1.1电子技术理论课程的现状
电子技术理论课程包括“模拟电子技术”和“数字电字技术”两部分内容,涉及到的知识点比较多,内容更新慢,课程难度大,学时少。同时,理论和实践联系不紧密。现在教学的矛盾点在于,如何能把理论知识与当前的实际应用结合起来,既能克服理论教学与实践教学的脱节问题,又能解决创新型人才培养与社会需求的脱节问题。现在我校正在向应用型本科人才培养的方向转型,这种情况下,首先对电子技术理论课程的内容进行整合,使整合后的教学内容既要保证模拟电子技术和数字电子技术这两部分内容的连贯性,又要为后续的“单片机”等相关课程打好基础。其次还要考虑电子技术的实践环节,因为实践教学是培养应用型创新人才的重要途径。在理论与实践的衔接上,重点强化理论指导实践的作用,并把实践环节与新技术、新材料结合起来,使电子技术这门课程能够立足于理论基础,但是可以展望新技术发展的未来。
1.2电子技术实践课程的现状
目前,我校机电一体化专业的电子技术课程设计时间是一周,教师指定题目,学生3~4人为一组,每个题目仅限2组选择,每组要求设计一个典型的电子电路应用系统。由于学时有限,设计的最终作品要求系统的原理电路仿真通过,并撰写说明书,没有要求必须进行硬件电路的焊接和调试。课程设计的这种教学模式虽然也在一定程度上锻炼了学生对电子电路的综合设计能力和仿真分析能力,但是没有达到培养创新精神和实践能力的目的。实践环节首先面临的就是学时不足的问题,对于没有接触过电子器件的学生来说,一周的时间要认识元器件、设计电路、仿真分析、制作PCB,最后要焊接调试实物,难度非常大,大部分同学基本无法完成。其次就是缺乏电子技术课程设计的平台,没有实物,比如二极管、晶体管和场效应管以及集成芯片等;没有实训场地,学生缺乏动手训练的机会。因此,学生的理论知识还停留在书本上,没有从抽象走到实物,从理论转化为实践。
2.电子技术课程设计的改革策略
我们国家是在2014年提出要加强应用型人才的培养,并且要引导一批本科高校向应用技术类高校转型。我校机械电子工程专业实践环节在现有的教学条件下,为保证应用型创新人才的培养,把课程设计分为选题构思、方案设计、仿真分析、硬件调试四个阶段。1)选题构思:每年提供给学生的题目会根据学生人数有所变化,但是会保证3~4人一组,每个设计题目仅限2组选择。同时还要考虑学生自选的题目,要求每个电路系统的选题都与我们生活或社会需求密切相关,比如设计一种在教学楼和宿舍楼道内使用声或光控制的节能电路、智能交通灯控制系统、洗衣机控制系统、手机充电器等。然后对设计任务进行分解,使每名同学都有自己的设计任务。这种类型的选题很容易引起学生的兴趣,使学生积极主动的参与到课程设计中来。2)方案设计:在完成同一个设计题目时要求设计方案要多样化。不同的小组可以采用不同的设计方案,或者采用同一个设计方案但是不同元器件的参数值完成同一个设计题目。要求学生借助***书馆和网络等资源查阅相关文献,明确设计思路,提出设计方案,并且需要反复论证电路方案的可行性。这个阶段既锻炼了学生查阅和分析文献的能力,又锻炼了学生对一般电子电路的综合设计能力。3)仿真分析:电子电路的仿真软有MulTIsim、ELECTRONICSWORKBENCH(EWB)、ProteusProfessional等,学生可以任选一款仿真软件,对本组设计的电路系统进行分析,通过修改元器件参数或者更换元器件,进一步完善电路设计方案,从理论上验证了电路方案的可行性。这个阶段通过电路系统仿真分析,既能达到理论结合实践,又能培养学生以仿真实验验证理论的习惯。4)硬件调试:仿真分析后,由指导老师对电路方案进行审核,审核通过,学生会自行列出硬件电路所需要的元器件清单,统一进行购买。然后由学生在电路板上进行焊接、调试等。这个阶段主要是培养学生的工程实践能力和创新能力。总之,电子技术课程设计的改革解决了各个实践环节如何合理分工、紧密衔接又相互支持等问题。实践过程中充分调动了学生的学习积极性,在很大程度上提高了学生的工程实践能力和团队协作能力,为应用型创新人才的培养打下了良好的基础。
3.电子技术课程设计实施方式
尽管课程设计的理论学时是一周,但是安排课程设计的时候一般会提前两周到三周的时间把设计任务书发给到学生,并对课程设计的内容做详细讲解。预留一定的时间让学生对相关资料进行查询;定时和学生沟通,可以选取学生感兴趣的题目,或者建议学生把课程设计的题目和生活联系起来,去分析、观察,提出自己的思路和想法,引导学生最终确定自己的方案;通过学习电路仿真软件,对方案进行仿真分析,并进一步完善;统一购买硬件,进行焊接和调试。
4.电子课程设计实例分析
脉搏信号携带了人体健康方面的综合信息,目前中医诊脉常用的方式还是人工诊脉的方法,大夫一般会测量病人10秒内腕部的筋脉搏动情况进行大致计算,记录病人1分钟的脉搏次数。这种测量方法一方面比较耗费时间,另一方面测量精度也不高。因此,市面上产生了各种脉搏测量仪,虽然在医疗实践方面获得了一定的应用,但是并没有一款脉搏测量仪获得普及。针对目前的这种情况,我们让学生设计了一款基于手机APP的脉搏测量仪,该款测量仪测量精度高,同时体积小,便于携带。现有的脉搏仪主要是往无创便携式的方向发展,无创脉搏仪检测的方式中主要是光电式居多,可采用红光或绿光作为检测光源,而现在大多数光电式脉搏仪都使用红光作为脉搏检测的光源。由于人体皮肤中含有的黑色素和血液中血红蛋白对绿光的吸收率要比红光好,所以本设计采用绿光作为脉搏检测的光源。包括主控芯片模块、液晶屏显示模块、脉搏传感器模块、通讯模块及一些辅助功能模块等。主控芯片模块选用的是STC12C5A60S2单片机,在晶振频率相同的情况下,该单片机的速度是普通51单片机的8~12倍,完全能满足设计要求。液晶显示模块选用2.8寸TFT嵌入的ILI9341控制芯片,字库芯片是GT30L32S4W标准点阵汉字库芯片。脉搏传感器模块主要由一个绿光的LED灯、光检测传感器、单级放大电路和滤波电路组成。通讯模块选择了HC-05蓝牙模块,该蓝牙模块功率消耗低,方便开发使用。同时还有时钟电路、稳压电路、复位电路、按键电路和报警提示电路等辅助电路模块。脉搏仪的测量原理是单片机内部设置一个定时器,进行2毫秒定时功能,当按下测量按键时,进入中断子程序,每2毫秒进行脉搏信号的采集并进行A/D转换,通过转换后的数值比较确定脉搏的波峰和波谷,当信号为波峰时开始计时,等待下一次的波峰到来后结束上一次的计时,计算出这两次脉搏间的时间差值,并存放于一个数组中,当数组记录到10个数值时,对数组进行求平均值运算即得出两次脉搏的时间差值,最后用一分钟来除以得出的平均值即为一分钟人体的脉搏次数。如果手机或者是带蓝牙功能的智能终端设备与本设计的蓝牙连接了,测得的脉搏次数会通过本设计的蓝牙模块发送到手机的APP上。设计制作的脉搏测量仪硬件电路,由主控芯片、液晶屏、测量电路、蓝牙模块、按键电路、时钟电路、复位电路等组成。经过不断的调试的和完善,本设计实现了脉搏次数的测量、液晶屏显示测得的脉搏次数、能与手机的蓝牙APP进行通讯和复位、报警等功能。
基于课程特点以及电子技术的发展,传统的授课方式已不能适应日益发展的技术要求。在多年的教学实践与改革中,本教学中心不断探索,逐渐将现代电子设计自动化技术的新方法、新工具和新手段应用于教学环节。本文以“频率补偿电路”为例,讲述multisim仿真工具、filterlab滤波器设计软件、protel DXP电路设计软件等新工具在电子线路设计课程中的应用。
1 频率补偿电路设计
频率补偿电路是对某传感器电路模块(如***1所示)的高频特性进行补偿,使其-3dB截止频率为50KHz。
***1 传感器电路
经理论分析,该模块的传递函数为:
(1式)
由传递函数可得该系统的零点为(13.2kHz),二重极点为(6.6kHz)。采用零、极对消方式,对该模拟模块的高频特性进行频率补偿,则频率补偿电路的传递函数为:
(2式)
其中f1为频率补偿后系统的-3dB截止频率。
当S=0时,系统传递的为直流量,此时H0(s)=1,可求得K约为18.07
故 (3式)
由3式可知该频率补偿电路可由两个低通滤波电路和一个全通滤波电路并联而成。传递函数分别为为1、、 。由于常数A、B(正或负)的存在,低通滤波和带通滤波电路后还应加入放大或衰减电路(同相或反相)环节。
2 《电子技术课程设计》课程安排及要求
第一阶段:教师讲解整个设计系统要求、各项技术指标的含义,使学生对整个设计有初步了解和认识。同时完成学生的分组,两人一组自愿组合,做好前期准备。
第二阶段:教师系统地讲解整个设计中所需要用到的新技术和新工具,采用专题的方式讲解multisim仿真工具、filterlab滤波器设计软件、protel DXP电路设计软件,并安排学生辅以简单的练习,以达到初步掌握的目的。
第三阶段:学生根据设计内容,查找相关资料,对方案进行具体论证。用filterlab滤波器设计软件按要求设计两个低通滤波器,确定滤波器的电路形式及参数;用multisim仿真工具对各单元电路进行仿真,最终完成整体电路仿真,实现截止频率为50KHz。
第四阶段:学生完成电路板的制作,利用protel DXP电路设计软件完成原理***及PCB板绘制,并且完成PCB的制作及元器件的焊接、调试。
第五阶段:学生完成整个设计系统的整机联调,测试技术指标,完成设计报告。设计报告包括:系统方案论证;各单元电路参数的选择与计算;各单元仿真电路及仿真结果;各单元电路的调试及实际改进的电路***;系统测试结果;全文总结。
通过对“频率补偿电路的设计”这一电子线路设计课题,学生学会了multisim仿真工具、filterlab滤波器设计软件、protel DXP电路设计软件等新工具在电子线路设计中的应用。***3是学生利用multisim仿真工具得到的50KHz截止频率的波特***,***4是利用protel DXP电路设计软件完成了频率补偿电路的PCB板绘制。
由此可见,采用此种教学方法,学生不仅能够很好的使用新工具、新技术,而且清楚的掌握电子线路综合设计的一般方法和设计流程。通过具体设计的实现,能调动学生学习的积极性,加深对理论知识的理解,提高实际解决能力,有利于系统地、科学地培养学生的实际动手能力、工程设计能力及创新设计能力。
***3 multisim仿真50KHz截止频率的波特***
***4 频率补偿电路的PCB板
参考文献:
[1]谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版)[M].华中理工大学出版社.
[2]刘树棠.信号与系统(第二版) [M].西安交大.
[3]尹勇 李林凌.Multisim电路仿真入门与进阶[M].科学出版社.
[4]Filterlab 2.0 ur’s guide,Microchip.
[5]马丕明等.一种“电子线路课程设计”教学平台[J].电子电气教学学报,第34卷,第2期,2012,4.
作者简介:
[1]汪文蝶,女,出生年月:1985年9月,硕士,初级实验室,四川师范大学 物理与电子工程学院,主要从事单片机、电子线路设计等研究工作。
关键词: 电子设计竞赛 电力电子技术 教学改革
***、信息产业部等联合组织的全国大学生电子设计竞赛自1994年以来已经成功举办了11届,从历届竞赛题目来看,主要有以下几种方向题目:电源设计、信号源、处理类和控制类等。其中和“电力电子技术”课程最密切的是电源设计类题目,几乎每一届都会出现电源设计方向的题目,因此全国大学生电子设计竞赛题目应结合“电力电子技术”课程教学目标,不但可以丰富教学内容,明确教学任务,而且可以提高学生实践能力。
电气工程及其自动化专业为广东石油化工学院(以下简称我校)卓越工程试点专业,可以为教学研究提供优秀的平台。通过全国大学生电子设计竞赛把对人才素质的检验反馈到教学改革中,调整和改革电气类专业人才培养机制,体现大学生创新精神和实践能力。结合我校“卓越工程师”培养目标,探索建立具有地方性普通高校特色的电气类专业人才培养机制。针对不同层次学生教学目标和教学要求,设计更好的教学方法,注重理论知识与实践教学相结合,让学生在做中学,以电子设计竞赛题目和任务导学和驱动教学。
1.教学改革目标
电力电子技术课程的任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法;掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能;熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标,提高学生专业素质。专业素质主要体现为运用所学专业知识、理论和技能进行专业实践,解决社会实践问题(如技术创新、技术改造、产品开发、设备维护、生产管理等)的能力。构建符合应用型人才成长的课程体系,厚基础、重实践、结合单片机应用系统设计方面形成突破,使学生有丰富的系统设计经验。注重培养学生专业意识,激发专业兴趣。结合单片机C语言等课程,课内教学以理论为主,课外教学以实践为主,使学生得以全面发展。确定课程教学目标,结合全国大学生电子设计竞赛历届题目,分阶段构建课程知识培养架构;以学生为主体,以能力培养为核心,引入多种教学方法和教学手段,改变课程考核方式,全面对课程教学进行改革,争取在全国大学生电子设计竞赛中取得更好的成绩。
2.教学方法改革
为了完成以上教学任务,对课程教学方法进行改革,在不同阶段的教学过程中采用不同的教学方法,激发学生学习热情,培养学生相应能力,同时鼓励学生参加各种电子设计竞赛。
2.1学科基本内容教学改革
首先利用多媒体教学环境进行课堂教学,充分利用多媒体教学,进行电子课件、电路仿真、教学素材资源库及视频展示等,将抽象问题形象化,这样教学更生动具体,提高学生的学习兴趣,更好地掌握教学内容,同时提高教学效率和教学质量,获得较好的教学改革效果。
其次,根据教学内容安排一定课堂时间给学生自学和实践,有利于巩固和深化教学内容,提高学生实践能力。自学指导法的关键在于学生课外自学过程中,教师必须布置学习要点让学生自学,要求学生组成兴趣小组,利用网络或***书馆查阅资料,结合课堂所学知识开展专题自主学习,然后由小组负责人在课堂上进行汇报,不同小组学生先互评,然后老师进行适当点评。引入自学指导法有助于提高学生学习主动性,给学生课外自学提供适当引导,提高学习效率,对提高学生自学能力和分析问题、解决问题的能力等有很大帮助,使学生感受到团队的重要性和自主学习的乐趣。
2.2实验教学改革
在理论教学和实践教学过程中引入电子设计竞赛题目与设计要求,采用任务驱动教学,使理论和实践结合起来。一个电力电子项目应用项目需要很多电路,如PWM电路、测量放大、输出控制等,涉及电路分析、模拟电路、数字电路、C语言、单片机、等方面知识,以电力电子技术课程开发带动其他课程学习,起到以点带面的作用。教师给出设计方案,让学生分析方案,或设计满足性能指标的电力电子系统,最后指导老师对每个小组设计的方案进行讲评,分析设计方案的优缺点,并提出改进意见。使学生理论联系实际,加深对电力电子技术课程课堂教学内容的理解,培养学生灵活运用所学知识的能力。在实验室完成课程教学过程,边讲边练,讲练结合,分组实践,共同讨论。教学过程中,坚持学生电子设计竞赛相关设计能力培养原则,打破班级整体概念,以电气工程及自动化专业实验室的目前的教学条件,一般将学生分为4~6人的学习小组,以单片机开发板、驱动电路、电力电子变流电路等硬件,配合从低到高的不同性能要求的电子设计竞赛题目,从***分项的拓扑电路技术实践向综合性工程实践逐步完成教学任务。
2.3电子设计竞赛培训与选拔
以全国大学生电子设计竞赛为目标,鼓励学生参加各种电子设计竞赛,选拔优秀学生进行专门培训,提出相应的学习目标和要求,促进优秀创新人才成长。目标是拔高创新人才培养带动整体水平提高。教学过程中引入“因材施教”教学策略,针对不同层次、不同兴趣的学生提出不同要求,以满足不同需求,在满足基本教学要求的前提下,提出和达到更高的教学目的。一方面,对于经典理论和基本知识点,必须让学生掌握。另一方面,让学生不断吸收新知识。电力电子技术发展速度相对较快,为了使培养的学生适应市场需求,教学过程中必须时刻把握和跟踪新技术和方向。
3.教学手段改革
理论必须联系实际,电力电子技术有很强的实践性,实验是培养动手能力、严谨科学态度和科学研究方法的重要手段,是必不可少的一个教学环节。电力电子技术实验环节学时一般为8学时,课内安排3个基础性实验和1个综合实验设计,课外安排1个创新性选修课题设计。为了弥补实验课时较少及实验室在硬件建设上的不足,充分利用现有电路仿真软件建立虚拟实验室,软硬结合,提高实验教学质量。此外,还可以利用Flash等多媒体软件、制作波形分析等动画教学课件,通过这种互动式直观教学,解决电力电子电路中电压、电流波形分析难的问题,形象生动地完成课程教学内容,加深对教学重点和难点的理解,增强教学效果。
4.结语
结合全国大学生电子设计竞赛教学改革,学生对本课程学习基础扎实,思维和视野扩大,除掌握课程知识本身外,还掌握获得知识的方法,自学能力得到增强,培养创新意识,以点带面,对其他课程和专业知识学习有显著的帮助和促进作用,使学生真正掌握由元件到系统、由强电到弱电、由硬件到软件等多方面系统化专业知识,实践能力得到训练和提高,争取在全国大学生电子设计竞赛中取得更好的成绩。
参考文献:
[1]李建坡.依托电子设计竞赛培养信息类专业学生创新与实践能力[J].东北电力大学学报,2010(10).
[2]王立华.大学生电子设计竞赛电源类赛题分析[J].实验科学与技术,2013(2).
[3]王福兴.从大学生电子设计竞赛看专业基础实验课改革[J].中国科教创新导刊,2011(16).
1方案
我们的方案是:利用Proteus构建虚拟实验室,教师给出设计任务书,学生在PC机上根据任务书在Proteus上设计电路,并利用系统提供的功能完成电气检查及仿真调试,当仿真结果满足任务书要求后,再在面包板上进行实物的安装调试。下面以数字钟的设计为例加以说明。
1.1进行Proteus软件的讲授
Proteus软件与学生之前学过的Protel99具有相似之处,其电路原理***的设计流程是一致的,都包含新建设计文档、设置编辑环境、放置元器件、原理***布线、建立网络表、电气检查、仿真、存盘输出的基本过程。在教学中应充分利用知识的迁移作用,把Proteus与Protell99联系起来,使新旧知识建立联系,从而降低学习的难度。在这里主要要求学生掌握Proteus的界面组成、菜单、工具栏的使用方法以及电路原理***的设计流程。
1.2布置任务书
数字钟的设计可以用多种元件来实现,但为了便于组织教学,在任务书中可对元件进行统一规定。任务书如下:设计要求:1)用Proteus画出原理***并进行仿真调试2)在面包板上用6只LED数码管输出显示时、分、秒3)写出详细的设计报告所用元器件:1)集成电路:74LS1606片,CD45116片,与非门74LS005片,CC7555定时器1片,2)电阻:10K电阻2个3)电容:47μF1个,0.01μF1个4)其他:共阴极显示器6片
1.3原理***的设计与仿真
1)教师给出电路框***,并分析各单元电路的功能。电路框***是整个课程设计的总体框架,教师直接给出电路框***,可以避免学生设计的盲目性,提高针对性,数字钟的电路框***如***1所示2)电路原理***的设计这项工作是整个课程设计的核心工作。第一步,教师可对学生学过的555定时器构成的多谐振荡器、计数器、译码器及数码管的知识进行针对性的复习,指导学生查阅74LS160、CD4511、74LS00及CC7555定时器的功能及引脚***。第二步,学生根据教师给定的元件在Proteus平台上行各单元电路原理***的设计。可采用设计与仿真调试交叉进行的方法。按照由易到难的原则,可采用如下的设计顺序:①振荡器的设计与仿真调试;②显示器、译码器的设计与仿真调试;③计数器的设计与仿真调试。设计的基本操作步骤是:①选择、放置元件;②设置元件的属性;③连线。仿真调试的基本操作步骤是:①单击仿真工具栏中的“开始”按钮,即可进行仿真;②系统自动检测电路,如有错误,会有出错提示。或者运行结果不符合任务书要求时,可单击仿真工具栏上的停止按钮;③修改电路;④再仿真,直至运行结果符合要求为止。3)总电路的设计把上述已设计好的各单元电路按照电路框***连接起来,即可得到总电路原理***。4)总电路的仿真单击仿真工具栏中的“开始”按钮,即可进行仿真,如有错误,则对电路进行修改,再进行仿真,直至6只数码管均能正常显示时间为止。
1.4在面包板上完成搭建并调试
经过前期在Proteus上的设计及仿真成功,已经证明电路***的正确性。在面包板上的搭建及调试,主要是锻炼学生的实践动手能力,培养认真细致的工作态度,熟练掌握常用仪器的使用方法。
2注意事项
关键词:电子设计;教学改革;大学生创新;考核机制;微课程
中***分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)30-0126-03
Teaching Reform and Exploration of Electronic Design Cour
MA Hong-xing, FAN Rong, ZANG Ling, DING Li-ming
(Beifang University of Nationalities,Yinchuan 750021,China)
Abstract:Electronic design cour plays an important role in electronic information engineering, information engineering, automation and other professional, as well as the design and completion of electronic innovative projects of university students. Faced with the problems in the teaching process of electronic design, we have carried out reform and exploration in the teaching content, the arrangement of class hours and the examination system. The reforms make the cour and the circuit, electronic circuits, digital circuits, SCM and other cours of theoretical teaching, and college students to declare the project and the completion of the project is more cloly linked. From the view of the teaching effect, the electronic design cours after rescheduled not only promotes the related cours of study, but also helps the students' practical ability, innovation ability.
Key words: electronic design; teaching reform; college students' innovation; examination system; micro curriculum
1 引言
电子设计课程是电子信息工程、信息工程、电气工程及其自动化、自动化、测控等专业的一门必修专业课程,通过该课程的学习,学生可对电路、数字电路、模拟电路等课程的理论深入学习和强化,培养出学生电路设计中的分析能力和解决问题能力;同时,对诸如单片机、微机原理等其它后续专业课程的学习打下扎实的实践基础;另外,也是相关专业大学生创新能力培养中不可或缺的一门承上启下的课程,是学生由理论过渡到实践,再到创新的课程,可促进大学生创新能力的培养与提高;也为相关专业的学生从事电子系统设计和开发应用打下坚实的基础[1-5]。
2 当前电子设计课程教学存在问题
目前,电子设计课程中存在着诸如课程衔接不够,或者重复教学,或者滞后于实际需要等诸多问题,归纳起来,主要有下面这些方面。
第一,为了提高教学质量,培养学生的动手能力与创新能力,学院在电路、电子线路、数字电路的实践教学中安排有大量的实验器材、也投入了很多人力和物力,也曾在数字电路中做过相关改革,如在数字电路实验课程中加入电子作品制作等,但因诸如经费问题、课时问题、学生不易理解和掌握等问题而未坚持下来;电路与模拟电路的相关实验,因其特殊性,只能在实验室环境中进行相关实验,无法很好地加以拓展。
第二,电子设计课程在培养方案中是安排在大二第二学期和大三第一学期,此时学生已经将电路、电子线路、数字电路等相关课程修完,初步具备了电路设计的基本知识,但是学生在学习这些课程的时候,由于受课时限制等原因,这些课程基本上都属于理论教学,学生设计与仿真电路的环节很少,或者几乎没有。因此,在电子设计课程教学过程中,还要花费较多的学时做一些基本电路的仿真,但由于这些课程开设有前有后,在实际教学过程中发现学生已经对自己所学的电路、电子线路、数字电路等课程的内容有所遗忘,再次讲解又会耽搁教学时间,实际教学效果不好。
第三,学校在大二已经开展大学生创新项目申报工作,由于学生在申报之前接触的电子基础知识的欠缺及电子作品制作流程的不了解,学生比较困惑于创新项目的申报与完成,最终导致学生所申报的创新项目题目要么比较简单,要么比较难于实现,要么不切实际,严重影响了大学生创新的积极性,导致创新项目质量不高,创新力度不够,学校陷入投入经费虽然大,产出却很小的困境。
3 电子设计课程教学改革
O置电子设计课程的目标是使学生在学习电路、电子线路、数字电路的基础上,掌握电子电路系统的分析与设计的方法和流程,熟悉现代电路系统设计过程中常用的辅助工具及其使用方法,培养学生电子电路系统的设计能力和创新意识,促进大学生电子类创新项目的申报、制作和完成,提高大学生的创新能力。因此,要根据电子设计课程的目标,在其课时安排、授课内容、考核机制、教学模式等方面进行改革与探索。
3.1 课时安排
目前,电子设计课程教学课时为32个课时,涉及的内容有两大块,第一为电子电路的仿真,包括电路、模拟电路、数字电路、单片机电路及综合电路的设计与仿真;第二为电路板的制作。
但在实际教学过程中发现,在做电路、模拟电路、数字电路时,由于电子设计课程安排在电路、模拟电路、数字电路之后,学生在设计与仿真电路时,已对原理不甚清楚,特别是综合电路设计时,电路设计原理掌握不到位,电子设计课程的任课老师还得安排一些课时来使学生继续学习电路方面的基础知识,严重影响电子设计课程的教学任务,达不到学生在电路设计方面技能的提高,实际教学效果不是很好。另外,电子设计课程最终要锻炼学生的电路设计能力,因而在实际教学过程中会加入一些综合电路的设计,由于课时及经费问题,都流于电子设计软件中电路的仿真与PCB制作,并有形成实物,也与大学生创新项目关系不大。
由此可见,电子设计课程一方面要达到教学目的,提高教学质量;另一方面要与大学生电子创新项目的完成相辅相成。因此,可将电子设计课程的内容分解为多个部分,将每一部分都嵌入到相关课程中,如表1所示。
这些课时安排也不要绝对,可根据实际需要来适当调整,但实际教学中,最终的电子设计课时不能少于14学时,否则达不到教学目的。
3.2教学内容
由于电子设计课程更加侧重于电路的设计与仿真,注重实践,因而实际电路设计与理论有些出入,可由于电子设计的基础内容为电路、电子线路、数字电路,这些课程教学过程中由于理论授课课时紧张,而实验又以最基本的实验为主,不会或者很少加入电路设计与仿真,致使学生基本处于电路的理论分析阶段,对电路的设计与仿真理解与掌握不够,因此在电子课程教学过程中又要花费大量的课时来对电路、电子线路、数字电路中的一些基础电路再次进行仿真,最终影响电子设计课程的其它内容教学。
授人以鱼,不如授人以渔,针对这种情况,在实际教学中,我们对其内容进行下面的修改。
第一,结合表1中的课时安排,我们对电子设计课程的相关内容做了相应调整,将基础电路的设计与仿真嵌入到相关课程的理论教学中,使得学生在理论学习的教程中,注重实际电路的设计与仿真,从而将电子设计课程的基础电路设计与仿真溶入到其它课程的理论教学中,使得学生理论与实践学习同时进行,并使电路仿真来促进各门课程的理论学习是,从而达到实践与理论相互促进,学生的电路设计与仿真不在囿于课时限制,变成一种自主学习行为。
第二,根据第3学期的大学生创新项目申报工作,在实际教学内容中加入创新项目申报讲座内容,重点讲解如何进行创新项目的选题,申报,注意事项及电子作品制作流程。通过这样的讲座形式,使得学生知道在后续课程中会有相关课程来引导创新项目的完成工作,不在困惑于创新项目的申报,从而选题更合理,申报更有目的性,创新质量更高。
第三,电子设计课程中,增加综合电路的设计与仿真制作。该项内容重点围绕学生的创新项目,包括电路的设计、仿真、PCB制作、电子作品实物等。
通过教学内容的改革,使得电子设计课程教学不再是因教学而教学,更注重于实际、并将所学课程前后连贯起来。通过这样的教学,使得学生学以致用,提高了学生的学习积极性。
3.3考核机制
原有电子设计课程的考核以课堂考勤及期末课堂考试为主,不注重学生的学习过程。考核机制改革后,更注重学生的学习过程,过程分值参见表1所示,其各分值又根据情况细化,如表2所示。
通过考核机制改革,学生的学习成绩取决于整个课程的学习态度及学习过程,考核方式由最终的考试为主,转向学习过程考核,杜绝了一部分学生临阵磨刀的作法,在一定程度了更体现出了以人为本的思想,使得考核更为客观,公平。
4 课程改革效果及不足
通过上述教学改革,选取两个行***班进行电子教学改革实验,一个班为普通教学班,一个班为改革班,教学效果如表3所示。
通过上表,可以看到,普通教学班在电路、电子线路、数字电路等课程的教学过程中,成绩平均分要低于改革班,究其原因是,在这些课程的学习教程中,由于加入了仿真实验课时,促进了学生的学习兴趣,一部分学生会额外增加学习时间,理论与实践相互促进。更为关键的一点是,在大学生创新项目的申报工作中,学生的创新项目题目难度适中,并且都能完成最基本的功能,几乎没有撤项的情况出现,而在普通班的创新项目完成度不是太好,有部分项目完成不了,需要撤项。
5 结论
电子设计课程在电子信息及其相关专业中扮演着重要的角色,更在大学生电子类创新项目的完成中起着重要的作用。面对电子设计课程实际教学过程中存在的问题,在教学内容、课时安排及考核机制方面进行了改革与探索,使得电子设计课程的教学过程与电路、电子线路、数字电路、单片机等课程的理论教学相结合,并且与大学生创新项目的申报与完成的联系更为紧密,有助于大学生的实践能力,创新能力的培养。
参考文献:
[1] 刘颖,侯建***,黄亮.“电子技术课程设计”精品课程建设与改革实践[J].电气电子教学学报,2008.30(2):3-4.
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[3] 王波,张岩,王美玲,等.电子技术课程设计教学改革的探索[J].实验室研究与探索,2013(10):380-382.
电子技术课程设计是电类专业学生学习完数字电子技术和模拟电子技术理论课及实验课之后的重要的理论和实践综合设计环节,是学生掌握和具备电子技术基础知识和单元电路的设计能力之后,进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法,是把理论运用到实践中进行再体会,着重提高学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新精神,为以后从事电子系统设计和开发应用打好基础。如何在这一环节启发学生人创新意识和实践能力,并掌握电子设计的新技术新方法是一个值得不断探索的课题[1,2,3]。近年来,随着EDA技术的普及与应用,将EDA技术引入到电子技术课程设计中,在培养学生综合能力和工程设计能力方面作了一些探索和尝试,经过几个学期的实践取得了较好的效果。
1传统电子技术课程设计教学的弊端
传统的电子技术课程设计的教学过程中有一些弊端,主要表现在以下几个方面。第一受到教学经费及实验场地和实验时间的制约,辅导教师缺少;第二,课程设计题目狭隘,缺少个性,有的课程设计题目向乎是纸上谈兵,设计过程枯燥乏味;第三,学生综合能力培养受到限制,阻碍了学生创新能力的发展和发挥,导致学生对课程设计兴趣降低,不利于学生主动探索精神的培养。
2电子技术课程设计的教学改革
2.1教学方法的改革
电子设计自动化(EDA)技术是当前工程设计的新技术,它的应用使得电子系统的设计手段产生了深刻的变革[4,5,6,7]。在教学中采用虚实结合法,“虚”是指学生在完成电子系统的初步设计方案以后,用应用软件对整体电路进行仿真,验证设计方案的或能,修改方案设计中的原理性错误。“实”是指学生对所设计的电路在实验室进行实物制作。虚实结合法中“虚”是手段,“实”是目的,虚拟仿真不受实物实验条件的限制,能够拓宽学生的设计思路,实物制件与调试是最终实现的结果。虚实结合法进行电子课程设计的流程如***1所示:1)选题及方案设计:根据课程设计的预期目标,提出几个不同的、难度大体相当的、具有实用性的电子电路设计题目及性能指标,由小组成员集体讨论选择设计题目,组织小组成员查找相关资料,并要求小组成员每人都提出自己的初步设计方案。然后小组成员讨论各自的方案,相互提出修改意见,发挥团体精神,集思广益,最后确定设计方案。2)电路虚拟仿真:电子设计自动化是当前工程设计的新技术,它的应用使得电子系统的分析设计手段产生了深刻的变革,是电类学生从事工程技术工作必须掌握的技能。在学生根据设计课题初步确定方案后,要求先在虚拟仿真台上对设计方案进行仿真,观察电路功能是否满足设计要求,分析主要元器件参数对电路指标的影响,初步了解电路的工作情况,适当更改元件参数使之达到技术指标的要求,为电路的实际调试做准备。3)实物制作及调试:对实物电路进行安装,可以培养学生严谨、求真的科学态度和认真踏实的工作作风。从实物的制作及连接可以让学生接触实际中使用的元器件及识别,观察实际元件的外形及标称方法,可以在实物制作中提高焊接的技能以及集成芯片和面包板的使用。调试技术是工程技术人员必须熟练掌握的基本技能,在加信号的情况下进行单元电路的调试,单元电路能正常工作后再逐步扩大调试范围,直到完全符合设计要求。调试完毕后,比较电路实测的性能与计算机的虚拟仿真结果,认识虚拟仿真在电子技术设计中所起的作用,培养学生软硬件的综合应用能力。4)答辩及设计报告:答辩主要检查的提问课程设计课题的基本原理、基本设计方案、电路***等相关内容及学生的理解和掌握情况。答辩以小组为单位,采取抢答的形式,答辩题目按难易区分2-3个层次,抢答的题目难度越大则得分越高。总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结,按规定的格式进行书写,作***要规范,通过撰写总结提高学生的方案表达能力、工程制***能力和科技写作能力等基本综合素质。
2.2设计课题内容的改进
电子技术课程设计所选的课题来源于工程实际,能够反映现实生活中的应用,并且能尽量覆盖电子技术理论的主要知识点。比如,振荡电路、组合逻辑电路、计数器、译码器、寄存器、循环脉冲发生器等,既要使大多数学生能够在规定时间顺利完成,又要使课题有一定的自由空间,以开阔学生思路,发挥学生的创造性和主动性。结合几个学期的工程实践经历,目前电子技术课程设计已经开设的题目有数字钟、数字频率计、交通灯控制、篮球比赛计时器、救护车报警器、抢答器、循环彩灯等。在选题时,学生自由选择提供的课程设计题目,也可以自拟题目。
3教学的收效
上述教学实践极大地激发了学生的设计热情,从学生所写的课程设计总结来看,大多数学生在不同方面都有很大收获。3.1激发了学生的积极性学生感觉到利用所学的电子技术知识可以实实在在的做出电路来,提高了学生对所学专业知识的信心,激发了学习理论课的热情。3.2掌握开展实践活动的科学方法学生对开展工程实践活动的科学方法和步骤有了切身体会,为进一步学习其它专业课的设计和以后的专业工作奠定了基础。3.3增强了团队合作能力以团队合作的形式完成任务,分别查找资料、模块设计、电路调试等从而使学生在设计过程中学会相互沟通协调,相互支持配合,增强了责任感和团队合作能力。
4结束语
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