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目 录
摘要……………………………………………2
引言……………………………………………3
设计任务与要求…………………………………5
一.设计思路与原理框图………………………………5
1.设计思路………………………………………5
2.原理框图………………………………………5
二.各单元电路的参考电路…………………………… 6
1.主电路………………………………………6
1.1主干道及支干道交通灯电路…………………6 2.定时器………………………………………8
2.1秒发生器…………………………………8
2.2计数器电路…………………………………8
2.2.1计数器CP端控制电路……………………8
2.2.2五十进制、三十进制减法计数器……………9
2.2.3五进制加法计数器………………………9
3. 控制电路部分………………………………10
3.1控制电路原理……………………………10
3.2复位开关…………………………………11
4.电源电路……………………………………11
4.1稳压电源电路……………………………12
4.2备用电池电路……………………………12
5. 电路的安装与调试……………………………13
5.1电路的安装………………………………13
5.2电路的调试………………………………13
5.2.1电路板部分…………………………13
5.2.2电源部分……………………………13
5.2.3主电路………………………………13
5.2.4定时电路部分…………………………13
5.2.5控制电路部分…………………………14
四. 五. 附录……………………………………………15
1.总原理图………………………………………15
2.PCB电路板图……………………………………16
3.原器件清单………………………………………17
六、致谢
数字电子技术实验与综合实训》 邱寄帆 唐远山 主编
关键词:单片机 开发板 综合实习
单片机技术已经渗透到我们生产、生活的各个方面,在工业控制、仪器仪表、家用电器等众多领域有着广泛应用。掌握单片机技术以及相应的程序设计语言是完成微处理器系统软、硬件设计和功能开发的基础,也是作为电子工程领域高级工程技术人员必须具备的基本能力。
目前,各高校已将单片机教学纳入电子工程专业的教学计划中,设置了单片机原理与应用、C语言程序设计等多门相关课程。其中,单片机综合实习是单片机教学的重要组成部分,如果能够通过综合实习激发学生对单片机应用的兴趣,让学生对电路设计和程序设计有系统的认识和掌握,则能为学生今后从事基于单片机的嵌入式系统开发打下坚实的基础[1]。基于上述目的,通过几年来教学经验的总结,我们设计了一款低成本、多功能的单片机实验开发板以及配套的综合实习教学方法,应用于教学实践并取得了良好的效果。
1 单片机综合实习实验板的设计
实验板包含单片机最小系统、信号处理电路、串行通信接口以及键盘、显示电路等,同时实验板在电路板尺寸、成本等因素允许的情况下预留了功能扩展接口,以适应更多的设计需要,方便使用者自行开发其他功能。单片机实验开发板的功能框图如图1所示。
1.1 实验板电路原理图
(1)图2为单片机的最小系统[2]。选用与8051系列单片机指令集完全兼容的可在线编程STC系列单片机作为核心处理器,程序下载不需要编程器,可以利用计算机及专用软件(如STC-ISP)直接通过串口完成。
(2)图3为电源电路,由于实际应用中9 V直流电源使用比较普遍,所以电路中需要三端稳压器LM7805产生芯片工作时所需的+5 V电压。
(3)图4为键盘电路,按键与单片机I/O口直接相连。
(4)图5为显示电路。该部分使用译码器74LS138节省单片机I/O口,使用7407驱动数码管。
(5)图6为模拟信号处理电路,用于频率测量实验。待测信号通过比较器LM311比较整形后转化为单片机可以识别的高、低电平,进而完成脉冲计数或计时,实现频率测量。
(6)图7为串行通信电路,应用MAX232实现TTL电平和RS232电平之间的转换。
1.2 印制电路板设计
实验电路板图如图8所示。不难看出,印制电路板充分利用空间,尺寸小巧,结构紧凑。同时设计者将单片机一些闲置的I/O口引到了电路板上,并预留了功能扩展接口,方便使用者根据自己的思路进行程序设计或加入元器件开发其他功能。例如,可以在电路板最左端的焊盘位加入温度传感器(DS18B20),实现环境温度信息采集的功能;在LM311左侧的8引脚双列直插空位加入模拟/数字转换器(ADC0809),实现由单片机采集模拟电压信号的功能等。
2 综合实习的教学方式
我院综合实习的内容是利用上述实验板设计基于单片机的数字频率计。近年来,随着计算机技术的不断发展,各种应用软件的功能不断强大,使用仿真软件可以改善教学效果,提高学生的学习效率。因此,我们在数字频率计设计的过程中加入了绘图软件Protel99se和单片机仿真软件Proteus的学习要求。综合实习为20个学时,分电路设计、程序设计和整体调试3个环节。
2.1 硬件电路设计
Protel99se是一款电子设计自动化(EDA)软件,包含了电路原理图绘制、多层印制电路板(PCB)设计、模拟和数字电路混合信号仿真、可编程逻辑器件设计等功能[3]。Protel99se与其升级版软件DXP是目前电子产品的研发和设计领域完成电路原理图、PCB图制作的常用软件之一[4]。掌握该软件应用对电子工程专业的学生具有一定的实际价值。
在第一个环节中,首先,以讲座的形式向学生介绍Protel99se绘图软件的功能、硬件电路的设计方法以及设计过程中应注意的问题。其次,要求学生利用课余时间通过查找资料和适当的练习初步掌握Protel99se绘图软件的基本功能,自行设计数字频率计的硬件电路,并在Protel99se软件中绘出电路原理图,完成自动生成印制电路板图,手动布局、自动布线,输出元件清单的全过程,以作业的形式上交打印版的电路原理图。最后,由教师向学生介绍上述单片机实验开发板的电路结构,并组织学生完成电路焊接。由于此时学生对硬件电路设计已经做了充分的了解和运用,所以对知识的掌握会更牢固,对电路功能的理解也更深刻。
由于没有经验,学生会在电路设计中出现很多错误,指导教师可以通过检查学生绘制的原理图发现问题,加以讲解。虽然使用了现成的实验开发板,但经过前面的教学步骤,学生在电路设计方面得到了必要的锻炼,对设计过程也有了切身体会,避免了学生“只动手,不动脑”的教学弊端。
2.2 程序设计
Proteus是英国Labcenter公司推出的电路分析实物仿真系统,包含键盘、数码管、74系列等多种常用电子元器件,AVR,MCS8051和ARM等多种微处理器以及信号源、示波器、逻辑分析仪等各种虚拟仪器仪表,均可直接用于仿真设计。因此,Proteus是一款很好的模拟单片机及其电路的仿真工具,可以在没有硬件电路的情况下,仅利用计算机实现单片机软、硬件系统的模拟仿真[5,6]。
在第二个环节中介绍Proteus仿真软件的功能,要求学生通过练习掌握添加仪器、元件,调用Keil C51中的程序进行仿真的方法。在讲解中,一般以单片机I/O口控制和流水灯程序为例演示整个调试过程。由于应用Proteus的编程和调试过程非常简单、方便,无形中激发了学生的自信心和学习兴趣,使其主观上愿意通过努力完成较复杂的程序设计,减少了学生直接剽窃别人的程序蒙混过关的情况。
Proteus软件还可以解决学生在频率计设计过程中仪器设备短缺带来的问题。其库中提供的信号源、示波器等虚拟测试仪器,让学生可以随时验证频率计的测量结果。仿真器是程序调试时的辅助工具,如果没有仿真器想要发现程序设计中存在的问题就十分困难,但其价格较高,一般的学生没有购买能力。而Keil C51与Proteus结合使用可以像拥有仿真器一样调试程序,极大地方便了学生查找程序中的错误,提高了程序设计的效率,保证了编程调试的顺利完成。
2.3 系统调试和撰写实习报告
最后一个环节的主要内容是对频率计进行实际调试。在计算机软件仿真调试通过的情况下,程序下载到单片机中,由于时序不准和噪声影响,实际的频率测量过程仍然可能出现一些问题,学生要针对这些问题对程序进行修改和完善。在此环节中,实验室全天开放,提供函数信号发生器、示波器、万用表等仪器设备,方便学生实际测试,发现、解决问题,教师也会给予必要的帮助和指导。频率测量的功能实现后,学生需要完成一份实习报告总结整个设计过程。报告中应包括的具体内容有:主要元件及其典型工作电路的介绍;信号频率测量的程序设计思想;学习各种软件使用方法的心得体会;设计过程中遇到的问题、解决方法和得到的经验教训等。撰写实习报告的过程是学生理清设计思路、总结提高的过程,有利于培养学生科学严谨的工作作风[7]。
3 结束语
针对实验教学,如果将每个学生设计的硬件电路都制作成印制电路板,给每个学生配备仿真器会大大增加教学成本,造成资源浪费。单片机综合实习将Protel99se和Proteus软件的使用加入到教学任务中,很好地解决了学生不能进行电路设计和程序调试的问题。在综合实习的上课时间主要由教师介绍相关知识或总结答疑,具体的设计任务则由学生利用课余时间完成,这样,每个学生可以根据自己对知识的接受和掌握程度,投入不同的时间和精力,这显然是一种开放、自主、高效的教学方法,能够充分激发学生的学习兴趣。此教学方式要求学生通过查找资料和实验实践掌握并运用一些新知识;设计任务多样化,也突出了对学生自学能力和创新能力的培养。可见,该教学方法科学合理,教学过程高质高效。
通过本次综合实习,学生可以掌握很多实用的技能以及分析处理实际问题的方法,对系统设计也有了更深入的认识。在综合实习结束后,不时有学生利用此实验板练习程序设计,开发各种功能软件。目前的综合实习显然让学生得到了更全面的锻炼,发挥了更大的优势,带来了更理想的教学效果,符合新时期培养具有创新能力工程技术人员的要求,为学生今后从事电子工程领域的设计工作打下了良好的基础。
本次设计的实验开发板,成本低、体积小、功能完善,能实现如键盘、显示、频率计、数字钟、信号采集、串行通信等多种功能,便于学生或其他单片机学习者进行程序设计和功能开发,是掌握单片机技术时一款廉价高效的学习工具;该实验板也可用于科研,作为辅助基于单片机的嵌入式系统设计初期实验调试时的硬件电路,节约开发成本,节省设计时间,具有一定的推广价值。
参考文献
[1]袁锋伟,赵立宏,朱慧玲.基于Proteus的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索,2007,26(12):75-78.
[2]孙涵芳,徐爱卿.单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[3]梁恩主,梁恩维.Protel99SE电路设计与仿真应用[M].北京:清华大学出版社,2000.
[4]倪泽峰,江中华.Protel DXP典型实例[M].北京:人民邮电大学出版社,2003.
[5]刘心红,郭福田,孙振兴.PROTEUS仿真技术在单片机教学中的应用[J].实验技术与管理,2007,24(3):96-98.
关键词:系统设计,实践教程,创新性,嵌入式系统
【中图分类号】G420
1.研究现状和选题意义
1.1 研究现状
高等职业教育是高等教育的重要组成部分,它是根据一定职业岗位实际业务活动范围的要求,培养技术应用性或职业性人才。如何培养高技能型人才来满足社会快速发展的需要?教学是关键!而实验教学作为高等职业教育的主要形式,它不同于理论课教学,它不但要使学生掌握理论知识的同时,怎么能快速地应用到社会社会生活之中来满足人们生活的需要,那这就要求我们要以实践教学为主,培养学生的动手能力,免得把学生培养成一个书呆子,不会学以致用。这就要求各高校要重视实验教学环节,那么我们在实验教学中,采取什么样的教学方法才能真正提高学生的技能,达到高职教育人才培养的目标?
1.2选题意义
“嵌入式系统”课程作为电子信息专业中的一个主修方向,在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点,刚开始讲述“嵌入式系统”课程时,由于并没有太多的经验,还是依照课堂理论、课下实验的传统教学方式。但是随着教学的深入,发现这种教学过程中存在很多问题,主要体现在:
(1)《嵌入式系统》的前导课程比较多,例如:《C语言》、《微机原理》、《单片机原理与设计》,如果学生们对这些课程学的不扎实,理论及实践基础太差的话,那嵌入式系统技术课程对他们来说更是头疼。
(2)课程内容涉及面广,知识内容多。以蒋建春编写的《嵌入式系统原理与设计》为例,此书介绍嵌入式系统的硬件和软件知识、嵌入式系统平台的构建、ARM嵌入式处理器的体系结构、嵌入式系统常用模块设计、嵌入式操作系统的基础知识、嵌入式实时操作系统OS-Ⅱ、嵌入式软件测试基础知识等。在有限的课时内,很多内容只能浅显地介绍,一个学期下来,一部分学生看上去了解了嵌入式系统的许多内容,但是一到具体的应用实际就会发现还欠缺很多知识和技能。
(3)传统的以教师为核心的课堂上,在讲解这门综合性实践性很强的课程时,很多学生都是被动接受知识。又因为这门课本身就比较枯燥乏味,内容复杂,需要掌握的知识又很繁琐,学习一段时间后,也就渐渐失去了兴趣。
(4)由于学时数有限,又加上需要很多理论知识的讲解,不可能安排很多的实验环节,在相对较短的实验课程内,学生需要熟悉开发的软硬件环境,如开发工具、实验环境、了解试验内容,读懂实验程序。在这期间,学生自主的实践动手能力得不到充分地锻炼,某种程度上也就仅仅是熟练了一种开发工具而已。
针对以上关于嵌入式系统教学存在的问题,逐步对实验课进行教学改革,把以项目应用的教学理念逐步引入到课堂当中。其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来,培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
2.转变后的实践教学课程的实施方法
2.1 实践课程的实施方法
(1)知识技能检测法。把学生进行分组实验,每组四个学生,老师命题,学生选题的方式,对学生的知识技能进行检测,最后老师通过知识提问和实验结果,给学生打分。能通过此实验的组数进行表扬,没有通过的组数让他们查找原因。对完成较好好者给予奖励,这样激发了学生学习的潜能,他们都想成为老师眼中的佼佼者。最后大家一起总结讨论,这样学生记忆深刻,在实践中学习。
(2)项目驱动法。在“嵌入式系统”的前期授课中布置课程设计,也可以课程设计的内容让学生结合自己的兴趣爱好自行拟订,学生在已有的专业知识基础上,选择一个自己感兴趣的题目作为本学期的课程设计来完成。这样学生会带着自己的问题在刚开始学习这门课就要深入了解课程的内容,同时课下查询相关的资料,这比课堂被动地接受知识更能培养学生的学习能力。学生自己设计、画原理图、程序流程图、开发调试、固化芯片、查阅整理资料等,一方面培养了学生的实际动手能力,另一方面培养了学生开发项目的能力,为以后工作打下良好的基础。
2.2实验过程需要完成性
实验成果的要求为一个类似标准产品的嵌入式系统,要求学生完成从设计到实现的所有步骤,根据实际功能需要,设计系统的硬件结构,选择单片机及元器件,用Proteus进行电路仿真,然后制作印制版电路,最后做出调试板,进行测试和调试,最后每位学生均需要写出实验总结和体会。这样,学生就掌握了工程实践系统的总体开发流程。
2.3 由任课老师进行一体化的教学指导
首先,任课教师要选用一本好的教材,最好选以项目驱动为主题思路编写的教材,例如:郭志勇主编的《单片机应用技术项目教程》就是一本优秀的教材,突出实践技能培养在课程中的主题地位,用实际项目来引领理论,使理论从属于技能实践。教师的主要教学工作需要围绕实验环节进行。任课教师需要提前在课程教学中进行周密的实验设计和讲解,以提高学生的实验效率。在实验教学中,任课教师亲自指导学生,前提条件教师对整本书的内容有全面的理解和认识,这样遇到问题可以有的放矢,从而取得更好的效果,同学们渔业有信心和目标学好这门课程,这样一方面培养了学生的动手能力,另一方面,也锻炼了学生的项目实践能力。
关于科研能力的定义,有着不同的说法。有的认为科研能力是完成科研活动的各种本领[1];有的认为是基本素养、创新意识、实事求是和理论与实践相结合的能力[2];还有的认为其与创新能力相提并论。[3]
本文认为应用型人才是属于学术型人才和技能型人才之间的“中间型人才”,兼有本科的学术教育和高职的职业教育。科研并非科研类高校的专属,应用型高校以够用的专业知识和实用技能教育为主,但是不排斥必要的科学研究。一提起科研,很多人就会把它与专家、公式、算法和精密的设备联系到一起。其实,技能中也蕴含着科研元素,“熟能生巧”讲的就是这个道理。熟练掌握了技能,就会有针对某些特定的问题进行技术改造和创新的想法,科学和技术在许多情况下是不分家的。技术改造,略微上升层次和理论高度,就是科研内容。
所以说,应用型本科大学生的科研能力的培养是可行的。可以从实验实训、课程设计(毕业设计)、科技竞赛、科技讲座、课题申报以及其他环节入手。
二、培养大学生科研能力的各种环节
(一)实验课是培养学生科研能力的基本方式
实验的本质就是模拟和重复前人的科学研究,模拟相似的条件,使用类似的器材,如实地记录实验结果,对实验现象进行分析。所以,在实验课和实训课上,教师可以观察与考核学生的观察能力、动手能力、独立工作的能力、面临困难时的毅力以及面对问题的态度等。
培养应用型本科大学生的研究能力,有两点需要注意。一是防止某些学生一味地蛮干,这样的学生视实践环节等同于劳动,对发生的困难和安全估计不足,而当问题出现时又容易自暴自弃;二是引导好懒于实践,照搬照抄同组同学的学生。总之,教师要有一定的分析能力,逐步引导他们走上按步骤、按要求完成的正途,这样才能真正提高他们的科研能力。
比如,在电机实验中,部分学生在完成基本的实验要求后,有兴趣做一下电机的堵转实验,由于电机的堵转会带来温升,时间略长就会烧坏电动机,或是操作不当导致事故发生。因此,教师应要求学生事先设置好实验步骤,并亲自监督他们进行实验的每一个细节,记好电机的堵转电流等参数,然后及时停机断电。在这个过程中就遵循了科学的工作态度,有效提高学生的科研能力。
(二)课程设计提升学生科研能力的综合素质
课程设计也是一个让学生提高科研能力的机会。在课程设计中,善于动脑的学生往往能提出自己的有别于传统的设计思路。尽管有些稚嫩,但是教师应充分肯定其突破、创新的精神,再引导其走上合理化的道路,如果马上不留情地批评其“离经叛道”,那么将挫伤其自尊心,压抑其科研能力和创新精神的培养。
为了完成设计,总有多种方案和思路,教师应引导学生比较各种方案的优缺点,折中考虑最为适合的方案。这个过程可能不是一次就能完成的,有的时候表面上觉得设计没有纰漏,但是具体到细节或制成品时,才发现错误的存在。有时甚至将貌似完好的设计方案推倒重来,这就需要教师适时地做好课程设计的学生的心理工作,引导其总结经验教训不放弃努力、不盲目心急赶时间而潦草行事。
比如,在单片机的课程设计过程中,单片机C语言,虽然学生学过这方面的语法知识,而且也按课程进度做过几个实验。但是,设计一个小型的项目,是要考查学生综合运用知识的能力的,一遍遍地调试程序,直到开发机做出来,学生才能真正体会到科研成功的喜悦。单片机硬件的焊接,对于很少使用工具的不少学生来说,是相当困难的。他们在实验室里焊板,由于对各个管脚的功能的了解不深入,对A / D转换器的接口的不熟悉等,出现焊错、虚焊等问题。教师可以引导他们重新看课本,理解该课程难记的概念,再查找问题重新焊线,这一整套的流程,就是科研能力提高的过程。
(三)科技竞赛培养大学生的科研能力和挑战精神
选拔优秀的大学生参加政府、企业、行业组织的科技竞赛,可以从产品构思、设计、制作、安装、调试等完整的技术开发流程上,培养他们分析问题和解决问题的能力,让学生在学中做、做中学的技术交流下快速成长。以大赛经验丰富的教师带队,指导学生参加各种科技竞赛,一旦获奖,学生就会产生更大的学习动力,极大地提高学生练就技能的信心和决心。目前,我校的一些教学单位在国家某些大赛项目上已经形成了常年备赛、参赛的好习惯。仅2010年下半年度,我校组织各类校外科技竞赛20项,参赛学生近千人,参赛教师103人,获省三等奖以上奖励71项(国家级5项,省级奖66项)。
此外,校内组织的各类专业技能大赛,可以广泛激发学生学习专业知识的兴趣,以赛促练,以赛促学,不断提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
(四)科技讲座拓展大学生的科研能力中的崭新视野
科技讲座也是培养大学生的科研能力的良好手段之一。聘请校内外的专家登台[4],给大学生介绍国内外最前沿的知识的发展状况,采用灵活互动的方式,让学生向专家提问,这样能够增强学生的主动精神;对于应用型本科大学生来说,企业的总工或资深的技术专家给学生介绍本专业的技术需求,能够吸引学生提高对某些知识的研究兴趣。
(五)课题申报培养大学生科研能力中细致入微的作风
课题申报的写作辅导也是培养大学生的科研能力的一个重要内容,小到填写几张申报表格,大到学生撰写各种项目的申报书,其中包括各种申报材料的整理,科研团队的组建,经费的来源和安排,项目的进度等,大学生一般不知如何入手。我们发现,每年参加机电产品大赛的学生表格的填报,都有填错的现象,需要教师检查后重新填写;至于项目申报书,则必须在教师的密切指导下才能完成。看似简单的填表环节,却能够培养学生严谨、细致的工作作风,这是科研工作不可缺少的。
此外,还有其他可以提高大学生科研能力的方法。学生社团是学生从兴趣出发,独立、自由学习的一个组织。比如我校的学生社团“单片机学习空间”,有独立的活动室,有热心为学生答疑的专业教师,有前几届学生无私留下的硬件和调试设备。许多在社团活动的学生,踊跃参加科技大赛,并拿到了奖项。下厂实习是学生接触工厂设备、工艺流程的良好机遇,企业中的实际应用 与课堂中泛泛而谈的知识形成鲜明对照,而企业的现实工作作风也会克服学生理想化的思维,对大学生的科研能力的提升也大有好处。
三、大学生科研能力培养中要注意的问题
首先,通过平时的实验课等教学环节,观察学生的工作态度;挑选动手能力强、愿意思考的学生,给予他们一些挑战性强的工作,以此提高他们的科研能力,并适时吸收他们进入科技竞赛小组;而对于一般的学生,则按规程要求完成工作即可。
其次,不可注重形式化的唯结果论,科学工作是一个探索的过程,取得良好的结果是每一个参与者都希望看到的。[dylW.NEt专业提供写作毕业论文的服务,欢迎光临wwW. DYlw.NEt]但是只有把工作做到实处,一步一个脚印地努力,才能打好坚实的基础,逐步提高科研能力。如果小有成功就得意、稍有失败就气馁,则必然造成学生心浮气躁的心理,导致科研能力的培养呈断续状态。应用型本科大学生对自身科研能力的认识问题上,一般是开始时缺乏自信,有一点成绩后就可能会低估科研的难度,对此教师应适当地引导。
再次,端正科研的求真态度,抵制社会上的不正之风对高校的侵袭。严格学术规范,教育学生尊重他人的劳动,尤其是在论文的撰写上,对于别人的工作贡献,应注明引用。抄袭、窃取等学术流氓行为将扼杀学生的科研能力。
四、结束语
应用型本科大学生的科研能力的培养在日常的实践环节中,可以逐步地进行。科研能力的培养从学生兴趣入手,按科学的规律培养学生的科研能力,在人才的科研能力培养中,应选拔能力强的学生重点培养,引导他们端正思想、踏实地做好科研工作。
[ 注 释 ]
以提高实践教学环节效果,增强学生EDA设计的自主性与创新性为目的设计了一款FPGA综合实验开发系统。整套开发系统采用核心模块板加底板的模块化设计形式,适合学生在此基础上扩展设计,做算法评估,数据处理等应用。教学实践中采取学生自主设计为主,以任务驱动教学法,实现了实践教学的创新设计,提高了EDA课程的教学质量。最后通过系统地分析学生的课程设计总结及教学效果得到了对该实验开发系统的科学评价。
关键字:FPGA;系统开发;教学质量
中图分类号:G424.21 文献标识码:A 文章编号:
1引言
自1984年Xilinx公司推出了第一片现场可编程逻辑器件(FPGA)至今,已经历了20几年的快速发展历程。FPGA的逻辑规模已经从最初的1000个可用门发展到现在的1000万个可用门。FPGA技术之所以具有巨大的市场吸引力,其根本原因在于:其不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、投入少,芯片价格不断下降。FPGA正在越来越多地取代传统上ASIC,特别是在小批量、个性化的产品市场方面。因此掌握好FPGA的相关知识能使学生具备更好的竞争优势。
FPGA实验开发板设计
2.1 设计思想
传统的FPGA实验板功能过于复杂,一部分功能学生很少用到,面对这样的系统学生感觉无从下手反而增加了对实验板的学习难度;同时缺少可扩展性,学生只能在别人设计好的开发板上做一些验证性实验,不便于二次开发,学生在学习过程中丧失了主动性与创新性。
如何把抽象的逻辑认知变成形象的认知过程,从而引导学生去大胆创新是我们面临的重点问题。因此,设计开发实验板的基本目的是帮助学生由浅入深系统掌握FPGA设计开发知识,既要掌握软件编程,又要学会搭建硬件系统,综合调试,排查故障,从而提高学生的动手能力。因此要设计一个易于上手,方便学生掌握,并能够在实验板上进行扩展性、创新性的设计。
2.2 系统设计
综合实验开发系统采用核心模块板+底板形式设计,核心模块板将所有 FPGA 器件I/O口引出,适合学生在此基础上扩展所需模块,做算法评估,数据处理等使用。实验底板为扩展单元,学生可根据实验目的扩展所需要的功能模块,完成对开发系统的剪裁,。配合实验主板,学生可做相关一系列实验。针对学生创新性设计的需要,可选配通信类、电机类、传感器等功能性模块。这样做的目的是在基础性实验部分使学生易于上手,逐渐增加设计难度,在创新性实验过程中增加了硬件设计这一个环节,吸引学生的设计兴趣,从而引导学生创新。
2.3 核心板设计
Xilinx Spartan3是世界上成本最低的FPGA,可以实现最低的器件成本和最低的系统总成本。它基于前四代 Spartan 系列解决方案的成功基础之上,把 Xilinx 高端Virtex系列的一些特性集成其中,如数字时钟管理(DCM),较Spartan2系列具有更多的逻辑资源,内部RAM 容量和IO数。核心板采用Spartan3系列中较为基础的XC3S400PQ208器件,针对FPGA的初级、中级开发者设计,帮助学生降低学习成本和系统评估成本的硬件模块。板子采用4层板布线,两个96pin欧式接插件将所有FPGA器件I/O引出,适合用户在此基础上扩展所需模块,做算法评估,数据处理等使用。
2.4 底板设计
实验底板为预置几大基本功能模块的线路板裸板,这样做的目的是避免了像其他实验板一样学生只能做一些程序功能验证性实验而无法锻炼真正意义上的动手能力的缺点,同时省去了对线路板的设计,降低了设计难度及周期,使学生容易上手并把精力主要投入在FPGA的创新设计上。
板上提供数码管/液晶显示区、矩阵键盘区、单片机系统区、扩展实验区以及RS232、VGA等接口。学生针对自身的设计任务通过分析电路图焊接上相应的元件,最后通过软硬件联合调试完成设计。
3综合实验开发系统的创新应用
本开发系统为学生提供丰富的实验例程和硬件资源,并介绍关于如何在本实验开发系统上完成各个实验过程,实现对板上资源的利用及剪裁,从而使用户获得对 FPGA 器件的开发应用流程得到了解。实验例程均采用VHDL和Veriloge HDL两种硬件描述语言来描述,用户可以根据自身的情况,灵活进行选择,实验例程注重学生对FPGA器件入门级和开发级应用的培养,分为三个部分:基本实验,接口实验和综合实验,由浅入深逐步引导学生。基本实验包括一些基础的组合与时序电路设计;接口实验包括一些常用的输入、显示电路、串口通信、单片机总线接口通讯、AD/DA实验;综合实验包括一些针对问题的综合性设计,如模拟交通灯、电梯控制、数字信号处理、信号调制等。
3.1 电梯控制实验教学模式改进示例
首先分析电梯控制器的功能要求,基本功能:1 三层电梯控制;2 动态扫描电路,将楼层显示出来;3 能模拟升降、开关门等状态。扩展功能:1 四层电梯控制;2能判断升降优先级;3控制电机模拟升降动作;等等。其次介绍核心板,讲解三层电梯控制原理及各功能子程序。学生完成基本功能程序的编写及仿真。教师检查给出第一次平时成绩。第三,让学时独立分析底板接口资源,利用万用版设计模拟电梯控制的硬件电路(楼层显示、运行状态灯、各楼层控制电路)。教师检查给出第二次平时成绩。第四,程序综合仿真,硬件系统联调,完成系统的最终设计,将I/O信号进行锁定引脚,下载到硬件系统。教师检查给出第三次平时成绩。第五,答辩并检查学生扩展功能实现情况,给出分数。这样做的目的是利用任务驱动学习,将系统设计化繁为简,逐步深入从而引导学习兴趣,通过分次平分能对学生的设计给出更科学合理的评价,并能促使学生按时按步完成设计,掌握其从软件到硬件的设计步骤。
4教学效果评估
对该系统使用前一个学期与使用该系统的学期自动化专业的课程设计进行了比较分析,该学期报告普遍条理清楚,设计完成度有明显提高,优良率提高14%。通过分析该学期的课程设计总结发现学生能够明确的提出一些硬件设计中遇到的问题并找出方法解决。
通过问卷调查发现90%的学生认为该系统便于入门学习,能帮助理解硬件电路结构,体会到了硬件设计流程。提高的学生的学习兴趣,引导学生创新实践。
结 语
“数字电路设计”是一门注重实际应用的课程。通过对FPGA相关实践课程教改项目的实施,为相关专业学生量身定做的综合实验开发系统板做出了一个大胆的创新,使过去由功能指向型的教仪变成用户指向型的开发系统。这种核心最小系统+扩展的形式极大提高了学生的学习针对性及效率,发挥了学生的创新天性。同时这种形式也更加贴合企业的工业设计形式,因而真正达到了培养应用型人才的目的。
参考文献
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[2] 潘松,王国栋.VHDL实用教程[M].成都:电子科技大学出版社,2000:15-16.
[3] 李志平,杨西珊,张俊方,等.基于FPGA的计算机系统实验教学平台的设计与实现[J].实验技术与管理,2009,26(9):77—80.
关键词:C语言;电子专业;教学改革;教学效果
中图分类号:G43文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)32-8980-02
The C Language Teaching for Higher Vocational Electronics Professional
CHEN Zhen
(Department of Electronic Engineering, Taizhou Polytechnic College, Taizhou 225300, China)
Abstract: C language is a important professional basic courses of higher vocational electronics professional, but the general effect of teaching is not very satisfactory. Based on the characteristics of electronic professional of vocational colleges, combined with the status of their own students, somemethods and measures to improve is purposed afteranalysis the problems existing in C language teaching in the paper. Teaching practice shows that these methods and measures to be effective in improving teaching effect.
Key words: C language;electronic professional;teaching reform;teaching effect
C语言是一种应用极为广泛的计算机高级语言,各高等院校的计算机专业及非计算机专业都开设了C语言程序设计课程。而现在的单片机以及嵌入式系统的教学都已经采用C语言进行教学,因此对于电子类专业来说C语言更是一门非常重要的专业基础课。随着教学改革步伐的加快和后续课程的迫切要求,现在很多高职院校的电子类专业已经将C语言安排为第一语言,并且在一年级就开始授课,这无疑给C语言的教学带来了新的压力和挑战。下面就我近十年讲授C语言的教学实践,谈谈在C语言教学中的若干体会与做法。
1 教学中存在的问题
1.1 学生对该门课程不够重视,学习积极性不高
一方面是由于高等教育大众化,高职电子类专业的学生是文理兼招,许多学生的基础较差,并且学生的学习能力和学习愿望不如从前;另一方面,C语言是结构化的编程语言,程序的输入输出界面还是DOS界面,不像VB是采用面向对象技术和可视化技术的编程语言,刚开始学习时可视化的界面很容易引起学生的兴趣,很多学生就认为学习C语言好像已经过时,没有学习VB有用,从刚开始就丧失了学习兴趣。
1.2 C语言自身特点导致学习困难
C语言有丰富的运算符,语法限制不严,语言简洁紧凑,程序设计自由度大,数据类型丰富也可以用户自定义,这些都是C语言的特点。但是对于初学者而言却是掌握C语言的难点。比如简洁的表达式或语句虽然可以实现很强的功能,但是却增加了程序理解的难度,学生往往很难理解,导致学生对C语言的学习产生畏难情绪,学习积极性调动不起来。
1.3 语法和算法不能有机结合
C语言教学一直以来比较偏重语法,大部分教材都是先介绍基本数据类型、基本运算符、表达式、格式化输入输出函数,然后才讲解三种基本结构的程序的设计。这样程序设计的核心――算法就与C语言的基本语法有比较大的脱节,两者不能有机地结合在一起。导致学生普遍反映听的时候好像都听懂了,但是当一个实际问题放在自己的面前,就不知道如何用所学的知识去解决,显得很被动,久而久之就对程序设计失去了信心。
1.4 学生不适应传统的教学模式
以前C语言的教学主要还是采用“教本位”的教学模式。教师在课堂上讲授,布置作业及实验内容,学生都是按照教师的思路在进行学习,留给学生自主思考的空间很小,学生始终处于被动的地位。这样不利于调动学生的学习积极性和主动性,极大地限制了学生学习的主观能动性。另外,高职的学生本来基础就相对薄弱,学习自觉性不高,传统的教学模式更让他们觉得学习C语言很枯燥。
2 教学改革的实践
针对以上存在的问题,通过我在教学实践中不断的摸索总结,并结合高职电子专业的培养目标与特点,在C语言程序设计的理论和实践教学上进行相应的改革。
2.1 理论教学的改革
2.1.1 通过各种方法增强学生的学习兴趣
电子专业的学生学习C语言主要是为今后的单片机编程打好基础,我通常在第一节课中给出实现同一功能的C程序和汇编程序,让学生通过对比发现C语言在嵌入式系统编程中的重要性以及优越性,从而增强学生对C语言程序设计的兴趣。
利用多媒体课件进行教学。一些比较抽象、难理解的知识点,学生不容易接受和理解,在课件中通过动画的形式来体现,容直观性、多变形、知识性、趣味性于一体,为学生营造一个图文并茂、动静结合的教学场景,促使学生多种感官同时接受刺激,大大激发了学生的学习兴趣,活跃课堂气氛合的教学场景。
在教学中随时注意和学生的互动。在课堂上经常提出一些小问题让学生来回答,这样既可以让教师随时了解学生的学习动态,及时调整讲解内容,又可以发挥学生的主观能动性,使学生在听课的同时一直跟在教师后面思考,而不是被动地接收。
2.1.2 教学内容进行适当取舍
电子专业的教学计划中C语言程序设计一般安排64~80学时,这其中还包括一定的实验学时,根据高职学生的现状,不可能在这么短的课时内把C语言的所有知识全部讲完。因此,我根据单片机编程的特点以及够用为度的原则,将指针的部分知识点和文件的内容进行了删减,这样能够满足学生今后的需要。对于部分学习能力强的学生,采取了课后自学+答疑的方式。
2.1.3 基础知识和典型算法的强化
在C语言的学习中,基础知识是非常重要的,包括C的关键词和标识符、数据类型、常量与变量、运算符和表达式,以及三种基本的程序结构,语法和相关语句规则。在教学过程中我发现很多学生平时不注意基础知识的理解和记忆,很多情况下是由于基础知识掌握的不牢靠而看不懂程序。因此在平时教学中我通过各种方法强制要求学生进行记忆。经过一段时间的尝试,大部分学生能很好地跟上教师的节奏,教学效果有很大提高。
算法设计是程序设计的关键。为了培养学生形成以算法为中心的思维模式,在教学过程中提倡学生记一些典型程序,通过记忆来促进算法的理解,这对学生的学习效果是有帮助的。
2.1.4 教学和全国等级考试挂钩
学生毕业之前都需要获得相关的资格证书,因此在教学过程中我鼓励学生参加全国计算机等级考试二级(C 语言)考试。在教学过程中也选用有大量习题的教材,把以前的二级试题穿插在教学过程中进行讲解,使学生发现全国等级考试并不是他们想象中的那么难,从而克服畏难情绪,提高了学习兴趣和积极性。
2.2 实践教学的改革
在保障理论教学的基础上,更应该加强实验教学。只有在上机实践的过程中,学生才能充分理解课本中的理论知识,真正学会如何编写、调试、优化程序。
2.2.1 实验和作业相结合
在编写实验指导书时我尽量把平时典型的作业题融入进来,这样在学生上机实验之前把实验内容先以书面作业的形式布置下去,学生在上机之前完成程序的编写,上机时检查,这样实验时学生就有较多的时间进行程序的调试,通过这种方法显著提高了上机实验的效率和效果。
2.2.2 以学习小组形式协作学习
学习小组是辅助教学的有效手段,我通常根据学生的学习情况将班级的学生分成若干学习小组,由学习基础好的同学担任组长, 在上机的时候由他们主动帮助有困难的同学, 给予困难同学深入学习的动力与支持。这样, 不但弥补了上机课师资的不足, 而且学生的合作意识也得到加强, 同时也给学习小组的同学提供了更多发掘问题和锻炼的机会, 进一步激发他们的求知欲。
2.3 课程考核方法的改革
考试方式和题型与全国等级考试的考试方式一样,分为笔试和上机考试两个部分,只是难度有所降低。这样既可以增强学生参加等级考试的信心,同时也给学生提供一次等级考试模拟测试的机会。
3 结束语
通过多年实践证明,以及从后续课程单片机的教学情况反馈来看,C语言的理论教学和实践教学效果有了很大的提高。学生学习的兴趣和主动性也有了很大的提高。
参考文献:
[1] 丁辉.高职C语言教学改革探索的思路[J].常州轻工职业技术学院学报,2006(3).
[2] 龚丽.浅谈高职院校的C 语言教学[J].湖北生态工程职业技术学院学报,2007(2).
[关键词] 光电子专业;专业综合训练;反射式光纤位移传感;实践教学
[中图分类号] G642.44 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634(2014)04-0084-03
0 引言
光电子专业是以光电信息工程理论与技术为特色的信息类专业,致力于培养融合光、电、信息和计算机等学科的复合型人才。在光电信息工程专业教学中,专业综合训练作为一个必修实践环节,是加强学生工程训练的重要手段,对培养学生的创新精神和实践能力不可或缺[1]。同时,也是贯彻CDIO理念的重要方式[2]。发达国家的工科院校十分重视对学生工程实践能力的培养,如要求学生在工厂进行32个月的生产实训,几乎占整个大学学习时间的1/4;而日本明确提出:工科院校4年教育要始终围绕工程和联系工程实际进行。与发达国家相比,国内工科院校在实践教学尤其是工程实践教学方面存在明显差距,普遍存在着“课程设计简化、毕业设计软化、专业综合训练与生产实习形式化”的现象[3]。太原科技大学光信息科学与技术专业的专业实验是将专业课实验去掉,形成一个64学时的专业综合实验课[4]。高朋等人介绍了沈阳师范大学在课外开放实验与实践活动中进行专业实践模块,与专业实验课程互为补充[5]。陈顺芳等人就咸宁学院光电信息实验与实践平台的构建进行了详细的阐述[6],具体实施也是以课外开放实验的方式进行。
专业综合训练起着从课本理论知识向专业实践能力过渡的桥梁作用,轻视这一教学环节会使学生走向社会后的适应性降低及适应周期加长。因此,提高对这一教学环节重要性的认识,加大对其的投入,加强对该教学环节的建设,对保证这一教学环节有力、有序、有效地开展,具有极为重要的意义。鉴于此,本文针对光电类专业综合训练实践教学目的、内容、模式等方面进行初步探索与研究。
1 专业综合训练的目的与意义
光电子专业综合训练的目的在于,使学生掌握电子技术和光学基本理论,了解光学原理、光电检测技术及检测仪器在生产实际和科学研究中的应用情况;使学生对光源、光电探测器与传感器等方面的知识有更进一步的认识和掌握。专业综合训练是安排在大四的一项教学实践环节,是在学生学习了本专业的全部专业基础课和专业课后进行的。通过专业综合训练,拓宽学生的知识面,增加感性认识,培养学生进行调查研究、分析和解决工程实际问题的能力,为将来的工作打下坚实的基础。
2 燕山大学光电子专业综合训练内容与模式
燕山大学信息科学与工程学院光电类共有5个专业实验室、1个教学示范中心和1个光电类实践教学基地,基本上能满足7个教学班级的实践活动。专业综合训练通常是选择一些难度适中、具有较强应用背景的题目来进行仿真生产。早在2005年就设置了为期1周的专业综合实验,曾先后进行过“CCD综合实验”、“光纤F-P干涉仪”、“光纤亮度测温仪”等实验,由于学时较少,所以还是以“设计型”实验为主。随着教学改革逐年深入,实践教学日益受到关注,教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”试点,引入了国际工程教育改革的最新成果――CDIO工程教育模式与理念,所有这些都推动了燕山大学的实践教学改革,专业综合实验学时由1周增加到2周,到2012年增加到4周。这项实践环节主要是在校内专业实验室进行,这一点有别于生产实习。
训练内容为设计制作一光纤位移传感系统,属于反射式强度调制光纤传感器,是一种非功能型光纤传感器。利用待测物理量引起光强变化,通过检测光强的变化实现对待测物理量的测量,如位移、压力、振动、表面粗糙度等。反射式光纤探头如图1所示。光纤探头A由两根光纤组成,一根用于发射光,一根用于接收反射体反射的光,R是镀膜的反射体。
系统装置的原理框图如图2所示,MCU采用宏晶公司的STC12C5A60S2。实现数控恒流源来驱动LED/LD发光,采用AVAGO公司的T-1527作为光源,探测器采用与之匹配的R-2526,反射光强经过信号处理后进行A/D转换,最后在LCD1602显示屏或者数码管上显示出来。载有光纤探头的二维位移调节架可以记录其位移,这样便可以得到位移与反射光强的关系,记录多组数据便可绘制出反射式光纤位移传感的调制特性曲线,如图3。由图3可知,不同驱动电流下的调制特性曲线都在相同位置出现极大值,当位移小于极大值时,为递增函数,称之为“前坡”,反之为“后坡”[7]。系统可工作在这两个区域中,即“前坡”工作区和“后坡”工作区。可以看出,当在“前坡”工作时,可以有较高的灵敏度;当在“后坡”工作时,可以获得较宽的动态范围。图4为系统仪器的照片。
3 专业综合训练的实施形式
专业综合训练的实施形式是保证训练成效的重要前提。图5为专业综合训练的流程图。学生在校内专业实验室进行查阅文献、设计、元器件选择、原理图绘制、PCB板的制作、光纤组件的设计与制作、焊接、硬件调试及其软件编写、文档撰写等工作[3]。
首先,领取任务书,由指导教师将训练内容与要求以书面形式发到每个学生手中。教师讲解训练内容、目的和一些具体要求。此部分既要让学生明确训练的总体目标,更要让学生有明确的阶段性小目标,让学生清楚如何查资料、应该查什么样的资料、要实现什么目标。
其次,查阅文献资料,根据任务书的要求进行电路设计、光学组件设计。以往给学生留出时间查阅文献资料,只有小部分学生能按要求完成,效果不理想。针对这一弊病,采取了分小组汇报设计方案的形式,每3人1组以PPT形式汇报本小组的设计方案,同时指导老师给出评价。该部分内容占学生成绩的一部分,从而极大地调动了学生查阅资料的积极性和效率。
再次,原理图与PCB板图的绘制,让学生熟悉专业的绘图制版软件,并熟悉电路板设计制作的流程。考虑到PCB板的制作成本、生产周期和后期调试问题,并不把学生的版图拿去工厂进行加工制作,而是在学生设计后期将已做好的PCB板及对应的版图资料一起发给学生。通过对比、改进、总结,让学生发现设计中的不足,掌握布局布线的方法与技巧。接着是电路板的焊接与调试。一方面让学生掌握各种封装形式元件的焊接工艺及技巧,另一方面更要让学生掌握硬件调试,包括电性能测试和一些简单的测试程序来评估硬件及其焊接工艺的优劣,从而让学生充分认识到调试在整个系统设计中的重要地位。
此外,给学生的光纤组件基本都是半成品,要让学生制作光纤接头。由于系统采用的是粗芯塑料光纤,加工制作的工艺要求比较低,学生在教师的指导下基本都能完成并达到要求。
软件编写,由于学生已进行过单片机课程设计,对C51单片机编程已具备一定的基础,所以这部分内容主要体现在功能实现上。要求实现既定基本功能,当然也鼓励学生进行功能拓展,充分利用MCU内部资源和硬件电路板的各个模块。经过3天的软件编写,发现大部分学生都能实现要求的基本功能,有相当一部分学生对系统进行了各种各样的扩展,效果甚至超出了老师的想象。对于一些编程能力差的学生,老师将软件功能拆分,指导其分步分块实现,尽可能地激发其编程热情,使其缩小与其他同学的差距。
系统性能综合测试,除了要求学生绘制出不同驱动电流下的反射式位移传感器的调制特性曲线外,还要求学生测量光源的P-I特性曲线等。进行系统调零、增益调节等功能测试,并评估仪器性能参数。
最后,文档撰写,以往学生容易忽视文档撰写的重要性,互相抄袭、东拼西凑现象时有发生。为了避免此类情况的发生,教师在训练之初就反复强调文档在整个系统设计中的重要性,并将文档撰写的质量作为评定成绩的一个重要依据。
4 专业综合训练模式探寻
不断探寻专业综合训练的新模式,是深化本科实践教育的需要,是培养学生实践技能、综合素质的重要保证。燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系对专业综合训练的模式进行了初步探寻,具体包括以下几个方面。
1)在内容上选择与定位一些综合程度比较高的题目,通常以一个具体的光电产品为载体,并且该产品在行业中具有一定的代表性,与当前主流光电产品特征相近且与专业知识背景密切相关,使学生在光学、电子、机械设计和计算机应用等各方面都能得到综合锻炼。这就要求专业综合训练与前期大学本科三年所学各科课程有较好的知识点衔接,既包含如应用光学、物理光学、光电子学、光电信息检测、光辐射、光学材料、光学制造工艺、光学测试等光学类主要专业课程知识运用,也要包含如光学精密设计、光学机械CAD、数字和模拟电路及电子设计自动化工具的运用,还要覆盖微机原理与接口技术、软件基础、程序设计等计算机方面的知识运用,使学生在最大的知识范畴内得到充分的发挥和锻炼。
2)研发与设计过程满足“大过程”特征,体现在尽可能多的覆盖产品制造链上的步骤和过程,让学生对产品选型、市场定位、经济和技术可行性分析、论证、设计、仿真、加工、装配、测试检验、分析评估等环节和步骤都有感性经历和体会。
3)在实施过程中必须能够让每个学生都担当企业工人、技术员、管理员等多重角色,人人动手,充分参与生产、研发设计的每个环节。
4)开辟校内专业综合训练基地或工程训练中心。自2005年以来,分别在燕山大学特种光纤研发基地和光电类实践教学基地进行过实习与训练。
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5 结束语
专业综合训练是学校实践教学的重要组成部分,是教育教学体系中一个不可缺少的重要环节。专业综合训练是培养技能型人才、实现培养目标的主要途径之一。它不仅是课程教学的总结,更是课程教学的延续。实践教学如何满足社会的需求是近几年各高等院校共同关注的焦点,探讨实践教学改革的思路,有利于推进人才培养进程。
参考文献
[1]林逸群.光电信息工程专业实习新模式探索和实践[J].光学技术,2008,12(34):307-308.
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[3]杨连发,周娅,廖维奇,等.工科类专业综合训练现状及实习模式改革探讨[J].中国现代教育装备,2011,(1):90-92.
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[5]高朋,黄涛,薛艳霞.光电信息技术实验与实践教学体系的建设[J].沈阳师范大学学报,2010,(1):41-44.
【关键词】项目教学;课程改革;考核评价
【Abstract】The traditional color TV technology course teaching, the theory teaching is the main, assisted experimental verification, it have many disadvantages. This paper puts forward the experience of the course of “color TV technology and maintenance”,in the course of implementing the integrated curriculum reform for many years,mainly in the curriculum standards, course content, training bases ,assessment and other aspects of explore ideas.
【Key words】Project teaching; Curriculum reform; Evaluation
0 前言
《电视技术与调修》是我院电子信息工程专业的一门专业必修课,在长期的教学实践过程中,通过不断改革与探索,将课程设计为以电视产品各单元电路为子项目,通过调试与维修环节来安排项目训练内容,通过各项目训练介绍电视技术的基本原理和调修环节的基本技能;建构“项目训练+综合实训+企业顶岗”的三维一体的实训环境,使学生获得“基本技能+核心技能+综合技能”。并让学生参加国家职业技能鉴定《家用电子产品维修工》和《无线电调试工》综合技能考核来检验本门课程的教学水平和教学质量。在这过程中我们的具体做法是。
1 依托行业知名企业,联合制订课程标准
针对当前电视技术的飞速发展,电视技术中含盖有无线电信号的发送、传输与接收,传输信号的类型也由模拟信号向数字信号跨越。所涉及到的技术包含有电子线路技术、单片机控制技术、电源技术、显示技术、通信网络与接口等技术,它几乎覆盖了整个电子信息技术领域。因此将“电视技术与调修”课程作为电子信息技术专业的核心课程是一种较为理想的做法。根据电子信息技术专业培养方案的要求,在制订课程标准中,结合本地具体情况,与常州华辉电子有限公司等行业企业进行广泛地合作,进行充分的调研,从职业岗位能力分析出发,组织企业专家紧紧围绕职业能力要求,进行岗位职业技能分析。归纳出生产电视机工作岗位的典型工作任务,确定教学内容。对教学内容按照岗位工作过程进行优化,以项目+任务的形式进行组织,形成新课程标准,使教学内容的设计更符合高职类学生综合能力的培养要求。学生完成本课程的学习之后,可以获取多种社会认可的职业能力资格证书。
2 内容组织紧贴目标,突出调修能力培养
教学内容的设计上,是基于工作过程和学生认知规律的基础上安排教学内容,重点突出学生对电视机整机调修能力的培养,按照学练结合的教学思路。具体以项目为载体组织课程教学内容,使整个教学过程就是学生完成项目的学习过程,从而培养学生的学习能力。设计原则是遵循能力为本的基本原则,按照电视机在调测与维修过程中所必须掌握的基础知识和基本技能为主线,合理安排学习内容。本课程内容分解为四大学习项目:即电视机认知实训、电视单元电路项目调测训练、典型故障综合维修项目训练、考工考级综合培训。
针对本课程的实践性与专业性较强,在授课内容中,需介绍的各种方框图、原理图和各类波形非常繁多,为此大量采用图文并茂的的多媒体课件,以增加课程的教学内容,提高教学效率。还借助于彩电示教板做为辅助教具,激发学生的学习兴趣和爱好感。课程的项目化教学全部安排在实训室或实训车间进行,每位学生安排一个生产工位,配置必要的仪器和工具,提供一个与真实企业生产环境一致的实训场景。通过对真实电视产品调试与维修过程的体验和感受,来学习电视整机产品的调试与维修技术。在教学组织中,采取学生讲、教师评的互动教学方法,让学生走上讲台,每组派一位学生来阐述完成任务过程和得到的结论,接着由同组的学生进行补充和完善,最后由教师进行总结与点评。在项目训练环节中,采用活页形式编制了完善的实训项目单和行动训练卡,将每个实训项目都细分为基础能力训练、专业技能训练和综合提高训练三大部分进行训练,并保证各训练环节梯度和难度。
3 拓展实训基地建设,提升课程工学力度
为了进一步提升学生的实践动手能力,旨在培养高等级技术应用性人才,要求学生必须具有该行业中相关专业的基本知识和基本技能。在实训教学环节中,要切实体现“工学交替”的指导思想,我们充分利用电子信息工程技术专业建设委员会的职能,在加大校外实训基地建设的同时,与苏州华之杰电讯有限公司等的相关企业建立了广泛而有效的联系,并作为本课程的校外实践教学基地,同时在校内,引进常州诚联电源制造有限公司作为《电子整机产品》实训教学工厂,安排学生到生产线上进行真实电子产品的组装实训,包括安装、调试与维修,通过实地感受电子信息企业的生产流程、组织管理和企业文化,使学生进一步加深对电子产品生产过程的理解,同时还邀请企业的工程技术人员作为兼职教师担任本课程中一些项目的讲解。以此拓展广大师生的知识视野。
4 多种考核方式并举,全部检验学生能力
项目化教学改革成效的关键是要有一套全面考核与评价机制。我们采用了对教学全过程控制与各阶段考核相结合,通过使学生在“学中练,练中学,学练结合”的过程中接受各种类型的考核。考核类型不再是单纯的终结式书面考试,而是要体现以能力培养为中心的指导思想。考核可以采用阶段考核与终结考核相结合,形式可采用笔试、口试与实践操作相结合,也可采用小M讨论与组织答辩等多种形式进行。
考核内容可以包括态度性评价、知识性评价和技能性评价。其中态度性评价包括考勤、课前准备、课堂表现和课内参与程度等方面;知识性评价是指作业、项目报告、提问、课堂练习和期末考试等方面;技能性评价具体可以包括元器件识别与质量鉴别能力、仪器仪表使用与电路测试能力、故障分析检测与维修能力以及对出现问题的归纳总结能力等方面。
5 结论
经过多年的改革与探索,《电视技术与调修》课程作为我院电子信息技术核心课程建设已取得一定的成效。实践证明,本课程自从开始建设以来,已经在三届学生约760人次中实施,根据任课教师和大部分同学课后的情况反馈,效果普遍反映良好,学生的学习积极性和主动性有了很大的提高,特别是在技能的掌握方面尤为明显和突出,根据最新统计,2013级共有505人参加江苏省信息化委员会组织的“音视频检验工高级工”技能考工,一次性通过率达到97.6%。这一成绩的取得与广大教师在课程改革中,赶于创新、勇于争先,使本门课的教学效果跃上一个新的台阶,同时使学生学到了真正有用的知识和技能。
【参考文献】
[1]黄宇航.高职院校实习教学改革与思考[J].常州信息职业技术学院学报,2004,12.
社会上的其他组织也都举办了各种形式的竞赛活动,但在专业领域的认可度不高,而且这种竞赛的题目一般提前几个月公开,准备起来不是很难,所以一般实力较强的学校很少参加,竞争不是很激烈,获奖的几率会大一点,从培养学生的角度来看也可以考虑参加。我院从2009年开始连续3年均报名参加了全国大学生电子设计竞赛和5大赛区组织的联合电子竞赛。以下针对参加这些赛事的认识谈几点体会。
1电子设计竞赛与教学改革的关系
(1)竞赛引导课程体系改革、强化工程概念。全国大学生电子竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,目的在于促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,促进高等学校实施素质教育以及培养大学生的创新能力,协作精神和理论联系实际的学风,促进大学生工程实践素质的培养,提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力[1],这些目标直接体现了培养应用型人才的重要性,而且也直接引导了对培养应用型人才所进行的一系列课程改革,即加强实践能力的培养,强化工程概念。这与学院突出实践教学体系,制订教学内容、教学方法、过程管理与考核办法是不谋而和的。
(2)竞赛引导了课程内容和教学方法的改革。电子竞赛的题目重点突出了应用设计。最初的竞赛题目可以用分立元件完成,基本上是单纯硬件设计与调试,而从本世纪开始明显的提倡使用集成度高的芯片,加大了软件在系统中的作用。今年的题目甚至把单片机最小系统当成是一个器件直接使用,这体现和强调了在现代工程应用系统设计中,重点要求学生掌握使用集成化的各种功能模块通过接口组成系统的设计能力,也引导着教师必须对相关课程的教学内容和方法进行改革。比如在内容选取上,重点应对功能模块的原理采用简单的电路予以介绍,并由此引出外特性[2]。再如引导学生利用功能模块的功能表,通过接口组成应用系统的设计方法[3]。为此,可以针对现实需要重新编写适当的数字电路、模拟电路和单片机等教材。
2电子设计竞赛与人才培养的关系
(1)竞赛使优秀学生脱颖而出。从这几次参加竞赛的学生来看,凡是参加电子竞赛训练的同学,无论获不获奖,都具备了基本电子电路实际制作与调试的能力,尤其对学生的学习兴趣、学习新知识的能力和积极思考、发现问题并解决问题的能力有了很大的锻炼和提高[4],对今后走上工作岗位充满信心;尤其获奖的同学更是得到了能力和素质的全面提升;同时,这些学生的进步也对周围没参加竞赛的学生起到了潜移默化的影响,给低年级的学生做了很好的榜样和示范,提高了他们学习和参加竞赛的积极性。最重要的一点是,参加完竞赛的学生在就业方面体现了较强的竞争力,缩短了和一本学生的差距甚至有的超过了他们。
(2)竞赛锻炼了教师,有利于双师型教师培养。在竞赛培训的实际过程,可以发现城市学院的学生和交通大学的学生之间存在着显著区别(当然本身层次上就有差异)。交大的学生只需给定题目和参考资料,他们自己通过动手制作、调试,教师有80%的时间是管理和后勤服务,而城市学院的学生,至少在基础培训中,必须先讲基本原理、调试方法、随时跟踪指导,到后期学生才能达到主动设计,因此指导教师也相当于是参加竞赛者,尤其对于年轻教师而言,这无疑是对他们专业能力的一个很大考验和提高。而事实证明也确实如此,近年参加指导的教师在业务方面进步明显,不仅拓宽了知识面,而且也积累了丰富的工程实践经验和指导经验,同时对教学改革也有了新的认识,进一步缩短了和双师型教师的距离。
3参加电子竞赛的总结与分析
2009年是我院第一次参加该竞赛,获得了一个省级一等奖。本次基本上属于押题性质,题目理解正确、而且前期训练充分,电源组几乎是2队都是一等奖;而测控组却是一败涂地。2010年获得一、二、三等奖各一项,本次没有电源的题目,但由于有一组学生能力较强且配合的很默契,获得一等奖是必然的;而获得二、三等奖的组,由于只有一、两个同学能力很强,在竞赛过程中,时间不够。可见要获得好成绩,不仅团队各个成员的能力要强,而且还要分工明确,各有所长,真正体现团队协调作战能力。2011年仅获得一个三等奖,主要原因是因为竞赛时间准备不足和指导失误造成的。其中,电源题目由于认为过于简单而掉以轻心,中途发现为时已晚,造成时间不够;小车存在两个问题,一是准备阶段组委会的讲话表示小车不会再出,所以在训练中相关器件未准备,在竞赛开始后才从网上订购;二是没能自制一个木制轨道,为了节约成本,想当然的认为小车在地板上走和在木制轨道走是一样,结果花了很多时间在调试上,直到测试时才发现不做轨道是一个失误,否则获得一等奖的机会很大。可见竞赛中的不确定度因素很多,稍微想的不周全就会造成很大遗憾,尽管如此,能力较强的那一组还是获得了三等奖。从以上分析可以看出,对学生的培养应以能力和素质培养为重点,确实让他们在培训过程、事务管理、竞赛题的分析和竞赛中的决策等各个环节发挥主导作用,回归竞赛的本质。
4今后竞赛培训思路
基本训练旨在提高学生的动手能力,主要包括印制版的设计(原理图和PCB板图)、焊接及测试方法(学会基本仪器的使用)等练习。从训练内容上主要分为以下几大类。
(1)电力电子类:降压型、升压型和逆变型开关电源;恒压、恒流、直流并联运行和交流并网运行模式;输入/输出电流、电压以及效率显示;纹波分析与失真度等。
(2)检测与运动控制类:智能小车、机器人倒摆平衡控制、调速控制中的转速、位移、避障、角度检测、无线发射与接收等。
(3)基于FPGA/DSP系统的分析仪器:频谱分析仪、传输波形特性分析仪(该项在“EDA”实验室中由指导教师完成样机)。
(4)放大器设计与制作:音频放大器,频带为10兆赫兹、增益60dB的宽带放大器设计(该项由指导教师完成样机)。鉴于今后的电子竞赛题目趋于综合设计,所以在暑期集中训练前,上述4项基本内容应该培训完成并通过各组交流使参加竞赛的学生全面了解相关内容;这样在暑期集中训练时,学生便可集中精力利用电子竞赛等相关网站,通过学习、分析、交流提升自己的综合能力和素质。
5组织管理与相关政策
为了更好的培养和选拔人才,同时让参加竞赛培训的学生无后顾之忧,需要制定一系列的政策和措施,具体如下。
(1)成立学生课外科技创新小组,从二年级开始自愿报名,条件是在一年级的课程(数学、物理和电子认识实习)学习中,成绩较好的且有强烈欲望的同学中选拔;个别有特珠能力的同学另议;对于这些同学在二年级学习中,如果努力参加培训者可以顶替实验和课程设计的学分。
(2)完成二年级课程的同学,要求电路、电子技术、C语言实训能力强同学自愿报名并经审查批准参加,在三年级学习期间,如果努力参加培训者可以顶替电子综合设计的学分。
(3)参加暑期培训的同学可以顶替生产实习的学分,实际上经培训后的学生已经使得他们的毕业论文变得容易;如果选拔去参加竞赛且获得奖励的还可以顶替部分选修课的学分。
(4)建立综合电子设计培训基地即专门的训练场地,实现由学生参与的全天候开放管理。(5)参加人数50名左右,实行淘汰制度,使得每组人员结构合理、互补。