前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的电子电路创新设计主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
1 课堂教学改革与创新的思路
要改变课堂无趣的现状,作为课堂教学的实施者――教师必须转变教学理念,从传统的灌输式的课堂教学模式中解脱出来,以“教育+互联网”为载体,合理运用现代化的教育技术,着眼于如何激发学生的学习主动性和积极性,发挥学生的主体性作用,实现课堂的四个转变:教学组织形式由“教师为中心”向“以学生为中心”[1]转变;学生学习形式由“个体”学习向“团队”学习转变;教学模式由“灌输式学习”向“探究式学习”转变;教学目标由“专业成才”向“精神成人、专业成才”转变。
2 课堂教学改革与创新的举措
2.1 上好“开学第一课”,激发学生兴趣――课堂教学改革与创新成败的基础
良好的开端是成功的一半,每一门课程“开学第一课”都是至关重要的,它将决定教师今后上课的格局。那么“开学第一课”应该怎么上呢?首先,“开学第一课”的基调应该是轻松快乐有新意的。其次,“开学第一课”的内容应该包含以下四个方面:
一是师生的相互介绍,作为师生的第一次见面课,教师要把自己的基本情况介绍给学生,这个介绍尽可能幽默风趣些,倘若做不到幽默风趣做到真诚也是可以的。此外,教师要对班级做一个基本的了解,在课前基本了解学情的情况下,摸摸实际情况。二是介绍课程的主要内容以及课程对职业发展的作用,要结合社会实际。《电子线路CAD设计》这门课程学习之后,有些毕业的学生就可能从事PCB设计工程师的工作,其工作前三年的薪资待遇情况及工作几年后的升职空间怎样做一个分析,给学生美好的憧憬和努力的方向。这部分主要是激发学生对课程学习的动力。三是要把课程的教学组织模式说明清楚,准备到位。这门课程采取分组教学,那么分组原则、组长的职责、组内分工、财务清算方法以及SPOC学习的要求等要交代清楚。此外,还应花10~15分钟用于小组的热身。四是要把课程的考核方案介绍给学生,并鼓励学生通过自己的努力都是可以通过考核的。最后,教师要分析“开学第一课”的实际效果,并在课后召集各小组长查找原因,商量应对措施,转换各小组长的身份,从课程学习的参与者转变为课程学习的组织者,发挥其主体性作用。
2.2 开展“每周一品”,促学生“精神成人”――课堂教学改革与创新不断前行的动力
“精神成人”的内涵是,旨在让一个大学生在大学期间初具“独立精神、自由思想”之潜质,认真且持续地向自己追问“如何做人”这一终极命题。教师需要让课堂教学的对象――学生,主动思考人生的近期目标和长远目标:自己为什么上大学?大学的目标是什么?毕业之后的理想职业是什么?从事理想职业需要哪些准备?等等问题,以努力帮助其“精神成人”。在《电子线路CAD设计》课程教学中,教师以十大最重要的品质为主题,开展“每周一品”活动。即每周分享一个品质,以“名人小故事”“新闻评说”“名言名句”为载体,安排课堂的前5~8分钟时间按组交流,提升学生的思想层次。十大品质有“诚信、宽容、豁达、善良、协作、忍耐、自律、责任、反思、知足”。每周一次的分享,不断给予学生以头脑冲击,学生感受到学习的压力和紧迫性,学生学习的主动性和积极性自然而然出来了,而且教室“6S管理”不再难以推行,学生主动规范自己的课堂行为,养成良好的习惯。
2.3 落实课程教学“三环节”,保障课堂质量――课堂教学改革与创新的重要内容
2.3.1 教学内容选择上,学生可自由选择电路图,充分发挥学生主体性作用
本课程主要对Protel软件的学习,教学中用到多个电路图,以往电路图都是教师选取,很多学生常常是依样画葫芦,不一定清楚电路的工作原理和功能,常常是原理图画好后检查不出电源漏画了,或是没有其他驱动源等。而且,学生设计好PCB板之后没有去进行加工,缺少实践认知。课程原来的设计上,知识系统性欠缺,对学生知识的巩固和深化没有起到很好的作用。因此,课程允许由学生自主选取难易程度不一的电路图,要求是学生要掌握电路图的功能和工作原理;另外,课程增加了一周实训,要求学生设计好PCB板之后,制作出印刷电路板,并进行元器件的焊接,并完成电路调试,也就是制作出实际电路作品来。这样做的优势在于:一是学生有明确的任务――制作属于自己的个性化的实际作品,不能寄希望于拷贝;二是学生有充分的自主选择权,可以选择自己喜欢的电路进行设计,比如有些同学选择了放大电路,有些同学选择了彩灯控制器,有些同学选择了计时器,还有同学选择了汉字显示,等等。学生作品丰富多样,有利于互相学习,互相讨论,共同提高。
2.3.2 教学组织形式上,采用混合式学习,提高课堂的效率
软件学习类课程的一大特点是,课程可以被分成很多个学习任务,每个任务完成某一个或某几个知识点的学习。教师在课堂上一般是先讲授演示任务操作过程,然后是学生动手实践完成任务。这个过程中会存在几个问题:一是学生基础的差异导致教师讲授的速度不能适应全部的学生,教师往往选择的是中等偏下学生的学习进度,故一小部分学生是跟不上的,久而久之会放弃学习;二是教师讲授演示时,学生听得头头是道,但一旦要自己动手实践时,常常是忘记操作步骤;三是现在的学生在课堂上玩手机是家常便饭,对手机是欲罢不能,教师的讲授往往不能入他法耳。这样的现状,需要教师进行课堂创新,采取混合学习是比较好的一种方法。做法是:①建立一个课程学习微信群,申请一个微信公众号;②将课程每一个学习任务的操作过程摄制成1分钟到5分钟不等的微视频;③教师课前在公众号上公布学习视频;④课堂上针对重难点加以解释,引导小组讨论加深对知识的巩固,然后布置课堂实践任务和要求;⑤小组展示任务成果,教师评判点评并进行课堂总结。在教学中实施“三混合”[2]:课内课外混合、线上线下混合、理论实验混合,有效提高了课堂教学的质量。
2.3.3 在学习组织形式上,采取小组游戏化学习方式,培养学生团队协作精神
现在的时代,已不再是大鱼吃小鱼的时代,而是群鱼吃大鱼的年代。一个人无论多强,强不过一个团队。培养学生具有协作精神很重要。除了在“每周一品”中对协作展开探讨与交流,在课堂中采取建立小组开展团队学习,培养品质的同时促进教学效果的提高。笔者的做法是:①小组建立――自由与集体:教师限定条件,说明规则,学生自由组团,推选组长,确定小组目标,凝聚集体战斗力;②课堂学习――竞争与激励:教师设定课堂任务目标,目标设定采取游戏化的进阶形式――等级递进。等级可以是按学习者完成同一任务的情况设定,可以是学习内容的难易设定,也可以按完成任务数量的多少设定。小组内互帮互助,团结协作,共同完成。小组间你追我赶,硝烟弥漫。教师根据各小组完成的质量与速度进行评价并给予积分奖励;③学习成果――积累与展示:微信公众号开辟学习成果展示专栏,以小组为单位对每一次课的“每周一品”“课堂作品”“小组合作温馨瞬间”等以图片或视频形式进行记录,作为课程改革与创新的重要资料,告诉学生“你们是开创者”以激发学生学习热情!这样的课堂改革,关键的一个因素是团队一定要有核心人物,同时教师要定时对团队核心人员加以指导,给予激励,这个非常重要。
3 课堂教学改革的成效
本课程以创新为主题,以学生为主体,以教师为主导,培养学生“专业成才”的同时“精神成人”,课内课外联动,线上线下混合,借助教育信息新技术改革课堂教学,尊重并理解学生的真实诉求,注重学生主动性作用的充分发挥和团队协作的培养锻炼,极大地促进了学生的成长,有效地改善了课堂面貌,玩手机现象不见了,用手机现象出现了,有力地提高了教学的效果。以应用电子技术专业来说,2013级采取课堂教学创新后,学生的期末成绩大大提高,没有出现不及格的学生,而以往期末考试还有交白卷的学生呢!
2013级学生期末成绩情况
电子技术课程是一门实践性很强的专业基础课,与之配套的电子技术实验课程具有以下一些特点:
(1)电子器件品种繁多,特性各异。在进行实验时,首先就面临如何正确、合理地选择电子器件的问题。如果选用不当,则将难以获得满意的实验结果,甚至造成电子器件的损坏因此,必须对所用电子器件的性能有所了解。
(2)电子器件的特性参数分散性大,电子元件的元件值也有较大的偏差。这就使得实际电路性能与设计要求有一定的差异,实验时就需要进行调试。
(3)电子电路中的寄生参数和外界的电磁干扰,在一定条件下可能对电路的特性有重大影响,甚至会产生自激而使电路不能工作。这种情况在工作频率高时尤易发生。因此,元件的合理布局和合理连接方式、接地点的合理选择和地线的合理安排、必要的去祸和屏蔽等措施在模拟电子电路实验中是相当重要的。
(4)电子电路各单元电路相互连接时,经常会遇到一个匹配问题。尽管各单元电路都能正常工作,若未能做到很好地匹配,则相互连接后的总体电路也可能不能正常工作。为了做到匹配,除了在设计时就要考虑到这一问题,选择合适的元件参数或采取某些特殊的措施外,在实验时也要注意到这一问题。
(5)模拟电子电路的输人输出关系具有连续性、多样性与复杂性这就决定了模拟电子电路测试手段的多样性与复杂性。针对不同的问题采用不同的测试方法,是模拟电子电路实验的特点之一。而数字电子电路的输出输人关系比较简单,但应搞清楚各测试点电平之间的逻辑关系或时序关系。
2.电子技术实验存在的主要问题
2.1实验的教学方式相对单一
电子技术实验设备采用的是集成化、模块化的综合实验箱,学生在实验过程中只须按照实验的要求选择实验电路板,选择测试仪器,不需要具体选择电路元器件,搭建电路,这样学生只是从形式上完成了实验,但掌握不了实验中元器件的参数识别、性能测试和选用、掌握不了基本单元电路的安装方法、调试技能,不利于培养学生的动手和创新能力。所开设的实验内容较为陈旧,大多为验证性实验,实验指导书详细,学生按照事先既定的程序“按部就班”地操作,只会模仿,从而限制了学生求知的激情和创造性思维。
电子技术实验教学仍然停留在手工作坊式的传统教学模式上,学生以固定的班级为单位,在同一时间里用同一种教材,做着同一个多以验证性实验为主的必做实验。学生做实验完全按照指导书或教师规定的实验操作步骤亦步亦趋地进行,学生不知道为什么这样做甚至也不知道操作结果说明了什么。实验考核的依据主要是做没做实验、交没交实验报告和教师对学生的印象好不好等因素。这样的实验教学效率低下、学生处于被动学习和机械操作的状态,导致教师和学生都觉得枯燥,遏止了学生的逻辑思维和创造性思维,不利于培养学生的实验能力和科研能力,不适应教育现代化的需要。以灌输式、填鸭式、封闭式的教学方法占大部分,过分强调以教师为中心的教学方式,从教材编排、实验内容、步骤到实验结果和实验报告的书写均由教师预先确定、安排,以统一的模式去要求和塑造学生,致使学生学习兴趣不高,处于被动学习状态。
2.2实验与理论课的结合不够
在科学发展史上,实验和理论互为依存,理论是实验事实的总结,实验是科学理论的基础,同时还是判断、修正错误的依据,也是发展理论的起点。从实验在科学发展中的作用看,实验教学理应受到教学管理着、施教者、受教者的重视。但是,当前的实验教学和理论教学不能同步。主要表现在:理论教学中的元器件知识和基本电路理论没有得到实验的及时验证,而实验的方法、步骤和实验中出现的各种实验现象没有得到理论的指导和合理解释,理论教学不能很好地指导实验教学,实验教学也不能很好地服务于理论教学。教学观念陈旧过时,长期以来只重视理论教学,轻视实验教学和实验能力的培养,实验教学仅仅依附、服务于理论教学,培养出来的学生缺乏观察、分析和解决问题的能力,造成高分低能。
2.3实验内容设置不合理
目前的电子技术实验内容多是按理论课要求设置的,实验内容陈旧,形式单一,对课本知识的验证性实验偏多,综合性、设计性、应用性实验很少,而且新技术不能及时充实到实验内容中来。由于学生缺乏独立设计与创新的实验思维,这种实验教学已不能适应高职对人才培养的现实需求。因此,教学双方呼唤改革实验内容的声音非常强烈。
2.4实验仪器设备太陈旧
由于电子技术的飞速发展,新设备、新工艺、新技术不断涌现,现有实验设施已不能适应时代的发展,并且由于经费有限,多数正在使用的仪器设备破损严重,更新较难,已无法满足实验教学的要求。如何通过改造与创新实验教学来解决这些问题,已成为教学中必须面对并巫需解决的问题。
3.电子技术实验的发展前景
3.1电子技术实验发展的基本思路
创新人才的培养必须贯穿于实验教学的全过程,体现在实验教学的各个环节。因此,必须以培养与提高科学实验素质和创新能力为目标,重组实验教学体系,优化课程结构,更新实验内容,按照多层次、模块化、开放性的实验教学新体系组织实验教学。电子技术实验课程改革的基本思路是:
(1)体现以学生为主体的教学思想改变传统教学中由教师“主宰”课堂的方式,引人以学生讨论提高和自我发挥为主的课堂机制。在“教”与“学”中找到溶合点,教师只作必要的指导和启发,留出时间,让学生独立思考,自己动手设计实验,在实验过程中激发学习的兴趣与热情开拓思维的深度与广度,从而有效地培养学生的主动性和创造性。
(2)强化实践能力和创新意识随着教育体制改革的深人进行,高等学校的竞争力不仅体现在教学和科研实力上,学生的综合素质、创新能力也成为高校生存和发展的重要因素。为此,应树立一种新型的、开放的人才培养观。电子技术实验教学改革应在广泛接触和获取前沿学科的基础上,以电子技术发展的新趋势来构架教学课程体系,重视培养学生的实践能力、创新能力和创业精神,普遍提高学生的人文素养和科学素质,才能顺应时展潮流,为社会培养高素质人才。
(3)优化实验课程的知识结构鉴于学科发展的趋势是交*与综合,各学科间的交*与渗透日益频繁。因此,要根据学科发展的特点,突破原有学科与课程界限,加强相关学科之间的横向联系、相关课程之间的纵向联系,使开设的实验内容相互联系、相互渗透,形成较完整的知识体系。
3.2电子技术实验发展方向
当前电子技术的发展突飞猛进,知识更新的速度不断加快,对电子技术实验教学提出了新要求。电子技术实验课程改革是社会发展和市场机制对实验教学提出的必然要求。
(1)改变教学模式,完善实验教学手段在实验教学中,必须改变传统的教学模式,不断探索新的实验方法,捕捉最新科技成果,引入高、精、尖的实验设备和实验手段。按照素质教育的要求,以培养创新能力为主线,可以采用多层次实验教学体系结构。在多层次实验教学体系结构模型中,它将电子技术实验分为四个层次。实验理论和实验技术知识以课堂教学为主,要求学生掌握电子电路设计的基本理论和基本方法及常用EDA软件的使用,了解常用电子仪表的原理等。基础训练型实验主要安排电子电路各基本单元电路的设计与调测。通过实验使学生掌握各基本单元电路的功能及设计方法,掌握运用常用仪器仪表测试电路和电路参数的方法,掌握实验数据的处理方法。综合设计型实验属于应用性实验,实验内容侧重于某些理论知识的综合应用。系统设计实验既有综合性又有探索性,主要侧重于对学生创新能力的开发,主要安排一些特定功能电子电路的设计、安装和调试。
(2)以学生为主体,培养学生独立设计的能力实验课程改革的指导思想在于注重综合应用能力的培养。学习电子技术不仅要求学生掌握基本原理和计算公式,而且要求在掌握基本原理的基础上,着重培养对电路的分析、设计和应用开发的能力。在实验教学中,应提倡以学生为主体,引导和共同探讨为主的自主式教学模式。在实验前,教师应教会学生学会预习相关理论,启发学生按实验目的要求自己设计实验方案,知道要做什么及实验结果。学生必须认真预习,查阅资料,设计电路,拟订实验方案,设计数据表格等。在学生设计能力提高到一定程度后,教师可以布置综合实验题目,该任务功能明确,实现的原理、器件和方法由学生自定,也可根据实验室的条件,部分限制使用的元器件和实现的方法,但选择余地应足够大;还可开设实验专题,鼓励学生根据实验专题查阅资料、确定方案,制定电路设计和元器件选定,选用测量仪器,在此基础上进行电路装配、调试、数据测量和数据处理,最后写出有分析的实验报告,在实验中培养学生探索、分析、研究的能力。
(3)重视综合设计型实验的开设验证性实验与设计性实验的有机结合可以培养学生动手能力和分析问题的能力,提高学生综合运用每门课程进行创造性的学习,使学生的实验能力、设计能力、创新能力和科学素质在不断的解决问题和积极主动的实验过程中得到培养。因此,在原有传统性实验的基础上,应以培养学生实践能力为目标,开设设计型实验课程。学生完成了基本实验和设计性实验后,掌握了实验的基本技能,同时又具备了一定的创新能力,这时再开设综合设计性实验和实训,就可以进一步开拓学生的创新思维和创新能力,培养学生的系统设计、制作和测试能力,以及综合研发能力和基础理论运用能力。在综合设计性实验和实训,首先由教师提出实验的目的和具体电路性能要求;然后由学生自行查阅资料、设计实验电路、选择元器件;再把设计好的电路用计算机辅助软件-仿真模拟。
科技的发展日新月异,新思想、新观念、新技术、新装备、新应用层出不穷。实验教学体系是一项复杂的系统工程,涉及到教育、教学及其管理的方方面面、各个层次和各个环节,它们既相互促进,又相互制约。因此,实验教学的改革,没有固定的模式,要跟上时代的步伐。
参考文献:
1.王兆安,黄俊,电力电子技术[M],北京:机械工业出版社,2001
2.王云亮,电力电子技术[M],北京:电子工业出版社,2004
3.曹万强,建立电子学科创新实践、实训基地的探索[J],实验室研究与探索,2004
4.陈桃仁,电子技术基础实验研究与设计[M],北京:电子工业出版社,2000
5.高文焕,电子技术实验[M],北京:清华大学出版社,2004
目前,全国面向高职高专院校开展的电子类的竞赛,主要有全国大学生电子设计竞赛和全国职业院校技能大赛。
1.1竞赛的主要技术体系
纵观浙江省和教育部举办的大学生电子设计竞赛与制作竞赛,竞赛的技术体系主要包含理论知识测试、电路识图、元件选型与参数计算、原理图绘制、PCB设计、PCB板制作、电子工艺焊接、单片机软件程序编写、电路调试、软件调试、电子产品的结构与安装工艺、电子产品的工艺文件编写、电子产品的技术文件编写、技术答辩等技术考核内容。整个竞赛过程贴近生产、工艺、注重质量,以企业实际要求出发。
1.2原课程体系与竞赛的融合情况
通过参加各类电子竞赛,我们清楚的认识到高职教育的培养目标和电子竞赛的宗旨是一致的,竞赛促进了电子信息专业课程体系,以电子竞赛的实践来促进教学改革,形成以“素质教育为基础,能力培养为主线”的创新型应用性人才培养模式。对于传统的电子类基础课程,如模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术等,整合为《电子技术基本技能实训》、《单元电子电路分析与测试》和《电子电路调试与应用》。按照竞赛的要求,通过《电子技术基本技能实训》专门训练学生的技能,并在后续的课程里不断反复应用,以促进学生掌握。新的应用电子技术专业人才培养方案中对于创新型应用性人才的培养,主要通过《简易智能产品编程》、《微控制器应用》、《电子产品制图与制板》、《电子产品生产工艺与管理》、《智能电子产品设计与制作》、《电子创新设计与制作》和《嵌入式系统应用》等课程的相辅相成,实现对学生的全面素质、技能的培养。
2竞赛引领下应用电子技术专业课程的改革
根据前面对竞赛的深度剖析,我们对原来应用电子技术专业人才培养方案中实践教学环节课程的教学组织做了相应调整。将竞赛中对学生提出的要求融入日常课程的教学,并重新梳理了各个课程的教学内容及上下承接的关联部分的内容。参照企业中的技术开发部与生产部管理模式,课程中实训项目来自于竞赛题目、教师科研项目、企业实际产品等方面。教学开展的具体步骤:(1)在《简易智能产品编程》课程中,以竞赛项目为例,培养学生的C语言编程技巧,要求学生能够消化吸收。(2)在《电子产品制图与制板》课程中,以《微控制器应用》课程教学案例为例,培养学生根据任务要求利用Protel软件,遵循国际和行业规范,依据国家标准,完成原理图的设计与绘制,在符合PCB布局和布线要求的基础上完成PCB设计,并制作出相应PCB板。(3)在《电子产品生产工艺与管理》课程中,以后续课程所选教学案例为例,培养学生常用电子元器件、基本材料和工具的使用知识、电子产品的装配准备工艺、线路基板焊接工艺、电子产品总装和调试工艺、电子产品检验和包装工艺、电子产品生产工艺文件编制等专业知识和相关技能;同时,培养学生理论联系实际、根据企业实际条件决定生产工艺方案的管理意识,树立质量第一的观点和分工协作的团队意识和严肃认真一丝不苟的严谨作风。(4)在《微控制器应用》课程中,以竞赛项目为例,培养学生能设计一个完整的、简单的单片机应用系统,从单片机选型、接口电路搭建、内部资源分配、程序编写以及下载调试等环节对学生进行全面综合的训练,使学生具备单片机应用的基础能力。(5)《智能电子产品设计与制作》、《电子创新设计与制作》和《嵌入式系统应用》的课程教学中,以竞赛项目及企业项目为例,培养学生根据实际需求,选择不同的控制器,从设计方案、成本核算、电路设计、工艺设计、程序设计及系统联调、产品装配、工艺文件编写及使用说明书撰写到项目总结与创新,完整的体验项目开发的全过程。促使学生在学习的过程中不断的总结、不断的提升。(6)在《生产实习》和《顶岗实习》等实践环节中,让学生亲临企业一线,切身感受工作中的压力、努力和兴奋等感受,促进其快速成长。
3结论
关键字:工学结合;职业技能;项目;一体化
中图分类号:G712 文献标识码:B 文章编号:1671-9255(2012)04-0060-03
“以工学结合的教学模式为切入点,以能力为本位,融教、学、做为一体”是当前高职教育教学改革的重点,也是切实提高教学质量、培养学生职业岗位技能的有效手段。
《模拟电子技术》是电子技术、通信技术及计算机技术等专业在电子技术方面入门性的专业基础课,是一门理论性和实践性都很强的课程。传统的以“教师为主体,理论讲授为主”的教学模式在学生动手能力、创新能力的培养上存在着很大的弊端。对《模拟电子技术》课程实施“教、学、做”一体化的项目式教学体系改革,是实现工学结合模式的《模拟电子技术》课程教学的一种有益尝试。实施“教、学、做”一体化教学体系改革的必要性随着社会发展,社会对技能型人才动手能力的要求越来越高。而模拟电子技术的基本知识与技能是电子行业各种相关工作岗位的职业技能基础。如:电子产品开发、设计与维修,电路板的设计、印制及测试、插件、拾焊等工作岗位都离不开模拟电子技术的基本知识与技能。[1]在传统的《模拟电子技术》课程教学中,往往
是老师重点进行理论知识的讲解,再加以一些验证性的实验。而这些验证性的实验往往仅针对一个孤立的电路,与实际应用没有太大联系,与职业岗位基本技能需求相脱节,学生的动手能力得不到很好的锻炼。
因此,《模拟电子技术》的教学内容如果不打破传统的教学方法,进行理论和实践相结合的课程体系改革,学生将很难适应社会对人才的需求。
“教、学、做”一体化的教学模式,是一种将理论教学与实践教学有机融合在一起,以“做”为载体和目标的教学方法,学生在“做中学”,教师在“做中教”。在该教学模式中,以“项目”为主线,将理论教学内容与实践教学内容整合在一起,进行项目化教学。要求授课教师都是既能进行理论教学又能指导学生实践的“双师型”教师,同时授课地点也不再有理论课教室与实验、实训室之分,实现了教学环境的“一体化”。这样的教学模式,可最大程度激发学生的学习积极性,同时可有效提高教学时间和教学设备的利用率,使教学内容更具有针对性,从而提高学生的职业岗位技能。[2]
因此,通过“教、学、做”一体化的教学模式对《模拟电子技术》课程体系进行重组和优化,从而提高课程的教学效果是十分必要的。
二、以“教、学、做”一体化教学模式
重组及优化课程体系
(一)合理划分教学模块,确定合适的项目载体
根据课程的性质和特点,按照职业岗位所要求的知识与技能,我们将课程的全部教学内容划分为以下几个教学模块:半导体二极管及其基本应用、直流稳压电源、三极管及基本放大电路、集成运放电路、负反馈放大电路、功率放大电路、振荡电路、晶闸管应用电路。我们围绕这些教学模块,确定了五个小型电子产品项目:直流稳压电源的制作与测试、音频功率放大器的制作与调试、函数信号发生器的制作与调试、调光台灯的制作与调试、无线话筒的制作与调试以及一个综合性的制作项目——收音机的制作与调试。表1中给出了各个项目的完成步骤及所包括的教学模块内容。
通过完成这些项目的制作任务,可使学生较为直观地学习课程相关的理论知识,训练相应的技能,以取得本课程所要求达到的能力,如:常用电子元器件的识别和检测能力;常用电子仪器仪表的使用能力;电子电路图的识图能力;简单电子电路的设计能力;电子电路印制板设计、焊接、测量、调试能力;典型电子电路的故障分析和检修能力等。
(二)以工作过程为导向,重新设计教学过程
在教学中,我们摒弃以往“教师满堂灌”的做法,将课程的重点转向学生的“做”,并以工作过程为导向,将每个“项目”的教学设计为一个个典型的“工作任务”:项目分析、查找资料、设计产品电路、产品电路性能仿真、产品PCB(或万能板)的制作、产品调试、产品设计报告及相关工艺报告整理等。在“项目”的实施过程中,我们将学生分成若干个“工作小组”,并要求每个“工作小组”成员进行分工,合作完成从信息的收集、工作计划的制定到工作任务的实施等系列工作,教师作为教学的咨询者和课堂教学主持者完成任务的布置、项目分析、相关知识理论分析以及答疑的工作。在这样的教学过程中,教师要充分发挥学生的主观能动性,鼓励学生大胆创新。
(三)以项目为载体,重新整合教学内容
在每个项目的实施过程中,涉及到的知识除了包含本课程相应教学模块的内容以外,还会综合运用电子专业其他相关课程的知识,如:在进行电路性能仿真时,学生必须熟练掌握Multisim仿真软件的使用方法;在进行电子产品PCB板(或万能板)的制作过程中,学生应当能够综合地运用电子电路印制板设计和制作的相关知识。在以往的教学中,这些知识是分散在其他各门课程中的,彼此之间相对独立,教学效果很不理想。
在“教、学、做”一体化的教学模式下,项目的制作过程中需要什么知识就学什么知识,因此我们将以往在其他课程中开设的“Multisim仿真软件的使用”这一章节的知识融入到了本课程中,同时将原来安排在后续学期开设的《电子设计自动化》课程调整到本学期与《模拟电子技术》课程同时开设,这样大大提高了本专业相关知识的互相渗透、综合运用。
(四)“教、学、做”一体化教学模式课程考核评价方法
在“教、学、做”一体化教学模式的成绩评价体系中,强调的是过程考核。因此,我们在每个项目中都安排了相应的考核内容。在考核过程中,应综合评价学生的设计方案、数据分析、电路制作工艺、电路调试技能及问题解决能力等方面的内容,使学生真正将课程内容学活。每个项目结束后,由教师对本项目进行总结,对学生的设计方案、制作过程、调试方法等内容进行点评,进一步加深学生对本项目所涉及知识的理解。
在“项目化”教学体系中,摒弃了传统的成绩评价方法,采用过程评价,目标评价,项目评价,随堂考试方式相结合的方法进行。在评价过程中,应加强过程评价,每个项目都应安排针对该项目的考核内容。在评价过程中,实施评价主体的多元化,采用教师评价、学生自我评价相结合的评价方法。具体的评价手段可以采用观察、现场操作、系统设计报告、闭卷或开卷测试等。评价重点为学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力及创新能力,对在学习和应用上有创新的学生应给予特别鼓励。
三、实践效果及存在的问题
(一)实践效果
教学过程中,我们发现学生对制作电子电路有很高的热情和兴趣,学生积极参与项目制作,在做中学,在学中做,学生感到学有所得,学有所用。该教学模式实现了“以能力为本位”的课程教学,学生的动手能力提高了。从2008年起,我院电子专业选拔出的学生在每年全国及省高职院校职业技能大赛、全国及省电子设计大赛中,都获得了较好的成绩。同时,在“一体化”的教学模式中,要求教师在整个教学过程中既能讲授专业理论,又能指导学生实践,因而进一步锻炼和培养了“双师型”专业教师队伍。
(二)存在的问题
1.实训条件不能满足教学需求
实现“教、学、做”一体化教学,实训条件是保证“项目”按质按量完成的关键因素。但目前大部分学校的实训场所基本上仍然是传统的实验、实训室,与真实的生产场所有较大的差距,而实验设备中部分实验箱、实验台仍是按传统教学模式开发和设计的,其提供的实验、实训内容固定,不能根据教学“项目”的内容灵活变动,因而不能完全满足教学的需要。根据“工学结合”的需求,按照生产现场布局,建立仿真的实训场所,并根据教学“项目”开发合适的实训设备,这样才能使“一体化”教学能够真正落实到位。
2.“双师型”教师的实践能力有待提高
“一体化”教学要求教师知识面广,能根据教学进程及时调整教学活动,能及时解决学生实践过程中出现的各种问题,具有较强的动手能力。然而,高职院校的很多教师缺乏实践经验,没有真正参加过电子产品的研发与生产过程,对岗位职业技能的理解与掌握还存在一定的差距,因而使“一体化”教学法达不到预期的效果。为此,应加强“双师型”教师的培养,通过选派教师到企业实践及鼓励教师参加横向课题的研究等方式,提高教师的实践能力。
3.缺乏真正符合“工学结合”标准的教材
传统教材不适应现在教学的需要。当前,缺乏以实践能力为主线,以工作任务为中心,以真实产品为载体,引入行业职业标准,真正符合“工学结合”标准的教材。这是因为目前大部分高职教材的编写往往是学校单方行为,没有企业的参与,因此教材很难真正体现企业技术标准与要求。
4.师资配备影响教学效果
在传统教学模式下,教师一人说,全班学生听;而在“一体化”的教学模式下,全班学生“做”,教师一人指导,因此老师的教学工作量大大增加,常会出现辅导不能到位的情况。在“一体化”的教学方式下,如何进行教师配备也是一个需要解决的问题。
参考文献:
【关键词】数字电子技术;教学效果;教学方法
《数字电子技术》是高职电子类专业的一门理论性和实践性都较强的专业基础课程,是《单片机技术》、《电子电路设计》、《传感器》等后续课程的基础。电子技术的发展日新月异,新概念、新技术和新设计方法不断涌现,电子技术基础课程的教学面临更高的挑战。传统的教学方法与现代教学的要求不相适应,就降低了基础课程的教学效果,阻碍了学生实践能力、创新能力的发展。因此,必须探求新的教学方法,提高课程教学效果,让学生的专业技能、综合能力得到提高。
1 根据专业人才培养目标,确定课程教学目标
职业教育教学要强调针对性,电子类专业毕业生的主要从事岗位为电子产品的生产装配、安装调试与维修、电子产品的局部设计等,针对这些岗位的要求,明确了电子类专业的人才培养目标,《数字电子技术》作为专业基础课程,应该根据专业人才培养目标,来确定该课程教学目标。专业基础课程教学目标应紧扣专业人才培养目标,为人才培养目标服务,这样才能达到培养具备较快适应生产、建设、管理、服务第一线岗位需要的技术应用型专门人才的职业教育目标。
2 从课程的教学目标出发,精选教学内容
《数字电子技术》的教学目标是通过本课程的学习,学生掌握数字电子技术的基础知识和设计方法,培养学生电子应用电路制作与调试的基本技能;为后续课程的理论基础知识学习和实践技能培养做铺垫,为今后可能更快适应岗位工作打好基础。因此,我们在对教学内容的进行筛选时,以“实用”、“够用”为原则,突出基本原理,基本分析方法和知识的应用,着重集成电路外部逻辑功能的描述、分析和应用,强调外特性和主要参数,回避了繁锁的内部分析和数学公式的推导。
3 根据课程教学内容,精心设计教学方法
教学方法是教学改革的核心,贯穿课堂教学的全过程。教师对《数字电子技术》的教学内容要整体把握,在讲授时,将内容大致分为两大模块:一个模块是基本概念,数学工具,器件工作原理及性能指标等内容;另一模块是这些器件组合成的各种电路及实际应用。
3.1 问题式教学方法的内容及实施
结合高职学生基础差、学习水平参差不齐的实际情况,在第一模块内容的教学方法上,我们要避免单纯的注入式,改用启发式、问题式教学方法。问题式教学方法是一种以解决学生的“问题”为目的教学方法,在教学过程中,教师以基础知识为内容去“设计问题”、引导学生自己“发现问题”“思考问题”然后“假设结论”、“求证结论”,充分调动学生的听觉、视觉、触觉等各种感官共同作用,以问题为中心,引导学生去观察、思考、比较、判断、推理、归纳。在整个教学过程中主体是学生,教师主要起引导作用。
例如,在介绍“与”、“或”、“非”这三种逻辑门电路时,让学生动手用单个“与”、“或”、“非”门电路控制发光二极管,让学生看到发光二极管的变化,激发学生的兴趣,学生发现“两输入端同是输入高电平,但连接不同的门电路,二极管的发光情况不同”的现象,简单介绍门电路的逻辑关系,再让学生用门电路控制单个数码管,分别输出0―9这十个数字,学生兴致勃勃,然后抛出问题“可不可以用多个门电路组合控制多个数码管,同时输出0―9这十个数字呢?”学生跃跃欲试。在学生连接电路过程中,不断设计问题,师生共同解决问题,创设教学情境,逐步引入卡诺图、组合逻辑电路、时序逻辑电路等新内容的学习。这样教学内容环环扣,教学做一体,调动学生学习主动性,激发学生创造性,提高了课堂效果。
在《数字电子技术》课程教学中,教师实行问题式教学,改变了知识的传统讲授方式,把课堂从“灌满堂”变为全体学生积极主动参与的“乐满堂”,课堂中学生的个性得到了重视,每一个学生都有体验成功、尝试创新的机会,促进了学生认知、情感、技能的全面发展。
3.2 项目式教学方法的内容及实施
“项目教学法”是一种典型的以学生为中心的教学方法。在整个教学活动中,教师将教学内容设计成一个或多个项目并交给学生,由学生以单个或小组的形式,负责完成分析项目,收集资料、设计方案、实施方案及考核评价,教师在这一过程中只是起到指导、答疑的作用。随着每一个阶段任务的逐步完成,学生循序渐进地掌握了数字电子技术的相关知识,更大的激发出学生的学习兴趣。在完成项目的过程中,学生的分析问题和解决问题的能力不断提升、良好的团队合作精神及良好的职业道德和职业素养逐渐养成。
项目教学法的具体实施贯穿在教学的过程中,如在讲到时序逻辑电路时,可以让学生以小组的形式,设计制作一个数字钟电路。这就要求学生理解秒脉冲发生器及显示译码器的基本原理、了解各种器件的性能及指标、电路的连接方式;思考高、低电平有效与显示译码器相互匹配、各个电源电路信号相互连通等问题,还涉及到画电路图,电路仿真,实物制作等实践环节。在列真值表用卡诺图化简写出最简表达式画出逻辑电路图选择元器件连接电路,到调试完成设计的过程中,学生是主体,遇到问题,自己查找资料解决。学生看到自己的设计渐渐能实现功能,就激发了学习的兴趣和热情,带着兴趣,理性地深入学习,对教学内容有了更深刻理解,学习兴趣就更浓,进而步入良性循环的学习过程。任务完成后,小组之间进行自评、互评,互相交流学习,并选出优秀的作品进行展示,然后请学生分析总结自己的作品存在哪些问题,与好的作品存在哪些差距,总结成功的经验和失败的原因,提出改进的方法,分享自己学会的知识和技能,最后由小组长和老师对小组成员的参与作用、合作能力、创新精神和团队精神等方面进行综合评价,最大程度的发挥学生的主观能动性,挖掘其潜能,从而达到提高教学质量的目的,这在高等职业教学中有着重要的意义。
“项目教学法”改变了“教师讲,学生听”的被动教学模式,建立了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学氛围,提高了课堂的效率。
4 与现代技术相结合,更新教学手段
在教学手段上,应打破以往只注重公式的推导和定理应用教学模式。利用多媒体技术,进一步丰富和优化实验教学手段。在日常的,教学中恰当使用仿真软件中提供的虚拟元件、虚拟仪器进行仿真实验,能更为直观的将结果展现出来,且教学形式比较灵活,并可以提高学生的学习积极性。
在数子电子技术实验教学中,目前使用的EDA工作软件有EWB(Eleetronic Wok Bench),它虚拟了一个可以对数字电子电路进行模拟仿真的工作台,具有较完善的各种器件模型库和常用分析仪器,能进行电子电路的设计,并能对电子电路进行较详细的分析,它可以完成在实验室进行的很多数字电路实验。例如,在制作数字钟电路时,学生会发现用脉冲发生器与二十四进制电路连接制作的电子钟不实用,芯片和导线太多,与日常使用的数字钟相差甚远,这时使用EDA技术设计电路,就可以自由发挥去设计一个完美的数字钟了。仿真软件的正确使用,可以培养学生运用软件解决分析问题的能力,建立正确的设计及分析理念。
虚拟实验不受工作场地、仪器设备和元器件品种、数量的限制,便于开设设计性、综合性实验,既打破了实验设备缺乏带来的局限,又解决了课堂上未能解决的问题,这对传统的实验教学起到了很好的互补作用。
5 与时俱进,及时将新知识、新技术融入课程教学
现代电子技术正迅猛发展,若《数字电子技术》课程的授课内容,还是以中、小规模数字集成电路为主,那就与目前电子信息产业大规模集成电路器件高速发展和应用的趋势严重脱节。讲课效果较差,学生普遍感觉“实践中用不上所学的知识,实践中需要的知识没学过”。因此,要提高课堂教学效果,就要求深入了解相关电子产业的发展,加强与企业的合作,与企业技术人员结合实际生产技术和生产的典型产品,编写相关课程教材,及时将新知识、新技术融入到课堂教学中,让学生体会到所学知识很实用的,也就提高了学习的积极性。
对《数字电子技术》课程的教学方法进行改革,在教学过程中运用问题式、项目式等新的教学方法,激发学生学习的积极性。结合现代技术,更新教学手段,使学生由被动的接受变为主动的学习,提高了课程教学效果。通过一些小型实用电路的设计、仿真和制作,把理论知识应用到实际中,又将实际生产中的新技术融入教学内容中,使学生既掌握了技能,又培养了他们分析问题、解决实际问题的能力,开拓了学生的思路,培养了他们的创新能力,从而真正实现了高职教育的目的。
【参考文献】
[1]陈木鑫.《数字电子技术》教学改革探索[J].改革与开放,2013(02).
[2]汪涛.基于项目式的高职数字电子技术课程教学改革探讨[J].文山学院学报,2012(06).
1对电子设计竞赛高职组试题的探讨
大学生电子设计竞赛命题一般是以电子电路(含模拟和数字电路)应用设计为主要内容,可以涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA软件工具和PC机(主要用于开发)的应用。题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分,着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力,考核学生的创新精神和独立工作能力,考核学生的实验技能(制作、调试)。具体的竞赛试题一般具有特定工程背景,其涉及的专业知识面广,综合应用性强。在给定功能和性能参数要求的情况下,由一个参赛队在四天内共同设计、制作完成。起初在竞赛的选题上,高职院校的参赛选手与本科生没有什么区别,都是从同一组试题中进行选题,其竞赛的成绩与本科生差距明显,多数参赛队伍都难以按要求完成其中的理论设计部分。从2007年开始,组委会采用了本科生组(甲组)和高职高专学生组(乙组)分开的两组竞赛题目,高职组的题目相对本科组除难度小些,要求降低外,其他方面并没有多大区别,仍然是以电路的综合设计与制作为主,评分标准也大体相同。从今年9月份举办的竞赛来看,仍是这种情况,给人的感觉只是本科生试题要求的缩水。竞赛对高职生在理论设计上的要求分量显得过重,与当前高职教学改革的方向似乎有些偏离。高职教育在我国经历了十多年的发展,全国各类高职院校成立之初,课程的设置与本科院校同类专业差别不大,许多课程只是本科课程的压缩。随着高职教学改革的深入开展,其培养目标和职业岗位定位越来越清晰。教育部对高职生的培养目标是要求学生具有较强的动手能力与实践能力,要求学生毕业后从事生产第一线的设备维护、维修、安装、调试等工作,这与就业市场对高职生的需求是相符的。高职的课程改革也逐渐走上了以就业为导向,校企合作、工学结合的道路。在这种趋势下,大学生电子竞赛对高职生在电路综合设计方面的要求则难以发挥导向作用,以至于一些院校为了应付竞赛而另外为参赛选手开设培训课程的情况。既然竞赛专门开设了高职高专组,在题目的设计和要求上是否能多考虑高职教育的特点和职业岗位的要求,不仅在难度上与本科组有所区别,在竞赛的侧重点和评分标准也应有所不同。例如本科组可侧重综合设计,高职组侧重制作和测试,这样更符合不同层次的高等院校对人才培养的定位要求。
2综合设计型人才难以成为高职教育的培养目标
虽然高职生也是从每年的高考中录取的,但是在入学分数上毕竟比本科生差了一个等次,这个差距反映出他们的中学知识基础和学习能力与本科生的差距。许多学生读高职是想学一门专业技术,希望在动手能力上强于本科生,在今后的就业市场上找到属于自己的位子。基础、能力和心理上的定位预期决定了他们中的大多数人难以在电子电路的综合设计上有所作为。电子信息技术是现代科学技术中的高新技术,其理论抽象、高深,初学者不容易理解和掌握。高职生由于中学的物理和数学基础较差,教学中他们普遍反映专业理论课程的学习难度大,感到内容抽象、难以掌握,理论考试不及格的情况在各高职院校都较为普遍。另外,高职生在校学习时间短,也制约了他们深入、全面地学习电子信息技术和相关知识。许多高职生实际在校学习时间为2年或2年半,最后一年或半年学校安排到企业实习。所以每届参赛的高职生,多以二年级的学生为主,以他们的课程安排来说,还只是学了一些基础理论,加上近年来的高职教学改革更侧重于培养学生的动手实操能力,许多理论课程被压缩,或降低要求,有设计要求的课程很少。在这种情况下,培养的高职生大多数不具备综合全面的设计能力。因此,课程难度与学习时间的限制决定了难以将高职生培养成为电子电路方面的设计型人才。就业市场对高职生的需求和定位也越来越清晰,多数电子企业并不要求高职生具备设计开发电子产品的能力。以我校应用电子技术专业多年来毕业生的就业情况来看,在电子行业工作的大多数毕业生都是从事电子产品的生产制造与维修工作,只有极个别的学生有机会从事电子产品的设计开发。因此,就业的导向也决定了高职电子信息类专业教学不能以培养设计开发型的人才为目标。
3以专业职业岗位技能要求为导向设计高职竞赛题目
高职院校的办学目标定位就是要培养出符合区域经济发展需求的高素质技能型人才,其核心任务就是要提高学生的职业技能与综合职业素质。在电子产品的设计、制造和服务领域,职业岗位对高职生技能的要求是能够从事更高级、更复杂、更精细的工作。如果考虑到目前高职教育的特点,以电子专业职业岗位技能要求为导向设计高职电子竞赛试题,可以从两方面考虑出题,一是以电子电路的制作与测试为主;二是以电子产品故障的分析与维修为主。这两方面是电子信息专业的高职生要掌握的主要职业技能,把这两方面的职业技能要求引入到竞赛中,通过赛项的设计将引导高职泛信息类相关专业课程设置和教学改革、人才培养模式改革与创新方向。大学生电子设计竞赛高职高专组的命题设计,可以侧重考核参赛者的电路制作与测试能力,降低对电路综合与程序设计要求,甚至不做要求,直接给出电路原理图和控制程序,变设计制作为分析、制作和测试为主。让高职生在识读电路原理功能、弄清信号流程、读懂程序设计的基础上,进行PCB电路板的设计制作;元器件的选择安装;程序的输入调试;电路功能的实现;整机性能参数的测量。以充分反映参赛的高职生对电路的理解和将图纸变为实物的技能水平。全国职业院校技能大赛高职电子信息类的选题,可以以电子产品故障的分析与维修为主。今年全国职业院校技能大赛高职组的“芯片级检测维修与信息服务”试题,就是按照完整的芯片级维修工作过程设计竞赛题目,竞赛内容体现实际工作过程的真实性。今后的竞赛若能以电子产品整机的维修作为竞赛项目(如数字电视、手机、电脑、数码产品等),在一个产品上设置多种故障,能涉及更多更全面的维修知识和技能。对高职生的维修技能要求应与经验型维修有所区别,应重点要求能从硬件和软件原理分析,仪器检测等分析复杂故障,写出故障分析报告。对于一般的维修技能也应有所要求,如根据电路板绘出局部电路图、软件的擦写、芯片的拆焊、元器件的代换、维修工具的使用等。
4高职电子信息专业培养的能力目标定位
关键词:工程认证;复杂工程问题;过程控制;考核方式
一电子类课程设计相关概述
2016年6月我国成为《华盛顿协议》正式成员,标志着我国高等工程教育进入了新阶段。五邑大学顺应大趋势,加入了高等教育工程认证的行业。作为电子信息工程系的骨干教师,本人参加了五邑大学前期工程认证培养方案形成、大纲编制、专家答辩等各项工作,深知实施工程认证困难重重。根据2018年培养方案,电子信息工程系整合现有实践教学,将原来的《模拟电子课程设计》和《数字电路课程设计》进行了课程整合,形成了《电子电路综合设计》实践课程[1,2]。工程认证,要求以学生为本,目标导向,持续改进,更侧重于对学生能力的培养。根据《电子电路综合设计》课程所涉及的毕业要求指标点,学生完成课程学习后需获得以下方面的能力:(1)通过对具体功能电路的分析、设计和制作,使学生掌握电子电路系统设计的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能,来培养学生分析和解决电子电路复杂工程问题的能力;(2)通过团队合作,实物展示,汇报过程,撰写报告的形式,来培养学生良好的团队合作能力、口头表达能力和书面表达能力。为了体现团队合作能力和口头表达能力,在课程形式的设置上又增加了分组和答辩等相应环节,这使得我们不得不重新设计课程设计教学模式、教学方法和考核形式。
二电子类课程设计教学现状
以《数字电路课程设计》为例,近年来,课程设计的任务是设计彩灯控制器,在功能上可以通过控制电路实现彩灯电路不同花型的变换,指导教师给出任务要求及主要元器件清单,学生们根据要求自行设计电路并制作、调试,最后根据作品的实际效果和设计报告,指导教师给出相应的成绩等级。客观地说,本课程的实际开展效果还是不错的,但结合工程认证的要求,当前的课程设计还存在一定程度的问题,主要体现在以下几个方面。(1)学生的学习状态不佳。虽然在学习综合课程设计时,学生已经学习过《电子工艺实习》《模拟电子技术》《数字电路与逻辑设计》等相关课程,但学生掌握的仅是一些最基本的电子知识,不了解如何应用所学的理论知识;与之相关的理论可也配备有相应的实验,但实验多以验证性实验为主,没有真正意义上设计过电子电路,缺少系统设计的概念。课程设计涉及的知识面广且难度大,使一部分学生产生一定的厌学情绪。学生缺少学习兴趣,动手实践的意愿不强,学习状态不佳。(2)元器件功能拓展性不足,方案设计创新性不够。在课程设计过程中,一般老师会推荐一些元器件型号,因此大部分学生在进行元器件选型时,思路仅局限于这些指定的型号,而忽略了教师同时提出的可用类似功能器件进行设计的要求。如指导教师给出NPN三极管以驱动LED,很少有同学会想到对驱动电路进行简单改动,用PNP三极管来驱动。另外,学生在进行实物演示时,可以看到方案设计的版本偏少,有些学生比较盲从,没有去比较方案为何要这样设计,不同的方案有何优劣,方案设计创新度不够[3,4]。(3)考核形式单一。传统的电子类课程设计类课程考核形式较为单一,只对学生的出勤、设计结果和实验报告进行考核。这种考核方式存在的问题归纳起来有三点,一是缺少过程考核,忽视了对学生在实验过程中的态度、积极性与创新性的考核;二是缺少差别性评价,学生在设计过程中的设计难度、沟通能力、书面表达能力、口头表达能力等不易量化的因素也没有纳入考核范围,同时教师无法准确评估同一小组内不同成员的贡献率。三是评价标准不明确,教师的主观性较大,评定的标准不能具体量化。
三电子类课程设计改革策略
电子类课程设计以学生获得知识能力为目标,采用课堂讲授、启发式,讨论式多种教学模式,将案例教学、任务驱动教学、学生实验、答疑指导等授课方式贯穿教学的全过程。根据课程实施过程,可以将教学内容分为以下5部分,分别为:案例讲解和任务布置、方案设计和评估、实物制作和性能测试、实物验收和撰写报告、答辩和设计报告评分。在电子类课程设计的教学实施过程中,即要体现以解决复杂工程问题为目的的各项能力的培养,又要将《工程教育专业认证标准》中给出的12条毕业要求具体对应到具体的教学环节中。基于工程认证,电子类课程设计从如下四个方面进行了改革。
(1)在课程组织形式上,采用了分组进行的方式。常用的分组方法是教师随机分组和学生自愿分组。教师随机分组不利于发挥每位同学的潜力,形成学习合力;学生自愿分组容易出现“学霸”受欢迎、“学渣”没人理的情况,不利于对团结合作能力的培养。为了克服教师随机分组和学生自愿分组所带来的弊端,电子类课程设计采用基于课前调查的综合型分组策略,兼顾学生意愿,教师指导的分组方法。[5]具体来说,《数字电路课程设计》直接相关的前导课程是《数字电路与逻辑设计》,通过对《数字电路与逻辑设计》课程学习成绩的调查,可以判断学生进入课程前的学习基础;通过对《数字电路与逻辑设计实验》成绩的调查,可以从一个侧面了解学生的实践动手能力。通过调查学生的历史学习能力,结合其自我评价及分组意愿,教师可以指导分组,通过优势互补来提升小组的整体能力。对个人能力突出的学生,可以充当项目负责人,在课程设计过程中考察整个团队分工是否合理,能否妥善解决冲突等;而基础相对薄弱的学生,可以充当项目参与人,在课程设计过程中考察对项目及自己承担任务的理解,与团队成员有无有效沟通等。学生只有明确了各自的任务和目标,才能激发学生的学习兴趣并提升教学参与程度,充分发挥教学过程中学生的主体地位[6]。
全国大学生电子设计竞赛由教育部高等教育司和信息产业部人事司主办。竞赛要求参赛者在规定的4天时间里,在竞赛组委会派出的专家全程监控下,3人一组完成题目选择、方案论证、电路设计、电路安装、软件设计、系统调试和论文写作等一系列工作。全国大学生电子设计竞赛试题实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大。所涉及的电子信息类专业的课程包括电路分析、高频电路、数字电路、模拟电路、单片机原理、EDA、电子测量等;实践性教学环节包括电子线路实验课、单片机原理实验课、课程设计和生产实习等;可选用的器件包括分立元件、集成电路、可编程逻辑器件和单片机等;设计手段可以采用传统的,也可以采用现代电子设计工具,如Pspice辅助分析和CPLD在系统可编程。电子设计竞赛试题既反映了电子技术发展的先进水平,又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。
一、课程体系改革
课堂教学和实验教学是相辅相成的,是学生学习与掌握知识的重要手段。学生在大学期间的学习,是一个认识、实践、再认识、再实践的过程。就认识而言,可以在课堂上认识,也可以在实验室里认识;而就实践而言,也同样可以在课堂上实践。主课程设置上可作如下安排:(1)一年级下学期开设《电路分析》课程并安排实验课,让学生掌握基本的分析电路和设计电路的知识;(2)二年级上学期开设《电子技术基础》课程并安排实验课,在学期末进行两周的电子技术基础课程设计,让学生掌握模拟电路和数字电路的分析和设计知识,锻炼工程实践能力,使学生对电子专业产生浓厚的兴趣;(3)二年级下学期开设《高频电路》《EDA》和《电子电路设计(Protel)》课程并安排实验,培养学生利用计算机设计电路的能力;(4)三年级上学期开设《单片机原理与接口技术》和《传感器原理与应用》两门课程并安排实验,在学期末进行两周的单片机课程设计,让学生制作一个简单实用的电子产品,充分调动学生的积极性,在设计过程中初步掌握程序编制及单片机电路的设计方法,了解电子产品的开发过程;(5)三年级下学期开设《电子测量》和《单片机应用设计》选修课,以单片机为控制核心并结合数字电路和模拟电路设计多个电子产品,使学生熟练掌握程序编制及单片机电路设计方法,熟练掌握各种仪器的使用方法,初步具备独立开发电子产品的能力,为电子设计竞赛培养后备人才。
大学生电子设计竞赛分为全国性比赛和省级比赛,都是每两年举办一次,单数年份为全国性比赛,双数年份为省级比赛,通常在九月初举行。参加竞赛的同学主要为大三的学生,参赛前已系统地完成电子线路理论课和实验课的学习,并掌握了一部分单片机和大规模可编程逻辑器件应用的知识,具有一定的理论基础和动手能力。但是,由于所学各门课程比较独立,同学们普遍缺乏解决实际工程问题和设计制作较大规模应用电路的工作经验。因此,在电子设计竞赛前的暑假,需要对参赛队员进行培训。由于学生已经在《单片机应用设计》选修课中得到锻炼,培训可以在此基础上进行。重点提高学生分析和解决问题的能力、设计制作较大规模应用电路的工作经验和多学科知识的综合应用能力。在培训过程中仿照竞赛要求将同学分组,从较简单的应用电路开始,要求每组学生完成数个难度递增的实验电路设计、制作与调试,并写出详细总结报告。在制作每个电路的训练过程中,鼓励学生用不同的方案实现,培养学生的创新能力。
二、师资队伍建设
现行教育体制目前还存在一些问题,重知识传授而轻素质与能力的培养,重理论研究而轻实践环节的训练,重对传统的继承而轻对现状的突破和创新。认为实验课只是一个辅助环节,实验课的老师可以随意配备,任课老师只要会示波器、信号源和稳压电源等简单仪表的使用就可胜任实验课的教学任务,这种观点是片面的。实验课不单纯是让学生学会仪表的使用,学会测量几个实验数据,更重要的是要帮助他们树立一种系统观念、培养他们系统分析问题、解决问题的能力,提高工程实践能力和培养创新精神。这些不仅要求任课老师有深厚的理论基础,而且还要有较高的业务能力。为此,实验课应该配备一支综合素质高、业务能力强的实验教师队伍。我国现行高等院校大部分实验教师是青年教师,他们理论基础较好,但实践经验缺乏。为了提高教学效果,一方面他们可以向有经验的老教师学习;另一方面,可以到电子企业考察学习,从实际的工作中获取实践经验。
三、培养学生创新能力
关键词电子学建构主义教学研究中图分类号:G424文献标识码:A
电子学是机械类专业的一门重要专业基础课,直接影响到传感器及测试技术、单片机及其应用等专业课课程的学习。电子学课程内容较多,对于初次接触的学生来说,理论与概念抽象,难以理解,是学生一直认为比较难学的课程。为了提高学生学习的兴趣,培养其团队意识与创新意识,本文在分析我校目前电子学教学过程中存在问题的基础上后,从建构主义学习理论的情境与协作两方面着手,初步探讨了电子学教学方法的改革,通过有益的尝试,取得了较好的教学效果。
1 电子学课程教学现状
电子学是我校非电理工类专业的一门重要专业基础课,如机械设计及其自动化、农业机械化及其自动化、汽车服务工程等专业都开设了该门课程。该门课程内容包括模拟电路与数字电路两部分,课程的主要任务是研究电子理论、电子器件及电子电路的应用,具有内容涉及面广、概念抽象、理论性与实践性强等特点。①②一直以来,我校电子学课程主要以理论教学和实验教学相结合的方式进行,课堂上进行了理论讲述后,实验课进行实验验证。从学生学习情况与毕业设计反馈的信息分析,电子学课程教学存在以下几个方面的问题:
1.1 教学方式单一
受传统教学模式影响,电子学课堂教学方法仍以被动式居多,即教师主动教,学生被动学,师生之间界限分明,课堂上师生之间互动性不够,缺少交流和沟通,学生学习时缺乏积极主动的思考,气氛呆板、沉闷,学生学习的积极性难以调动起来。
1.2 教学手段单调
受传统教学手段的制约,教师多采用粉笔板书教学,对电子学知识的一些精髓内容往往难以准确、完整地加以表达,如学生对初次接触的半导体等基本概念与电子理论的理解表面化,对电子学知识中的三极管等元器件与设备的学习抽象化,对放大电路等电子电路与电子技能的应用格式化,导致学生分析问题与解决问题的能力难以得到提高。
1.3 验证性实验偏多
为保证学生在规定时间内完成实验教学任务,该门课程所开设的实验主要是一些依附于电子理论教学需要的验证性实验, 不仅缺少理论联系实际的综合性实验,更缺少能培养学生独立思考与实践动手能力的设计性实验。学生缺乏自主设计与制作电路的能力,不利于学生创新思维和实践能力的培养。
2 电子学教学方法的改进
为提高电子学教学效果,培养学生的创新意识与实践能力,近几年来,笔者对电子学教学方法进行了不断地探索。建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素,③④笔者从情境与协作两方面着手,对电子学课程的理论与实验教学方法进行了研究。
2.1 以多媒体课件为平台,创设多样化情景,实现情景教学
建构主义认为,学习活动是在一定的情境即社会文化背景下进行的,在教学过程中应把学习与具体的情境联系起来,使学生形成背景性经验,从而掌握知识的相关性,在情境中对所学知识形成多方面意义建构。⑤在电子学课程理论教学中,创设多样化情境有利于调动学生的多种感官去探索问题并解决问题,从而培养创新意识。因此,可以以多媒体课件为平台,创设多样化情景,并在课件上以声、图、动画的形式体现,实现情景教学,提高学生学习兴趣。此外,还能有效地增加课堂信息量, 提高教学效率。
情景一:二极管教学时,可以电视机、手机上的充电器上的指示灯为教学情境,提升学生的感官认识。
情景二:特殊二极管教学时,可以家用电器所需的稳压装置为教学情境帮助学生理解稳压二极管,以机器人自动巡线为教学情境帮助学生理解光电二极管。
情景三:放大电路教学时,可以上课所用麦克风、收音机等为教学情景,分析放大电路的作用是对一个微弱的信号进行放大从而推动负载进行工作,强度其用途广泛,提高学生学习的主动性。
情景四:放大电路失真教学时,以电话通话、KTV唱歌显原音为情景教学,分析失真的概念,加强学生对概念的直观理解。
情景五:直流稳压电路教学时,以手机充电器,笔记本电脑工作以及电工电子实验台所需供电电源为教学情景,提高学生的学习兴趣。
2.2 设计教学任务,营造自主学习、协作学习的环境,培养合作精神
建构主义认为,学生与周围环境的相互作用对知识的意义建构起着关键作用。即学生之间通过协作交流,对知识的理解将更加丰富和全面,教师则应尽量引导学生进行探究,提高学生学习的自主性,使其主动搜集、分析并利用有关的信息和资料。⑥根据建构主义思想,在电子学课程的实验教学中,改变传统的实验模块化教学方式,并减少验证性实验数量,增加设计性、综合性实验比例,即在实验教学过程中,教师布置实验教学任务,由学生自主设计实验电路并协作完成实验。由此,培养学生创新能力、实践能力及合作精神。
任务一:低频电压放大电路设计。
给定三极管、电阻元件若干、电容元件若干与导线等,要求实现单管电压放大电路、射极跟随器等放大电路,并通过实验台上的函数信号发生器、示波器等进行调试与验证后总结对应的放大电路特性。
任务二:集成运算放大电路设计。
给定集成运算放大电路芯片LM741,电阻若干,要求实现加法运算放大电路、减法运算放大电路及比例运算放大电路等,并通过实验台上的函数信号发生器、示波器等进行调试与验证。
任务三:直流稳压电源设计。
给定四个二极管IN4007、变压器、稳压管、电阻若干、电容若干与导线等,要求分别实现二极管桥式整流电路、电容滤波电路与稳压管稳压电路,调试与验证后对试验结果进行分析,总结电路的特点。
任务四:组合逻辑电路设计。
给定门芯片如74LS00、74LS08、74LS20等,要求学生自主设计表决电路、比较电路及加法器等组合逻辑电路,并通过相互间的协作完成实验内容。
任务五:计数器设计。
给定触发器芯片74LS74、74LS112和LED指示等,由学生自主设计加法计数与减法计数电路,通过相互间的协作完成实验内容。
3 教学效果
将建构主义学习理论应用于电子学课程教学中,通过两年的教学实践,教学效果得到明显提高。
3.1 学生学习兴趣与学习热情得到提高
以多媒体课件为平台,创设多样化情景,实现情景教学,使学生在营造的教学情境中,明白了所学理论的实际用途,在学习过程中做到理论与实践相结合,从而激发了学生的求知欲,调动了学生学习的自主性和积极性,学习兴趣与热情也因此得到提高。
3.2 学生合作精神与协作能力得到培养
实验教学中由教师布置实验教学任务,学生自主设计实验电路并协作完成实验,是以教师为主导,学生为主体的教学方式,培养了学生的合作精神,在近几年的各类创新比赛如全国大学生电子设计竞赛、机器人电视大赛中,学生之间的协作能力可见明显提高。
3.3 学生创新思维与实践能力得到提升
情景与协作相结合的教学方式,培养了学生独立思考问题与解决实际问题的能力,因此创新思维能力得到提高,在近几年的教学中,学生积极提出自己的创新想法,并付诸实践,同时,积极参加各类创新设计大赛,取得良好的成绩。
注释
①郭秀梅,姜滦生,李晓霞等.基于建构主义学习理论的电工电子学教学实践[J].河北科技师范学院学报,2005.19(4):63-66.
②罗亚辉,李旭,康江等.论电子学实验教学与创新能力的培养[J].今日科苑,2008(2):261-262.
③王沛,康廷虎.建构主义学习理论述评[J].教师教育研究,2004.16(5):17-21.
④张慧惠,朱乐红.建构主义教学理论与大学生英语自主学习能力的培养[J].湖南农业大学学报(社会科学版),2007.8 (1):90 -92.