【摘要】該文分析了獨(dú)立實(shí)踐課的設(shè)置背景，詳細(xì)介紹了《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求及考核方式。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐與總結(jié)，探索出通過(guò)獨(dú)立實(shí)踐課提高學(xué)生動(dòng)手能力的一種有效的教學(xué)模式，取得了顯著效果。

【關(guān)鍵詞】實(shí)踐教學(xué);教學(xué)改革;電工電子

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)04—0132—03

引言

高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力”的方向發(fā)展，培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿Υ蟮膹?fù)合型人才是高等教育追求的目標(biāo)。電子信息類專業(yè)主要培養(yǎng)具有寬厚電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、較強(qiáng)的電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐能力、科學(xué)的思維方法、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、能從事各類電子設(shè)備和智能儀器的研究、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

當(dāng)今世界，電子產(chǎn)品層出不窮，并且向智能化方向發(fā)展，這樣日益凸現(xiàn)出單片機(jī)和FPGA等可編程器件在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新中的重要性，用人單位普遍要求求職的畢業(yè)生能夠掌握單片機(jī)的基本原理和設(shè)計(jì)方法，有的單位甚至要求畢業(yè)生具有基于單片機(jī)系統(tǒng)的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[1]。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是指基于單片機(jī)控制的完整應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試等多方面的知識(shí)。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系是以《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程為核心，由《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《感測(cè)技術(shù)》、《電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化》、《可編程邏輯器件及應(yīng)用》、《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》等相關(guān)課程組成。

一 設(shè)課背景

學(xué)生經(jīng)過(guò)《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《感測(cè)技術(shù)》、《電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化》、《可編程邏輯器件及應(yīng)用》、《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》等課程的學(xué)習(xí)，通過(guò)教師教學(xué)和隨課的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于電子信息領(lǐng)域的相關(guān)理論知識(shí)有了了解和掌握，基本能夠進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，但驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多數(shù)是教材內(nèi)容的演示和再現(xiàn)，學(xué)生基本沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)，綜合實(shí)踐能力有待提高，學(xué)生沒(méi)有發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，不利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。

通過(guò)分析學(xué)生參加多屆電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的情況，我們發(fā)現(xiàn)，按傳統(tǒng)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法培養(yǎng)的學(xué)生，在參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。比如:對(duì)某一功能電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，理論上設(shè)計(jì)正確但在工程上卻無(wú)法實(shí)現(xiàn);單元電路正確卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào);各模塊功能實(shí)現(xiàn)卻無(wú)法完成一個(gè)系統(tǒng)等等。這是因?yàn)殡娮釉O(shè)計(jì)競(jìng)賽既不是單純的理論設(shè)計(jì)競(jìng)賽，也不僅僅是實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，而是由一個(gè)參賽隊(duì)共同設(shè)計(jì)、制作完成一個(gè)有特定工程背景的題目的競(jìng)賽。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽不僅要在單元電路上實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，更要考慮模塊間的接口關(guān)系;它既強(qiáng)調(diào)理論設(shè)計(jì)，更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);它考核了學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力，更注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，在2009年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中又增加了性能價(jià)格比和節(jié)能減排方面的考核內(nèi)容，更加貼近工程實(shí)際和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。從所涉及的課程內(nèi)容上看，已經(jīng)不是競(jìng)賽題目一門或者幾門課程所能解決的，而是一個(gè)由相關(guān)課程組成的課程群。再?gòu)母?jìng)賽使用的器件上看，有很大一部分是理論教學(xué)中沒(méi)有講授和更新的，因?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)的發(fā)展太快，新技術(shù)、新器件層出不窮，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和體系面臨了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，如果不進(jìn)行改革，建立一個(gè)新的理論課和實(shí)踐課教學(xué)課程體系，就無(wú)法適應(yīng)培養(yǎng)現(xiàn)代化人才和發(fā)展高等教育的需要。

高等學(xué)校培養(yǎng)的人才最終是為社會(huì)和國(guó)家服務(wù)的，學(xué)生經(jīng)過(guò)四年的本科學(xué)習(xí)，最終要走向社會(huì)，從畢業(yè)生的就業(yè)情況看，絕大多數(shù)畢業(yè)生從事電子信息相關(guān)的工作[2]。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，到企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)的學(xué)生通常是電子競(jìng)賽獲獎(jiǎng)或參加了電子競(jìng)賽培訓(xùn)的學(xué)生，動(dòng)手能力較強(qiáng)，而從事銷售、服務(wù)等工作的畢業(yè)生很大比例是不能夠進(jìn)行研發(fā)，不得已才去做銷售、服務(wù)的。為了使學(xué)生掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，在相關(guān)理論課教學(xué)完成后我們開(kāi)設(shè)了一系列的獨(dú)立的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課，對(duì)學(xué)生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以集中時(shí)間完成一系列的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鞏固理論教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)水平，為參加各級(jí)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和以后就業(yè)打好基礎(chǔ)，一舉兩得，事半功倍[3]。

二 實(shí)踐課設(shè)置情況

系列實(shí)踐課的設(shè)置遵循認(rèn)知規(guī)律，是在隨課實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和深入，經(jīng)過(guò)調(diào)研和討論，聽(tīng)取兄弟院校、相關(guān)企業(yè)和畢業(yè)生的意見(jiàn)和建議，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力方面除了專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)外，設(shè)置了一系列的獨(dú)立實(shí)踐課，分布于各個(gè)學(xué)期的教學(xué)中。以電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案為例，實(shí)踐課設(shè)置情況如表1所示:

實(shí)踐課的教學(xué)基本上在相關(guān)的理論課程教學(xué)完成后進(jìn)行，保證學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐課時(shí)已經(jīng)完成先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，除《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》，其它多數(shù)實(shí)踐課是對(duì)某一課程的強(qiáng)化和拓展。

三 《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》教學(xué)過(guò)程

在系列獨(dú)立實(shí)踐課中，《電子技術(shù)綜合實(shí)踐》是關(guān)鍵性的教學(xué)環(huán)節(jié)，是最貼近電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和實(shí)際工作應(yīng)用的課程，要求綜合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、傳感器、單片機(jī)、FPGA等多方面的知識(shí)。該課程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，允許學(xué)生自由選題，題目的難度一般介于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)之間。

本課程使學(xué)生能夠較系統(tǒng)地掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，包選題、文獻(xiàn)查閱、方案論證、器件選擇、電路設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)、軟件編程、裝配調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)試、總結(jié)報(bào)告、文檔整理等。學(xué)生完成由單元設(shè)計(jì)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)渡，掌握現(xiàn)代化儀器設(shè)備在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中的應(yīng)用。課程充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力以及協(xié)作精神，并通過(guò)該課程選拔參加各類設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參賽選手。

1 題目設(shè)置

在該實(shí)踐課的教學(xué)上我們選擇了多個(gè)有代表性的、難易不同的實(shí)踐題目供學(xué)生選擇。具體題目有:液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置、電子秤的設(shè)計(jì)與制作、智能電梯控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)、脈搏測(cè)量?jī)x的制作、直流數(shù)控穩(wěn)壓源、數(shù)字式液量測(cè)量系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制測(cè)量?jī)x、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號(hào)發(fā)生器、智能小車等等。這些題目基本上都是綜合性、設(shè)計(jì)性的，有的題目是歷年電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目的簡(jiǎn)化或分解。以液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置為例，該設(shè)計(jì)要求制作一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制裝置，如圖1所示，實(shí)現(xiàn)的功能有:

(1)在滴斗處檢測(cè)點(diǎn)滴速度，并制作一個(gè)顯示裝置，能動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度(滴/分)。

(2)通過(guò)改變h2控制點(diǎn)滴速度，也可以通過(guò)控制輸液軟管夾頭的松緊等其它方式來(lái)控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示，設(shè)定范圍為20-150滴/分，控制誤差范圍為設(shè)定值 10% 。

(3)調(diào)整時(shí)間≤2分鐘(從改變?cè)O(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止)。

(4)當(dāng)h1降到警戒值(2~3cm)時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

這個(gè)題目中對(duì)點(diǎn)滴速度和液面位置的檢測(cè)要用到傳感器，要有聲光報(bào)警電路，需要電機(jī)改變h2高度來(lái)控制點(diǎn)滴速度，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)進(jìn)行控制，通常選擇PID算法來(lái)調(diào)整點(diǎn)滴速度。從實(shí)用和智能化角度出發(fā)，可以擴(kuò)展成網(wǎng)絡(luò)，采用簡(jiǎn)單的RS-232通訊實(shí)現(xiàn)從站和主站之間的通信，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

學(xué)生在選題過(guò)程中進(jìn)行引導(dǎo)，避免多組學(xué)生選擇同一題目，學(xué)生也可以自主擬定題目，經(jīng)過(guò)指導(dǎo)教師審核即可。學(xué)生3人為1個(gè)小組，成員有所分工。

2 教學(xué)要求

(1)綜合運(yùn)用EDA軟件

學(xué)生根據(jù)所選題目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，對(duì)方案中的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括元器件的選擇和電路參數(shù)的計(jì)算。要求學(xué)生通過(guò)各種EDA軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，選擇Multisim7、Proteus、ISE等軟件進(jìn)行相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)。

(2)硬件電路制作

設(shè)計(jì)方案經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過(guò)后，學(xué)生領(lǐng)取所需元器件等材料，設(shè)計(jì)PCB電路板并且自己加工，最后焊接制作電路并調(diào)試。

本課程教學(xué)采用了“模板化”設(shè)計(jì)方法，將學(xué)生設(shè)計(jì)調(diào)試好的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、顯示電路“模板化”，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的局部和整體有機(jī)結(jié)合，提高了實(shí)驗(yàn)資源的利用率和實(shí)踐效率，“模板化”后的單元電路在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中也可使用。

(3)軟件的編制與仿真。根據(jù)已設(shè)計(jì)出的軟件系統(tǒng)流程圖，編制出各功能模塊的子程序及整機(jī)軟件系統(tǒng)的主程序，程序設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮與所設(shè)計(jì)硬件電路的連接及有關(guān)指標(biāo)要求。向?qū)W生推薦使用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)的編程與開(kāi)發(fā)，用C語(yǔ)言進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)更方便移植，貼近實(shí)際工程背景，適合開(kāi)發(fā)大型的工程應(yīng)用程序。

(4)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。學(xué)生集中在1周內(nèi)完成所選題目，3個(gè)學(xué)生為1組，按照模塊化設(shè)計(jì)方式有所分工，當(dāng)每個(gè)同學(xué)所負(fù)責(zé)的模塊調(diào)試成功后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，要求學(xué)生之間相互配合，遇到問(wèn)題一起找原因、想辦法，而不是相互埋怨、推脫責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，積累系統(tǒng)調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

(5)撰寫實(shí)踐總結(jié)報(bào)告。

書寫高質(zhì)量的工作總結(jié)是反映工作實(shí)踐素質(zhì)高低的一個(gè)重要方面，工程技術(shù)人員應(yīng)能用書面形式系統(tǒng)、完整、清晰地表達(dá)自己的研究成果，其目的是讓人很容易地看懂所研究課題的內(nèi)容、方案、原理、實(shí)現(xiàn)方法等。因此，書寫實(shí)踐總結(jié)報(bào)告也是實(shí)踐課考核的主要內(nèi)容之一。

3 考核方法

(1)設(shè)計(jì)方案正確性與合理性，綜合考慮性能價(jià)格比和系統(tǒng)功耗。

(2)實(shí)踐動(dòng)手能力，包括PCB設(shè)計(jì)水平、安裝工藝水平、焊接工藝水平。

(3)設(shè)計(jì)成果，達(dá)到的指標(biāo)。

(4)調(diào)試中分析和解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)新精神。

(5)題目的難易程度。

(6)獨(dú)立工作能力，實(shí)踐工作態(tài)度。

(7)總結(jié)報(bào)告完成的質(zhì)量。

四 教學(xué)效果

經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)和改革，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)取得了較好的效果。2005年以來(lái)，學(xué)生參加了全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和浙江省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，共獲3個(gè)全國(guó)一等獎(jiǎng)，2個(gè)全國(guó)二等獎(jiǎng)，4個(gè)省一等獎(jiǎng)，6個(gè)省二等獎(jiǎng)。近5年，本科生一次就業(yè)率年均在90%以上，多數(shù)畢業(yè)生到企業(yè)從事研發(fā)工作，少數(shù)畢業(yè)生獨(dú)立創(chuàng)業(yè)、注冊(cè)公司進(jìn)行電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

此外，學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目、獨(dú)立申報(bào)承擔(dān)浙江省新苗計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、校級(jí)學(xué)生科研項(xiàng)目的數(shù)量都顯著提高。

五 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐課主要體現(xiàn)在對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)或產(chǎn)品的研制，使學(xué)生經(jīng)歷從課題任務(wù)的提出到方案的論證、設(shè)計(jì)，軟件及硬件的開(kāi)發(fā)、聯(lián)機(jī)調(diào)試等若干步驟。學(xué)生通過(guò)自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方法等，綜合應(yīng)用電子技術(shù)的能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力得到了很大的提高，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。這些實(shí)踐課是在理論課教學(xué)和相應(yīng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的深入和提高，是對(duì)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐能力、獨(dú)立工作能力及創(chuàng)新能力。

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