型，输出信号（output）定义为wire型。处理完接口和声明之后，需要自己设置一些激励信号，激励信号的内容就是能输入到待测模块中的波形。对上述模块编写测试程序，查看仿真结果，如图2所示。从图中可知，其仿真结果与真值表完全一致，说明全加器的设计正确，达到设计要求。
通过真值表推导出逻辑表达式，再用数据流描述方式建模的方法是否可以再进一步改进，以符合我们传统的数学表达方式呢？答案是肯定的。采用行为描述方式建模，将加数、被加数和低位的进位以加法的形式表示，而和与高位的进位用拼接运算符（{}）来表示。将上述程序的功能描述语句修改如下：
assign{s，co}=a+b+ci;//功能描述，带进位的加法运算
再进行一次验证仿真，结果一模一样。说明这种描述方式是正确的，而且更接近于数学表达，更容易掌握。
图4四位全加器数学表示图
三、全加器的改进与多位设计
一位的全加器解决了，那么多位的全加器怎么办呢？也很简单。只需要增加加数与被加数的位宽即可。这里以四位全加器为例，将源程序进行修改。
modulefull_adder2（a，b，ci，s，co）;
input[3：0]a，b;//四位的加数与被加数，[3：0]代表位宽为4
inputci;
output[3：0]s;//和也是4位
outputco;
assign{s，co}=a+b+ci;
//行为描述方式，即电路功能描述
endmodule
编写测试模块程序，查看仿真结果，如图3、图4所示。从图中很明显的看到，无论从波形图还是数学结构上都可论证全加器的设计正确，符合数学学习的规律，可将其作为一个模块电路运用具体电路中，作为其他设计的一个功能电路。
四、结束语
从上述的全加器的学习分析中，可以发现在数字电路学习中引入硬件描述语言可以让数字电路的学习更加直观，更能了解电路的功能作用，更易掌握所学知识。此外，以VerilogHDL语言为学习EDA技术的切入点，有利于学习电子电路自动化设计的思想，有助于掌握EDA技术这门代表电子设计技术最新发展的方向，为将来学习FPGA可编程器件打下良好的基础。
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社，1998（11）.
关键词：电子政务；数据交换技术；EDI；XML
中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21598-02
电子商务作为一种崭新的商业运作模式，越来越受到我们的重视，如何将传统的物流模式转化为电子商务下的新型物流模式已成为我们面临的一个崭新的课题。由于电子商务涉及到不同用户问大量数据的交换和处理，因此，如何在Internet网上实现异地数据交换将是实现电子商务的关键。
1电子政务中的数据交换概述
电子政务数据交换的主要问题是：如何保证数据的隔离交换，如何进行异构数据之间的交换等。由于WebService技术是一种新的面向服务的体系结构，具有协议的通用性、语言独立性和软件重用等特点，因此可作为数据交换的主要技术手段。
利用上述先进、标准和开放的技术电子政务数据交换的主要功能包括：1数据传输与接收，既可接收来自应用系统的数据，也可接收来自其他交换平台的数据；2数据发送，可向应用系统发送，也可向其他交换平台发送；3应用接口，使各类应用系统简单、方便地与交换平台相连，以便进行数据交换；4控制管理，包括数据库生成、隔离数据交换、在线数据交换、数据共享、数据备份等。
2EDI与电子政务
2.1EDI概述
EDI(ElectronicDataInterchange)，即“电子数据交换”，是指按照同一规定的一套通用标准格式，将标准的经济信息，通过通信网络传输，在贸易伙伴的电子计算机系统之间进行数据交换和自动处理。我国目前实现EDI传输主要借助于专用增值网络(valueaddednetworks，VAN)的服务。此种EDI又被称为传统的EDI系统，它要求通讯双方必须都是EDI用户，而且EDI报文采用固定的事务集合，需要专用软件对其进行处理，一些中小企业因为EDI的复杂和昂贵而无法实施EDI，因而限制了传统EDI的推广应用。近几年，Internet网以其特有的优势：开放性、普及性、广泛性、方便宜用性以及友好的界面、信息即时性吸引了越来越多的消费者和商家在其上进行电子商务。面对因特网数据浪潮的冲击，EDI也在随潮流而变。由于EDI有诸多的安全保密措施，适合商用等设计特点，并可在任何平台上运作，故可把EDI与INTERNET结合起来，使互联网成为EDI信息的传送媒体。
2.2基于EDI的电子政务流程
第一步制作订单。购买方根据自己的需求在计算机订单处理系统上制作出一份订单，并将所有必要的信息以电子传输的格式存储下来，同时产生一份电子订单；第二步发送订单。购买方将此电子订单通过EDI系统传送给供货商的电子信箱，它先存放在EDI交换中心上，等待来自供货商的接收指令；第三步接收订单。供货商使用邮箱接收指令，从EDI交换中心自己的电子信箱中收取全部邮件，其中包括来自购买方的订单；第四步签发回执。供货商在收到订单后，使用订单处理系统，为来自购买方的电子订单自动产生一份回执，经供货商确认后，此电子订单回执被发送到网络，再经由EDI交换中心存放到购买方的电子信箱中；第五步接收回执。购买方使用邮箱接收指令，从EDI交换中心自己的电子信箱中收取全部邮件，其中包括供货商发来的订单回执。整个订货过程至此完成，供货商收到订单，客户(购买方)则收到了订单回执[1]。
2.3基于EDI的电子政务特点
EDI的主要优点有：数据的完整性、一致性、可靠性；安全性、容错性，贸易伙伴之问数据不问断交换，但主数据库中数据与设备不受破坏；扩充性，即使EDI处理的信息增加，但系统扩充方便；降低了纸张文件的消费；减少了重复劳动，提高了工作效率；EDI改善了贸易双方的关系，提高了其竞争能力，能为厂商准确地估计日后商品的需求量，为货运商简化大量的出口文书工作，为商业用户提高存货的效率。
2.4基于EDI的电子政务局限性
第一，EDI的传输有较多的限制，只能使用指定的网络协议和安全保密协议。这就要求建设专用网络和专用程序，大多数企业难以承受。第二，EDI标准是建立在固定的事务集合和商业规则之上的，灵活性差，不能随着与其对应的业务环境的变化而改变。第三，EDI数据人工阅读几乎无法进行。第四，EDI数据不能通过Web来进行数据搜索和定位，也无法在Web上显示。第五，EDI标准不统一，各行业有自己的标准．没有形成全球的统一标准[2]。
3XML与电子政务
3.1XML概述
XML(EXtensibleMarkupLanguage可扩展标记语言)是一个精简的SGML，它将SGML的丰富功能与HTML的易用性结合到Web的应用中。HTML只是Web显示数据的通用方法，而XML提供了直接处理Web数据的通用方法；HTML着重描述Web页面的显示格式，而XML着重描述的是web页面的内容。因此结合HTML和XML可实现数据与页面框架的分离，使Web应用程序更易扩展和移植。
3.2基于XML的电子政务流程
基于XML的电子商务网站框架如图1所示。它以XML作为数据的传输格式，将极大地改善网站的性能，增加电子商务交易的安全性。客户端向服务器发出一个HTTP请求时，将所需要的参数整合成一个XML文件发送服务器端，服务器对该XML文件进行剖析，加以验证后取出所需的参数，将参数传递给ASP程序执行。将执行结果也以XML数据格式返回到客户端，同时还返回一份XSL排版样式文档，该文档的作用是将XML文档转换成HTML文档，转换工作由客户端浏览器来完成，减轻了服务器端的负担，达到了平衡客户端和服务器端负荷的目标。通常在客户发出请求后服务器只需将封装好的XML文档一次性发送给客户端，减少了客户端与服务器端的数据交往，减了网络信息流量。
图1XML电子政务网站构架
3.3基于XML的电子政务特点
XML对电子商务应用具有以下特性：可扩展性，XML在两种意义上是可扩展的。首先，它允许开发者创建他们自己的DTD，有效地创建可被用于多种应用的“可扩展的”标志集；其次，使用几个附加的标准，可对XML进行扩展，这些附加标准可向核心的XML功能集增加样式、链接和参照能力；简单性，XML是SGML针对web简化的子集，它由若干规则组成，这些规则可用于创建标记语言，并能用一种常常称作分析程序的简明程序处理所有新创建的标记语言；结构化，XML文档将内容与格式分开描述，并利用样式表中的规则集对所描述的内容文档的格式进行严格的说明；自描述性，XML允许有自描述信息，尽管并不要求XML必须是可自己描述，但带有自描述可增强Web的检索功能。
3.4XML与EDI
XML应用于电子商务有着传统EDI无法比拟的优势：第一，XML本身只是一种数据定义规范，与具体应用无关；第二，XML作为一种元语言，为定义面向商务的词汇表提供了一个标准，很容易使用XML定义词汇表或扩展己有的词汇表；第三，XML简化了商务之间的通信。通信的一方只需约定用于表示数据的词汇，而无需了解对方的后端系统；第四，基于XML的解决方案是可扩展的；第五，作为XML载体的Intemet提供了低成本的、广泛的物理连接，无论是大型企业，还是中小型企业都能够共享网络技术带来的好处；第六，XML是一个开放的标准，它支持Unicode，可使用中文以及任何语言描述数据；第七，由于XML文档具有丰富的外延，对于同一文档，可有各种不同的表现形式，因而可以提供个性化的服务[3]。
3.5基于XML的电子政务的优点
与HTML相比，XML具有以下优势：提供元数据，帮人们找到信息，并帮信息的提供者和使用者找到对方，使设计者很容易以标准化的、连续的方式描述并传输来自任意应用程序的结构化数据，用户可用低成本的软件处理数据；与EDI相比较，XML的优势是良好的开放性，能自行定义数据交换的标准，与平台无关；简化不同企业间的信息交流，有助于产生独立于平台的协议，这些协议丰富了电子商务的数据；为服务于企业/个人的电子商务提供有助于业务自动处理的信息。
XML强大之处在于它具有一套统一的数据格式，可大大降低数据管理和交换的成本。XML支持结构化的数据，主要作用就是允许不同格式的数据可以互相交换。由于它的这个优势，许多EDI厂商都把推动EDI发展的希望寄托在XML上，这就是所谓的XML/EDI。
4结束语
电子商务以其巨大的能量和动力，给世界的经济运行方式和社会生活形态带来了翻天覆地的变化。XML的出现突破了EDI的发展瓶颈，成为企业之间信息交换的有力工具。XML有利于信息的表达和结构化组织，从而使数据搜索更有效；XML可使用URL别名使Web的维护更方便，也使Web的应用更稳定；XML可使用数字签名使Web的应用更广阔拓展到安全保密领域。随着基于XML的商务数据交换规范逐渐建立、健全，XML将会在电子商务里发挥更大的作用。
参考文献：
[1]何文娟.WebService技术及其在电子政务中的应用研究[J].微机发展,2003,13(9):78-80.
[2]陈石.XML技术及其应用[J].计算机应用研究,2002(3):115-ll8.
