卓鄭安， 高 飛， 朱文立

(上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院，上海 201620)

?

實踐類公共選修課的教學(xué)建設(shè)

卓鄭安， 高 飛， 朱文立

(上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院，上海 201620)

將地方高校專項實驗室建設(shè)成果受惠于學(xué)生，利用校園網(wǎng)課程資源，共享教學(xué)與實踐平臺，開設(shè)了面向全校工科類學(xué)生的實踐類公共選修課。實踐類公選課的教學(xué)建設(shè)從課程內(nèi)容、實驗軟件及硬件條件建設(shè)入手，注重課程的開放性，注重教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)和青年教師培養(yǎng)。教材建設(shè)強化了理論教學(xué)水平；教學(xué)視頻建設(shè)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。實踐案例說明，實踐類公共選修課的教學(xué)建設(shè)，提高了實驗的先進(jìn)性和教學(xué)效果；提供了學(xué)生電子競賽及創(chuàng)新活動的平臺，使學(xué)生工程訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、對科學(xué)現(xiàn)象的探索能力得到了提高，使科學(xué)研究更直觀有效。同時，推動了教材建設(shè)、培養(yǎng)了青年教師、組建了課程教學(xué)團(tuán)隊。

實踐類； 公選課； 教學(xué)建設(shè)

0 引 言

依據(jù)《國家教育信息化10年發(fā)展規(guī)劃》精神，要遴選和開發(fā)500個學(xué)科工具、應(yīng)用平臺和1 500個虛擬仿真系統(tǒng)，推動仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域、特別是在實踐教學(xué)中的應(yīng)用。為此，開設(shè)了面向全校學(xué)生的實踐類公共選修課(以下簡稱公選課)“基于PROTEUS的設(shè)計與創(chuàng)新實驗”。

開設(shè)實踐類公選課的好處是：以教育理念創(chuàng)新為先導(dǎo)，育人為本。學(xué)生按照自主設(shè)計的內(nèi)容開展電路圖設(shè)計、代碼編寫、仿真調(diào)試、PCB設(shè)計等活動。在創(chuàng)新研究中，學(xué)生按照自己的想法或興趣，完成一些基本應(yīng)用型電子電路的獨立設(shè)計。

地方高校是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的主力軍，實踐教學(xué)是重要保障，但在具體實施過程中還存在許多問題[1-2]。公選課提供給學(xué)生教師自編的“講義”、“指南”、“教案”等系列教學(xué)文件，而學(xué)生需要有一本規(guī)范的教材，有利于得心應(yīng)手地進(jìn)行實驗、測試、項目設(shè)計等一系列實踐活動。另外，為使學(xué)生較快掌握應(yīng)用軟件，教師需要制作教學(xué)視頻課件，從中創(chuàng)新信息化教學(xué)方式。

可見，實踐類公選課的教學(xué)建設(shè)，目的就是使學(xué)生的工程訓(xùn)練能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到提高，使科學(xué)研究更直觀有效。同時，帶動了教材建設(shè)，培養(yǎng)了青年教師的教學(xué)與科研能力，組建了課程教學(xué)團(tuán)隊。

1 建設(shè)目標(biāo)

將地方高校實驗室建設(shè)成果受惠于學(xué)生，充分利用教學(xué)與實踐平臺資源，建設(shè)面向全校工科類學(xué)生的實踐類公選課。

編寫出版一本教材、制作一套教學(xué)視頻課件，用一臺電腦和一套軟件構(gòu)成一個虛擬實驗工作臺。學(xué)生在虛擬環(huán)境下選擇元件、創(chuàng)建電路、計算調(diào)整參數(shù)、觀測仿真結(jié)果等，邊設(shè)計邊修改調(diào)試。利用軟件庫中的測試儀表測試，最后組裝實物及優(yōu)化[3-5]。引入仿真實驗教學(xué)后，最大限度地實現(xiàn)了創(chuàng)新思維的發(fā)揮，開闊了學(xué)生視野[6]。

實驗教學(xué)融入公共選修課，是實驗室開放的一種嶄新模式。對于缺乏穩(wěn)定的實驗條件而又必須實驗操作的學(xué)生，通過公選課能有效地獲取有用知識。公共實驗平臺的創(chuàng)建能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室空間、儀器設(shè)備和實驗教學(xué)資源的集約化，達(dá)到重組教學(xué)資源、實現(xiàn)資源共享、促進(jìn)學(xué)科發(fā)展的目的[7-8]。

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)

現(xiàn)有教學(xué)團(tuán)隊由5位教師組成，平均年齡43歲。高職稱占60%，中職稱占20%，知識結(jié)構(gòu)合理。理論專職教師2人；實驗專職教師3人，師資配置均衡。

培養(yǎng)青年教師是建設(shè)重點。教學(xué)隊伍中有青年教師2人，在教學(xué)活動中，主講教師與他們組成課程組，分別在電類基礎(chǔ)性、綜合性仿真設(shè)計與硬件實現(xiàn)環(huán)節(jié)中；在單片機、嵌入式系統(tǒng)的仿真設(shè)計與控制方面進(jìn)行了具體培養(yǎng)及指導(dǎo)。通過團(tuán)隊活動，他們在視頻教學(xué)文件的設(shè)計制作、教材編寫、系列教學(xué)文件修改與制定、教學(xué)研究論文撰寫、與學(xué)生互動等環(huán)節(jié)中得到鍛煉與提高。

2.2 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

公選課教學(xué)內(nèi)容，是用業(yè)界主流的仿真軟件PROTEUS來設(shè)計與分析項目[9]，強化對電類、機電類等電學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的理解與應(yīng)用?；A(chǔ)仿真培養(yǎng)學(xué)生操作能力；綜合仿真培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力；創(chuàng)新仿真培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。虛擬仿真和硬件實現(xiàn)相結(jié)合，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。

課程要求。每班學(xué)生數(shù)上限20人，實行小班化教學(xué)。以2人組為單位，設(shè)計小型的應(yīng)用性電路模型并仿真實現(xiàn)。改革教學(xué)時數(shù)的安排，減少講課學(xué)時；強化操練學(xué)時；增加設(shè)計學(xué)時。把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，使之在視頻教學(xué)下自主完成研究內(nèi)容。

課程體系建設(shè)。教學(xué)內(nèi)容雖然由教師提出與設(shè)計，但更偏重引導(dǎo)學(xué)生思考。教師引導(dǎo)為主，圍繞學(xué)生不同的需求，做出方法上的指導(dǎo)與技術(shù)上的支撐[10-12]。

2.3 教學(xué)方法建設(shè)

前期教學(xué)是用教師自編的“講義”、“指南”、“教案”等課件，從數(shù)字與模擬電子技術(shù)、單片機等基礎(chǔ)模塊入手，引導(dǎo)學(xué)生軟件仿真并調(diào)試修改，在硬件平臺上調(diào)試改進(jìn)。

教材建設(shè)。在使用自編系列課件的基礎(chǔ)上，編寫出版一本規(guī)范的教材，指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握主流仿真軟件的設(shè)計方法，還可以一邊使用一邊修訂。

前期教學(xué)手段是在“PROTEUS創(chuàng)新與仿真實驗室”，老師通過在課堂上講授基本理論、軟件仿真方法以及硬件實現(xiàn)手段，使學(xué)生強化訓(xùn)練并實現(xiàn)自主設(shè)計。

教學(xué)視頻建設(shè)。在使用自編系列課件的基礎(chǔ)上，制作教學(xué)視頻課件并上網(wǎng)，學(xué)生隨時隨地可以學(xué)習(xí)和操練。

2.4 教學(xué)條件建設(shè)

(1) 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化虛擬化平臺，不受時空限制，共享設(shè)備資源。①開發(fā)并啟用校園網(wǎng)上在線實驗人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)。②因涉及網(wǎng)絡(luò)安全，前期軟件系統(tǒng)未連接到因特網(wǎng)；如要全網(wǎng)覆蓋，讓學(xué)生隨時隨地能在線使用虛擬實驗室，在網(wǎng)絡(luò)上建立一套安全保障系統(tǒng)。③升級并啟用PROTEUS漢化版8.0。

(2) 共享平臺建設(shè)。①建設(shè)開放式實驗平臺，滿足100位學(xué)生同時在線登陸；②建設(shè)實踐與應(yīng)用平臺，滿足課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、各類電子競賽學(xué)生的要求；③建設(shè)經(jīng)濟(jì)先進(jìn)的平臺，軟件硬件共享。軟件及時更新升級；為滿足學(xué)生獨立使用儀器設(shè)備的要求，提供硬件保障。

(3) 教學(xué)文件建設(shè)。結(jié)合實踐中的成功與問題，進(jìn)一步修訂和完善教學(xué)大綱、課程簡介等系列教學(xué)文件并上網(wǎng)?？偨Y(jié)教學(xué)成果，發(fā)表教學(xué)論文。

3 實踐案例

公選課是電子競賽和學(xué)生創(chuàng)新活動實踐平臺。在工程能力競賽中學(xué)生設(shè)計的“自行探測賽道并避障控制電路”，通過仿真、驗證、修改后，用軟件制作PCB版并搭建電路；獲得了全國競賽的獎項。再舉三個案例。

例1 基于單片機的普及型地震報警器設(shè)計。

應(yīng)用一種基于低重力振動加速度傳感器的地震波檢測技術(shù),設(shè)計地震檢測報警系統(tǒng)。完成電路圖繪制并用PROTEUS仿真；根據(jù)模塊在系統(tǒng)中作用確定電路芯片，用單片機協(xié)調(diào)工作。報警器模擬地震烈度并實現(xiàn)了聲音警報；實時記錄并顯示了震級大小及地震時間等信息。圖1和圖2是依據(jù)單片機串口發(fā)出的采樣數(shù)據(jù)，地震加速度傳感器在靜態(tài)和動態(tài)情況下的重力加速度時間曲線的仿真波形[13]。

圖1 60 s內(nèi)重力加速度時間曲線(無明顯震動)

圖2 30 s內(nèi)重力加速度時間曲線(有明顯震動)

例2 基于GPRS的智能酒精濃度檢測儀設(shè)計。

實現(xiàn)了一種基于GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)上傳各類數(shù)據(jù)、綁定酒駕人信息、及時處置事件的智能酒精濃度檢測裝置。通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程主機交互各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線查詢酒駕人身份，并實時保存檢測數(shù)據(jù)。圖3是監(jiān)控中心上位機軟件界面[14]。

例3 基于指紋識別的軟件設(shè)計及應(yīng)用的創(chuàng)新實驗。

將指紋采集儀連接到計算機USB接口，對同一個指紋圖像分三次采集并記錄，指紋數(shù)據(jù)通過通訊口傳送到PC機。經(jīng)過兩兩比對，保存最佳指紋圖像到數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)采集的身份信息全部保存在數(shù)據(jù)庫中，而不是通過某條路徑來存放，提高了信息安全。圖4是指紋獲取界面[15]。

圖4 指紋獲取界面

4 開設(shè)實踐類公選課的經(jīng)驗及效果

(1) 信息化環(huán)境下學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力明顯增強。學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解、提高參數(shù)計算能力等方面有明顯提高；依據(jù)仿真結(jié)果對參數(shù)作調(diào)整，提高了對科學(xué)現(xiàn)象的興趣和研究動力。

(2) 教學(xué)方式和教育模式有所創(chuàng)新。搭建了學(xué)生交流合作的平臺，培養(yǎng)了學(xué)生利用虛擬技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，并獲得初步的科研成果。

(3) 是公共選修課的創(chuàng)新建設(shè)。仿真教學(xué)進(jìn)課堂，創(chuàng)新了公選課的信息化教學(xué)方式，提升了個性化互動教學(xué)水平。

5 結(jié) 語

公選課的教學(xué)建設(shè)從課程內(nèi)容、思想方法、實驗條件等系列建設(shè)入手，注重教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)和青年教師培養(yǎng)。教材建設(shè)強化了理論教學(xué)水平；教學(xué)視頻建設(shè)給學(xué)生帶來了主動學(xué)習(xí)的積極性，提高了實驗的先進(jìn)性和教學(xué)效果。提供了學(xué)生電子競賽及創(chuàng)新活動的平臺，使學(xué)生工程訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、對科學(xué)現(xiàn)象的探索能力得到了提高。

[1] 羅文廣，陳文輝，胡 波.電氣信息類專業(yè)多元化實踐教學(xué)模式的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2013(5):138-140.

[2] 來琳琳，張怡軒，劉曉輝，等.生物學(xué)實驗教學(xué)中心開放式網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2013(5):111-114.

[3] 劉 君，楊曉蘋，呂聯(lián)榮，等. Multisim11在模擬電子技術(shù)實驗中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2013(2):96-98.

[4] 鄭 賓.Multisim 仿真在模擬電路實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2013(2):103.

[5] 高艷玲，王振玉，徐 紅.基于LabVIEW的開放型實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2013(3):211-213.

[6] 蘇良昱，王 武，葛 瑜.電力電子技術(shù)仿真實驗教學(xué)與創(chuàng)新思維拓展[J].實驗技術(shù)與管理，2013(1)：170-173.

[7] 劉振國，華子義，沈忠明.面向全校本科生的公共實驗創(chuàng)新平臺構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2012(12):213-214.

[8] 唐 力.公共選修課實驗教學(xué)的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2013(3)：155-156.

[9] 許志剛.基于Proteus技術(shù)的仿真學(xué)習(xí)工作站建設(shè)思路[J].實驗技術(shù)與管理，2013(4)：62.

[10] 謝 春.工程教育創(chuàng)新型學(xué)科實驗室的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2013(3):189-190.

[11] 匡載華，鄧小鵬.電子類學(xué)科專業(yè)PROTEUS實驗室建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2009(1)：155-158.

[12] 孫 暉，劉俊延，李甫成．基于仿真與原型實現(xiàn)相結(jié)合的電工學(xué)綜合實驗開發(fā)[J].實驗室研究與探索，2012(4):227-230.

[13] 卓鄭安，周 順，阮海宇.基于單片機的普及型地震報警器設(shè)計與應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2014(4):84-88,92

[14] 卓鄭安，朱文立，黃 敏.基于GPRS的智能酒精濃度檢測儀設(shè)計與應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2013(5)：44-46.

[15] 卓鄭安，郭 亮，陳曾沁.基于指紋識別的軟件設(shè)計及應(yīng)用的創(chuàng)新實驗[J].實驗室研究與探索，2012(5):301-303.

The Construction of Teaching for Public Selective Course on Practice Class

ZHUOZheng-an，GAOFei,ZHUWen-li

(College of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620， China)

Let the construction achievement of special laboratory in local colleges and universities benefit students. We use campus network curriculum resources, sharing teaching and practice platform to open public selective courses for engineering students in our university. The teaching reform for public courses begins with course contents, ideas, experiments environment and so on, and pays attention to the teaching team cultivation. The teaching material construction emphasizes on the level of theoretic teaching. Constructing teaching video results in the active learning of students. Therefore, the teaching quality is improved and the practice activities of students are enhanced. We provide the electronic design contest and innovation activities to students, and let the students acquire the ability of practice and innovation, then increase the ability of exploration of scientific phenomena. The scientific research would be more clear for our students.

practice class； public selective course； teaching construction

2014-03-03

2011年上海地方高校實驗室專項建設(shè)項目(B-8935-11-0104)；2013年上海工程技術(shù)大學(xué)實踐教學(xué)建設(shè)項目(A-0601-13-01185)

卓鄭安(1957-)，女，廣東中山人，副教授，電學(xué)基礎(chǔ)教研室主任，研究方向：電路與電子技術(shù)的教學(xué)與應(yīng)用。

Tel.：13761008211；E-mail:zza8211@126.com

高 飛(1962-)，男，上海人，高級工程師，電子電氣中心實驗室主任，研究方向：自動化。Tel.：13601752359

TP 387;G 420

A

1006-7167(2015)01-0176-04