楊衛(wèi)軍，許 哲，楊忠良

(第二炮兵工程大學(xué) 理學(xué)院，西安 710025)

電子創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)選修課是在學(xué)生完成《電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》課程后開始的創(chuàng)新類選修課，對全面推進(jìn)以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)的素質(zhì)教育、營造具有創(chuàng)新特征的教育環(huán)境和教育氛圍，提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力、啟發(fā)創(chuàng)新意識，還可以作為本科生參與各種競賽前的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)［1］，拓寬學(xué)生知識面、培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，充分滿足學(xué)生的興趣、愛好和良好個性與特長的發(fā)展，對提高電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平具有重要作用。如何設(shè)置合適的電子創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)選修課，開展好實(shí)驗(yàn)選修課是需要研究的課題［2］。

1 實(shí)驗(yàn)選修課的設(shè)置

電子創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)選修課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須以設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主，盡可能多地給學(xué)生提供實(shí)際動手的機(jī)會，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。可以通過一個個具體的實(shí)

驗(yàn)課題，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計過程中，強(qiáng)化對知識的理解與靈活應(yīng)用、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計與操作的能力、提高對實(shí)驗(yàn)方案的評價能力與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力，特別是學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的綜合能力［3－7］。電子創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)選修課具體可分為三類來設(shè)置。

1.1 綜合提高類

綜合提高類創(chuàng)新選修實(shí)驗(yàn)結(jié)合基礎(chǔ)必修實(shí)驗(yàn)課開設(shè)，讓基礎(chǔ)扎實(shí)，學(xué)有余力的學(xué)生選做，并可適當(dāng)提高要求。讓學(xué)生對所學(xué)知識融會貫通，掌握全課程的要求，并可以對預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行考察、測試。

1.1.1 電子綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)

這部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為:高頻小信號放大器的設(shè)計、自動增益放大器的設(shè)計、運(yùn)算放大器的程序控制、溫度測量與控制電路設(shè)計等。其目的是使學(xué)生能綜合利用實(shí)驗(yàn)和理論知識解決問題。

1.1.2 EDA軟件應(yīng)用

學(xué)習(xí) Pspice軟件、MaxplusⅡ軟件、Verilog HDL語言，繪制電路圖，要求能對各種仿真工具、方法有一定的認(rèn)識與掌握。然后，可繼續(xù)學(xué)習(xí)包括編程語言、自動布線和制作PCB板在內(nèi)的各種高級應(yīng)用;加深對電路性能的理解;在解決問題的過程中學(xué)習(xí)到調(diào)試方法;利用仿真軟件的計算功能對理論課上學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證和深化。

1.1.3 高速嵌入式硬件設(shè)計

學(xué)習(xí)常見嵌入式處理器和配套器件的使用方法，掌握基于Protel和Candence軟件的嵌入式系統(tǒng)電路圖設(shè)計，掌握設(shè)計規(guī)則和信號完整性設(shè)計，熟悉高速信號的布線規(guī)則，學(xué)會功耗估計和熱設(shè)計，完成基于嵌入式處理器的系統(tǒng)設(shè)計。

1.2 創(chuàng)新系統(tǒng)類

創(chuàng)新系統(tǒng)類實(shí)驗(yàn)如表1所示［1］。這些課程結(jié)合一些有實(shí)際應(yīng)用背景的課題讓學(xué)生在掌握該芯片設(shè)計方法，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，教師可只規(guī)定設(shè)計的方向，培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)、自主完成、自主調(diào)試，在發(fā)現(xiàn)中體會樂趣，在挑戰(zhàn)中體會知識的價值，教師要做好引導(dǎo)，避免實(shí)驗(yàn)難度過大，不可實(shí)現(xiàn)，并及時提供資料和技術(shù)幫助。學(xué)生可以依據(jù)方向自己選題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣在教師指導(dǎo)下，學(xué)生可根據(jù)自己所掌握的理論知識及興趣愛好，自主選擇適當(dāng)?shù)念}目進(jìn)行設(shè)計、制作。同時，經(jīng)教師審核，也可自帶題目到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計、制作。

表1 創(chuàng)新系統(tǒng)類實(shí)驗(yàn)課程

1.3 科研課題類

以實(shí)驗(yàn)室為依托，篩選一批典型的科研項(xiàng)目和成果(可以引自教師承擔(dān)的課題，也可以是專業(yè)教研室的課題)，分別組成課程內(nèi)容相對獨(dú)立的教學(xué)單元，組織學(xué)生輪流到相關(guān)教學(xué)單元所在的實(shí)驗(yàn)室，由高水平教師和有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員現(xiàn)身說法，用通俗的語言和直觀的形式(如實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場、圖板、音像資料、報告文檔、原始資料、啟發(fā)式設(shè)問等)全方位展示科研過程，講述項(xiàng)目的背景、立項(xiàng)和實(shí)施的過程、所依托的裝備條件和遇到的問題、解決問題的思維方法，與學(xué)生進(jìn)行討論交流，分享自己的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、心得體會。學(xué)生可以參與科研項(xiàng)目的研究，也可以歸納子課題自己完成，教師要和專業(yè)教研室溝通好做好指導(dǎo)［3］。例如，要求學(xué)生選擇LabVIEW和ARM硬件開發(fā):智能懸停直升機(jī)、密集跟隨的車輛隊列，連接到許多傳感器以實(shí)現(xiàn)路徑尋找和地圖繪制的智能車輛機(jī)器人，基于STM32單片機(jī)完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。在設(shè)計過程中學(xué)生使用數(shù)據(jù)流、狀態(tài)圖模型等建模方法，設(shè)計硬件，應(yīng)用實(shí)時操作系統(tǒng)進(jìn)行編程，最終完成設(shè)計任務(wù)。在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到建模、靜態(tài)分析、代碼執(zhí)行路徑、程序可達(dá)性分析等嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法。通實(shí)踐項(xiàng)目學(xué)生系統(tǒng)化所學(xué)知識，鍛煉了學(xué)生的實(shí)際動手能力。

每門實(shí)驗(yàn)選修課宜安排16～40學(xué)時，并實(shí)行彈性學(xué)時制，并可參考多學(xué)期完成，充分利用開放實(shí)驗(yàn)室完成課程。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱思路清晰地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)選修課教師的工作量與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作量計算辦法一致，同時實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)實(shí)際情況填寫該門課的實(shí)驗(yàn)消耗材料以及消耗金額，學(xué)校在實(shí)驗(yàn)費(fèi)中予以支付。

2 實(shí)驗(yàn)選修課的授課

由于實(shí)驗(yàn)選修課是開放式的組織方式，所以在授課方式上，先集中講課。主要以學(xué)生綜合訓(xùn)練為主，自己動手，對已實(shí)施實(shí)驗(yàn)設(shè)計的學(xué)生進(jìn)行及時答疑指導(dǎo)，還需配備各個研究方向的教師進(jìn)行咨詢指導(dǎo)，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計過程中遇到的疑問，可咨詢相關(guān)老師進(jìn)行指導(dǎo)。在上課時間上，實(shí)驗(yàn)選修課一般為開放式實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可自愿安排時間，在每周規(guī)定的時間內(nèi)，根據(jù)自己的實(shí)際情況自行安排，不要求每次實(shí)驗(yàn)必到，因而不影響正常的理論課學(xué)習(xí)。

在具體實(shí)施中可以采用集中授課與自主設(shè)計、分組預(yù)約指導(dǎo)相結(jié)合的方式，即集中講授有關(guān)元器件的使用、測試方法、實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計步驟以及實(shí)驗(yàn)原理等，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、理論背景、研究方向、必備軟件操作，講授完畢后與學(xué)生討論，因人而異確定實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容，布置設(shè)計任務(wù);由學(xué)生利用開放實(shí)驗(yàn)室，自主+輔導(dǎo)完成設(shè)計任務(wù)。學(xué)生根據(jù)教師布置的研究任務(wù)難度，自主或分組完成，分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容討論，提出設(shè)計思路，形成實(shí)驗(yàn)預(yù)案?？梢耘c教師討論，對實(shí)驗(yàn)方案提出質(zhì)疑與分析評價，初步完善方案設(shè)計，修改為實(shí)施方案。教師對整個實(shí)驗(yàn)探究過程進(jìn)行點(diǎn)評歸納，及時糾正學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵所在。充分挖掘、調(diào)動學(xué)生已有的背景經(jīng)驗(yàn)，改變了以往照方抓藥對學(xué)生創(chuàng)新能力、操作能力的束縛。這樣學(xué)生容易實(shí)現(xiàn)加深對所學(xué)知識的理解，激活創(chuàng)新思維，延展思考強(qiáng)度，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，達(dá)到提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的目的。并在此過程中，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度。在授課中可以發(fā)揮特長學(xué)生的優(yōu)勢，帶動整個課程學(xué)習(xí)氛圍。同時，對實(shí)驗(yàn)選修課的內(nèi)容來自科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以擴(kuò)大教師指導(dǎo)范圍，引入專業(yè)教師室教師進(jìn)行指導(dǎo)。

3 實(shí)驗(yàn)選修課的考核

實(shí)驗(yàn)選修課考核的目的除評定學(xué)生成績外，還在于教師掌握教學(xué)過程，能及時督導(dǎo)，了解教學(xué)效果。

我們要求學(xué)生記實(shí)踐日志，實(shí)踐日志作為考核的一項(xiàng)內(nèi)容，記錄自己的設(shè)計思路，調(diào)試過程，創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)，有意識地引導(dǎo)學(xué)生了解自己的思維過程，關(guān)注自己思維方式的變化，打下認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)會積極思維，引導(dǎo)深度思維［5］。在考核時，根據(jù)學(xué)生所選題目的難度等級，采用現(xiàn)場產(chǎn)品驗(yàn)收、口頭答辯和設(shè)計報告三個環(huán)節(jié)進(jìn)行考核，合格后綜合給出實(shí)驗(yàn)成績。具體可以依據(jù)下面四個方面打分:(1)功能分析，功能實(shí)現(xiàn);(2)核心技術(shù)，理論基礎(chǔ)，工作原理;(3)性能優(yōu)劣，總體方案評價;(4)設(shè)計思路、創(chuàng)新特點(diǎn)。

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)選修課能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，因此越來越引起大家的重視。如何提高?shí)驗(yàn)選修課的綜合性、創(chuàng)新性、專業(yè)實(shí)踐特色將成為廣大教師新的研究課題。

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