吳大鵬，黃沛昱

(重慶郵電大學(xué)1.通信與信息工程學(xué)院，2.光電工程學(xué)院，重慶400065)

0 引言

當(dāng)今，我國許多用人單位對(duì)電子類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提出了更高的要求:第一，要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，如“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“單片機(jī)原理”和“可編程邏輯器件”等主要課程知識(shí)[1];第二，要具有能夠設(shè)計(jì)完成綜合性、工程性項(xiàng)目的能力，能夠綜合運(yùn)用知識(shí)，能夠分析解決工程實(shí)際問題;第三，能緊跟電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使用各類先進(jìn)軟硬件，具有快速自學(xué)的能力。

我們發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生雖然參與了電子類科技文化活動(dòng)，特別是全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，但是他們的基本能力還有待提升。大多數(shù)學(xué)生還不具備將所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用、分析解決問題的能力[2]。而針對(duì)少部分學(xué)生的競(jìng)賽短期培訓(xùn)既不能快速有效地提高其能力，也不能使大面積學(xué)生受益[3]。

我們項(xiàng)目組以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī)，結(jié)合在教學(xué)、競(jìng)賽培訓(xùn)中發(fā)現(xiàn)的問題及經(jīng)驗(yàn)，從2010年開始實(shí)行多項(xiàng)改革，以培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力為目標(biāo)，構(gòu)建了現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系，重點(diǎn)建設(shè)“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程。

1 建立現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系

我校從研究涉及現(xiàn)代電子技術(shù)的各課程間關(guān)聯(lián)出發(fā)，調(diào)整了課程教學(xué)內(nèi)容;既考慮課程間前后的銜接，重視專業(yè)基礎(chǔ)課程;又考慮電子信息技術(shù)飛速發(fā)展的大環(huán)境，引入新技術(shù)，構(gòu)建的多層次現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系如圖1所示。

圖1 電子技術(shù)課程體系

課程體系以先修課程“電子電路”和“數(shù)字電路”為基礎(chǔ)，以EDA、單片機(jī)、DSP及嵌入式系統(tǒng)為骨架，以電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)為目標(biāo)。

(1)EDA基礎(chǔ)階段對(duì)應(yīng)的課程是“可編程邏輯器件與應(yīng)用”，要求學(xué)生熟練掌握原理圖設(shè)計(jì)方法和VHDL語言程序設(shè)計(jì);EDA提高階段對(duì)應(yīng)的課程“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”，在學(xué)生已學(xué)習(xí)基本可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，一方面增加其在通信領(lǐng)域、DSP領(lǐng)域的應(yīng)用，使課程知識(shí)向?qū)I(yè)延伸，另一方面，增加PCB制板等知識(shí)，完善EDA廣義定義;

(2)單片機(jī)硬件準(zhǔn)備階段對(duì)應(yīng)第3學(xué)期單片機(jī)最小系統(tǒng)板制作的課程設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上第4學(xué)期利用該板進(jìn)行模塊實(shí)踐，第5學(xué)期完成小系統(tǒng)設(shè)計(jì);

(3)“DSP原理與應(yīng)用”課程講授DSP處理器的結(jié)構(gòu)、編程、開發(fā)軟件及其基本應(yīng)用開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用DSP解決實(shí)際問題的能力;

(4)“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)”課程要求學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用和嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生能夠進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。

在綜合上述各門課程的基礎(chǔ)上，我校新開設(shè)了面向全校的“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”實(shí)踐性課程，其目的是使學(xué)生能將已學(xué)過的模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)以及可編程邏輯器件等知識(shí)綜合運(yùn)用于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，從而培養(yǎng)他們具有綜合應(yīng)用及電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析的能力。該課程是對(duì)現(xiàn)有課程體系的完善和補(bǔ)充，能夠幫助學(xué)生擴(kuò)展視野，提升他們綜合動(dòng)手實(shí)踐能力。

2 “電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程建設(shè)

2.1 構(gòu)建分層式教學(xué)內(nèi)容

“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)和提高兩個(gè)層次，具體教學(xué)內(nèi)容見表1所示?；A(chǔ)層面向全校學(xué)生開放，目的在于拓寬學(xué)生視野，提升綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。提高層針對(duì)部分有興趣、有能力的學(xué)生開放，主要圍繞兩個(gè)先進(jìn)控制技術(shù)展開:片上系統(tǒng)PSoC和低功耗單片機(jī)MSP430，并以此為核心串接模電和數(shù)電等其它主要知識(shí)，進(jìn)一步提升學(xué)生電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

表1 “電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程教學(xué)章節(jié)內(nèi)容

2.2 打破傳統(tǒng)理論和實(shí)驗(yàn)授課的界限

“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程打破了傳統(tǒng)理論課程與實(shí)踐課程的授課形式，不再將其狹義的定義為單純的理論或?qū)嶒?yàn)課，而是一門研討型實(shí)踐課程。它融合了如下多種教學(xué)方法。

(1)對(duì)于重要知識(shí)點(diǎn)，電子系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)、電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、常用電子元器件和常用微控制器等采用教師授課的形式;

(2)對(duì)于電源設(shè)計(jì)、信號(hào)源設(shè)計(jì)、信號(hào)的獲取與調(diào)理等采用課題講座與自主學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合的形式;

(3)對(duì)于課題作業(yè)則采用設(shè)計(jì)實(shí)踐、演講討論和答辯驗(yàn)收的形式進(jìn)行。

我們?cè)诖嘶A(chǔ)上，還開設(shè)了課程設(shè)計(jì)“電子系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)”。采取自主選擇課題、教師批準(zhǔn)的形式，完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，提升其綜合實(shí)踐動(dòng)手能力。

科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，有效的教學(xué)手段能夠保證學(xué)生能力的培養(yǎng)，提升知識(shí)綜合運(yùn)用能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、分析能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。

2.3 將PSoC引入本科教學(xué)

我們結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)的需要，緊跟電子技術(shù)發(fā)展，自制PSoC實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，將其引入本課程及至全校本科教學(xué)。采用PSoC系統(tǒng)，能夠快速讓學(xué)生建立起系統(tǒng)的概念，然后采用逐級(jí)細(xì)化的方法，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題分化出來逐一解決[4]。PSoC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用核心板和母板分離式的結(jié)構(gòu)，配置PSoC3和PSoC5兩塊核心板。核心板可以根據(jù)需求更換，也可以取下用于二次實(shí)驗(yàn)開發(fā)或者產(chǎn)品生產(chǎn)。母板如圖2所示。

圖2 PSoC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)母板

同時(shí)，我們還編寫了配套實(shí)驗(yàn)教材，積極開發(fā)新穎、實(shí)用的各類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過PSoC實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)和指導(dǎo)教材的建設(shè)，既有利于促進(jìn)師資隊(duì)伍的成長(zhǎng)，又有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

2.4 與電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽結(jié)合

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的各類試題是既有理論分析，又有綜合性的實(shí)踐，已成為指導(dǎo)高校教學(xué)改革，檢驗(yàn)學(xué)生能力的有效手段[5]。

“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程與這項(xiàng)競(jìng)賽緊密結(jié)合，旨在實(shí)現(xiàn)課賽結(jié)合和以賽促教的目的。一方面，由于電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的試題反映了電子技術(shù)的先進(jìn)水平，可根據(jù)試題變化了解最新發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)總結(jié)更新課程教學(xué)內(nèi)容。另一方面，將課程考核結(jié)果作為選拔校級(jí)競(jìng)賽隊(duì)伍的條件之一。本課程基礎(chǔ)階段面向全校學(xué)生開放，考核合格者可獲得學(xué)分，其中優(yōu)秀者可進(jìn)入提高階段繼續(xù)學(xué)習(xí)。提高階段考核合格者具有進(jìn)入校級(jí)競(jìng)賽隊(duì)伍的條件。

雖然競(jìng)賽集中培訓(xùn)只能針對(duì)少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生，但是通過課賽結(jié)合和以賽促教的方式，既能夠保證教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性和前沿性;又能夠提升廣大學(xué)生的綜合實(shí)踐動(dòng)手能力，擴(kuò)大學(xué)生視野，幫助優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出;還能夠有效解決競(jìng)賽短期集訓(xùn)不能大幅提升能力的問題。

3 結(jié)語

“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程作為我?，F(xiàn)代電子技術(shù)課程體系的完善，已寫入培養(yǎng)方案，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力。經(jīng)過兩年的建設(shè)探索，目前已初有成效，能夠較好地提升學(xué)生能力。良好的訓(xùn)練使得學(xué)生具備基本的工程實(shí)踐能力，學(xué)生已在各項(xiàng)科技活動(dòng)中頻頻獲獎(jiǎng)。

[1]馮月芹，宗慧.電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的創(chuàng)新與實(shí)踐[J].北京，中國電力教育，2012，(11):31-32.

[2]姚有峰，張斌，聶麗.從電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽談實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].上海，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(9):140-142.

[3]劉喬壽，黃沛昱.電子信息類開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J].上海，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(7):157-160，201.

[4]丁仁偉，邢冰冰，王繼業(yè).基于PSoC技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)探索[J].北京，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30(6):105-106，128.

[5]王越，韓力等.大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的開展與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].北京，中國大學(xué)教學(xué)，2005(10):4-6.