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一、工欲善其事,必先利其器
要具有计算机辅助设计(电路)高级绘图员的岗位能力,首先得熟练掌握电路设计软件工具,这就离不开绘图练习。在进行绘图练习时,软件操作步骤重复繁多,学生在练习中难免觉得枯燥。其实软件操作有很多种方法,在设计中使用快捷键将会大大提高操作速度。可以将快捷方法传授给学生,学生也十分喜爱。快捷方法需要学生记住不少的操作,在教学中要避免简单传授。所谓熟能生巧,该软件的许多快捷方式都是菜单栏缩写字母与键盘操作相结合,比如放置元件,在菜单“放置(P)”-“元件(P)”,使用键盘操作连续两次敲击字母P;如放置导线,在菜单“放置(P)”-“导线(W)”,则是键盘操作分别连续敲击字母P-W;让学生掌握快捷方式的来源与规律,帮助他们迅速掌握快捷方式。对于常用命令,建议学生一定要采用快捷键,养成左手键盘、右手鼠标的习惯。这样使用快捷键比用鼠标点取图标或在菜单上选择命令要快很多。什么算是常用命令呢?建议平均每次画图出现5次以上的命令,都应该归属于常用命令。这可以让学生自由发挥,举一反三,根据自己的绘图习惯,将常用的操作采用键盘快捷方法进行绘图。教师在教学中可采取分组比赛方法促进学习,赛后引导学生对比、总结,促进学生的学习,效果良好。
二、实践对认识起决定作用
在教学中,学生对软件操作非常熟悉,但绘制的电路图就像依葫芦画瓢,表面看起来很好,但是达不到技术要求。例如,元件图形画得与书上图形“一模一样”,但检查其内部参数时却错误极多:元件引脚的编号顺序不对,有的与封装编号不一致,元件没有选择正确的封装,元件名称未按要求重命名等。一再强调,总有学生不认真对待,学生觉得画得对就行了。这正是学生理论知识匮乏、理论与实践严重脱节的表现。而传统的理论讲授往往会导致学生对基本的电子电路设计理念理解不够透彻,学生课后又不去看书或查资料时毫无头绪,便出现学完却不会拓展应用等诸多问题。
1.实践是认识的基础
实践是一切科学知识的源泉。布鲁纳曾说:“不经历真正获得知识的过程而单纯接受知识不能成为生动的知识。”要使学生对知识理解透彻,能够学以致用,有效提高实际操作技能,就要让学生多动手操作,通过实践提高认识。
例如,在学习基本概念自制元件封装时,学生对封装绘制软件操作掌握得非常熟练,若脱离实践,学生只是停留在依葫芦画瓢的阶段,只是使用软件画出一个图形而已,而不能通过软件绘制封装掌握好其含义,更不用说学以致用了。教学中教师应引进常用的元件、元件封装库里没有的封装元件及新元件的封装进行练习。让学生动手去量,去思考如何把一个实物元件的封装表达出来。只有在真实的情境中练习和实践,才能让学生真正提高认识。在实践中又能让学生体会到电子CAD知识的应用,激发学生的兴趣性动机和职业性动机。
2.实践的基础需要设备
电子CAD作为一门联系硬件与软件的重要课程,在硬件方面需要相应的设备支持学生实践。但长期以来实训设备的建设投入不足,严重缺乏实训设备,使得学生对课程的认识不深刻,理论与实践严重脱节,这与我们课程的培养目标极不相符。
实训室的建设要全面,不能仅仅满足于只拥有进行电路设计和仿真的实训平台或设备,在实训室建设中应该配备电路板雕刻机等设备。我校于2012年引进印刷电路板雕刻机,加大对实训教学资源的投入。确保让学生从电路图绘制、PCB制板、电子装配等方面整合完成,能够真正地动手制作一块实际的电路板,有利于学生在实践中培养绘图设计必需的一丝不苟的职业精神。
3.实践的深入需要项目
一、《电子产品系统设计》课程设计理念与思路
(一)课程设计理念
本课程是一门综合性、实践性很强的课程,在课程设计中注重学生综合职业能力的培养。以学生现有的认知体系为基础,以培养具备技术指导、研发助理所具备的岗位能力为培养目标,课程设计时基于工作过程所需的知识、技能组织课程内容,基于工作过程来设计教学活动,精讲多练、务求实效。
(二)课程设计思路
本课程围绕电子产品设计研发助理、电子产品生产一线技术支持等岗位的职业能力为核心,通过岗位调研和工作任务分析确定课程目标定;根据企业需要以及学生职业能力培养需要,将实际研发项目、典型产品案例及学生创新项目作为载体构建教学内容,基于工作过程构建教学过程。在教学中采用项目引领、任务驱动的教学方法,建立过程化、标准化、开放式的教学评价。
二、《电子产品系统设计》课程教学内容
(一)教学内容的选取
本课程以就业为导向,按照相关岗位的职业能力,来确定知识、能力和素质框架,用从而构建教学内容。要根据电子从业人员的典型岗位,提炼出其典型工作任务有硬件电路设计、测试方案制定、文件整理以及产品故障分析,结合校企合作,本课程中以典型、真实的电子产品为载体构建教学内容。根据电子产品的结构不同,通常可以分为硬件电路、软硬件结合、软硬件结合,本课程选取了直流稳压电源、智能LED照明控制系统、方波信号合成器三个电子产品作为教学内容的载体。其中直流稳压电源为校企合作单位康舒电子的主要产品之一,通过直流稳压电源的设计与制作,加强学生电子产品系统设计的能力以及;智能LED照明控制系统为电子设计工程师认证培训项目,根据电子产品设计与制作的流程将项目分解为若干子任务,在子任务的完成中,学生的系统设计能力特别是程序读写能力以及系统调试能力得到加强,并且学生按照大赛要求进行分组以及分工,学生的团队合作意识得到加强;方波合成电路的制作来自电子设计竞赛,这个项目主要以硬件电路设计与制作为主,强化学生模电、数电等知识的运用能力。
(二)教学内容的序化
以学生现有的知识体系为基础,遵循学生的认知规律,由简单到负责对教学内容进行序化。项目间按照由简单到复杂进行编排,我们的学生普遍程序设计能力较弱,项目1为纯硬件电路,电路结构相对比较简单,成功率通常较高,提高学习积极性;项目2偏软件,注重程序编写和调试能力的培养;项目3是软硬件结合电路,偏硬件,注重软硬件的联合调试。按照电子产品设计与与制作过程对项目内的教学内容进行序化,即由方案分析、总体方案设计、各单元电路设计以及制作,系统统调。
三、《电子产品系统设计》课程教学设计
(一)教学模式设计
本课程以学生主题,采用基于工作过程导向的“教学做一体”教学模式,按照电子产品设计的工作过程进行产品开发,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程,以综合的培养方式使学生在基础知识、个人能力、人际团队能力和系统能力达到预定目标。
(二)教学方法和手段
在教学中,提倡教师主导、学生主体的教育思想,融小组讨论法、项目引领任务驱动法、演示法等多种方法,尽可能地发挥学生的主观能动性,由“要我学”到“我要学”。
(三)教学组织与实施
在教学的组织与实施中,采用了基于工作过程导向的设计。教学过程如下:首先展示成品,激发学生的学习热情。根据电子产品设计与制作的工作过程,分为几个主要阶段。在计划阶段,主要任务为资料搜集整理以及方案分析;第二阶段为设计阶段,根据成员分工分别进行硬件设计、软件设计以及文档整理,培养学生的综合知识应用能力、组织能力以及合作精神。第三阶段阶段为实施阶段,即系统联合调试阶段,主要任务是测试方案的制定、测试数据以及故障排除,旨在提高学生的分析问题能力以及解决问题的能力。最后一个阶段评价、总结以及现场清理,以小组为单位对整个设计过程进行总结,分享设计过程中的经验与教训,提高了学生的语言表达能力以及职业素养。
四、《电子产品系统设计》课程教学条件
该课程综合性、实践性较强,对教师提出了更高要求,也促进了“双师型”教师队伍的培养。教师在教学过程中不断关注专业领域的新思想、新成果,并将这些信息及时传递给学生,使学生能较早地接触新知识。在这一过程中,教师之间、学生之间相互促进、共同提高,形成了良好的教学氛围。以国家级电工电子及自动化实训基地为依托,从理实一体化实训场所、校内生产性实训场所以及校外定岗实习三个层次保障课程的教学。
五、《电子产品系统设计》课程考核机制
[关键词] 项目驱动 单片机教学 课程改革
《单片机应用技术》是电子、电气类专业学生必修的专业技术核心课程,也是学生较难掌握的课程。通过多年的教学改革实践,我们开发了单片机教学实训板,并以此作为实施项目式教学的载体,收到良好的教学效果。
一、开发单片机教学实训板作为项目式教学载体
为帮助单片机学习者创造一个廉价、实用的硬件环境,我们专门设计了单片机教学实训板(图1),利用该板可以完成大量的单片机学习、开发实验,对学生学习单片机有极大的帮助。由于该板采用了在线可编程的AT89S51单片机,因此,该板还具有单片机程序下载功能,在下载软件的作用下,可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。下载完成以后,实验板即可脱机工作。学习者只需有一台电脑就可学习单片机,而无需自备价格较高的仿真器与编程器。
图1 单片机教学实训板
二、以单片机实训板为载体,构建项目式教学学习情境
项目教学就是师生为完成某一具体的工作任务而展开的教学行动。将某门专业课程分为若干知识(技能)单元,每个单元作为一个教学项目,实行理论、实践一体化的单元式教学,每个单元教学以完成一个作业来结束,并进行下一个项目的教学。实施项目式教学,学习情境的构建很关键。
学习情境是教师在典型工作任务的基础上,由教师设计用于学习的“情形”和“环境”,是对典型工作任务进行“教学化”处理的结果,通常用学习任务来表示的主题教学单元。
本课程是以工作过程为导向,以典型任务为基点,综合理论知识、操作技能和职业素质为一体的思路设计的。根据专业能力目标、方法能力目标、社会能力目标,将课程划分成相对独立,整体由简单到复杂的学习情境,见下表:
学习情境的设计既具有真实性,又具有先进性。为了使教学内容更符合工作实际,各学习项目的设计、元器件的选用、电路的焊接、及软件编程都尽可能符合企业产品的生产标准;教学以89S51、89S52为主讲机型,该机型与89C51、89C52相比,具有可在线编程功能,并内置看门狗电路,是比较实用的51系列单片机;教学内容跟踪单片机技术的发展,如引入串行技术,采用I2C总线接口技术的时钟芯片PCF8563、采用单总线(1-wirebus)技术的数字温度传感器DS18B20等。教学中删去了以往以并行接口方式为主的单片机扩展技术,及传统的A/D芯片0809等的介绍。
为避免进行单独的枯燥指令与编程教学,采取体验性学习方式,融理论教学于实践教学及实际工作体验中融编程与指令教学于实训项目中,学生用到哪,学到哪,会用即可,不过于追究指令与程序的原理。
三、学做一体,实施行动导向教学模式
行动导向教学强调不再把教师掌握的现成知识技能专递给学生作为追求的目标,或者说不是简单地让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果,而是在教师的指导下,学生去寻找得到这个结果的途径,最终得到这个结果,并进行展示和自我评价。通过完成任务的行动过程,实现专业能力、关键能力(方法能力―学会学习、社会能力―学会生存、学会交往)的有效培养。下面以一个具体学习情境设计对教学过程作以说明。
教学中充分发挥教与学的积极性,由若干问题启动课堂教学,经过启发式的推衍,最后归纳总结,引导学生循问题而思考,提高对知识的领悟力,加强对关键内容的理解;适当加强师生互动环节,活跃课堂气氛,促进学生自主思考提出问题,解答问题,激发学生潜能。
在学习考核中,既考核学生对基本知识与技能的掌握程度,同时考核学生的创新能力。如在彩灯设计、音乐编程中,鼓励学生大胆想象,充分发挥自主创新意识,根据每人完成的复杂程度及创新程度给以成绩鼓励,取消了期末笔试,以平时大作业成绩及期末综合设计作为课程考核总成绩。
按照这种教学模式,学生仅利用课内时间学习是远远不够的。具体的实践操作内容要求学生在课外时间完成,这也相当于改变了传统的课外作业形式与内容。教师在课外时间为学生辅导,同时开放单片机实训室,并由学生自行管理,为学生提供充分的学习条件。通过举办电子设计大赛,进一步提高了学生的创新意识与团结协作精神及独立工作能力。
四、以单片机教学为核心,合理整合相关课程,提高教学效率
1.与《PROTEL99印制板电路设计》课程教学有机结合
《PROTEL99印制板电路设计》是高职电子专业必开的技能课。通常是单独开设该课,需要较多学时,但由于教学针对性不强,学生学习效果并不好。现将该课作为单片机课程教学的一个实践项目,要求学生在两周时间内以实训的方式完成单片机实训板的电路图绘制及制板工作。教学目的明确,针对生强,学生既掌握了PROTEL制板技能,又进一步掌握了单片机实训板的硬件电路设计原理,对单片机教学起到了良好的辅助作用。
2.与《传感器技术》课程相融合
《传感器技术》也是高职电类专业学生应该掌握的内容。但在以往教学中教师过多讲授传感器原理知识,而对具体应用技术讲授很少,主要是缺乏实践载体。现在可以单片机实训板为载体,利用各种传感元件设计不同的项目,既讲授了传感器知识,又进一步巩固了学生单片机应用能力,相得益彰。
参考文献:
[1]马彪.单片机应用技术[M].上海:同济大学出版社,2009,5.
关键词:工作过程;真实产品;工作任务;学习情境;任务载体;虚拟仿真
0.引言
课程建设与改革是提高教学质量的核心,也是教学改革的重点和难点。一直以来,高职教育课程建设从内容选取、教学场地、教学方法等方面脱离真实工作环境,造成高职学院培养的学生与企业所需人才存在结构性矛盾。教育部教高16号(2006)文件明确要求“高等职业院校应实行工学结合、校企合作、顶岗实习的人才培养模式,积极与行业企业合作开发课程,根据技术领域和职业岗位(群)的任职要求,参照相关的职业资格标准,改革课程体系和教学内容,建立突出职业能力培养的课程标准,规范课程教学的基本要求,提高课程教学质量,积极改革教学方法和手段,融‘教、学、做’一体化”。
课程改革目的是提高人才培养质量,是专业及人才培养模式改革中的关键环节。电子信息工程技术是广东松山职业技术学院重点建设专业,主要培养嵌入式及现代通信技术等领域从事电子通信产品设计维护运行的高级应用型人才。为深化专业内涵建设,培育专业特色,我们深入开展了工作过程导向的课程建设改革实践,其中电子产品设计与制作课程改革时间长,改革力度大,参与人员广;在仿真工作环境下模拟真实电子产品设计,从职业岗位任务与能力要求出发,提出产品设计要求,通过EDA手段仿真验证并设计电路,完成电路焊接与调试并组装成产品,充分体现了课程的职业性、实践性,现已建成院级精品课程。
1.课程背景及意义
广东松山职业技术学院电子信息工程技术专业曾开设模拟电子技术实训、数字电子技术实训、Prutel实训、EWB实训等课程。这些课程教学环节互相孤立,教学内容陈旧,教学手段单一,教学效果一直不好。电子产品设计是一项系统工作,涉及元件选型测试、电路设计与仿真、PCB制作与焊接、电路调试与整机装配等诸多环节,模电、数电是产品设计基础理论,Protel服务于PCB板设计,EWB服务于电路功能设计与仿真验证,这些课程及其内容的出发点和归宿均在于服务电子产品设计和制作,课程之间有着很强的内在联系。按真实电子产品设计岗位要求对上述课程进行改革,重新序化课程结构,重构教学内容,优化教学目标,将电子产品设计与制作建成精品课程。该课程对高技能人才培养具有以下几方面的意义:
(1)培养学生核心技能与职业能力。通过真实产品设计需求分析、设计实施、效果测试等环节,学生专业综合能力和动手实践能力显著提高;基于工作过程的学习,可使学生了解岗位分工、岗位需求、岗位能力目标等,具备较强的职业能力和岗位适应能力。
(2)对相关课程群具有示范和带动作用。通过工作过程导向的课程改革与建设所积累的经验和做法,能够直接或间接地影响和带动相关课程改革。
(3)辐射力和渗透力强。深入渗透到电子信息工程技术、应用电子技术、电子工艺管理等电子类专业课程体系,并辐射到电气自动化技术等制造类专业,已成为这些专业课程建设不可忽视的参照。
2.基于工作过程的课程改革思路
基于工作过程的课程改革与设计的基本原则是以行业职业能力培养、职业素质养成为核心,依托行业岗位,通过“深入行业企业调研一精心提炼工作任务一基于工作过程设计教学情景”的思路重构课程结构与教学内容,更明确职业目的性。通过向本专业对口校外实训基地企业发放调查卷、收集国家及广东省权威部门统计数据等形式调研职业岗位及能力需求,根据岗位典型工作任务复杂程度进行整合,形成职业能力领域,最终确定学习情境。打破传统学科体系课程内容结构,构建电子产品设计与制作课程。
3.基于工作过程的课程及教学设计
3.1课程设计思路
按从简到繁、由易至难的原则,依照元件识别与选型、电路设计与仿真分析、PCB板制作、电路安装调试、产品装配及测试的工作过程程序化课程内容,并选取真实产品为项目载体重构课程教学内容。采用一体化教学法,教学任务融合学习知识,引导学生自主学习。根据任务载体及教学内容特点,灵活应用分组法、引导文法、案例法、项目法等行动导向法,将知识目标、能力目标、项目训练、职业素养注入典型的学习性工作任务实践中。课程内容与职业岗位要求相结合,通过课程学习,学生可以考取“全国高新技术计算机辅助设计(Protel平台)职业技能资格”证书和中级“无线电装配工”技能等级证书。
3.2学习性工作任务设计
效果明确、措施有效且可以实现的能力目标是保证教学质量不可或缺的条件,也是评价教学效果的重要依据。本课程从真实职业岗位任务出发,以真实电子产品设计为载体,根据先期设定的能力目标要求以及真实电子产品的设计工作流程,逐一确定“元件识别与测试、单元电路设计仿真与测试、PCB电路板设计与安装、故障分析与测试、整机装配及工艺”等工作步骤,为每个步骤设计典型学习性工作任务;从概念样机到成品,从局部功能模块到系统,任务的要求由简单到复杂,学生的能力逐步提升,教师的干涉和控制则逐渐减少,直至学生成为完全独立自主的行动者、实施者。学习性任务设计如图1所示。
概而言之,通过学习性工作任务,学生获得了以下几个方面的能力:
(1)元件测试识别与应用能力,能识别常见电阻、电容的类型,会测试晶体管类型和质量。
(2)基本电路设计技能,使用Multisim软件设计常见类型的模拟及数字电路及参数,评估电路性能。
(3)仪器使用能力,了解常见仪器设备的功能和用途,会操作数字示波器、毫伏表、频率特性仪、失真度测试仪、数字频谱仪和射频功率计等。
(4)PCB线路板设计与制作能力,会使用ProtelDXP/Altium Designer、PADS软件设计PCB,制作PCB电路板。
(5)电路焊接、故障检修能力,掌握电路焊接与装配,能独立分析电路故障并排除。
(6)其他能力,包括测试方案设计能力、团结协作意识、工艺文件独立编制能力、防电磁干扰处理能力以及与工作过程相关的记录与技术反馈职业习惯等。
3.3任务载体及学习情境设计
基于真实的电子产品设计,从电路与设计制作、外壳设计到产品装配全部要求学生自主完成。结合校企实际情况,选取25W MOSFET输出管模拟功率放大器、数字时钟、FM调频对讲机3个真实电子产品为项目载体,根据项目所涉及的知识难易程度、前后关联的课程及其知识与能力目标,每个项目分别设计4-6个不同的学习情境,每个学习情境均有明确的知识及能力要求,分别如图2、表1所示。
4.行动导向教学法实施
4.1任务驱动教学内容
传统教学方法在教学过程中大多以教师为中心,教师向学生机械灌输为主,教学方式与学生实际需求脱节,因此压抑了学生的个性和兴趣。行动导向教学法是以学生为中心,学生是学习的主体,教学过程模拟真实的工作过程,学生通过自己行动获取经验并构建自己的知识体系。任务驱动教学法以一个具体任务为线索,将教学内容隐含在学习任务中,以任务书引导学习情境,按照任务分发、项目导人、目标分解、计划、实施、评价、汇报总结等环节组织教学。任务驱动是行动导向教学中常用的教学设计原则,有利于确立以学生为中心的现代职业教育思想,有利于帮助学生培养分析问题、解决问题的能力。学生自主思考发现问题,教师提供引导并点拨,强调真实情境的任务驱动,学生在探索和完成任务的过程中分工协作,自主学习,在培养学生技能的同时也培养了学生的探索与创新精神。在行动导向教学过程中,以学生的行动为主,学生处于主体地位,教师的角色是学习情境的构建者、学习任务的设计者、学习资源的提供者、学习活动的组织者和学习方法的指导者,改变“教师讲、学生听”的以教师为主体的教学模式,构建学生主动参与、探索创新的新型教学模式。
4.2一体化教学实施
“教、学、做”是高等教育的三大要素,体现了高等职业教育人才培养的核心价值。教师的“教”是为了学生的“做”,学生的“学”是为了自己会“做”,因此从“做”出发融“教、学、做”为一体,将培养学生职业能力的理论知识与实际工作岗位所需的实操技能相结合设计教学,引导学生在“做”中“学”,在“学”中“做”。
教学场地是一体化教学的关键和核心,广东松山职业技术学院建有电子信息工程技术高职教育实训基地,有两条满足电子企业生产加工标准的产品生产线,配置了数字示波器、数字毫伏表、失真度测试仪等仪器设备,生产线设有学习区,配有多媒体电脑、投影仪等教学设备。教师首先制定突出职业能力培养的课程标准与教学计划,编写基于工作过程导向的项目任务书,明确学生在规定时间内应完成的任务;学生根据任务书自行收集资料,在此过程教师给予必要的指点。学生通过EDA虚拟仿真平台设计电路,进行功能仿真和故障模拟,并详细记录各种数据;使用PCB制板软件设计电路板,在此过程教师担任“技术主管”的角色,逐一检查学生原理图及PCB中存在的错误,只有经“技术主管”审核并批准的电路方能通过热转印等方式制成电路板。
学生打印自己的原理图、装配图等必须的工艺文件,并按规定贴放在生产线的工艺卡中,根据装配图装配电路,在这个过程中教师主要的任务是督促学生谨慎操作,切勿错装、反装元件。电路板安装成功后进行调试与测试,教师讲解测试平台及测试过程并亲自示范,学生5~8人一组进行测试。测试平台主要由信号发生器、数字示波器、数字毫伏表、双路直流电源、数字万用表等组成。首先进行目测,检查焊接工艺及元件有无焊反等错误;接下来使用万用表测试静态工作点,将测试数据与软件仿真数据进行对照;确认无误后可以进行下一步的功能测试,如果是模拟功放项目还需进行下一步的动态测试,输入正弦波,借助示波器查看输出波形是否有交越失真,输入矩形波(冲击),查看输出的上升沿、下降沿有无变平缓,输入、输出接入交流毫伏表测试频率特性曲线;最后进行整机装配入库,完成一项电子产品的设计与制作。
电路设计与仿真任务在多媒体教学区完成,电路板制作与焊接、调试、装配在电子生产线完成。每完成一个任务学生对教学进行评判,标注出没有实现的学习目标并及时反馈给教师。
整个过程主要以学生自我学习、动手操作为主,教师承担“引导者”与“技术监督”的角色,学生既有个体活动,又有集体活动,在锻炼个人能力的同时也培养了团队协作能力。通过在生产线装配电子产品,学生感受了真实职业环境与氛围,借助专业仪器组成的测试平台,对真实电子产品的设计测试有更深入的了解。
4.3形成性评价
形成性评价是指在教学活动运行过程中,为使教学效果更好而修正其本身轨道所进行的评价,主要目的是为了明确教学过程中存在的问题和改进的方向,及时修改或调整教学计划,以期获得更加理想的效果。形成性评价是过程评价,对教学整个过程进行得失总结,并非单纯的好坏、优劣判断;参与评价者不仅有教师,也有学生,学生还参与评价标准的制定。准确、可靠、公正、有用、清晰、重点突出的形成性评价,对学习起到参考和促进的作用。形成性评价过程分为教师评价、小组自评、小组互评。形成性评价方案见表2。
需要说明的是,此表仅是方案汇总表,每项能力评价均有明确的、可操作的评价细则。如协作能力具体从小组协作能力、成员分工、小组参与程度等方面进行评价;工艺能力主要从PCB走线、布局、工艺规范、电气规则等方面进行评价;动手能力主要从布局美观与否、焊接美观与否、查找电路故障能力、PCB有无飞线等方面进行考核;调试能力主要从电气安全意识、仪器使用、测试方法和手段、测试结果等方面进行考核;职业素质主要从桌面是否整洁、仪器摆放是否规范等进行考核。
关键词:教学改革;电子工艺与CAD;实践教学;创新能力
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)31-0100-02
一、引言
目前技术类本科的电子工艺与CAD教学内容,分为CAD设计部分和装调工艺部分,以手工装配小型电子产品为主,训练学生装配、焊接、调试能力,电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路芯片等元器件识别及万用表进行测试与识别,装调工艺部分培养学生对产品工艺相关知识,是电子产品功能上的完善和外观美化。通过多年的实训总结,学生实践动手能力得到了一定程度的提高,但电子装调与CAD实训课程教学中又出现了一些新的问题,主要有以下三点。
1.教学观念陈旧,教学手段和方法单一,学生对实习的重要性认识不够,态度不够积极,学习兴趣有所下降,主动性变差,甚至还有代做的现象发生,这都不利于学生实践能力的培养。
2.教学设备落后等问题。
3.考核方式单一。考核方式采取单一的笔试和实习报告,抄袭现象严重,而且也无法区分学生的能力,也体现不出学生分析问题和解决问题的实践能力。
为此我们改变培训模式,改善实习设施,优化教学内容,改进教学方法和手段,加强教材建设等方面进行改革和与实践,培养学生实践能力和创新意识。
二、教学方法设置
(一)提出项目
项目的提出要以电子工艺装调与CAD教学大纲为依据,既要与大纲紧密结合,又要有一定的实际生活空间,让学生既能掌握本门的知识要点,又能在该项目上进行自主创新,项目的难易程度需要针对学生的实际水平来调整确定。因此我们在每一个项目中都设置了一级、二级要求。学生根据自身能力,在课堂规定时间内,完成不同要求,逐级提升自己的能力。
(二)分析项目
分析任务在教师指导下进行,采用讨论、问答等方式把总任务分解成一些“阶段任务”,逐步细化。从而培养学生细化项目的方法,并明确目标,树立信心。
(三)自主学习
细化项目之后,学生需要到图书馆或网络上查找相关技术资料,并分类学习,相互交流。最后讨论形成解决“分项目”的方法。并可申请到开放的实验室进行训练,完成相关“分项目”。
(四)完成项目
完成项目是一个由完成“分项目”到“总项目”的过程,该过程是一个由技术理论到实践验证阶段,许多学生会遇到很多意想不到的问题,指导教师除了利用课堂时间,还需要利用答疑与实验室开放时间,对学生进行细化指导,站在学生的角度帮助学生解决在理论与实践中遇到的困难,督促学生及时消化任务内容并按时完成项目。
(五)过程评价
任务完成后的总结评价是必不可少的重要环节。我们在该课程别提出课程评价机制。每个小项目完成后,都需要让学生到课堂上来表达、分享自己在该项目中如何学习,并学会了什么。通过总结,使学生自己和其他同学找到自己理论和操作上的不足。教师在课堂上对学生完成的项目情况做出检测和评价,提出该项目的创新处与改进意见,有助于学生的学习得到肯定并得以提高。
三、教学内容设置
1.基础型主要有:“安全用电常识”、“电子元件识别与测量”、“常用仪器仪表的使用”、“手工焊接工具的使用”以及“拆焊与焊接训练”等5个项目。重点让学生掌握电子仪器的使用,并结合具体电路进行测试,或设计简单电路并焊接验证,为后续的项目打下基础。
2.提高型主要有:“Altium Designer 6的使用”、“放大电路的设计”、“声光控电路设计”、“基于单片机的数据采集系统的设计”等8个项目。采用总项目到分项目的方式,进行模块设计,要求学生运用Altium Designer 6独立完成电路仿真,PCB板的设计等环节,激发学生自主学习和创新设计的积极性。
3.技能操作类包括“声光控电路的组装与调试”、“9018-2收音机的组装与调试”、“SMT表面贴装技术及工艺”、“基本机械加工”、“印制电路板的制作”等5个项目。让学生动手实践,通过几个项目的实际操作,学生的自信心和成就感大大增强。
4.创新型侧重综合设计性,学生可以根据兴趣自拟题目,充分发挥其能力和想象力。譬如电子竞赛类题目、电子毕业设计题目、“LED音乐屏的设计”、“光立方的设计”等。使学生在掌握基本技能的基础上,强化综合设计及产品研发能力,全面锻炼学生,提高学生技能。
以上教学内容全部采用项目式教学,并且以个人为单位,进行单项目验证,充分让每个同学自己动手实践,提高训练的普及性。
四、评价机制
实训项目设置的合理性很重要,但是如何真正了解学生对实训项目掌握的程度呢?我们采取的方法是建立多元评价机制。该机制是激励学生认真学习的一种手段,同时,也是教师衡量教学方法是否合适的重要依据。根据学生的出勤率、学习态度、相关理论知识、动手实践能力、项目总结表述能力、项目创新能力等,设置以下电子工艺与CAD课程成绩评定办法。
1.通过固定座位,既可以起到出勤监督作用,而且把相应的仪器仪表责任具体到个人身上,学生在使用过程中,需要把该设备当成自己的设备来使用,并通过上课提问或项目验收进行提问沟通,了解学生对相关理论知识的掌握程度,例如机械万用表的测量、电阻的使用、三极管ebc的判定及电容串并联电路设计等。该部分占课程总成绩的15%。
2.在平时的教学或项目实训或项目验收中,观察学生对该门课程的主动性和积极性,以及项目实训过程中发现并解决问题的能力;该部分占课程总成绩的15%。
3.项目验收重点是检验学生的实际操作能力。如:仪器仪表的使用是否按照规范使用,并完成了项目。电子DIY(贴片型)的制作组装与焊接是否美观?焊接工艺是否达到标准?性能指标是否满足要求?Altium Designer 6的电路DIY设计是否有创新部分?该部分占课程总成绩的65%
4.项目分析报告,既考查学生的文字表达能力,又考查学生对信息分析处理的能力,以及项目总结能力。该部分占课程总成绩的5%
以上评定办法将学生项目实践完成情况与学习过程的积极性相结合,教师在课堂上验收项目,标准统一,各项目评价分数公开,就会使学生感到公平合理,既肯定成绩,又认识不足,作为今后学习的启迪。同时,教师在单个评价学生时,可以获取每个学生多方面信息反馈,把握好大局,及时调整教学内容与方法,提高教学效果。
五、实训平台建设
1.建设高水平的电子工业实习室304,改善实验条件。
已经购置了35台20Mzh示波器;模拟示波器35台,数据示波器5台。其中包含1台50Mhz的示波器。数字万用表和机械万用表,直流电源,拆焊平台各50套。电脑机房1间,各类电阻、电容、电感、二极管及三级管等常用元器件分立元件和贴片元件较多。满足学生进行全方位的电子工艺训练。
2.以科研促教学。
从创新人才培养的目标出发,结合其他实验室和平台,不断优化课程结构和内容,使教学内容保持先进性、常态化。尽可能多方位地提供新知识,开阔学生的视野,提高教学效果。如少量电路板的网络工厂加工流程与技术和雕刻机制作电路板流程与技术。
3.开放实验室资源,电子工艺与CAD实验室面向全院学生开放,学生组长和教师共同管理。到达资源共享,使设备充分发挥作用,减少重复建设。
主要方式为:(1)成立项目小组,学生到实训室有固定座位后,与旁边同学组成小组,可以训练环境的适应性,该小组除了上课时间完成规定的项目外,课余时间也可以分工合作完成项目。(2)除课程设置的项目外,教师可以选择一些有代表性的电子DIY供学生选做或鼓励学生自拟项目,但都需要在规定时间内完成;也可以鼓励学生积极申报大学生创新训练项目或校级训练项目,并为其提供一定的经费支持。(3)开放实验室和相应的仪器设备,学生可以去图书馆或上网查找相关芯片资料,并到就近的电子元器件市场或网络上采购,设计印刷线路板,需要到开放实验室制板也可以到外面去制作双面板、焊接、安装及调试。
六、教材建设
教学中目前使用的参考教材是李敬伟、段维莲主编,电子工业出版社出版的《电子工艺训练教程》。由于课程内容较为陈旧,已不能和现代电子装调工艺匹配。因此总结这几年的教学经验、项目实训经验,并参照其他兄弟院校在电子工艺与CAD的教学成果,提升对该课程的理解与知识点的选取和把握,目前物电学院电子教研室已组织电子工艺与CAD课程教研组自编一部切合我院教学实践的教材。目前作为实验指导书在试用中。
七、结束语
电子工艺与CAD不仅培养了学生的动手能力,更是通过对产品的设计、制板、焊接和测试等来了解现代工业产品的生产全过程,锻炼学生主动设计、主动探索的精神和创新意识,通过对课程进行较全面的教学设计与改革,优化教学内容,使其和先进技术和后续课程紧密联系起来,为进一步的学习拓宽知识面,打好基础。本文为今后的教学改革提供了一定的参考。期望电子工艺与CAD逐步实现产、学、研相结合,创造一定的经济效益。
参考文献:
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摘要:分析了Protel件应用课程在教学现状和实践中存在的问题,通过项目教学法在《Protel软件应用》课程中的教学实践,从教学方法、教学内容、课程考核等方面对Protel课程进行了教学改革和实践,最后阐述了课程改革取得的成效以及教学特色。
关键词:Protel;项目教学法;高职教学
【中图分类号】TN02-4 ;G642 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089(2016)34-0004-02
Protel软件应用课程是一门实践性很强的课程,在实际教学中,遵循“结合理论,注重实践,重在应用”的大纲要求,将理论教学和实验教学紧密结合,使学生在掌握理论知识之余,还必须通过设计单片机硬件电路、仿真调试这一系列的实验过程,更好地掌握Protel应用技能。针对不同的专业的培养目标,Protel的教学内容要有所调整。
一、目前Protel教学中存在的问题
在目前国家大力发展职业技能教育的环境下,更加注重学生实际操作能力是教学方式发展的必然方向。而目前无论是从教材编写、课程设置、实验设计,实训等多方面考察,Protel教学没有与单片机课程结合起来,实例也没有结合实际应用,很空洞,学生学习过程很被动,没有将其他课程联系起来,学生自主地进行电路设计、制作、仿真调试,排除各种各样故障的能力在课程学习完毕后没有整体提升。因此我结合自身学习经验,以及实际教学经验与体会,就如何在Protel实验教学中培养学生的实践能力和创新精神做了探讨,总结自己在学习Protel的经验,以及教学过程中学生的反映,对该课程的内容分成6个教学单元,教学单元以项目的形式。
二、教学方法
项目教学法中最突出的一个特征就是案例的运用。本课程以单片机开发电路的设计为载体,将Protel知识点结合单片机开发电路设计的实际案例,将他分解为六个项目,每个项目以任务的形式来讲授,采用边讲边练的方式。
用单片机开发电路的设计为课程教学项目。以项目为教学内容和能力目标的实施体;以行动导向为原则;以“教-学-做一体”为教学模式;结合多种教学方法组织实施教学。采用主讲教师和学生全程参与,以过程考核和终结性考核相结合的评价方式对学生的能力进行综合评价。全面达到传授知识、培养能力、提高素质的目的。
三、教学内容
课程主要教学内容分为Protel 99se基础、原理图设计绘制、制作原理图元件、电路原理图的常用处理方法、印制电路板PCB设计基础、印制电路板的设计6个模块。将Protel课程内容分别融入到5个项目中,第一部分就以单片机学习板项目为例,来讲授Protel特点以及安装;第二部分以单片机最小系统原理图为例,来讲授原理图的绘制的方法以及ERC检测;第三部分以数码管原理图元件的绘制,来讲授七段数码管的绘制方法;第四部分以单片机系统控制板的层次原理图的绘制为例,来讲授层次原理图的概念以及设计方法;第五部分以数码管PCB元件的封装为例,来讲授印制电路板的基本概念、识别常用元件及封装图以及制作PCB元件封装;第六部分以直流稳压电源单面PCB设计为例,来讲授绘制单面PCB的方法;第七部分以单片机学习板为例,来讲授绘制双面PCB的方法。
四、项目教学法在《Protel软件应用》教学中的具体实施过程
项目教学法实施一般包括五个环节:项目描述、项目分析、知识链接、任务实施、评价考核。在《Protel软件应用》课程教学中我将教学内容设计了学生熟悉的单片机最小系统电路设计项目。 下面以“单片机最小系统电路”为例来浅谈项目的实施过程。
1.项目描述
项目教学法首先选取学生比较熟悉的单片机电路,然后在项目实施过程中融入教学内容,提高学生的学习兴趣和动手能力。在课堂教学过程中首先确定项目、演示项目,让学生有个感官认识,调动学生解决问题的积极性。因此,我在课程教学中把单片机电路设计作为本课程的主线,单片机最小系统电路设计是总项目的一部分。
2.项目分析
确定了本次课的项目,接着对项目进行分析,描述电路的组成部分,电路的作用,以及绘制过程中的重难点。
3.知识链接
阐述完成这个项目用的的知识点,原理图的设计步骤包括:新建原理图-设置图纸-载入原理图库-放置元件-元件位置调整-连线-添加其他电气符号-检查和修改-打印和报表输出。采用的方式是在项目实施过程中融入知识链接,边讲边练,理论和实践相结合。
4.项目实施
项目实施是项目教学法的核心环节。 小组合作是开展项目教学的基本组织形式。 实施过程中教师要对学生进行合理调配,明确分工,指导学生明确目标、任务和职责,培养学生会交往、善于合作的能力和团队协作精神。 我根据学生的实际情况将学生分成 3~4 人一个小组,合作完成该项目,组内可以进行讨论学习提高。 所以要每个组员明确分工及各自的工作,组长负责总体协调,要求学生注意两点内容:①团队的合作精神和工作效率;②要求学生认真记录每个操作步骤和过程。教师根据学生的实际情况灵活安排,及时恰当的指导,
督促学生完成项目任务。
教师按照原理图的设计步骤来完成单片机最小系统电路,边讲边练,学生在掌握理论知识的同时又锻炼了动手能力。
5.评价考核
【关键词】高职高专;数字电子技术;课程改革
0.前言
《数字电子技术》是电子信息类、电气信息类、计算机应用等信息类专业的核心专业技术基础课,它的基本理论和实践技能是许多后续课程例如《单片机原理及接口技术》、《微机原理》的基础。《数字电子技术》课程改革将改变传统课程理论与实践教学相分离的状况,针对每一堂课确定要达到的能力目标,采用“实物剖析—电路分析—自己设计”的理论与实践相融合的教学方法,并且在“学以致用”教学单元内容编排上,根据不同专业的要求制定与之相适应的实践、实训内容。
《数字电子技术》课程的知识目标主要有熟悉集成逻辑门的原理及应用;掌握组合、时序逻辑电路的分析及设计;掌握脉冲波形发生器的构成;熟悉数模转换器的应用。《数字电子技术》课程的能力目标主要有具有电路焊接能力;正确使用电子仪器的能力;具有集成电路的应用及检测能力;具有小型电路的分析及设计能力。《数字电子技术》课程的素质目标有良好的道德素质;过硬的职业素质;高尚的人文素质。从本课程的教学目标可以看出本课程实践性很强,强调理论联系实践、“工学结合”,可实行在做中学,学中做的课程建设理念。从而打破传统学科建设的课程设置模式,对课程标准进行研讨和修整,将知识、能力、素质贯穿于整个学习过程,提高学生的职业综合能力和素养。
1.数字电子技术课程改革
1.1数字电子技术的学习方法
首先,数字电子技术是一门实践性很强的技术基础课,学习时必须重视实验和实训等实践环节。
其次,逻辑代数是分析和设计数字电路的工具,熟练掌握和运用好这一工具才能使学习顺利进行。应当重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用,对其内部电路结构和工作原理的学习,主要是为了加强对数字逻辑电路外特性和逻辑功能的正确理解,不必过于深究。
最后,数字电子技术发展十分迅速,数字集成电路的种类和型号越来越多,应逐步提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力,以便从中获取更多更新的知识和信息。
所以,必须根据该课程的教学目标及学习方法对该课程进行教学改革,设计出具有特色的教学方法,使老师教得轻松,学生学得轻松。
1.2理论教学改革
在理论教学方面应合理调整教学内容,采取由浅入深、循序渐进的教学方法, 保证基础,突出重点,删除冗余知识点,增强学生的感性认识。对于个别学习困难的学生,采用个别辅导、答疑的方法解决,并不定期开讲座与学生交流、回答学生的问题同时教学内容应减少或删除有关器件内部结构的分析过程,应着重介绍器件或集成元器件的作用、主要参数和使用中的注意事项,注重理论联系实际。教学内容应突出工程应用性,引发学生的学习兴趣,让学生感觉到学有所用,充分调动学生的主动性和参与意识。结合学生专业的实际,选用一些实用性、趣味性较强的案例,或选择学生熟悉的一些具体产品进行分析和阐述,增加学生的感性认识和学习兴趣。
1.3实验教学改革
传统数字电子技术课程实验主要以验证性实验为主,改革后增加大量设计性、综合性、创造性实验,从而使学生得到更多锻炼和提高。例如改革后,学生可以做的实验有门电路逻辑功能测试,组合逻辑电路应用,译码器和数据选择器应用,集成触发器应用,集成计数器应用,汽车尾灯控制电路设计等。这些实验除了第一个实验是验证性实验外,其他的都是设计性、应用性实验,增强了学生的学习积极性,并提高了学生动手操作能力。
1.4教学方法和手段改革
1.4.1理实一体化
在数字电子技术教学中采用“理实一体化”教学模式,试图在理论和实践上突破传统职业教育中的“文化课专业基础课专业课技能训练”的教学模式框架,理论知识的讲授以“必需、够用”为原则,强调“实用、适度”,技能训练则强调创新能力。采用“理实一体化”教学模式能有效地将课堂和实践结合起来,将技能实践融入课堂教学,让学生直接在课堂上学到今后就业所必须的操作技能,变被动学习为主动参与,调动了学生学习的积极性与主动性,增强了学生的实践能力。
1.4.2教学做一体化
数字电子技术课程传统教学方法是按照书本的章节顺序往前讲,学生往往不知道所学的内容到底有什么用处,并且呆板的教法,看不见实际效果的知识,对职业学校学生来说更是一种煎熬,根本谈不上兴趣及效果。而教学做一体化教学则可弥补以上缺点,在每次上课前老师都设计一个学习任务或学习情景,在每个学习人物或情景开始时,都首先讲清了要解决什么实际问题,在解决这个问题时需要相关知识,列出要学的知识点,带着问题逐一讲解研讨,然后学生动手操作,观察现象,并总结结论。该课程的实验教学环节都是采用教学做一体化教学模式,通过老师的“教”、学生的“学”和“做”完成一次实验设计或一个任务学习。同时通过学生在实际操练中发现的问题督促其学习、查资料,真正解决问题,使学习的理论知识从空想变成可见的现实,从而提高教学效果。每进行一个学习任务,就掌握一个知识模块,这样目的明确,取得了立竿见影的效果。 教学做一体化教学方法可以使学生完成从模仿到应用到创新的递进式培养,逐渐培养学生的职业能力,提高学生的实践操作技能和职业素质。
1.5考核方式改革
采用学生最后的总评成绩由理论考试成绩和平时成绩两部分构成,理论考试成绩占60%,平时成绩占40%,平时成绩是学生出勤情况、作业情况、实验操作情况、课堂表现等多方面的综合评价。这样考核方式不再是过去的简单理论考试决定一个学生的成绩,避免高分低能现象,体现了对一个学生综合素质能力的评价。
2.结论
通过《数字电子技术》的课程改革,提高了学生学习的积极性,引导学生主动学习和思考,通过实验实训项目和一些电路设计把理论知识应用到实际中,使学生分析问题、解决问题的能力大大提高,同时开拓学生了思路,培养他们的创新能力,为后续课程的学习打下良好的基础,从而真正实现了高职“以就业为导向,以服务为宗旨”的教育目标。
【参考文献】
[1]赵景波.数字电子技术应用基础[M].人民邮电出版社,2009.10.
[2]邵利群,黄璟.数字电子技术项目教程[M].清华大学出版社,2012.1.
[3]王波,张岩,王美玲.“数字电子技术实验”课程的改革[J].实验室研究与探索,2012(9).
1.全国大学生电子设计竞赛的意义
1.1有利于培养学生的创新能力,激发学生对实践课的兴趣
传统的实践教学是理论教学的辅助,实验内容多数是验证理论知识,学生根据实验指导书上的方法和步骤就可完成实验,整个实验过程学生完全是被动的[1]。这样的验证实验不能实现对学生实践能力和创新能力的培养,难以激发学生的对实践教学的兴趣。全国大学生电子设计竞赛要求参赛学生在四天内完成从选题、搜集资料、设计方案、分析论证、元器件选择、硬软件设计、组装、调试、测试、排除故障、做出成品和撰写设计报告的全过程,并且要求三人组队参赛,是对学生综合素质的全面考核,具有极大的挑战性[2]。比赛中既要动手操作,又要理论分析。经过培训和参加竞赛的学生,其实践能力与创新能力都得到很大的提高,同时激发了学生对实践教学的兴趣。
1.2有利于增强学生的竞争意识和就业能力
在电子设计竞赛中能脱颖而出的都是理论知识扎实,动手能力强,经过严格训练,具有创新意识和协作精神的优秀学生。无论获奖与否,参加过培训和电子设计竞赛的学生,在系统设计、方案论证、合作精神与创新能力等方面都有很大的提高,在毕业设计中受到老师的青睐,在实际工作中,表现出较好的独立性,创新精神、协作能力与竞争意识,得到社会及用人单位一致的肯定和好评,增强了就业能力[3]。
1.3有利于推动电子技术类课程的教学改革
电子竞赛题目是一批高水平的教授、专家根据电子技术发展的最新信息拟出的。选题涵盖了模拟电路、数字电路、高频电路、单片机应用、可编程器件、传感器技术、自动控制技术和EDA等课程的内容[4],竞赛中既要考察学生的实际动手能力,又要考察学生的理论知识和创新能力;既有涉及知识面广、功能多的系统设计,又有单一功能的电路设计;既有以指标性设计为目的的题目,又有以功能性设计为目的的题目;既有基本要求,又有发挥部分,同时在电子设计竞赛中又鼓励学生使用新技术、新器件和新电路,以满足先进的技术指标。所以,对电子技术类课程的教学改革具有指导和推动作用。
2.对参赛学生的能力要求
参加电子设计竞赛的学生应具备的实践能力包括[5]:电子元器件的识别及使用方法、印制电路板设计与制作等电子设计制作基础;集成直流稳压电源、运算放大器电路、信号产生电路和处理电路、显示电路和A/D转换器等单元电路设计;通用键盘及显示电路、单片机与液晶显示接口电路、单片机与D/A和A/D转换电路等单片机最小系统设计;FPGA最小系统和配置电路的设计及FPGA的最小系统板下载等可编程逻辑器件系统设计,以及资料查阅、综合系统设计、创新设计和撰写设计报告等。
3.电子设计竞赛中反映的问题
我校历届培训及竞赛现场,主要表现出以下一些问题[6]。
(1)查阅参考资料的能力差。在拿到竞赛题目后,学生都是先翻教科书,不去查找具有最新技术的期刊文献,特别是上网搜集资料的能力差。
(2)对知识的综合应用能力不强。对一个制作项目能够提出的设计方案很少,不能对方案进行充分的论证和比较,生搬硬套参考电路,不能设计出简单先进的电路,综合应用所学知识分析和解决问题的能力较差。反映我们的实践教学缺少综合性、设计性实验的训练。
(3)新技术、新器件的应用能力差。有的制作项目如能采用新技术、新器件,如FPGA、CPLD等实现系统设计,不仅性能指标优于传统电路,而且电路简单。反映我们的实践教学内容陈旧,不能紧跟电子科学技术的发展。
(4)不适应工程设计技术指标要求。竞赛中学生对竞赛题目的各类技术指标的实现和改善上感到无从下手。
(5)实验动手能力不强。竞赛过程中,一部分同学在安装、焊接、电路调试、故障查找和排除等过程中操作不熟练,不能适当地设计实验数据表格,不能通过对实验数据的归纳、总结去分析、解决问题。反映我们的实验教学验证性实验多,综合性、设计性的实验少,学生的动手能力和综合运用能力没有得到应有的训练。
(6)单片机知识的应用能力有限。很多竞赛题要用到单片机的知识去完成设计,部分参赛同学因单片机知识与应用能力不够,未能取得较好的竞赛成绩。
(7)设计报告撰写的质量不高。设计报告的格式与内容存在很多缺陷,方案论证不够充分,理论分析不够严谨。反映我们的实验课教学忽视了实验报告这个重要环节。
4.电子技术类课程的实践教学改革
根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求,针对学生在培训和竞赛过程中暴露的问题,我们对电子技术类课程的实践教学进行了如下改革。
4.1改革实践教学体系
依据学科专业特点,结合我校实际,将实践教学从理论教学中分离出来,单独设课、单独考核,构建起一个与理论教学体系相互匹配,相互联系、相互补充,相对独立、科学优化的实践教学体系。将实验教学环节划分为三个层次[7]。
(1)基本技能训练层:以电子工艺实习、实训为教学内容,掌握万用表的使用,电子元器件识别、检测,印制板制作、焊接,直流稳压电源组装,收音机安装调试等基本操作技能。以电路分析、电子测量、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课的实验为教学内容,掌握信号发生器和示波器等常用仪器的使用方法,培养正确记录、处理数据及分析实验结果的能力。
(2)课程设计实验层:以电子技术、单片机技术、EDA技术等课程的实验为教学的主要内容。通过对简单电路的设计,熟悉常用电子元器件,学会查阅元器件手册及通过互联网寻找所需资料的方法,让学生通过安装调试,学会通过调整元件参数,满足实验指标要求。
(3)综合设计实践层:以传感器技术及应用、单片机技术、EDA技术、电子系统综合设计等课程实验、电子设计竞赛等课外活动为实践教学环节,掌握用最先进的设计平台和最新的工具进行高效的综合设计,用组装的系统电路板,用电子设计自动化仿真软件Matlab、Muhisim等工具,进行“虚、实、软、硬”相结合的现代电子技术设计实践。要求学生能独立完成从设计到制作的全过程,提高学生运用所学知识进行电路级的综合设计能力以及系统级的开发应用和创新能力。
4.2更新实验教学内容
实践教学改革的关键是教学内容的改革,要根据认知规律、学科特点、实践教学自身的规律和学生实践能力、创新能力的培养要求,更新实验内容。
(1)减少验证性实验,增加应用性、设计性、综合性、创新性实验。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系统和虚拟仪器等先进的实践教学内容[8]。增加单片机课程设计的实验课时,加强其实验和设计应用,增加EDA技术和Protel课程设计的实验课时,加强Protel电路设计软件和EDA电路设计仿真软件的实践应用;增加电子实习课时,增加和竞赛有关电路的制作内容。实践教学内容要体现最新的科技成果,反映运用现代科学技术成果的新的实验技术和新的实验方法,实现实践教学内容的与时俱进。
(2)增加能培养学生实际操作能力的工艺性操作实践。注重电子元器件特别是新型元器件的使用[9]。元器件选择方面,除个别验证性实验仍保留部分分立器件外,其余均采用集成化,数字化,模块化的器件,如集成稳压电源、集成运放、集成功放、集成A/D,D/A等器件,RAM、EPROM集成电路,以及ASIC可编程控制器。对于综合型、设计型实验,指导学生选择最新器件来完成设计。
(3)对整个课程体系的实验内容进行整体优化组合,将同类课程体系或同类学科的实验项目合并,创建新的综合实验课程,实现学科之间实验内容的互相交叉渗透。修改综合设计内容,把本专业的理论知识同单片机技术和PLC技术更多地结合应用,并把电子设计竞赛知识结合其中。
(4)设立学生科研基金,资助运用新技术、新器件、新思想的电子设计与制作的学生课题[10]。把科研引进教学过程,鼓励学生参与教师的科研工作和生产中急需解决或探索的实际问题的研究,培养学生的方案论证、装配、调整、检测,数据处理、数据分析、总结归纳,撰写科研论文等能力。
4.3改革实践教学方法
(1)实施开放式实践教学
在实践内容、实践时间、实践方法、组织形式等方面实行开放式教学,打破时间、空间的限制,提供给学生进行创造的环境,让学生真正成为学习的主体[11]。在实验内容上,设定必做实验、选做实验和自主实验的比例,前者保证教学基本要求和基本技能训练,后者则由学生根据自身的条件与兴趣,在众多的实验课题中选择,以达到因材施教的目的。课程设计、综合性、设计性实验,教师只提出设计的总体要求和要达到的效果,不制定统一的参数指标,设计步骤,给学生一个较大的创造空间。提倡方案的多样性,给学生充分的创新机会。由学生完成从方案制定、电路设计、元件筛选、焊接组装、程序设计、系统调试到设计报告撰写、答辩等全部过程,教师变指导为引导,充分发挥学生的主动性。
(2)增大实验室开放的力度
在安排好课内实验教学的基础上,充分利用实验室资源,制订实验室的开放项目、开放计划。在实验室开放时间里,为学生提供实验场地的同时,还为学生提供万用表、信号源、示波器、电类实验箱、单片机实验箱等设备,还安排教师进行现场指导。建立现代化的实验中心网上实验预约与管理系统,在开放的平台上,选做实验和自主实验学生可以个人预约,预约的内容包括实验时间、场地、内容、指导教师等,这种“集中”和“自由”相结合的开放管理方式,提高了实验室和仪器设备的利用率。
(3)开设电子技术实践选修课
根据现代电子技术的发展和全国大学生电子设计竞赛的情况,我们为电类专业的学生开设了如“电子制作”、“电子创新设计”等选修实践课,内容包括简单电路、系统电路和有创新特色的电子电路等的设计与制作等,为爱好电子设计的学生提供更多的学习机会。
(4)举办校内电子设计竞赛,激发学生学习兴趣
我校每年举行的全校大学生电子设计竞赛,按照全国大学生电子设计竞赛的方式进行,在为电子设计爱好者提供施展才能机会的同时,也为参加全国大学生电子设计竞赛选拔了队员。在校领导和有关部门的支持及全国大学生电子设计竞赛的影响下,参赛人数逐年增多,大学生电子设计竞赛已成为我校学生最喜爱的科技活动。
(5)认真组织学生参加全国大学生电子设计竞赛
我校是专升本不久的本科院校,电子类专业的办学时间不长,基础薄弱,参加全国性的电子设计大赛的经验更少,我们把参赛作为学习、实训、取经、提高的过程,参赛成绩逐年提高。
摘 要:传感器课是航空电子专业的一门重要课程。本文探讨如何将智能小车作为实训任务应用于传感器理实一体化教学,改革传统教学方式,以培养应用型技能人才。
关键词 :智能小车 传感器 实训教学
一、教学内容改革
笔者学院采用《传感器与检测技术(第2版)》(工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目)作为教材,配合THQC-2型传感器系统综合实验仪作为传感器理实一体化教学内容。 传统教学中,教师遵循教材内容和实验设计,从传感器基础知识、工作原理到实验验证,耗费大量课时,学生疲于应对不同类型的传感器,没有真正理解什么是传感器、如何选择和使用不同类型的传感器;教学过程不够直观生动,实验设计缺乏吸引力,难以调动学生学习的热情,导致教学效果不理想,并影响到后续课程的学习。
智能小车是现代工业技术的新发展,为实现显示时间、速度,具备自动寻迹、寻光、避障功能,变速行驶、准确定位停车、声控和远程传输图像等功能,运用到光电传感器、避障传感器、光线传感器、红外检测传感器、加速度和陀螺仪传感器、热电偶传感器、超声波测距传感器、视觉传感器、数字温度传感器和火焰传感器等类型的传感器。把智能小车设计成任务模块,贯穿整个传感器实训教学,可以有效地激发学生的学习兴趣,培养学生独立分析问题、解决问题能力、自学能力和实践动手能力。
二、教学过程改革
传感器理实一体化教学采用任务驱动法,把智能小车作为实训内容,根据课时数合理设计递进的任务模块(见表1),以学生为中心,通过小组相互协作,主动探索解决问题,获得成就感,激发学生的求知欲,形成良性循环。
现以智能小车的避障传感器模块为例,介绍任务驱动对教学过程的改革。
1.布置任务
智能小车在前进过程中如何实现自动避让障碍物?要求学习光电式传感器内容,实现智能小车在距离障碍物20cm时刹车减速的功能。任务明确,激发学生的求知欲,有目标地进行学习。
2.确定设计方案
学习光电式传感器的知识,认识能够把光通量转换为电量的光电管、光敏电阻等光电元件。分小组结合已学知识,设计避障方案,经过集体讨论和教师引导,选用红外避障传感器模块,电路设计如图1所示。
3.模块组装和调试
学校统一采购教学用的智能小车和传感器模块,学生根据确定的设计方案,通过小组协作,正确识别元器件,分析电路图,完成模块的组装焊接(见图2)。在教师的指导下,配合智能小车进行模块功能的调试,实现任务要求。
4.考核和总结
教师根据各组设计的方案、组装调试和最终成品,进行综合评分。组织小组讨论,归纳过程中的困难与问题,总结解决的方案,吸取教训,分享成果。
5.智能小车技能竞赛
学生通过传感器理实一体化的实践训练,努力攻克一个又一个任务模块,掌握智能小车的控制系统,获得成就感,提高自信心。学生积极参加学院每年科技节的智能小车技能竞赛,在比赛中灵活运用所学知识,勇于挑战自我,完成更高难度的智能小车,努力获得优秀成果。
三、小结