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目前,各大高校在复合型人才的培养上都加大了投入。应用电子专业课程设计是电子专业课程一个重要的环节,将所学的理论知识运用于实践当中。这不仅仅给学生一个动手操作的机会,也很好地将所学的知识运用到实践中,对于理论的理解也起到了促进作用。就目前高校扩招,在学生基础知识较薄弱的现状下,本文就应用电子专业课程设计提出一种普遍模式,且对目前现有的模式进行一个一个改进。对各课程的课程设计都有一定的实用价值。
一、课程设计的目的与要求
课程设计针对某一门课程,对学生进行综合性的训练,培养学生运用课程中所学的理论与实践紧密结合,独立的解决实际问题。
应用电子专业课程设计应到达如下几点要求:
1.综合运用电子技术课程中所学的知识去独立完成一个设计性课题
2.学会通过查阅资料、手册去培养学生的独立分析能力和解决实际问题的能力
3.学会电子电路的安装与调试
4.掌握电子仪器的正确使用方法
5.学会撰写课程设计报告和总结
6.培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度
二、课程设计的主要过程
(一)选题
教师可以根据自身具备的能力,紧密结合理论课程,从中选择一些题目予以公布,供学生们选择,题目的难度最好有档次的区分,以便不同能力的学生选择适合自己的题目,对于某些动手能力特别好的学生,可以由学生自己出题,教师把关就可以了。
(二)任务书的下发及开题
课题的任务指标必须能够实现。学生拿到任务书以后,下一步进行开题。开题是一个非常细致的阶段,教师应鼓励学生大量的去翻阅资料,鼓励学生对课题进行前期的调研,收集大量的素材。随后,学生根据收集到的资料及自身的设想,提出完成课题的总体方案和周密的计划。在这个阶段中,教师扮演的角色不是替代,在以往的教学过程当中,一些教师常会出现给定学生能实现的方案,学生就省掉了去查阅资料和提出方案的阶段,这样的教学效果只能助长一些学生的依赖性。
(三)学生设计阶段
在这个阶段,学生主要是利用实验室的条件和设备,根据已拟定的方案逐步完成任务,其中包括电路图的设计、元器件的选择、参数的设置、仿真等等。这个过程也是整个课程设计时间周期最长的环节,同时也是学生锻炼独立解决问题和解决问题的能力的阶段。教师在这个过程中给学生进行答疑,当学生遇到问题和困难的时候,给学生一个方向,让学生自己去解决问题。有些同学自觉性比较差,在这个过程中,教师应做好实验室开放的记录及答疑的记录,对学生这个阶段的工作进行监督。
(四)答辩验收阶段
教师可根据题目的难易规定好学生完成课题的时间,周期一般在2周到4周左右比较合适,要充分留给学生查阅资料、解决问题的时间。验收学生的作品,不仅仅只是验收作品制作成功与否,实际上,最重要的是让学生在这个过程中学到东西,达到我们的培养目标。因此,教师在成绩构成当中,应当考虑到几个方面,作品的完成情况、实验室开放和答疑的情和答辩的情况。
(五)课程设计总结报告的撰写
课程设计总结报告的撰写,是为日后的毕业设计甚至将来学术研究的论文书写打下一个基础,学生的撰写水平是靠平时日积月累的。报告的内容应与自身课题紧密相关,鼓励学生原创,尊重知识产权。查阅文献是工程人员必须具备的基本素质,参考文献综述应予以体现且应与时俱进。
三、课程设计教学改革
面对目前高校扩招,学生的能力也是各有差异,对于目前各大高校,特别是三本院校,学生的基础是比较薄弱的,如果一味沿用过去的教学模式,可能对于一些甚至大多数的学生有点难以消化,或者是做完了整个课程设计都不知道是如何完成的,相当于走了一个过场。因此,针对这一情况,学校可以为实践环节专门开设一些基础课程,然后由浅及深,例如元器件识别课程、印制电路板的设计制作过程、电子电路调试与抗干扰技术等课程,这些基础课程在专业课开设之前就可以给学生了解了,在学完专业课进入到课程设计阶段就会有个基础做铺垫,学生也会容易接受。
关键词通信电子线路;高频电子线路;卓越工程师;项目式;教学模式;工程实践
哈尔滨工程大学通信电子线路课程是电子信息类重要的主干课程,理论课56学时,实践性环节32学时,其中基础实验16学时,课程设计16学时,均为独立设课一人一组。课程的主要目的是:通过实验使学生深入掌握通信系统中发送设备和接收设备的结构及电路组成,培养学生通信电路的设计、调试技能,增强学生的工程实践能力,培养学生的创新意识,提高分析问题和解决问题的能力。该课程重要主要有以下3个原因:1)通信电路涉及的工作频率高和电路的非线性,增加了实验难度和抽象性,工艺要求高,工程上难以实现;2)通信技术和芯片的迅速发展,为实验提出新要求,要不断跟踪技术发展,更新实验内容;3)历年大学生电子设计竞赛都有通信类赛题,影响或引导着该课程的教学改革。因此射频电路设计与制作是人们普遍感到棘手的难题,射频工程师也受到用人单位的青睐,通常都是高薪聘用。但是该课程实验却不尽人意,课程实验都习惯于使用实验箱[1-2],开设验证性实验,不能破解上述面临的3个难题。随着“卓越工程师教育培养计划”[3-5]在全国的实施与推广,很多高校都在进行实验教学的改革[6-9],增设综合设计性实验和创新实验,这类实验对于学生来说既有综合性又有探索性,主要侧重于所学理论知识的灵活运用,对于提高学生的工程实践能力非常有益,这是当前电子线路实验发展的趋势。哈尔滨工程大学通信电子线路教学课程组一直致力推进实验教学改革[10-12],与时俱进地探索“卓越工程师”培养导向下如何更有效开展研究性实验教学,提升人才质量。通过4年的改革实践,基于“一提二指导三牵引”思路,提出了课程设计“项目式过程质量控制方法”,教学效果良好,切实提升了课程设计的人才培养质量。
1项目式过程质量控制方法
哈尔滨工程大学通信电子线路课程设计是在修完16学时的基础实验之后,在第6学期开设。基础实验侧重于单元电路级电路,而课程设计注重培养学生系统电路的设计、调试技能,包含5个综合设计性实验选题,分别为调幅发射系统的设计、调频发射系统的设计、调幅接收系统的设计、调频接收系统的设计、自定义实验项目。每个实验项目均安排16学时,根据难易程度分为3个等级A、B、C,3个等级分别赋予1.0、0.9、0.8的权重,学生可根据自身情况自由选择其中的一个项目。其中自定义实验项目(A级)是学生自拟题目、自选实验方案,通常都是采用先进的芯片,针对电子设计竞赛开展的专题模块设计与制作,如集成调频接收机的设计、高频锁相信号源的设计等,具有一定的挑战性,为能力强的学生提供了一个高端出口,这类题目通常得到支持。为充分保证课程设计的培养目标得到实施,基于“一提二指导三牵引”思路,课题组2012年提出“项目式过程质量控制方法”,如图1所示。“一提”是指对课程设计提出明确的技术指标要求,如对发射机提出发射功率、整机效率、调制指数等技术指标要求,对接收机提出接收机灵敏度、接收机选择性等技术指标要求;“二指导”是指课内指导和课外指导,课内指导多在前导课和计划内学时实施,课外指导是学生课外科技活动指导,可能涉及“超纲”问题,涉及学生感兴趣的问题,可以挖掘学生的潜能;“三牵引”是指“科研项目”思维牵引、工程实践能力牵引、创新研究能力牵引。
2项目式过程质量控制的实施
2.1“项目”立题
“项目”立题是引导学生进行“项目式”研究的第一环,立题必须科学严谨,要提出明确的“项目”技术指标要求。技术指标的提出不应仅仅局限于理论教学范畴,还应贴近工业实践,与实际应用接轨。课程设计提供的4个综合设计性实验项目,分别为调幅发射系统的设计、调频发射系统的设计、调幅接收系统的设计、调频接收系统的设计,内容已基本覆盖了理论课程知识点,发射系统提出发射频率、发射功率、整机效率等技术指标,接收系统提出接收频率、选择性、灵敏度等技术指标。实验立题时,就定位于将通信电子线路课程设计建设成真正意义上的系统设计型实验,实验中碰到的问题都是实际项目所面临的问题,实验内容不仅仅涉及通信电子线路课程,还涉及模拟电子技术及射频技术,有的问题甚至超越了理论课程范畴,对教师的教学科研能力提出了很高的要求。
2.2前导课
由于课程设计是要求学生自主完成“项目”(一人一组),学生面对“项目”时会难以入手,因此设置前导课(不占学时)就显得必要了。所谓前导课是在开课之前集中讲授60~90分钟,有两个意义,一是讲设计概论,教给学生设计思路;二是讲自主式项目学生要做好哪些准备工作。前导课内容重要,要求每个学生必须到位。开学之初,课程组教师分别为16个班480名学生集中讲授前导课,学生都如约而至,认真听课做记录,课后还和教师展开交流与咨询。通过前导课向学生引入系统的概念,分析一个项目完成的思维方法,引导学生培养科学的“科研项目”思维,首先根据技术指标要求,设计电路,并采用EDA软件论证设计的合理性,然后焊接、调试电路,进而改进电路,提高系统的技术指标要求。在前导课中要求学生应该根据个人情况选择适合自己难度的选题,独立完成项目,锻炼个人实践能力。
2.3“项目”设计
1)确定选题。按照实验分级化的思路,每次实验至少会有A、B、C难度不同的选题,学生可根据自己的实际情况选择。2)制定设计方案。根据选题要求的技术指标,完成电路原理图的设计和元件参数的计算。3)EDA仿真论证设计的合理性。对设计完成的电路原理图,利用Multisim软件进行仿真,验证所设计电路是否够满足设计要求,进一步优化设计[9];同时也使学生熟悉EDA工具软件。这一点很重要,因为有些用人单位很看重学生是否会使用仿真工具,因此仿真成为学生需要掌握的一项基本技能。4)撰写完成设计报告,自拟实验步骤,设计实验测试表格,完成预习思考题,列出元件表等。课程提出明确要求,没有仿真电路、设计报告不能上实验课。
2.4实验操作
进入实验室焊接、调试电路是锻炼学生实践能力的重要一环。指导教师要严格要求,鼓励学生独立自主完成实验,对于实验过程中学生碰到的问题给予启发式指导,引导学生自己分析问题、解决问题。技术指标是评价学生完成情况的重要依据,因此针对学生测试数据及技术指标完成情况,指导教师可探究性提出一些改进方案,引导学生进一步改进设计,研究如何提升系统技术指标。这个过程可促使学生理论结合实践,对学生能力提升有很大意义。学生完成实验操作后,实验数据须交指导教师当场签字。由于是一人一组独立完成实验项目,学生在期间很少出现随便走动、交头接耳的情况,现场秩序井然。当然,由于题目难度较大,或者学生自愿选择指标更高的项目,我们不要求一定在16学时完成,超学时不影响成绩,实验室开放运行,学生可随时进入实验室,创造了自主实验、研究问题的氛围。
2.5成绩评定
如何对学生的实验情况进行很好的评定,如何对每个学生给出客观、公正的实验成绩,从而保证实验教学效果,一直是实验课程的难题。目前课程设计成绩评定由设计报告(25)、实验操作(60)、总结报告(15)3部分组成。2.5.1实验报告实验报告整体包含设计报告和总结报告两部分。针对设计报告和总结报告,课程组已提出统一格式要求和评分标准,实验电路参数设计、实验数据处理、实验结果分析3部分在报告成绩占较大比值。2.5.2“项目”验收学考核指标,严把“项目式”验收关,通过考核“逼迫”学生进行研究性实验,是项目式过程质量的关键。目前课程组有5位教师,如何避免教师个人差异对教学效果造成的影响一直是课程组思考的问题。基于课程组情况,严把实验出口关(实验考核)是最为可行的方式,即不论实验教师是谁,对学生考核要求是统一的,达到基本要求才能过关(教学“合格品”把关,底线),根据技术指标情况比拼优秀(教学“高质量品”把关,提升),激发优秀学生开展真正“项目式”研究。针对实验操作考核,课程组提出研制一体化通信测试平台,可以快速、标准化地测量学生实验完成的技术指标情况,可明显提高实验效率,为实验成绩的评定提供一个客观、统一标准。另外,课程组在实验成果的验收手段上进行了改革,制作了相应的发射机和接收机用来检验学生的实验成果,不论是做发射系统的学生还是做接收系统的学生,不仅有实验数据和波形,还可亲耳听到自己制作的接收机或发射机所收发的音乐,使学生有了实验的成就感,提高了学生实验的兴趣,这种教学方法在学生中受到了好评。
2.6竞赛“项目”延伸学习
由于课程设计学时有限,通过计划内学时只能向学生引入“科研项目”思维,让学生对科研项目过程有一定认识和感受。为了充分培养学生工程实践能力,学校建设了全开放自助式实验室,实验室提供必要的仪器及基本元器件,学生可以进入实验室完成科研立项及竞赛项目。课题组教师非常重视学生的后续培养,积极鼓励和支持学生参与大学生电子设计竞赛。在电子设计竞赛准备期,课题组教师指导学生制作低噪声放大器、宽带放大器、混频器、直接频率合成信号发生器等通信电路模块,设计完成更高性能指标的发射接收系统。通过参与电子设计竞赛,学生的工程实践能力、创新能力都有了很大的提高。在历年的大学生电子设计竞赛中,课题组教师指导学生完成通信电路方向的选题,竞赛成绩都稳居黑龙江省第一,多次获全国大学生电子设计竞赛一等奖和二等奖。
3结束语
课程组以培养“卓越工程师”为导向深化课程内容和教学模式建设,经过4年教学实践,基于“一提二指导三牵引”理念,提出“项目式过程质量控制方法”,构建了一个标准化的课程设计教学模式。通信电子线路课程设计的开设培养了学生项目研究思维,切实提高了学生工程实践能力、创新能力,受到了学生一致好评。学生马春华在课程总结中写到“高频电子线路课程设计让我体验了一个项目的开展过程,整个过程下来自己学会了很多东西,特别是开拓了自己思维,收获很大”。学生王巨震在课程总结中写到“课程设计的项目式要求激发了我的实验欲望,通过一步步提高技术指标,让我体会到了实验的成就感,让我知道以后如何开展科研项目,希望实验课程都能这样”。通信电子线路实验课程在2013年和2015年都获评为“哈尔滨工程大学实验示范课程”,给我校其他课程设计类课程的开设提供了一个很好的借鉴。希望课程建设成果也能为全国其他高校课程改革提供一定借鉴和帮助!
参考文献
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得了良好的效果。
关键词:电子技术;实践教学;教学改革
中图分类号: G642. 0 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)02(c)-0000-00
我校地处新疆南疆沙漠边缘,是传统的农业院校,《电子技术基础》是新兴电气、计算机、通信专业的核心基础课,包括模拟电子技术和数字电子技术两门主要课程,实践教学包括实验和课程设计两个环节,其相关知识直接影响后续课程的学习,对学生的就业和工作也有着深远影响。长期以来,实践教学一直处于理论教学的“教辅”地位,不利于学生综合素质、动手能力的培养,严重制约着我校电气、计算机等专业的教育发展。随着南疆工、农业的发展,用人单位对学生的工程实践能力越来越看重,更倾向于聘动手能力强的人才。这就要求教师转变观念,结合实际教学情况和各方面的反馈信息,结合新的教育理念,对《电子技术》实践教学进行教学改革。
1、 实验教学改革
1.1实验内容改革
原有的电子技术实验课存在验证性实验多和实验内容陈旧的弊端。为此,全系教师根据各方面反馈的信息,不断调整和充实实验内容。从原来的试验中选出少量经典实验,以保证电子技术实验的基本知识、基本技能和基本方法,又增加了综合性实验和创新性实验,以锻炼和提高学生的动手、思维能力。最终确定的实验内容:模拟电子技术部分包括晶体管共射极单管放大器、负反馈放大器、集成运算放大器的应用、OTL功率放大器、直流稳压电源;数字电子技术包括TTL集成逻辑门测试、常用组合逻辑电路的测试及其应用、触发器及其应用,常用时序逻辑电路测试及其应用、电子秒表,另外,还有一些偏重于自创性和设计性的选修实验内容,譬如彩灯控制电路设计、步进电机驱动控制系统设计、温度控制电路、电池电量检测报警电路等,以满足那些感兴趣和动手能力强的学生。
1.2 实验教学方法改革
长期以来,电子技术实验课采取实验室教师讲解,学生现场连线,教师帮助调试的教学方法。因为学生对实验内容生疏、实验时间有限、接受能力参差不齐,经常是实验做了,一问还是感到茫然,起不到实验课应有的作用。为了解决这个问题,我们采取项目教学法。把每次要做的实验看做一个教学项目,提前一个周末布置下去,让学生提前预习实验内容,上网查资料,并利用理论课堂介绍的PROTEUS软件进行仿真,为了避免浑水摸鱼的现象,每个学生的仿真电路图发给教师检查。实验课上,教师把主动权让给学生,不需要讲解,学生对要做的实验内容和原理已经非常清查,他们更多的是带着好奇心,看看他们设计仿真的电路图在硬件上是否合理,所以一到实验课,都是急不可待地动手做起实验来,调试电路,教师要做的就是对于现场出现的问题进行具体指导。采取这样的项目教学方法,避免了传统的填鸭式疲惫教学,让学生在挑战中完成了实验,满足了他们的成就感,增加了他们的学习兴趣。另外,为了调动学生学习的积极性和主动性,电子技术实验室实施开放式教学。
1.3教学手段革新
EDA技术是现代电子技术的标志,是电子技术教学内容手段改革的必然趋势【1】,利用该技术可以实现硬件设计的软件化,提高实验效率。所以,我校电子技术实验课程中引入了PROTEUS仿真软件,来完成电路的功能设计、性能分析、时序测试和调试功能。因为仿真软件为电路设计提供了多种分析方法,拓展了实验的深度和广度,为硬件电路的实现提供了正确的理论依据和设计方案,使课程实验朝着“方案设计-软件仿真-电路设计与制作-系统调试”这一工程实践的流程发展【2】。通过这种“虚实结合”、“软硬兼施”的实验教学手段,提高了我校学生的电子综合设计能力和工程实践技能。
1.4多元化考核方式
实验课程成绩由3部分组成: 平市实验成绩(占30%),综合实验成绩(占20%),实验操作考试(占50%)。其中,平时实验成绩评定采取实验全过程的评价方法,即实验预习占20%(教师课前检查),实验操作过程占50%(教师现场记载),实验报告占30%(教师课后评阅)。综合实验评分包括实验项目方案设计和原理电路设计、实验完成情况及实验过程中分析问题和解决问题的能力、总结报告的撰写等3方面。在实验操作考试中,学生随机抽题,主要考核学生在电路设计、接线调试、仪器设备使用、数据测试、实验结果分析等方面的能力,这就督促学生认真做好每一个实验。
2、课程设计改革
电子技术课程设计的教学目标是让学生掌握电子系统设计的一般方法和设计流程,熟悉现代电子电路系统设计过程中常用的辅助工具及其使用方法,着重培养学生电子系统设计能力和创新意识,学生分析问题和解决问题的能力[4]。电子技术课程设计与以往相比,还是采取3人一组、教师指导、以学生为本,激发学生学习兴趣的教学模式,其改革主要表现在教学内容、教学手段和考核机制几个方面。
我校电子技术课程设计开课一般在14-15教学周,教师可提前4周,在第十周让学生进行选题,以留出购买元器件的时间。在选题过程中,学生不仅可以选择教师提供的课程设计题目,还可以自拟题目,自拟题目需要指导教师审核,以确定学生自拟的题目能够达到教学计划的要求。课程设计的题目来源于工程实际,要具有综合性、先进性和实用性,并且每年都有新的补充。结合我系教师的工程实践经验,目前开设题目有数字温度计、交通灯控制器、音乐彩灯控制器、数字频率计、出租车计价器、声光控楼梯照明开关设计、直流稳压电源设计、水箱自动供水电路设计、OTL音频功率放大器设计、数字抢答器设计、篮球24S计时器设计等二十多个题目。
为了更好的达到教学效果,把EDA技术引入到电子技术课程设计的教学中。学生在完成电子系统的初步设计方案后,先进行PROTEUS仿真,验证所涉及的方案的逻辑功能,修改方案中的原理性错误,然后在进行安装调试。并且,对所做项目采取模块化设计,各单元电路逐级进行设计、仿真、调试,这样有利于检查和排除故障。根据电子产品设计流程,结合我院新近PCB板实验设备,电子技术课程设计增加了原理图和印制电路板图的绘制。设计方案仿真通过后,要求学生使用PROTEL软件进行设计方案的原理图绘制和PCB板绘制,使电子技术课程设计的教学内容更接近于工程实践。最后,在教师指导下,学生进行焊接、调试,完成整体项目。
结合工程实际产品设计的一般流程,根据各个环节在设计电子技术课程设计的所占比重,课程设计成绩由设计方案成绩(占20%)、软件仿真成绩(25%)、硬件调试成绩(占35%)和总结报告成绩(占20%)四部分组成。
3结束语
通过近几年电子技术实践教学改革的进行,充分激发了学生自主学习的主动性,提高了学生的实践动手能力、培养了学生的创新精神、团结协作能力,同时学生的科技总结报告撰写能力也得到了锻炼,为学生整体素质的提高奠定坚实的基础,也为学生参加电子竞赛储备了深厚的理论和实践知识。
[1]杨慧敏.电子技术课程实践环节的探索与改革[J].实验室研究与探索.2004,23(3)61-63
【关键词】单片机 理论与实验 课程设计 协同教学
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)31-0243-01
引言
单片机理论、实验和课程设计相关课程体系是各高等院校电子电气信息类工科专业基础专业课程设置的重要组成部分,为大学生深入学习掌握单片机的基本原理,设计方法,实践应用等打下基础。大多数理工科高校开设这些课程,对学生进行综合培养。对于单片机的理论与实践教学,既可以选择汇编语言,也可以选择C语言进行。在高校的实际教学工作中,大多数老师是选择汇编语言进行教学的,因为从汇编语言入手能更好的掌握单片机的硬件资源使用原理等,也有部分老师是直接使用C语言进行教学,认为汇编语言编程过于繁琐,而C语言编程能够在将来的实践工作中得到更好的应用。本文通过总结作者多年来在单片机相关课程教学积累的经验和教学研究心得,以51单片机理论、实验和课程设计教学为例,对如何在使用不同编程语言进行繁琐和复杂的教学中使学生更好地掌握单片机知识体系进行了探讨。
1.单片机理论教学
1.1 汇编语言理论教学
单片机是一个把中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、并行IO接口、串行IO接口、定时器计数器、时钟振荡电路等集成在一起的控制芯片,硬件资源简单且丰富,也易于扩展电路,所以单片机的学习侧重点首先在于掌握硬件资源使用方法。因为汇编语言实际上是CPU能够识别的机器码的助记符,从汇编语言入手开始教学,能够使学生更好地掌握单片机的硬件资源使用原理。使用汇编语言编程可以很方便地对单片机存储器地址直接进行存取操作,也能很方便地对存储器地址进行整体安排分配,前提是对单片机硬件资源非常熟悉,能够灵活调用。比如指令MOV、MOVC和MOVX可以分别访问单片机内部的数据存储器、程序存储器和外部扩展的数据存储器。汇编编程的缺点在于进行算术运算和逻辑判断跳转等比较繁琐。
1.2 C语言理论教学
国内的单片机C语言程序设计教程多数的编排都会在前面开始的章节介绍单片机硬件资源以及汇编语言指令系统,然后以更大篇幅讲述C语言程序设计语法和针对硬件资源的编程。针对单片机的C语言程序设计语法与计算机C语言高级程序设计编程语法基本一致,而针对硬件资源的指令又类似于汇编语言指令系统,所以应该可以说单片机C语言程序设计是计算机C语言高级程序设计和汇编语言指令结合体。要掌握好C语言编程依然要对于单片机的硬件资源理解透彻并能灵活调用。但是C语言针对硬件资源的指令与汇编语言指令比较起来却不如汇编那么直观,也不如汇编指令那样更加有助于单片机硬件体系结构的理解。
为了使初学者能够更好地理解单片机硬件体系结构,掌握硬件资源的调用,选择汇编语言进行教学显然是更加合适的。
2.单片机实验教学
单片机作为电子电气信息类专业的一门专业基础核心课程,比某些专业基础课程如电路原理、数字电子技术、模拟电子技术等更加注重编程实践的练习。单片机实验课程一般都是配套安排在单片机理论课程的下半学期,这样能够更加有助于理论的理解和掌握。作为理论课程的配套课程,单片机实验课程在教学上必须与理论课程保持一致性,选择汇编语言进行实验教学就是必然和最好的选择。
在实验设备的选择上,学院实验室早期购置过星研单片机Star ES51实验箱,后来又购置了大批光佑STC开发板,可以两者选其一。
早期的单片机实验都是集中在实验室进行,两人共用一台实验箱,通过连线和读写配套程序仿真运行来进行实验。这样的实验有一些明显的不足,比如配套程序调用了很多键盘显示的子程序,而这些子程序没有直接给出来,实验箱的很多硬件电路连接也没有给出详细原理图,所以造成了实验结束后多数学生也是对实验原理和编程似懂非懂的结果。
有了STC开发板后,每个学生可以分配一块开发板,各自进行单片机的编程仿真实验,还可以将开发板带回宿舍课后继续练习,实验可以更方便地进行。实验开发板的原理图清晰,例子程序丰富,通过读写配套例程可以较好的掌握单片机的基本原理。
显然使用汇编语言选择STC开发板进行单片机实验是实验教学的最好安排。实验课程的要求注重于单片机基础知识的掌握和硬件资源的调用。
3.单片机课程设计教学
单片机课程设计的安排是为了进一步提高学生的实践能力,所以课程设计的教学就不再局限于基本原理的掌握,而是必须达到更高程度的实践效果。汇编语言编程有利于对基础知识的理解和单片机硬件资源的掌握,却不利于复杂逻辑的处理。所以在学生已经基本掌握了基础理论的情况下,课程设计选择C语言编程,可以让学生更加方便的进行复杂程序的编写。
单片机课程设计实践项目内容的安排上,必须注重单片机内部和外部硬件资源的综合调用,以便完成具有实际意义的综合程序的编写。课程设计实践项目安排了可以综合调用单片机I/O口资源进行键盘扫描数码管显示以及中断处理的实现计算器功能的程序编写,和能够使用I2C总线进行通讯的AD/DA处理的程序编写。这两种程序的综合度和复杂度都远远大于单片机实验题目的要求。从实践结果来看,通过这种综合性复杂程序的编写练习,能够大大提高学生的开发设计实际项目的动手实践能力。
结束语
在我国大力实行人才战略强调人才培养的大环境下,本文作者所在高校也响应国家号召加强本科生培养,实施卓越工程教育,取得了积极可喜的成绩。本文积极探索和提高单片机理论实验课程设计协同教学的方法,取得了长足的进步和发展,也得到了学生的高度认同。以此方法培养出来的本科生在参加全国大学生电子设计竞赛的过程中也取得了骄人的成绩。本文作者经验和方法也可以为兄弟院校相关专业的教学提供参考和借鉴。
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关键词:电子技术实验;电子技术课程设计;电子竞赛;反馈促进机制
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)30-0132-02
电子技术课程是我校理工科专业重要的技术基础课程之一,其实践教学体系内容包括电子技术实验、电子技术课程设计、电子技术创新活动、国家级省级电子竞赛等。电子技术课程实践教学体系决定它们对学生的培养和能力要求是分层次、台阶式、循序渐进的,但是它们之间的内在联系和反馈促进机制长期受到忽视,在实践课程体系的设置上缺乏层次化、立体化和系统化的整体考虑[1]。电子技术实验教学是整个实践教学体系的基础,长期以来存在的课程体系设置不科学、实验内容陈旧落后、与实际需求脱节等问题制约了学生在后续实践环节中的学习与能力的培养。目前对实验教学的探索、研究和改革,重视程度不够,缺乏科学合理的系统化实践教学模式。因此,根据电子技术实验课程内容和知识结构的调整和个性化人才培养的需要,有必要对电子技术实验课程的教学大纲、教学内容、教学方法和考核方式等几方面进行改革。
一、电子技术实验教学现状及改革的必要性
(一)电子技术实验教学现状
我校电子技术实验教学环节改革起步较晚,从2009年电子技术实验开始独立设课,模拟电子部分实验18学时,数字电子部分实验18学时,实验一人一组,我们在多年的实验教学中一直延续老方法,传统的教学模式没有改变,而恰恰是这样偏偏延缓了教学改革的实施,表现在以下几点:
1.电子技术实验虽然形式上已经独立设课,但在实验体系结构、内容设置仍然依附于理论教学,没有真正意义上成为一门相对独立,有自己的教学大纲和教学重点的自成体系的一门课程。
2.在当代五彩斑斓的世界中,学生们被大量的新鲜事物所吸引,使他们对于传统的教学模式感到厌倦,实验内容不出新,学习兴趣缺乏,动力下降,从而使得教学成绩低下,显而易见这已经适应不了教学改革的需要。
3.传统的实验教学模式在实验课程设置上内容单一、缺乏综合性。当代教学研究是多个学科相互交叉实行,我们现在不能将传统的教学实验内容细化,需要将每个部分都结合起来,使实验课程更加的综合化。
4.传统的实验教学模式只注重于学生整体的均衡发展,忽视了学生的个性发展,致使培养出的学生只能称为合格的产品,而不能称为具有创新精神的人才。
(二)电子技术课程实验与课程设计的关系以及现状
电子技术实验是电子技术课程设计的前提与基础,每年暑假或者寒假,学生在进行课程设计的时候,面对课程设计题目,许多学生感到无从下手,头脑里没有相关的思路,不清楚解答问题的切入点,常常因此耽误了很多的时间。究其原因笔者认为在平时的电子技术实验教学中,学生从没有单独从头至尾解决一个问题,每个实验的内容涉及的知识容量较少,综合性不高,而且每个实验的实验目的、原理及方法、实验步骤都是事先准备好的,学生几乎不需要太多的思考[2]。而课程设计无论是实验步骤还是实验方法,这些都需要学生自己亲力亲为去进行,锻炼学生在课程中的严谨性,使得实验和理论课程统一化。
(三)电子技术实验教学与电子竞赛的关系及现状
我校从1997年以来,每年有数百名本科生参加了国家级省级电子竞赛的选拔与培训,取得了丰硕的成果。这些成绩对许多感兴趣的学生鼓舞很大,参赛的学生逐年增多,同时参与的范围也不断扩大。参加过电子竞赛的学生,无论是系统设计、方案论证、整机装调,还是选用新器件以及创新能力,都得到了全面提高,同时也增强了他们的自信心。但是能够参加最终竞赛的学生毕竟是少数,受益面不够。因此,我们希望借鉴电子设计竞赛这个平台,把在竞赛中所了解到的信息及经验,反馈到电子实验教学中来,逐渐转化为日常教学规范内容,让更多的大学生从中受益。
二、电子技术实验改革的措施以及方案
不断改革和完善电子技术实验相关的教学体系,教学改革不应单纯是某一方面改革,而应从教学大纲、教材建设、内容设置、教学方法和考核模式等方面全面展开。
(一)改革试验教材的内容,完善相关的实验教学体系
教材的编写和实验的改革紧密结合,是实验改革的结晶和升华。新版的实验教材是在实验内容单独设课,在实验教学的体系结构、内容设置的改革中,不断总结相关经验的基础上编写的。在保留原有特色的基础上,借鉴了电子竞赛所涵盖的知识点以及相关院系反馈意见进行了修订,重点是对以下内容进行了合理的调整:
1.模拟电子部分实验内容:分立元件实验少保留几个,多增加相关的集成电路实验,同时加入模拟可编程器件实验以及应用实验。
2.数字电子部分实验内容:在保证基础的前提下,适当加大可编程器件实验的个数以及相关内容。
3.综合性或者系统设计性实验内容:适当增加一些有关模拟电路,数字电路和接口电路的综合性实验,同时加强模拟可编程和数字可编程器件的实验内容,条件允许的情况下,可加入研究开发性的实验。
(二)强调综合设计性的实验,使实验与课程设计有机结合
增加综合设计性的实验比例,给学生更多的选择机会,充分发挥他们的想象力、创造力。这类实验一般周期较长,难度较大,教师只作指导性工作,并提出实验要求,实验准备到实际操作由学生自己完成。综合设计性实验作为课程设计的基础,在实验选题上要注重,即将实验内容与下一步的课程设计连续起来,为课程设计打下基础,使学生提前介入课程设计的一些基本步骤,改变过去在课程设计时无从下手的被动局面,这不但有利于培养学生的综合应用能力以及工程实践能力,同时反过来电子技术课程设计的内容又能作为大型综合性实验去尝试[3]。
(三)创建开放创新实验室,使电子技术实验与电子竞赛完美结合
创建时间开放、内容开放的创新实验室,为那些优秀的学生提供个性发展的机会,同时通过吸取竞赛中有益的经验,把以前那种小范围、短时间的赛前突击培训活动慢慢转化成日常教学的规范内容,尽可能让更多的大学生从中受益,从中探索出适合我校实际的大学生创新与实践能力培养的新途径,实现均衡发展与个性发展的完美结合;创建开放的创新和实践实验室,依据电子竞赛的相关内容和经验,把经常用到的电子功能尽可能模块化、规范化,例如电子竞赛中经常用到的可调电压源、电流源设计等,并尽可能引入一些比较先进的模拟器件进行难度较大的设计和尝试。通过这些措施,方便学生具体情况具体分析,针对于各个功能的模块进行组装,使得设计更加的编辑化[4]。
(四)积极发展虚拟电子技术实验、网络实验教学
实验手段可采取实际电子实验和虚拟电子实验相结合的形式,尤其在实验室空间紧张和实验经费短缺的情况下,利用EDA软件进行仿真电子技术实验。从电子技术发展的趋势看,进行仿真是设计电子产品的前提和必经之路,目前,现在的教学电子技术理论教学、电子技术课程设计等课程都设立了专用的教学网站,学生可以在网站上浏览并下载自己所需要的学习资料,采用这种灵活自主的学习方式,促进了枯燥教学的多彩性,使得教学方向向网络化发展,更具有时代性,从而达到更好的教学效果。
(五)实验考核方法改革
传统的考核方式都是闭卷考试,这种封闭式的考核以延续多年,而针对于实验考核,尝试多种方法,开卷与闭卷考试相结合,多元化的考核方式使得学生针对于评定具有多选性。
三、结束语
实验教学改革是教学改革的重要组成部分,通过构建科学合理的多层次、立体化的实验教学模式,采取虚拟与实际相结合、实验室内与实验外相结合、统筹安排与自主开发相结合的模式,合理设置虚拟性实验内容、验证性实验内容、综合设计性实验内容、研究创新型实验内容的比例,建立科学合理、有利于创新能力培养的实验考核办法,修订或编写配套实验教材,完善电子技术综合创新实验室,加强大学生创新实践等方面能力的培养。通过以上这些措施,不但训练了学生的创造思维,同时强化了学生的工程意识,而且提高了学生综合应用知识的创新能力,也缩短了就业后的适应期。
参考文献:
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福建省武夷学院作为应用型本科院校,电类专业开设的模拟电子技术课程,分列为三门子课程:包括60个学时的理论课程、20个学时的实验课程和1周的课程设计,其中实验课和课程设计为实践环节。用倒三角图表示课程结构、学时安排以及三者之间的相辅相成的关系。模拟电子技术课程的最大特点是内容较多,学生普遍感觉较难,涉及知识面广、应用性较强。
二、课程教学探讨
1.灵活运用多种教学手段。
学生上理论课普遍感觉比较抽象、较难理解与掌握,合适的教学手段显得尤为重要,板书和多媒体相结合的教学手段对于一般本科学生比较合适。教师在黑板写的时间,学生有短暂的时间进行消化和记笔记,有利于对内容的即时理解和课后复习,使得大部分学生能跟上老师的授课进度。比如,在讲授到三极管基本共射极放大电路时,学生对于小信号等效电路画法比较难于掌握,而仅仅用多媒体授课放映效果不理想。教学中可以结合板书,分步画出三极管的H模型,结合小信号等效电路的依据,在黑板上一步步画出来,学生理解起来就更方便。这在模拟电子技术中是比较基础的理论内容,基础内容讲透了,有利于后续章节的顺利展开。但是对于某些比较难用语言描述的概念或者复杂的演变过程,使用多媒体动画效果进行讲解可以更形象生动,使学生更易于理解。例如,P、N型半导体中电子的扩散与复合,晶体管、MOS管器件中的电子、空穴的运动,电流的运动以及器件的制造工艺过程等。这些内容如果采用板书,画图太多、耗时较长,也很难做到形象表达。若用多媒体加上Flash动画的方式学生就会更感兴趣,有利于知识的理解。需要注意的是多媒体教学课件画面切换快,学生记笔记跟不上,授课时注意放慢速度,讲清基本概念和基本分析方法,适当结合板书对内容作出提纲挈领性的总结。这样结合多种教学手段既缓解了课程内容多与学时数明显不足的矛盾,又发挥了多媒体教学省时、直观、形象的优点,因此受到了学生们的普遍欢迎。
2.营造讨论式教学环境,加强课外辅导。
为增强学生学习的主观能动性,教师可结合实际的学习状态引导学生思考问题,每节课上教师可以适当提出1-2个比较有代表性的问题,供学生探讨,这一过程不仅激发了学生的兴趣也提高了学生的思维能力。总结之前的教学效果,教材的后面章节,比如反馈、功率放大等,学生理解起来就很困难,学习兴趣急剧下降。每周设置1-2个课外的时间段老师给学生们答疑解惑,在学与问的过程中,学生对每堂课的内容能及时消化和吸收,这样学生对整体内容能更好地进行理解,学会融会贯通,达到较好的教学效果。
三、重视实践教学,加强动手能力的培养
1.加强实验教学过程管理。
模拟电子技术实验大纲中包括验证性和综合性实验,其中验证性实验总计有8个,选做5个;综合性实验有2个,选做1个。实验采用自编的实验指导书,书中包括实验目的、实验原理、实验使用仪器、实验操作步骤和思考题等等,要求学生结合实验原理和思考题认真完成实验预习报告,学生在每次实验前对实验项目有基本理解,教师批阅后再根据情况进行讲授。在实验过程中,摒弃传统的“老师做、学生看”的教学模式,我们要求学生自己调试电路和操作实验仪器,独立排除实验故障,找出问题、原因,必须在规定的时间内完成每个实验项目。实验报告中学生需对数据进行处理、分析误差,对实验现象做合理的分析及总结,提出改进意见与措施。这样学生能结合理论与实践,动脑动手相互结合,提高实验的教学效果。
2.重视课程设计,解决实际问题。
课程设计是学生把理论知识应用于解决实际问题的一个重要的实践环节,是培养学生实践技能的重要手段,可以提高学生理论结合实际、分析问题和解决问题的能力。应用性本科学校培养学生的主要目标为未来的技术人员和工程师,动员和组织电类学生开学初准备基本的实践工具,比如电烙铁、万用表、斜口钳、焊锡等等。学校专门设置1周的时间进行本门课程的设计,如何充分利用有限的时间,引导学生综合运用所学的基本理论知识,来分析问题、解决实际问题呢?教师可先给学生提出基本要求,给出一些参考题目,为发挥学生的主观能动性,学生也可自拟题目。课程设计分组进行,要求每组限2名学生。在课程设计教学中要求学生充分利用图书馆和网络资源,学生学会怎样查资料、怎样看资料,如何从资料中获取有用的信息。对于兴趣浓厚的学生可以结合每年的校园科技节活动和大学生创新训练项目,给学生更大的平台去实践锻炼,对于学生的科技成果,还应指导学生试着撰写科技小论文,实践联系理论,提高其科研能力。
3.强调专业仿真软件的运用。
随着计算机的发展,利用计算机的仿真软件对电路进行验证、设计和分析已成为一种趋势。主要原因有:(1)计算机仿真不局限于地点和时间,比较方便,用电脑装好软件就可以进行电路的设计;(2)其可替代采用简化电路模型搭接实际电路进行验证的传统设计方式,同时可有效地对电路参数确定和方案选择,并在设计初期对产品的性能进行可靠预估,从而提高设计质量、缩短设计时间、节省设计费用,因此成为了现代设计中重要的组成部分;(3)利用仿真结果得出电路性能受电路中某些关键参数的影响,可更好地理解电路的特性和性能指标,对实际电路设计和调试具有重要指导意义。目前电子技术中应用较广泛的仿真软件有Proteus、Pspice和EWB等等。教师对于刚刚接触仿真软件的学生,应先结合实际情况讲解一个软件的基本用法,系统地介绍相关的电子资料和软件安装的方法。随着电子产品的普及,大学生基本上都有个人电脑,挖掘其自学能力,对引导其触类旁通具有现实意义。对于课本上难理解的内容,比如放大电路的幅频特性等可通过仿真实现,通过仿真过程与结果分析能更好地理解和掌握理论知识,而且学习好一门软件对于今后的学习和工作起着很重要的作用。
四、重塑培养方案,改革评分机制
传统的培养方案是理论课、实验课和课程设计加起来是一门课程,教师评出总成绩,实验课和课程设计只是作为总成绩中平时成绩的一部分。改革后理论课、实验课和课程设计分列为三门子课程,三门课程各给出总评成绩。理论课评分是按照“3+7”的机制评分,实验成绩按照“3+4+3”机制评分,课程设计按照“1+4+5”机制评分,详细评分机制如表1所示。改革前实践成绩比重偏低,很难考查出学生的动手能力,学生对实践环节总是马虎、敷衍,心里想着实践成绩不理想,还可以靠期末笔试成绩提起来。评分机制改革后,学生比较重视实践教学,做实验和课程设计的积极性明显提高。
五、总结
1.经过学校上述教学探索和实践,使得教学形式多样、生动活泼,学生自学能力和动手能力的培养收到了良好的效果。
学生感觉模拟电子技术虽然有点儿难,但是他们觉得能学到许多知识。
课题内容设计合理与否,将直接影响到课程设计的综合训练效果。在具体课题内容设计时,应注意以下几点:
选择具有实用性和趣味性的课题从学生的实际水平出发,帮助学生选择适合自己的题目,使题目与理论知识密切相关,又具有较强的趣味性和实用性,与生产实际相结合。例如,要求学生组装一整的收音机、家居生活中能用到的声光控开关、门窗防盗报警器等。又如我们选用的《音乐彩灯控制器设计》、《多功能数字钟的电路设计》、《交通灯控制逻辑电路设计》等课题,学生做起来积极性很高。更重要的是通过这一过程,学生运用专业技能解决实际问题的综合能力得到了提高。
选择能综合应用理论知识的课题要求学生综合运用本课程的基本理论和知识,独立完成一项实际课题。通过查阅资料、线路设计、选择元器件、电路安装调试,使学生所学的基本理论和知识充分运用于解决实际问题。例如电子脉搏计这一课题,要应用到传感器、放大电路、有源滤波电路、整形电路以及数字电路中的各种门电路、触发器、计数器及译码、驱动显示电路。又如数字钟电路设计这一课题,数字钟是一个典型的数字电路系统,选此作为设计题目,可使学生将学过的比较零散的数字电路知识有机地、系统地联系起来用于实际,培养综合分析、设计电路的能力。还可选用有源滤波器的设计题目,使学生进一步加深领会运算放大器在信号处理电路中的应用,选用交流宽带放大器的设计,使学生对放大电路的三种不同组态的特点、应用场合以及电路的设计方法得到练习,并通过这个对基本放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻、频带宽度以及引入负反馈对放大器性能的改善得到进一步的理解,同时提高学生理论联系实际的能力。
课题内容要注重集成电路和新技术、新产品的应用当今时代电子技术飞跃发展,新技术、新产品层出不穷,课程设计可以弥补教材的滞后性。在电路设计中,应尽量采用集成电路,特别是集成运算放大器和某些专用芯片(如模拟乘法器、锁相环)作为电路的重要构件,体现出现代电子电路的设计是各种集成电路构件的组合的先进设计理念,尤其是将模拟电路、数字电路与微处理器相结合,以数字电路为主,软硬件结合,以硬件电路设计为主,符合现代电子电路结构的发展方向。例如我们原来经常选定分立元件OTL和OCL功放电路设计课题,随着目前大量的集成功放芯片的上市,我们就把这些课题内容并入《集成电路音响放大器》、《音频信号发生器》等课题中。又如在数字脉搏计课题中,介绍了锁相倍频的新概念,同时介绍了集成电路CC4046和C14526构成的锁相倍频电路。通过这些课题设计将一些集成电路的工作原理以及使用方法介绍给学生,并在实践中得到练习,使所学的理论知识更加丰富。
选择适应专业需要,结合专业特点的课题为了拓宽学生的知识领域,使学生对专业有所认识和了解,提高学生对专业的兴趣和学习的积极性,在课程设计中引入了一些结合专业特点的课题。例如数字转速测试系统与频率计设计,由于转速测量在工业控制领域和人们的日常生活中经常遇到,在工厂里测电机每分钟的转速,自行车里程测速计,心率计以及汽车时速的测量等都属于这一范畴。又如PWM(电动机调速系统),由于该系统在工业控制的调速系统中得到广泛地应用,同时,又由于该系统由脉宽调制器和脉冲放大器两大部分组成,而脉宽调制器又包括锯齿波发生器和电压比较器,密切地联系了电子技术课程的基本内容。这些课题对掌握基础知识,开阔学生的视野,增强对专业课的认识,提高学习的积极性都能起到较大的作用。
注意选择和后续专业课有关的课题为对电子技术课程的进一步提高和为后续课程打下一定基础,可考虑选择一些模拟电路和数字电路综合性的课题,以使学生对电子技术有一个全面的、综合的认识,对后续专业课有一定了解,为后面的学习打好基础。例如《调速系统的给定积分器》课题。
课程设计的组织实施
以人为本,因材施教教师只在大思路上作一定的引导,对具体方案不做过多干预,只起组织、引导、检查、把关和解决一些疑难问题的作用,放手让学生大胆实践,以充分发挥学生的主动性和创造性。我们的改进做法是:在注重结论正确的同时,强调整个设计方案实施的全过程,即使得出的结论不尽如人意,甚至是错的,只要学生能找出其中的原因并提出相应的改进措施,仍然可获得较好的成绩;相反,如果结论是抄袭得来的,即便是正确的,设计成绩也按不及格处理。如电子脉搏计的设计课题,只给出设计方案的原理框图,讲明基本原理、总体构思和适当的设计提要,在设计任务书中给出原始数据及主要技术要求,而具体的原理图及元件的参数,集成电路的选择,电路的安装调试等工作则要求学生独立完成,这样做可培养学生的自学和独立解决问题的能力,学生的收获更大。
虚实结合,重在“真品”(1)采用机辅分析。电子设计自动化(EDA)技术是以计算机为工作平台,对电子电路或系统进行自动分析和设计的计算机辅助技术,它的应用使得电路功能、参数的分析和设计都可以脱离具体对象,在构筑于计算机平台上的虚拟环境中通过仿真处理而自动实现。EDA技术已成为现代电子工程开发与应用领域的支撑技术,在电子行业,Miltisim、Protel等电子仿真软件,已成为电子工程设计的必备工具。学习和掌握应用计算机对电子电路的分析是目前和今后发展的必然趋势,将其应用到课程设计领域也是教学改革的方向。一是应用Miltisim设计电路仿真。在学生根据设计课题拟定初步方案后,要求他们先在电路仿真与分析软件Milltisim平台上对于所设计的电路进行仿真,观察电路功能是否满足设计要求,分析主要元器件参数对电路指标的影响,初步了解电路静态和动态的工作情况,在Milltisim平台上调试电路使之达到技术指标,为电路的实调做准备。二是应用ProtelForWindows设计印刷电路板。在Milltisim仿真后,给学生介绍印刷电路板的自动化设计软件ProtelForWindows和设计印刷电路板的基本工程知识,要求学生应用ProtelForWindows设计软件绘制本组设计的电路原理图并设计出印刷电路板图。通过几年课程设计的实践,对有源滤波器、交流宽带放大器、数字温度计、数字钟、交通灯控制器等设计课题采用MilltisimEDA软件与虚拟样机,指导学生进行电子技术课程设计,取得了较好的教学效果。(2)结合传统设计。近年来,全国各高校都开设了EDA技术的教学和实践课程。对机电类专业的学生而言,电子技术课程设计是学生在学完电子技术理论课程后进行的一次综合性训练,其目的是培养学生综合运用所学理论知识的能力、独立设计电子产品的能力和对电子产品实际安装、调试的能力。如果学生没有从原理图设计开始一直做到样机调试成功,经历整个电子产品的设计、开发过程,又如何能提高电子技术课程设计的作用?所以要将传统课程设计与EDA技术的训练相结合,比较电路实测的性能和计算机的仿真结果,以认识计算机仿真在电路设计中所起的作用,使学生对EDA技术的了解不只是停留在软件系统的操作上,而是对该技术在电子设计中所起的作用有一个整体的认识,能对学生综合能力的培养有所帮助。
形成组合,团结协作在组队方面,采取电子设计竞赛的组织方式,2~3人为一组,要求学生不仅要共同讨论设计课题和选择设计方案,还必须落实自己具体的设计任务,如计算机辅助分析、硬件电路的制作、调试、资料的查阅、整理和总结等,有分工有合作,以培养学生的团队精神。
1依托医学院校背景,实验项目“量身定制”。课程设计中题目的选取很重要,需要结合生物医学工程专业的特点,医学院学生医学知识比较扎实;同时又要结合学生的培养目标,需要对医疗仪器的设计有一定的了解。设计的题目与常见的医学信号,如心电、脑电、心音、心动图、脉搏波等有关;可以设计电路对医学信号进行采集处理;同时所选的课题应尽量覆盖电子技术的主要知识点。既提高学生的兴趣和热情,又能达到生物医学工程专业复合型人才培养的目标———“医为工用,工为医服务”。
2采用TBL(Team-basedLearning)教学法。TBL教学法以团队为中心,将教师讲授和学生讨论相结合,既保证学生基础理论知识的掌握又能更好地培养学生自主学习能力。我院生物医学工程专业学生人数在30人左右,TBL教学法非常适合小班实验教学。具体过程是:将学生按4~5人分组,每组选定不同的题目,老师下达项目任务书;学生查阅文献资料进行课前的预习,课堂讨论小组发言,确定设计电路方案,老师总结;学生独立完成实验,撰写实验报告。实验过程使学生掌握现代信息资料获取的方法,培养了电子系统的设计与调试能力,学会撰写设计报告。
3促进开放式实验室管理模式的建立完善。开放实验教学目前是高校实验教学改革的重要内容之一,这点对电子技术课程设计教学改革也很重要,采取以组为单位对学生开放实验室管理,可以充分有效地利用实验室资源。
4教师队伍的建设。一方面通过加派青年教师去医院进修,了解医院对人才能力的要求,并将进修学习的内容应用到教学中,两年时间已有3名教师到昆明总医院医学工程科学习。另一方面加强科研能力培养,以科研来促进教学工作,青年教师返回学校再深造。
小结
关键词:模拟电子技术;教学改革;创新设计
作者简介:郭华(1977-),女,山西忻州人,西安交通大学城市学院电气与信息工程系,讲师;申忠如(1946-),男,陕西米脂人,西安交通大学城市学院电气与信息工程系,教授。(陕西 西安 710018)
基金项目:本文系2011年西安交通大学城市学院第四批教改基金项目(项目编号:110022)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)35-0147-02
模拟电子技术是电子类专业中一门重要的专业基础课,它课程内容多,理论性和实践性都较强,学习存在一定难度。这就要求教师在讲授知识的过程中结合实践教学方法,深化理论知识、进行科学训练、培养学生创新精神和实践能力。[1-5]
西安交通大学城市学院依据高素质应用型人才的基本培养目标构建了实践教学体系,针对模拟电子技术课程的实践教学可分为如下几个层次:基础实验、课程设计、综合实训。在这种训练下,从主动学习、自主测试到自主设计和创新设计逐步激发学生的求知欲望、创新欲望,取得良好的教学效果。
一、突出“应用型”特色是模拟电子技术实践教学改革的关键
根据独立学院的培养目标和学生的特点,在专业教育上不能过分强调“宽口径”,否则会造成学生“什么都学过,什么都不懂”;应突出独立学院“应用型”特色,重点在实践能力的提高。针对模拟电子技术实践教学环节,通过基础实验、课程设计和综合实训三个层次的培养模式,加强对模拟电子技术课程的掌握,使学生具备获取知识的能力,学习必要的基础理论知识,能够解释现象、分析问题,掌握学习方法,在需要进一步深造时具备再学习的能力;具有较强的实践动手能力、应用系统设计能力、发现问题和解决问题的能力,从而更好地完成后续课程。[6]
1.基础实验:验证课本知识
基础实验包括与课本章节相关的8个验证性实验:双踪示波器使用、共射极放大电路性能测试等,旨在加强学生对模拟电子技术基本知识的掌握,训练学生分析、设计与调试电路的基本方法。
教师结束课堂教学之后,根据理论内容给出实验题目要求,提出预习问题,要求学生通过查阅资料写出预习报告,熟悉实验内容;然后按照实验教材给出基本电路及其工作原理,学生自己搭建电路、测试其性能指标,验证理论知识的正确性;熟悉仪器设备的使用,学会利用仪器设备发现并找出电路的故障。
2.课程设计:培养动手能力
课程设计是课堂教学和课程实验结束后的综合应用实践环节。本项教学改革将模电课程设计分为两部分,一是为弥补实验设备不足而进行的仿真设计。仿真设计包括三个环节,首先进行常用单元模块电路仿真;然后结合课本知识,给定电路参数和设计要求,进行仿真电路设计;最后拓展内容,对一些实际应用广泛的应用电路仿真进行学习。三个环节对学生的要求层层递进,前两个环节为“必做”,第三个环节为“选做”。
二是从设计、制版、焊接直至调试全过程的综合设计制作选题。有两个题目供学生选择:MAX038函数发生器的设计和音频功率放大器的设计与调试。题目要求尽可能实用有趣。
3.综合实训:提升综合素质
模拟电子技术实践教学改革的最后一个环节是综合实训。这其中已经不只是模拟电子技术一门课程,它将与数字电子技术、单片机技术应用等课程综合开发设计题目,训练学生的系统设计的能力。在训练方法上通过主动学习、自主设计和创新设计三个步骤激发学生的求知欲望和创新意识。
(1)主动学习:根据实验系统需要实现的基本功能和达到的指标要求,学生通过查阅文献,确定自己的设计方案;利用软件仿真电路,并通过调试确定适合的参数;写出预习报告。
(2)自主设计:根据软件仿真电路搭建实际系统的硬件组件;完成系统程序设计;进行软硬件调试,通过查找错误、解决问题,达到锻炼提高的作用;测试系统的基本参数和功能。
(3)创新设计:完成实验系统的进阶指标:如增加功能或提高指标;对系统进行最终测试,给出误差分析;写出实验报告,提交实验作品。
综合实训使学生较系统地掌握电子系统设计过程的选题、立项、方案论证、电路设计、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等全过程,培养学生理论知识的综合运用能力。
二、进一步完善实践教学体系
1.严格考核制度
要想使模拟电子技术实践教学顺利地进行下去,必须进行严格的考核制度,以保证实践教学的良好效果。
(1)基础实验。根据学生每次做实验前的预习报告和实验中的操作表现、实验后的结果分析,给出实验成绩,占模拟电子技术课程总成绩的20%。模拟电子技术课程总成绩 = 70%的期末考试卷面成绩 + 20%的实验成绩 + 10%的平时成绩。
(2)课程设计。完成课程设计中常用单元模块电路仿真,成绩为“及格”;完成课程设计中常用单元模块电路和规定电路的仿真设计,成绩为“中等”;完成课程设计中全部软件仿真设计,成绩为“良好”;完成课程设计中全部软件仿真设计和一个综合设计制作选题,成绩为“优秀”。
2.完善实践教学体系的配套工作
除上述改革措施外,为进一步完善实践教学体系,实验室硬件设备和运行经费的投入是必要条件;编写相应教材,加强较适合学生之间的交流也十分重要。已经完成或正在进行的工作如下:
(1)吸取经典教材的宝贵经验和新的教学理念,结合独立学院的人才培养目标以及本院课程设置和课程大纲的要求,编写适用于应用型本科的教材——《模拟电子技术基础》[7]以及配套的实验及课程设计指导书。
(2)开设电子设计工程师认证考试(EDP),为学生就业增加砝码;指导优秀学生参加全国大学生电子竞赛、全国大学生专业竞赛等,促进“因材施教的个性化培养”。
(3)建立了模拟电子技术课程与实验的网站,实现了指导教师与学生、学生与学生之间的互动,拓宽了主动学习的空间。
三、结论
经过3年的试点,模拟电子技术实践教学的改革、探索和实施取得良好的效果。课程基础知识与实践教学环节进行了有效融合,学生的学习兴趣提高了,动手能力增强了;科学的实验思维、实验方法、实验步骤得到了训练;分析数据、讨论误差、撰写报告的能力得到提高;符合因材施教培养应用型人才的要求。实践证明:通过良好的训练,学生毕业设计及论文写作的完成质量明显提高;我院自2009年第一次参加全国大学生电子竞赛以来,除2011年获得1个三等奖外,每年都有1项一等奖。教学改革需要长期、系统地工作,还要继续努力,培养更加优秀的专业人才。
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