侯長(zhǎng)波,蔣良茂
通信電子線路課程設(shè)計(jì) “項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法”
侯長(zhǎng)波,蔣良茂
(哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)
“項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法”是通過(guò)講授通信電子線路課程設(shè)計(jì)創(chuàng)建的教學(xué)模式。課程組以培養(yǎng) “卓越工程師”為導(dǎo)向深化課程內(nèi)容和教學(xué)模式建設(shè),經(jīng)過(guò)4年教學(xué)實(shí)踐,基于 “一提二指導(dǎo)三牽引”思路,提出 “項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法”,構(gòu)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式。實(shí)踐表明,課程的開(kāi)設(shè)培養(yǎng)了學(xué)生項(xiàng)目研究思維,提高了學(xué)生工程實(shí)踐能力,教學(xué)效果良好,對(duì)其他課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很好的借鑒意義。
通信電子線路;高頻電子線路;卓越工程師;項(xiàng)目式;教學(xué)模式;工程實(shí)踐
哈爾濱工程大學(xué)通信電子線路課程是電子信息類(lèi)重要的主干課程,理論課56學(xué)時(shí),實(shí)踐性環(huán)節(jié)32學(xué)時(shí),其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí),課程設(shè)計(jì)16學(xué)時(shí),均為獨(dú)立設(shè)課一人一組。課程的主要目的是:通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生深入掌握通信系統(tǒng)中發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)及電路組成,培養(yǎng)學(xué)生通信電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試技能,增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
該課程重要主要有以下3個(gè)原因:1)通信電路涉及的工作頻率高和電路的非線性,增加了實(shí)驗(yàn)難度和抽象性,工藝要求高,工程上難以實(shí)現(xiàn);2)通信技術(shù)和芯片的迅速發(fā)展,為實(shí)驗(yàn)提出新要求,要不斷跟蹤技術(shù)發(fā)展,更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;3)歷年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽都有通信類(lèi)賽題,影響或引導(dǎo)著該課程的教學(xué)改革。因此射頻電路設(shè)計(jì)與制作是人們普遍感到棘手的難題,射頻工程師也受到用人單位的青睞,通常都是高薪聘用。但是該課程實(shí)驗(yàn)卻不盡人意,課程實(shí)驗(yàn)都習(xí)慣于使用實(shí)驗(yàn)箱[1-2],開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),不能破解上述面臨的3個(gè)難題。
隨著 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”[3-5]在全國(guó)的實(shí)施與推廣,很多高校都在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革[6-9],增設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),這類(lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)既有綜合性又有探索性,主要側(cè)重于所學(xué)理論知識(shí)的靈活運(yùn)用,對(duì)于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力非常有益,這是當(dāng)前電子線路實(shí)驗(yàn)發(fā)展的趨勢(shì)。
哈爾濱工程大學(xué)通信電子線路教學(xué)課程組一直致力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[10-12],與時(shí)俱進(jìn)地探索“卓越工程師”培養(yǎng)導(dǎo)向下如何更有效開(kāi)展研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué),提升人才質(zhì)量。通過(guò)4年的改革實(shí)踐,基于 “一提二指導(dǎo)三牽引”思路,提出了課程設(shè)計(jì) “項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法”,教學(xué)效果良好,切實(shí)提升了課程設(shè)計(jì)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。
哈爾濱工程大學(xué)通信電子線路課程設(shè)計(jì)是在修完16學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后,在第6學(xué)期開(kāi)設(shè)?;A(chǔ)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于單元電路級(jí)電路,而課程設(shè)計(jì)注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試技能,包含5個(gè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題,分別為調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)幅接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)頻接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、自定義實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均安排16學(xué)時(shí),根據(jù)難易程度分為3個(gè)等級(jí)A、B、C,3個(gè)等級(jí)分別賦予1.0、0.9、0.8的權(quán)重,學(xué)生可根據(jù)自身情況自由選擇其中的一個(gè)項(xiàng)目。其中自定義實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(A級(jí))是學(xué)生自擬題目、自選實(shí)驗(yàn)方案,通常都是采用先進(jìn)的芯片,針對(duì)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽開(kāi)展的專(zhuān)題模塊設(shè)計(jì)與制作,如集成調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)、高頻鎖相信號(hào)源的設(shè)計(jì)等,具有一定的挑戰(zhàn)性,為能力強(qiáng)的學(xué)生提供了一個(gè)高端出口,這類(lèi)題目通常得到支持。
為充分保證課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)得到實(shí)施,基于 “一提二指導(dǎo)三牽引”思路,課題組2012年提出 “項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法”,如圖1所示?!耙惶帷笔侵笇?duì)課程設(shè)計(jì)提出明確的技術(shù)指標(biāo)要求,如對(duì)發(fā)射機(jī)提出發(fā)射功率、整機(jī)效率、調(diào)制指數(shù)等技術(shù)指標(biāo)要求,對(duì)接收機(jī)提出接收機(jī)靈敏度、接收機(jī)選擇性等技術(shù)指標(biāo)要求;“二指導(dǎo)”是指課內(nèi)指導(dǎo)和課外指導(dǎo),課內(nèi)指導(dǎo)多在前導(dǎo)課和計(jì)劃內(nèi)學(xué)時(shí)實(shí)施,課外指導(dǎo)是學(xué)生課外科技活動(dòng)指導(dǎo),可能涉及 “超綱”問(wèn)題,涉及學(xué)生感興趣的問(wèn)題,可以挖掘?qū)W生的潛能; “三牽引”是指 “科研項(xiàng)目”思維牽引、工程實(shí)踐能力牽引、創(chuàng)新研究能力牽引。
圖1 項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法
2.1 “項(xiàng)目”立題
“項(xiàng)目”立題是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行 “項(xiàng)目式”研究的第一環(huán),立題必須科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),要提出明確的“項(xiàng)目”技術(shù)指標(biāo)要求。技術(shù)指標(biāo)的提出不應(yīng)僅僅局限于理論教學(xué)范疇,還應(yīng)貼近工業(yè)實(shí)踐,與實(shí)際應(yīng)用接軌。
課程設(shè)計(jì)提供的4個(gè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,分別為調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)幅接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)頻接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì),內(nèi)容已基本覆蓋了理論課程知識(shí)點(diǎn),發(fā)射系統(tǒng)提出發(fā)射頻率、發(fā)射功率、整機(jī)效率等技術(shù)指標(biāo),接收系統(tǒng)提出接收頻率、選擇性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)立題時(shí),就定位于將通信電子線路課程設(shè)計(jì)建設(shè)成真正意義上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題都是實(shí)際項(xiàng)目所面臨的問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅僅涉及通信電子線路課程,還涉及模擬電子技術(shù)及射頻技術(shù),有的問(wèn)題甚至超越了理論課程范疇,對(duì)教師的教學(xué)科研能力提出了很高的要求。
2.2 前導(dǎo)課
由于課程設(shè)計(jì)是要求學(xué)生自主完成 “項(xiàng)目”(一人一組),學(xué)生面對(duì) “項(xiàng)目”時(shí)會(huì)難以入手,因此設(shè)置前導(dǎo)課(不占學(xué)時(shí))就顯得必要了。所謂前導(dǎo)課是在開(kāi)課之前集中講授60~90分鐘,有兩個(gè)意義,一是講設(shè)計(jì)概論,教給學(xué)生設(shè)計(jì)思路;二是講自主式項(xiàng)目學(xué)生要做好哪些準(zhǔn)備工作。前導(dǎo)課內(nèi)容重要,要求每個(gè)學(xué)生必須到位。開(kāi)學(xué)之初,課程組教師分別為16個(gè)班480名學(xué)生集中講授前導(dǎo)課,學(xué)生都如約而至,認(rèn)真聽(tīng)課做記錄,課后還和教師展開(kāi)交流與咨詢(xún)。通過(guò)前導(dǎo)課向?qū)W生引入系統(tǒng)的概念,分析一個(gè)項(xiàng)目完成的思維方法,引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)的 “科研項(xiàng)目”思維,首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求,設(shè)計(jì)電路,并采用EDA軟件論證設(shè)計(jì)的合理性,然后焊接、調(diào)試電路,進(jìn)而改進(jìn)電路,提高系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求。
在前導(dǎo)課中要求學(xué)生應(yīng)該根據(jù)個(gè)人情況選擇適合自己難度的選題,獨(dú)立完成項(xiàng)目,鍛煉個(gè)人實(shí)踐能力。
2.3 “項(xiàng)目”設(shè)計(jì)
1)確定選題。按照實(shí)驗(yàn)分級(jí)化的思路,每次實(shí)驗(yàn)至少會(huì)有A、B、C難度不同的選題,學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇。
2)制定設(shè)計(jì)方案。根據(jù)選題要求的技術(shù)指標(biāo),完成電路原理圖的設(shè)計(jì)和元件參數(shù)的計(jì)算。
3)EDA仿真論證設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)設(shè)計(jì)完成的電路原理圖,利用Multisim軟件進(jìn)行仿真,驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路是否夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)[9];同時(shí)也使學(xué)生熟悉EDA工具軟件。這一點(diǎn)很重要,因?yàn)橛行┯萌藛挝缓芸粗貙W(xué)生是否會(huì)使用仿真工具,因此仿真成為學(xué)生需要掌握的一項(xiàng)基本技能。
4)撰寫(xiě)完成設(shè)計(jì)報(bào)告,自擬實(shí)驗(yàn)步驟,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表格,完成預(yù)習(xí)思考題,列出元件表等。
課程提出明確要求,沒(méi)有仿真電路、設(shè)計(jì)報(bào)告不能上實(shí)驗(yàn)課。
2.4 實(shí)驗(yàn)操作
進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室焊接、調(diào)試電路是鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的重要一環(huán)。指導(dǎo)教師要嚴(yán)格要求,鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立自主完成實(shí)驗(yàn),對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生碰到的問(wèn)題給予啟發(fā)式指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。
技術(shù)指標(biāo)是評(píng)價(jià)學(xué)生完成情況的重要依據(jù),因此針對(duì)學(xué)生測(cè)試數(shù)據(jù)及技術(shù)指標(biāo)完成情況,指導(dǎo)教師可探究性提出一些改進(jìn)方案,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì),研究如何提升系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。這個(gè)過(guò)程可促使學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐,對(duì)學(xué)生能力提升有很大意義。
學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作后,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)須交指導(dǎo)教師當(dāng)場(chǎng)簽字。由于是一人一組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生在期間很少出現(xiàn)隨便走動(dòng)、交頭接耳的情況,現(xiàn)場(chǎng)秩序井然。
當(dāng)然,由于題目難度較大,或者學(xué)生自愿選擇指標(biāo)更高的項(xiàng)目,我們不要求一定在16學(xué)時(shí)完成,超學(xué)時(shí)不影響成績(jī),實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放運(yùn)行,學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,創(chuàng)造了自主實(shí)驗(yàn)、研究問(wèn)題的氛圍。
2.5 成績(jī)?cè)u(píng)定
如何對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行很好的評(píng)定,如何對(duì)每個(gè)學(xué)生給出客觀、公正的實(shí)驗(yàn)成績(jī),從而保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,一直是實(shí)驗(yàn)課程的難題。目前課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定由設(shè)計(jì)報(bào)告(25)、實(shí)驗(yàn)操作(60)、總結(jié)報(bào)告(15)3部分組成。
2.5.1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告
實(shí)驗(yàn)報(bào)告整體包含設(shè)計(jì)報(bào)告和總結(jié)報(bào)告兩部分。針對(duì)設(shè)計(jì)報(bào)告和總結(jié)報(bào)告,課程組已提出統(tǒng)一格式要求和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析3部分在報(bào)告成績(jī)占較大比值。
2.5.2 “項(xiàng)目”驗(yàn)收
統(tǒng)一教學(xué)考核指標(biāo),嚴(yán)把 “項(xiàng)目式”驗(yàn)收關(guān),通過(guò)考核 “逼迫”學(xué)生進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn),是項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量的關(guān)鍵。目前課程組有5位教師,如何避免教師個(gè)人差異對(duì)教學(xué)效果造成的影響一直是課程組思考的問(wèn)題。基于課程組情況,嚴(yán)把實(shí)驗(yàn)出口關(guān)(實(shí)驗(yàn)考核)是最為可行的方式,即不論實(shí)驗(yàn)教師是誰(shuí),對(duì)學(xué)生考核要求是統(tǒng)一的,達(dá)到基本要求才能過(guò)關(guān)(教學(xué) “合格品”把關(guān),底線),根據(jù)技術(shù)指標(biāo)情況比拼優(yōu)秀(教學(xué) “高質(zhì)量品”把關(guān),提升),激發(fā)優(yōu)秀學(xué)生開(kāi)展真正 “項(xiàng)目式”研究。
針對(duì)實(shí)驗(yàn)操作考核,課程組提出研制一體化通信測(cè)試平臺(tái),可以快速、標(biāo)準(zhǔn)化地測(cè)量學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成的技術(shù)指標(biāo)情況,可明顯提高實(shí)驗(yàn)效率,為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定提供一個(gè)客觀、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外,課程組在實(shí)驗(yàn)成果的驗(yàn)收手段上進(jìn)行了改革,制作了相應(yīng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)用來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果,不論是做發(fā)射系統(tǒng)的學(xué)生還是做接收系統(tǒng)的學(xué)生,不僅有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形,還可親耳聽(tīng)到自己制作的接收機(jī)或發(fā)射機(jī)所收發(fā)的音樂(lè),使學(xué)生有了實(shí)驗(yàn)的成就感,提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣,這種教學(xué)方法在學(xué)生中受到了好評(píng)。
2.6 競(jìng)賽 “項(xiàng)目”延伸學(xué)習(xí)
由于課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)有限,通過(guò)計(jì)劃內(nèi)學(xué)時(shí)只能向?qū)W生引入 “科研項(xiàng)目”思維,讓學(xué)生對(duì)科研項(xiàng)目過(guò)程有一定認(rèn)識(shí)和感受。為了充分培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力,學(xué)校建設(shè)了全開(kāi)放自助式實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室提供必要的儀器及基本元器件,學(xué)生可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成科研立項(xiàng)及競(jìng)賽項(xiàng)目。課題組教師非常重視學(xué)生的后續(xù)培養(yǎng),積極鼓勵(lì)和支持學(xué)生參與大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽準(zhǔn)備期,課題組教師指導(dǎo)學(xué)生制作低噪聲放大器、寬帶放大器、混頻器、直接頻率合成信號(hào)發(fā)生器等通信電路模塊,設(shè)計(jì)完成更高性能指標(biāo)的發(fā)射接收系統(tǒng)。通過(guò)參與電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽,學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力都有了很大的提高。在歷年的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中,課題組教師指導(dǎo)學(xué)生完成通信電路方向的選題,競(jìng)賽成績(jī)都穩(wěn)居黑龍江省第一,多次獲全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。
課程組以培養(yǎng) “卓越工程師”為導(dǎo)向深化課程內(nèi)容和教學(xué)模式建設(shè),經(jīng)過(guò)4年教學(xué)實(shí)踐,基于“一提二指導(dǎo)三牽引”理念,提出 “項(xiàng)目式過(guò)程質(zhì)量控制方法”,構(gòu)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式。通信電子線路課程設(shè)計(jì)的開(kāi)設(shè)培養(yǎng)了學(xué)生項(xiàng)目研究思維,切實(shí)提高了學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力,受到了學(xué)生一致好評(píng)。
學(xué)生馬春華在課程總結(jié)中寫(xiě)到 “高頻電子線路課程設(shè)計(jì)讓我體驗(yàn)了一個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)展過(guò)程,整個(gè)過(guò)程下來(lái)自己學(xué)會(huì)了很多東西,特別是開(kāi)拓了自己思維,收獲很大”。
學(xué)生王巨震在課程總結(jié)中寫(xiě)到 “課程設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式要求激發(fā)了我的實(shí)驗(yàn)欲望,通過(guò)一步步提高技術(shù)指標(biāo),讓我體會(huì)到了實(shí)驗(yàn)的成就感,讓我知道以后如何開(kāi)展科研項(xiàng)目,希望實(shí)驗(yàn)課程都能這樣”。
通信電子線路實(shí)驗(yàn)課程在2013年和2015年都獲評(píng)為 “哈爾濱工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)示范課程”,給我校其他課程設(shè)計(jì)類(lèi)課程的開(kāi)設(shè)提供了一個(gè)很好的借鑒。希望課程建設(shè)成果也能為全國(guó)其他高校課程改革提供一定借鑒和幫助!
[1]周穎琦.通信電子線路綜合實(shí)驗(yàn)箱的開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2008,6(5):19-20.
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Project Type Process Quality Control Method for Communication Electronic Circuit Curriculum Design
HOU Changbo,JIANG Liangmao
(College of Information and Communication Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001, China)
"Project type process quality control method"is a teaching model which is created by the teaching of the course design of electronic circuits.The course group aims to cultivate “excellent engineer”, deepens the course content and teaching construction.After four years of teaching practice, based on the “one mention two guide three traction” concepts, put forward the “project process quality control method”, to build a standardized curriculum design teaching model.Practice shows that the opening of the curriculum to train students to study the project thinking to improve the students'ability of engineering practice.The teaching effect is good.It is a good reference on the other courses.
communication electronic circuit; high frequency electronic circuit; distinguished engineer; project type; teaching mode;engineering practice
G642.0
A
10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.023
2016-02-23;修改日期:2016-03-05
哈爾濱工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究立項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目(SYJG20120802);教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目立項(xiàng)(201601004024);哈爾濱工程大學(xué)2016年本科教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目(JG2016BZD19)。
侯長(zhǎng)波(1986-),男,碩士,講師,主要從事電路與電子系統(tǒng)方面的研究。