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2电路与模拟电子技术课程目标
本课程的总体目标是:通过对电路原理、常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习,使学生获得电路与模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能,为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。其中包括:(1)知识目标:掌握电路基本概念、基本分析和计算方法;会计算电路主要参数;掌握电路波形图画法、建立电路模型的方法;会判断器件类型、电路工作状态;(2)能力目标:培养学生正确使用常用仪表的能力;培养学生正确选择元器件的能力;培养学生检索与阅读各种电子手册及资料的能力;培养学生识读与分析电路的能力;培养学生安装和焊接电路的能力;培养学生电路测试方案的设计能力和对测试数据的分析能力;培养学生排除电路故障的能力;培养学生进行简单电路设计的能力;(3)情感目标:通过趣味案例激发学生好奇心和学习兴趣;通过学习情境挖掘学生的求知欲和创造欲,树立学生自信心。
3电路与模拟电子技术课程设计
本门课程设计的理念是:以学生职业能力的培养为最根本的出发点,理论学习以必须,够用为度,同时进行课证融合。在课程的教学过程中采用多种教学方法和手段:传统的教学法、直观教学法、探究法、启发式教学和多媒体教学手段。
4电路与模拟电子技术课程实施
在课程的实施过程中教师首先进行了学情分析:高职院校的学生学习基础普遍较差,学习能力欠缺,急于求成,缺乏持久性。虽然学生对电类专业课入门的学习具有一定的兴趣,但这种兴趣不够稳定,需要教师创设适度的情境,适时地激发。所以在教学过程中,教师要力求做到将深奥的知识浅显化,抽象的知识形象化。课程的重点难点是半导体器件,放大电路,负反馈。教师对重点、难点的处理方法有:(1)传统的讲解法;(2)直观式教学;(3)配合flas演示;(4)通过万用表测试加深理解;(5)创建学习情境。例如:在半导体器件的讲解部分,可采用直观式的教学法,带领学生认识各种不同的二极管,三极管。对于三极管的讲解,配合万用表测试加深理解。下面以一次课实验课———三极管电流放大特性为例,来说明课堂的教学组织。三极管的电流放大特性这节内容是深入模拟电子技术部分的第一道难关。学生只有深入到心里层面去理解了这节内容,才可以举一反三去理解后续学习的电子元器件。教师采用基于工作过程“教、学、做”一体化的教学设计,把启发式教学贯穿整个教学过程,通过探究实验操作和多媒体仿真,把抽象的理论知识难度降低,达到突破难点,帮助学生化难为易,让学生轻松愉快充满信心地完成学习。
5考核方案
课程的考核方案根据学院教务处的要求,期中成绩占30%,平时成绩占30%,期末成绩占40%。平时成绩包括:课堂考核,课后作业,单元测验。在学期结束前另有为期一周的教学实习,教师根据维修电工的考试内容结合实际情况申报,并由系部统一采购实习耗材。实习的考核分为:优———电路功能完全实现,性能优良,工艺精美。良———电路功能基本实现,性能优良。中———电路功能基本实现,性能不够稳定。及格———在教师辅助制作下,电路功能基本实现。不及格———电路功能未实现且学习态度有问题。
6教学评价
课程的教学评价包括:校内督导评价,同行专家评价,教师自我评价,学生评价。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)51-0075-03
电子技术课程设计是一门集基本理论、工程设计于一体的专业基础课程,是电子、信息类本科专业的基础必修课程。该课程是对电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术等前期课程所学内容的消化、巩固、总结和提高。该课程的教学不仅要求学生掌握扎实的相关课程基本理论知识,更在于通过对学生进行综合训练,培养和提高学生在电子系统方面的工程设计能力、元器件装配能力、综合调试能力。同时,也为后续课程,如单片机系统课程设计、嵌入式系统课程设计及电子系统课程设计等实践课程的开展打下良好的基础,为学生今后从事相关专业技术工作提供了必要、专业的实践技能。
一、电子技术课程设计教学的不足
根据过去几年对电子技术课程教学情况的分析,结合相关企业对电子类人才的要求,我们认为该课程在教学设计上应从下面几个问题上重点改革。
(一)课程内容与社会需求差距较大,设计题目偏少
电子技术课程主要由理论和实践两部分构成,其中实践又分为实验和课程设计。理论是基础、实验是深入、课程设计是提高,它们相辅相成构成这门课程完整的教学体系。针对课程设计,一般本科院校的教学方式较为保守,沿用传统模式,忽视了相关行业、企业所采用的新技术、新软件,不能与社会同步,学生走出校门口不能立即胜任岗位工作,而是需要通过进一步的岗前培训才能满足岗位对人才的需求。同时,设计题目和类型偏少,内容相对陈旧,学生可选择的范围也不大,导致部分学生对本门课程学习的积极性不高,也影响了本课程的教学效果。
(二)教学方法较为单一落后
本门课程的教学时间为32学时(合计不到一周的教学时间),时间较短,为了在较短的时间让学生完成设计任务,教师总是详细讲解并指定相应的资料,将学生限制在指定的范围和实验元件内,不利于培养出具有竞争意识和创新能力。且在实验讲义中,编写教师对设计题目的电路实现方案编写得较细,学生可发挥的空间较小,导致部分学生不会自己独立思考,直接采用设计提示电路,或者直接抄袭其他学生的设计方案,不能更好地调动学生独立设计的积极性。
当前我们大部分老师都采用了多媒体授课,在教学过程中,教师过分地依赖电子课件,而忽略了其他的教学方法,如课堂演示、学生上台实操等。在涉及电子设计软件的操作时,学生需要实际动手训练,边听边做效果会更好。而用电子课件进行授课时,加快了课堂授课的节奏,学生对某些知识点来不及消化,教与学缺少良好互动,学生很难与老师保持同步,使得授课效果大打折扣。
(三)实践缺乏工程化思想
在电子信息和仪器仪表领域从事电路设计基本上是以工程化的方式进行的,将一个工程分成若干个模块,再由不同的项目团队分头完成。将现代电子领域里设计公司的理念融入课堂,让学生以设计团队为单位开展实训,能够使学生走出校门后更快地适应自己的岗位,但从目前大多数学校开设的课程来看,除了毕业设计会有几个学生一起合作完成外,实验、课程设计等几乎都是学生独立完成的,很多学生抱着应付的心态随大流,没有主动思考的意识,缺乏创新思维。大多数学生只是按照老师所给电路图像搭积木一样连线,不能真正弄懂电路的意图,因此在未提供电路图时往往束手无策。严重缺乏创新思维,使得学生在走出校门后不能从事完整的工程设计,面对很多简单的项目也会缺乏信心,无法在已有的岗位基础上实现更高的突破。
(四)成绩评定体系不够完善
目前的考核制度,虽然提升了平时成绩所占比例,但仍然是应试教育模式。在成绩评定时,往往根据调试结果以及撰写的设计报告给出成绩,学生在设计、制作、调试过程中遇到的问题以及解决方案等具体实施过程没有体现出来,评定的标准不能具体量化,不能很好地反应学生在本门课程中的收获和真实水平。
二、电子技术课程设计教学的改革
(一)结合专业的社会行业需求,丰富设计题目
设置合适的设计题目是提高电子技术课程设计教学效果的关键。随着电子技术的迅速发展,新器件不断涌现,将其与课程教学紧紧结合,才能跟上时代的步伐。因此,课程设计教学改革的第一步就是结合专业的社会行业需求,根据学生的实际情况,提供足够的课程设计选题,同时保证设计课题的内容具有综合性、实用性、先进性。
首先,本设计课程为学生提供了72个设计题目(课题内容统计情况见表1),保证学生具有较大的选择空间;每一个题目具有基本功能和扩展功能,从而满足具有不同实践能力的同学的要求。其次,大部分课题的设计要求尽量使用现有的能够实现该设计的新器件,设计并完成的小电子系统实用性较强,具有相当的使用价值,可以作为电子系统课程设计和仪器仪表课程设计的基本模块,也可以作为电子竞赛和创新项目的单元电路。再次,设计题目新颖,能激发学生的设计调试兴趣;大部分课题的设计内容与专业密切结合,从而增强学生的学习积极性。最后,每个设计题目都能够尽量训练前期课程中的相关知识点,比如:巩固电路分析基础中的分压电路、电容元件特性、变压器工作原理等;模拟电子技术课程中的基本共射、共基放大电路、功率放大器、比较器电路、波形发生电路等;数字电路中各种逻辑门电路、显示译码器、数据选择/分配器、触发器、寄存器、计数器、555电路和蜂鸣报警电路的应用等。教师在布置设计任务时,针对每个设计题目,以系统框图形式给出2~3个总体设计参考方案,以高集成芯片为核心,由中规模集成电路构成各单元电路,然后组合出系统的设计方案。
课程设计除了提供5个类型72项常用的备选设计题目之外,还引入了与学科相关的科研项目的子课题作为课程设计题目,选拔一些优秀学生参与这部分课题的设计。同时结合每年的本科生创新项目,每年更新一些设计课题。以教学、科研及竞赛项目为电子技术课程设计题目,为学生创造了研究性学习的机会,提高了其实践技能。通过项目开发过程的工程磨炼,提高了学生的实践技能,激发了学生的自主创新意识,对于学生工程素质的培养发挥了较大的作用。同时,学生参与教学科研活动,可以解决创新实践活动开展中的一系列问题,促进了创新实践活动的开展。
(二)丰富课题设计内容,合理安排教学进度
电子技术课程设计一般安排在大三上下学期进行分散教学。教学学时共32学时,每周3学时,共11周。教学进度和时间安排统计情况见表2。
本着培养学生独立设计、创新实践的理念,我们改变了传统的“老师讲,学生做”的方式,少讲甚至不讲理论知识,仅是提纲挈领地给学生指引一下他们设计所要查找资料的方向,在设计的过程中,学生遇到了实际问题再进行单独答疑。
在组织方式上,参照电子竞赛的方式进行,2名学生一组。每组学生可在指定的选题中任选一个设计题目,在11周内协力完成课程设计任务。学生在课程设计期间,不仅要共同讨论设计课题和选择设计方案,还必须落实自己具体的设计任务,以达到了解和熟悉整个设计课题全过程的目的。同时由于引入了竞赛机制,不但可以增强学生的团队精神,还能发掘他们创新的潜能。
在课程设计前期,课程设计的任课教师可提前两周布置课程设计的教学任务,在这期间,完成学生的分组,两人一组自愿组合,提供课程设计题目供学生自行选择。学生选定题目后根据课题的设计要求和参数独立查阅相关资料,完成电路的初步设计。
课程设计第一阶段,完成方案设计。方案设计包括电路方框图、详细的电路原理图、电路工作原理的说明和元器件清单。完成电路设计后,学生还要使用Multisim软件完成对设计的电路进行仿真。通过软件仿真可以发现设计中存在一些的问题,进一步改善设计方案。学生掌握了电子仿真软件的使用方法,也为以后的课程学习打下基础。实验室将元件清单汇总,尽快完成元器件的准备工作。
课程设计第二阶段,完成电路原理图和PCB板绘制,并且完成PCB的制作。学生通过学习使用Protel软件,熟悉了电路布局、布线、电路板的制作过程,增强了对电子系统工程设计过程的认识。
课程设计第三阶段,完成元器件的焊接及整个系统的联调,测试技术指标。学生在教师指导下较好地完成元器件的焊接。焊接过程由低到高,分模块完成。确认安装无误后进行通电调试。在调试阶段,采用由前至后的顺序,从输入端开始逐模块调试。若存在故障,应该分模块检查,按照从大到小的范围进行排查,最终找到故障的确切地点并加以解决。学生通过对电路的调试可加深对电路工作原理的认识,学会调试、检查电路的方法。调试过程中教师要注重启发学生,自己分析查找故障位置和原因,并独立找到解决的方法。要求学生在测量完成技术指标后与理论结果进行分析比较,进一步了解电子电路学习过程中理论与实践的区别。通过课程设计为学生提供锻炼的平台,提高了学生的理论与实践能力。
课程设计第四阶段,完成并提交设计报告。设计报告包括以下部分:①系统方案论证;②各单元电路详细设计;③电路的仿真及仿真结果;④调试中出现的问题及解决方法;⑤系统测试结果;⑥心得体会。设计报告是对课程设计全过程的总结,学生要严格按规定的格式进行书写。设计报告的撰写可提高学生的表达、论证能力、科技写作能力等基本素质,为后续课程设计报告及毕业论文的撰写打下基础。
(三)改进教学方法,提高课程教学效果
在电子技术课程设计中,利用视频、图片等多媒体手段展示相关内容,可以激发学生对所选课题的兴趣。利用教学网站,提供一些跟学生课程设计题目相关的资料,学生可以随时进行查阅。同时加大实验室开放力度,课程设计的时间不局限于课堂。实行开放式管理模式,时间开放和资源开放。学生可以根据需要通过网上自由预约的形式,课余时间自行到实验室进行课程设计,实验室提供自主学习环境。由于带着任务,学生虽然没有教师时刻管理也会很自觉地进行学习。同时由于带着问题去学习,学习的效率也更高,而且这样也可以更节省实验室的教学资源。采用这种形式,增加了学生的实验时间,增强了学生进度安排的灵活性,有助于学生自主设计能力、工程能力、创新能力的培养。
(四)完善成绩评定体系
验收考核环节采取硬件实现情况、软件调试情况及考核答辩的方式。相同题目之间的小组,根据所完成项目的性能、指标及完成速度进行评定。
从电子技术课程设计这门课程的设置目的出发建立成绩评定体系(见表3):①方案设计的合理性、科学性,电路设计的正确性;②对Multisim、Protel等电路设计、仿真软件的熟练掌握程度、制作效果;③元件安装、焊接的工艺质量;④电路调试、故障排除、结果分析及回答问题的情况;⑤课程设计报告撰写。
在进行成绩评定时,注重调试效果正确的同时,应强调整个设计实施的整体情况,若部分同学的设计电路调试结果不尽如人意,只要学生能找出其中的原因,并提出相应的方法进行改进,仍可获得不错的成绩。另外,注重学生是否已掌握设计方法、制作工艺、仪器使用、调试方法、论文撰写等不同的环节,即使同组同学根据不同的表现也可给出不同的成绩。
三、结束语
电子技术课程设计是学生进行的第一个专业基础课程的课程设计。在课程改革中突出了学生创新意识及工程素质的养成,体现了“内容综合、面向工程”的特征,促进了电子技术创新教育体系的不断完善和可持续发展。通过本门课程的教学改革,丰富设计题目,且与实际联系,调动了学生的学习热情,培养了学生对设计性实验的兴趣。由于合理安排教学环节,学生经过自主查找资料和小组讨论,完成电路方框图、电路原理图、电路布线图的设计;完成对电路系统进行安装、焊接、调试、检查解除故障、测试参数;掌握了相关软件的应用。充分发挥了学生的主动性和创造性,提高了分析和解决电子电路中各种问题的能力。较为完善的课程成绩评价体系也较好地保证了课程设计的教学质量。通过后续的课程学习,学生的综合设计能力不断提高。
参考文献:
[1]贾俊荣.电子技术课程设计教学改革与实践[J].福建电脑,2013,(11):69-70
[2]佘新平.电子技术课程设计的实践教学模式探讨[J].长江大学学报(自然科学版),2010,7(1)347-348.
党的十报告中指出:“全面实施素质教育,深化教育领域综合改革,着力提高教育质量,培养学生社会责任感、创新精神和实践能力”。同志提出的“中国特色、世界水平的现代教育”是“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴梦的重要组成部分。刘延东同志在2014年高校咨询会上也提出:“要把立德树人、提高质量贯穿综合改革全过程,创新人才培养机制,切实落实人才培养中心地位”。当前,高校在人才培养模式、课程教学内容和方法、实践教学环节等方面还存在着一些不足,如何培养创新人才是高校教育工作者需要着重关注和实践的课题。我校电气信息类专业结合2014版培养计划修订,做了部分课程的教学改革与实践尝试,现与大家交流学习。
一、主要改革内容及实施情况
(一)充分发挥培养计划在引领学生创新能力
在2014级电类学生培养计划修订中,对电类三个专业的学科基础课、专业核心课、专业方向课、专业选修课、集中实践教学环节进行课程调整、学时调整。充分发挥培养计划在引领学生创新能力培养中的核心作用。
(1)2014级船舶电子电气工程专业教学计划修订情况
在学科基础课中:一是新增加了“电路原理图与PCB设计”课程(32学时实验);二是将“单片机原理及应用”课程(36+20)改为“单片机原理及应用”课程(32学时理论)及“单片机原理及应用实验”课程(32学时实验)两门课程;三是将“电路分析”课程(52+16)改为理论与实验分别独立的两门课程。
在专业核心课中:取消了“船舶通信与导航”课,改列为专业选修课。
在专业选修课中:取消了电子综合设计辅导(2学分、24+8学时、第5学期)课,新增加了“电子技术创新实验辅导”实验课程(1学分、32学时实验、第5学期)。
在集中实践教学环节中:一是取消了“电子技术课程设计”(2学分、2周、第3学期)新增了针对性更强的两门“模拟电子技术课程设计”(1.5学分、1.5周、第4学期)及“数字电子技术课程设计”(1学分、1周、第4学期)课;二是将“单片机课程设计”(1学分、1周、第5学期)改成(1.5学分、1.5周、第4学期);三是取消了“船舶电气设计与检验课程设计”(1学分、1周、第6学期),新增了“船舶机舱测控系统课程设计”(1.5学分、1.5周、第6学期)。
(2)2014级电气工程及其自动化专业教学计划修订情况
在学科基础课中:一是取消了“电气工程导论”课程;二是取消了“计算机辅助设计”,新增加了“电路原理图与PCB设计”课程(32学时实验);三是将“单片机原理及应用”课程(42+16)改为“单片机原理及应用”课程(32学时理论)及“单片机原理及应用实验”课程(32学时实验)两门课程;四是将“电路分析”课程(52+16)改为理论与实验独立的两门课程。
在专业核心课中:一是将“单片机原理及应用”调整到学科基础课;二是取消了“供配电系统”课程(2.5学分、36+4学时、第7学期),改增为“工厂供电”课程(3学分、40+8、第7学期);三是将“检测与转换技术”(2学分、26+6学时、第4学期)学分调整为(2.5学分、28+12学时、第4学期);四是将“自动控制原理”课程(3.5学分、48+8学时、第5学期)学分调整为(4学分、52+12学时、第5学期)。
在专业方向课中:一是取消了“变压器应用技术”课程(2学分、28+4学时、第7学期);二是取消了“船舶动力装置与辅助机械”(2学分、28+4学时、第6学期)课;
在专业选修课中:一是取消了6门课程,分别是:信号与系统、文献检索、企业管理、电气工程专题讲座、集散控制系统、电子综合设计辅导;二是新增“电子技术创新实验辅导”(1学分、32学时实验、第5学期)、“新能源技术”(1学分、16学时、第5学期)两门课程;三是将“AUTOCAD”课程(2学分、16+16上机、第5学期)改为实验课程(1学分、32学上机、第5学期)。
在集中实践教学环节中:一是取消了“专业综合课程设计”(2学分、2周、第7学期);二是新增了“测控技术课程设计”(1学分、1周、第5学期)及“电气控制技术课程设计” (1学分、1周、第6学期)两门课程。
(3)2014级电子信息工程专业教学计划修订情况
在学科基础课中:一是取消“计算机辅助设计”(16+16)课,改成了“电路原理图与PCB设计”课程(32学时实验);二是增加了由专业核心课调整来“单片机原理及应用”课程(32学时理论)及“单片机原理及应用实验”课程(32学时实验);三是将“电路分析”课程(52+16)改为理论(56)与实验(16) 两门独立的课程。
在专业核心课中:取消了“信息论与编码”(24+8)课程并调整“单片机原理及应用”课程(40+16)到学科基础课。
在专业方向课中:一是在通信系统方向:将“程控交换”(32)课程换成为“移动通信”(22+10)课程;二是在嵌入系统方向:将“ARM处理器原理及应用”改为“嵌入式系统”(22+10),新增“ 计算机操作系统”(16+16(上机))及调整来“ 电子综合设计辅导”(16+16);而“DSP原理及应用”、 “多媒体技术”、“ 电子设计自动化”调整到专业选修课中;三是取消了电子系统设计方向。
在专业选修课中:一是取消了“复变函数与积分变换”、“JaVa语言程序设计”、“数据结构”、“数据库技术及应用”、“Linux软件设计”、“计算机接口与通信”、“自动控制原理”、“电视原理”8门课程;二是由专业方向课调整来“DSP原理及应用”、“多媒体技术”、“电子设计自动化”3门选修课;三是新增“专业导论”、“学科前沿信息”、“新能源技术”、“现代控制理论[双语] ”、“信息论与编码”、“集成电路设计”、“计算机网络安全”7门课程。
在集中实践教学环节中:一是取消了“电子设计方向专业课程设计”(2学分、2周、第7学期);二是新增了“工程训练C”(1周,1学分),调整了“模拟电子技术课程设计”(2周,2学分)、“数字电子技术课程设计”(2周,2学分)、“单片机原理及应用课程设计”(4周,2学分)。
(二)加强几门关键课程的课改示范工作,提升课程在电子能力培养中的关键作用
(1)电子综合设计辅导课程的教改实施情况
电子综合设计辅导课程是训练学生综合设计能力的课程。学院2009年起将原来的“电装实习”改成(电子装配)“工程训练”和“电子综合设计辅导”(2学分、24+8学时、第5学期)两门课程,并结合课余电子制作训练作为补充。电子综合设计辅导课程每一年的设计制作内容在原有的基础上都有新增,加强设计内容的新型性和实用性,至今实验室已有50多个设计实训模数电路板。2014版培养计划中“电子综合设计辅导”课程调整为实验课程“电子技术创新实验辅导”(实验30学时)。
电子装配工艺训练对学生的知识基础要求较低,在原2010版教学计划中安排在大一第二学期进行,重点是训练学生的电子电路焊接技术,为以后的电子装配打下基础。教学时数为一周,时间上分散进行,历时半个学期。电子综合设计辅导课程是学生进行电子设计的入门课,除公选课、选修课形式外,兴趣小组形式的学习培养也是一个最有成效的环节,使得对电子设计有基础、有兴趣的同学得到充分发挥与提升能力。对电子制作训练做到有计划性,一般分为四个阶段:
第一阶段:为电子制作基本能力训练。安排在入学后的第二学期,以兴趣小组形式进行。内容主要为:焊接技术训练、认识基本元器件(学会万用表的使用)、识图、音频放大电路制作。
第二阶段:电子制作入门训练。安排在入学后的第三学期,以公选课的形式进行。主要学习绘图、制作与测量(学习Protel(Altium Designer)软件的使用,学会常用电子仪器的使用,利用波形图分析电路的工作状态,分析能力训练),内容有:简单电源电路、电动机驱动电路、光控灯开关电路、温控加热器电路等。
第三阶段:电子设计基础训练。主要是结合理论知识设计电路,安排在入学后的第四学期,以选修课的形式进行。内容有:音响电路(含音调电路、功率放大器电路)、隔离放大器电路、充电器电路等。
第四阶段:电子设计综合能力提高训练。主要为综合设计中、大规模电路,安排在入学后的第五学期,以选修课的形式进行。内容有:抢答器电路、开关电源电路、数控电源电路、无线通信电路、锁相环振荡电路、转速检测电路、充电器电路。
(2)单片机原理及应用课程的教改情况
单片机作为电子自动化控制的主要手段,其作用越来越重要。我院该课程为省级精品课程,课程组老师进行了一系列的教学实践,编写了新的教学文件,每年修改电子教案、课件,出版新的教材与实验指导书,不断完善学习资源,实施电子考试等等,为学生的自动化电子设计起到了重要的支撑作用。在2014版教学计划中理论学时改为32,实验改为独立设课,学时为32,课程设计为1.5周。单片机实验电路板全部为校内老师设计制作,实验室至今有单片机综合应用设计电路板30多件。
(3)新增电子技术实践公选课
针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题,从2014年下半年开始学院在二年级学生中设立“电子技术实践”公选课程,从学生学习电子技术知识的初始阶段就引导学生向技术应用方向发展,培养学生理论联系实际、实际凝练为理论知识的能力,拓展学生的创新思维能力。电子技术实践课程在一定程度上打破课程的专业界限、学科界限,使得知识、技术、信息等多方面融会贯通,在还不能完全打破现有教学模式的情况下,以教学实验班的形式增加一个补充教学环节,以音频功率放大器的设计制作为立足点,从应用目标出发搜索知识点,解决技术问题,培养思维方式。电子技术实践公选课作为教学模式创新探索,在教学过程中最大程度地改变学生被教师控制之下被动地学习的局面,改变单纯死记硬背完成学业的局面,转而让学生养成从解决问题的角度去思考、查找知识,提高学生的主观能动性、创新意识。在教学环节上将实验教学、理论教学、课程设计三点连成一线。在教学效果上力求学以致用,学有所用,以适应大学生电子设计竞赛的要求,适应技能考证的要求,适应用人单位对应用型人才的需求。
(三)编写、修订教材、教案,建立完善教师与学生教学学习资源
编写出版《电子综合设计常用模块与实例指导》、《单片机设计实例集》等实践指导教材;为学生开展考证培训修订《电子工程师考证培训讲义》等;编写新的教学文件及电子教案、课件等,建立完善教师与学生教学学习资源。
一是修订出版了《单片机实验与课程设计指导(Proteus仿真版)》、《电子设计常用模块与实例》、《单片机设计实例选集(一)》、《51系列单片机原理及应用》等实践指导性强的教材;二是在原网络课程的基础上进行了单片机慕课网站的建设,新编了150题左右的作业练习题库;三是修改2014级教学大纲、电子教案及课件;四是设计开发2014级用的新实验电路板并用于每年的学生电子设计竞赛训练。
(四)加强实践能力培训,提高学生的综合能力
加强实践能力培训,提高学科竞赛的获奖数量、提高学生、专利证书数量、提高学生电子工程师/板级工程师/电工等从职证书数量。
(1)加强了学科竞赛的辅导力度。一是组织学生电子协会,每周至少开展一次活动,以加强低年级同学的基础技能训练;二是与飞思卡尔智能汽车竞赛相结合,利用各种提高学生能力的资源,充实学生的实践活动;三是培养充实指导教师力量,2014年学院的指导教师队伍扩大至9人,落实了组队学生与指导教师的互选环节,密切指导教师与参赛学生的联系,特别是在暑期中通过明确训练计划、训练内容增加指导教师的投入精力;四是针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题,从2014年下半年开始在二年级学生中设立电子技术实践公选课程,在教学效果上力求学以致用,学有所用,以适应大学生电子设计竞赛的要求。
(2)重视指导学生、申报专利工作,培养科学研究能力 。通过学生课程设计、毕业设计、电子竞赛、省创新研究项目等实践,指导学生以论文或专利的形式固化研究成果,近年来学生发表的电子设计类论文、实用专利、省大学生科技创新(电子电气类)项目、国家级大学生创新创业训练项目增加明显。
(3)加强校内电子工程师等考证培训工作。学院培训中心通过了市职业技能鉴定条件验收,成立了市“职业技能鉴定所”和电工方面考证员,可进行中、高级电工,中、高级维修电工,初级电子设计工程师、板级设计工程师、单片机C语言程序设计师7种电子电气类证书的证书认定,为学生培训考评提供了极大的便利。
(4)加强了毕业设计真题实做的要求。学院将毕业设计任务早计划、早布置,以提高毕业设计论文的真题实做时间,现一般是在第7学期初就布置任务,毕业论文答辩分二次进行,在较长的时间内可给学生留出较多时间完成高质量的毕业设计论文,学生毕业设计真题实做的比例在90%以上。
(五)落实考证考级替代学分考试的制度
落实考证考级替代学分考试的制度,将提高从职能力的技能考证、考级、竞赛奖等纳入到教学学分中。
学院出台了关于《本科生毕业设计(论文)替代管理办法》(试行)的文件,规定了5类学生学业成果(考证、考级、论文、专利、竞赛奖)或经学院本科毕业设计(论文)工作小组认定可以代替毕业设计(论文)的其他成果可替代毕业设计(论文)学分。
二、实践成果
两年间,学生在电子工程师、电工考证、学科竞赛获奖方面成绩提高明显,取得电子工程师证书30 人;电工证书192人;在大学生电子设计竞赛中,获省一等奖学生为9人,二等奖学生为18人,三等奖学生为21人;在全国(省)飞思卡尔智能汽车竞赛及智能机器人大赛中获一等奖6人,特等奖2人,二等奖9人,三等奖24人。两年间,学生发表电子设计类论文10篇,取得电子设计类实用专利35项。
三、不足分析
一是教学计划改革后课时量压缩造成教师“抢课”现象,并由课程门数增多及投入精力不足造成教学改革的实践效果下降;二是团队精神在学院教改项目中体现不够,大多数教师还是安于老的教学方式,教改积极性不高,大范围的教改项目推进困难。
提高教学质量不仅需要领导重视,更需要教师的人人参与。教学改革不能停留在口号上,更应建立在教师行动上。高校要把提高教师的影响力与学生的竞争力作为学校发展的基本目标,以社会需求为导向,进一步改革人才培养模式,为社会输送合格的创新创业型应用人才。
参考文献:
[1] 唐树森,李维. 电气信息类专业基础课程综合改革的研究与实践[J]. 中国电子教育,2004,03:44-46.
2.综合实训:提升综合素质模拟电子技术实践教学改革的最后一个环节是综合实训。这其中已经不只是模拟电子技术一门课程,它将与数字电子技术、单片机技术应用等课程综合开发设计题目,训练学生的系统设计的能力。在训练方法上通过主动学习、自主设计和创新设计三个步骤激发学生的求知欲望和创新意识。(1)主动学习:根据实验系统需要实现的基本功能和达到的指标要求,学生通过查阅文献,确定自己的设计方案;利用软件仿真电路,并通过调试确定适合的参数;写出预习报告。(2)自主设计:根据软件仿真电路搭建实际系统的硬件组件;完成系统程序设计;进行软硬件调试,通过查找错误、解决问题,达到锻炼提高的作用;测试系统的基本参数和功能。(3)创新设计:完成实验系统的进阶指标:如增加功能或提高指标;对系统进行最终测试,给出误差分析;写出实验报告,提交实验作品。综合实训使学生较系统地掌握电子系统设计过程的选题、立项、方案论证、电路设计、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等全过程,培养学生理论知识的综合运用能力。
二、进一步完善实践教学体系
1.严格考核制度
要想使模拟电子技术实践教学顺利地进行下去,必须进行严格的考核制度,以保证实践教学的良好效果。(1)基础实验。根据学生每次做实验前的预习报告和实验中的操作表现、实验后的结果分析,给出实验成绩,占模拟电子技术课程总成绩的20%。模拟电子技术课程总成绩=70%的期末考试卷面成绩+20%的实验成绩+10%的平时成绩。(2)课程设计。完成课程设计中常用单元模块电路仿真,成绩为“及格”;完成课程设计中常用单元模块电路和规定电路的仿真设计,成绩为“中等”;完成课程设计中全部软件仿真设计,成绩为“良好”;完成课程设计中全部软件仿真设计和一个综合设计制作选题,成绩为“优秀”。
2.完善实践教学体系的配套工作
除上述改革措施外,为进一步完善实践教学体系,实验室硬件设备和运行经费的投入是必要条件;编写相应教材,加强较适合学生之间的交流也十分重要。已经完成或正在进行的工作如下:(1)吸取经典教材的宝贵经验和新的教学理念,结合独立学院的人才培养目标以及本院课程设置和课程大纲的要求,编写适用于应用型本科的教材——《模拟电子技术基础》以及配套的实验及课程设计指导书。(2)开设电子设计工程师认证考试(EDP),为学生就业增加砝码;指导优秀学生参加全国大学生电子竞赛、全国大学生专业竞赛等,促进“因材施教的个性化培养”。(3)建立了模拟电子技术课程与实验的网站,实现了指导教师与学生、学生与学生之间的互动,拓宽了主动学习的空间。
作者简介:周来秀(1969-),女,湖南益阳人,湖南城市学院通信与电子工程学院,副教授;蒋练军(1966-),男,湖南安化人,湖南城市学院通信与电子工程学院,教授。(湖南 益阳 413000)
基金项目:本文系2011年湖南城市学院教学改革研究项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)30-0132-02
数字电子技术是电类工科的专业基础课程,对学生后续专业课程的学习有直接的决定性作用,在历届电子竞赛中也少不了数字电子技术的基础知识。该课程不仅具有自身的理论知识体系,同时也是一门实践性很强的课程。[1]
根据湖南城市学院“立足行业,面向基层,强化实践,突出城市主题,‘产学研用’结合,培养为城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才”的办学特色,学院压缩了该课程的理论课时。但考虑到该课程的重要性,有必要探索新的教学方法,使学生能在较少的课时里大幅度提高学习效率。要达到这一目标,最有效的方法是提高学生学习该课程的兴趣,变被动学习为主动学习。为此,教学组必须对传统教学模式进行必要的改革,将数字电子技术课程的理论教学、实验教学和课程设计统筹安排,在理论教学过程中穿插实验教学、理论指导实验,实验巩固理论,进而在课程设计阶段实现创新性设计。
一、面向“产学研用”,改革理论教学
1.明确知识目标,学习价值清晰
教师在理论授课时主要运用项目教学法[2]和Multisim结合的教学模式,[1]且明确每堂课的知识点中哪些内容在设计实用电路时将要运用,在具体电子系统中又将完成何种功能等,让学生认识到本课程确实学有所用。譬如计数器是用得最多的一种时序逻辑器件,主要功能有计数、分频、定时控制、产生节拍脉冲和脉冲序列、数字运算等。在讲授计数器内容时,其功能的应用可以举大家熟悉的产品,如交通灯控制器的绿灯时间、红灯时间及黄灯时间的控制就用到了计数器的定时控制功能。又如数字钟的核心器件是计数器,其时、分、秒的累加及转换就用到了计数器的计数功能;其秒脉冲是石英晶体振荡器产生的高频脉冲经计数器分频后得到的,这里又用到了计数器的分频功能。
2.激发学生热情,学习高效可期
为了充分发挥学生的主观能动性,在教学设计中必须安排一两次让学生上台讲授的机会,讲授内容应是学生通过自学能够讲好的内容。如加法器内容可安排学生讲授,因为加法运算在学计算机基础时已学过,学生对这部分内容较为熟悉,只是没有接触具体电路。在具体操作之前可以先安排自学,然后请学生上讲台把加法器的特点、逻辑功能等讲述清楚。尝试这种方法布置任务后,学生课前课后都在讨论自学内容,并且越主动的学生,其学习效果也越好。
另外,安排两至三次以学生为主导的习题课。先布置几个具有代表性和综合性的作业,要求课后完成,课堂上请几位学生上台把解题思路告诉大家,这样能检验作业是否真正经过自己的思考完成,也能发现完成过程中的知识缺陷。通过这种方式,学生学习的积极性大大提高了,多数学生希望能上台讲述解题思路。经过自学和习题研讨,师生之间、生生之间必然形成积极互动的局面,学生的学习主动性得到极大提高,学习兴趣得以充分激发,同时表达等方面的能力也提高了。
二、落实“产学研用”,强化实验教学
1.针对实际运用,优化实验内容
针对现有的实践技能培养侧重于理论验证性实验问题,在设计数字电子技术课程实验时采用硬件和软件结合的实验模式,对于验证性实验选择在Multisim平台上完成原理电路及实验内容的仿真。而对于较复杂的设计性、综合性实验,则要求学生利用Multisim设计出原理电路,仿真结果正确后再进行实验。
2.设计实验陷井,体会活学活用
在设计实验项目时,有必要设计一些具有陷井特征的综合性实验,即根据设计原理设计出来的电路,在实验时其功能却实现不了的实验。如在学完计数器内容后要求学生用双时钟十进制可逆计数器通过反馈清0的方法构造一个四进制加法计数器。因该计数器的清0端CR为高电平有效,且为异步清0,故要构造四进制加法计数,理论上在Q2端用一根导线与CR直接相联就可以了。实验时用芯片74LS192的学生实验成功,而用芯片CC40192的学生实验失败。原因是反馈清0信号停留的时间太短,芯片中的触发器在动作时间上存在微小差别,使得动作慢的还没来得及清0,CR端上的清0信号就消失了。学生首先怀疑任意进制计数器构造方法的可行性,根本没联想到上理论课时提到的异步清0信号为什么要锁存,经过提示后,利用与非门二次取非来延长清0信号停留时间,最终解决了问题。又如同样用双时钟十进制可逆计数器,通过反馈置数的方法构造一个初态为8的五进制减法计数器。学生设计的电路如图1所示,从图中可看出,计数器减到7(0111)时,在置数端会马上得到一个置数信号0,由于CC40192是异步置数,因此不会显示7,学生观察到的实验现象是输出一直显示8。为什么减不下去了呢?笔者要求学生画出状态转换图,并观察译码状态3(0011)的特点及8以后的数的特点,发现7(0111)和译码状态0011后两位相同,而学生在设计电路时只注意了译码状态,通过提示,学生修改后的电路如图2所示,最后成功实现了初态为8的五进制减法计数器功能。通过计数器这个实验,学生更加深刻地体会到:在利用所学知识指导实践时,应根据具体问题具体分析,活学活用,不能生搬硬套。
另外,在数电技术实验教学中,排除故障是提高学生分析、解决实际问题能力的最有效途径。[3]在学生实验过程中,可能会出现这样或那样的故障,有些是设备或元器件的问题,有些是人为因素。当学生实验出现故障时,指导老师应启发学生思维,让学生自己发现故障原因并排除故障。
三、贯彻“产学研用”,创新课程设计
经过系统的理论学习和实验之后,学生的理论水平和动手能力提高了,为进一步培养综合能力和创新能力打下了基础。于是,在结课之后再集中两周时间进行数字电子技术课程设计,以“产学研用”结合的形式完成该课程最后的学习环节。具体流程:第一周在学校完成,主要是确定设计方案和Multisim仿真,要求仿真结果符合设计要求。第二周在产学研实习基地制作实物。课程设计时将学生按20人一组分组,每组指派一个老师全程指导,指导老师为负责组的学生每人提供一个设计项目,每个项目都有设计要求和指标。项目一般来自生产实际和生活,是大家熟悉的产品。学生选题后,可拓展设计内容,也可以选自己更有兴趣的题目,但一般必须每人一个题目,或者相同题目有不同实现方法。另外,课程设计期间,要求不同组的学生在不同实验室上机查资料及仿真,指导老师则跟踪在相应实验室。
1.基于Multsim的电路设计过程
学生选题后,老师要引导学生查阅文献资料,并要求学生在四天之内确定设计方案。在设计过程中遇到问题时可与同学和老师讨论。在课程设计过程中,学生由于设计经验不足,一次性成功概率不高,因而可能经历反复修改电路的情况。如果按照传统的电路设计方法,项目原理电路一画出来就进行实物的制作,可能出现这种情况:做好实物后验证时却发现电路有错,最后只得修改设计,然后又重新制作。这样不仅容易损坏元器件,浪费资源,还会耽误许多时间。且课程设计时学生多,会用到很多芯片,让学生都在实验室完成电路的设计制作与验证不现实,因学院一般可做实物的实验室有限,而能上机的实验室较多。如果借助Multisim软件(因EDA课程是下学期开课,此次课程设计不用EDA辅助设计)对设计电路先仿真,发现有错时可轻而易举地修改电路,也不需用实物,因而可节约硬件资源,缩短设计时间,提高效率。因此,课程设计过程中,方案初步确定后先用Multisim软件搭建电路,然后针对每一条设计要求和指标进行仿真,如仿真结果不正确,就在Multisim平台上修改电路。
2.制作实物及上交材料
设计电路经Multisim仿真无误后,组织学生去实习基地制作实物。在实习基地主要学习制板、练习焊接以及调试,直到实验结果正确。实物做好后,紧接着写课程设计报告,并于第二周星期五时学生上交课程设计材料:实物及课程设计报告。实物验收时,学生应根据设计任务要求和指标进行实验。课程设计报告则按照工科论文格式书写,要求有电路原理框图、单元电路设计及工作原理介绍、总电路及工作原理介绍、仿真(或实验)结果与分析、总结及参考文献等。
四、结论
在数字电子技术课程教学过程中,为找到一种适合培养为城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才的教学方法,以“产学研用”为指导,以提高学生学习兴趣、激发学生主动学习的欲望、提高学生工程实践和创新能力为目标,最终达到提高教学质量和应用水平的目的,对该课程理论、实验、课程设计等环节进行教学改革,取得了良好的教学效果,并为后续专业课程的学习、毕业论文的撰写和科研开发奠定了基础。
参考文献:
关键词:
自制实验设备;电工电子技术;实践教学
电工电子技术是电类及部分非电专业的必修课程[1-2],该课程实践性及实用性强,其实践教学环节包括课程内实验(有的专业独立设课)、实习及课外的开放、创新实验,课程结束常有1~2周的课程设计,学有余力的学生还可以参加各类电子大赛培训等.这些课程既相对独立,又密不可分.如何合理安排教学环节,决定了课程教学的成功与否.为了培养学生运用电子技术理论知识分析设计电路,提高学生解决实际问题的能力、实践动手能力和创造性思维能力,在教学中实施一体化教学模式.理论课教师同时承担授课班级的实验、实习和课程设计等实践课程,教师对授课班级的情况熟悉,可以做到更好地因材施教.在此基础上,研制了电工电子技术综合实验台.该实验台可以完成电工电子技术的课程内基础实验、课外开放实验、创新实验、电子实习以及课程设计等教学任务,满足了各实践教学环节的需求.各理论、实践教学环节相互渗透、有机结合,形成了完整的教学体系,从而培养学生的创新精神和实践能力[3].
1构建一体化教学模式
1.1深化实践教学改革
实践教学改革,对加强学生工程实践能力,提高学生创新能力至关重要.作为地方工科学院,本着从人才培养体系整体出发,以能力培养为主线,构建分层次、多模块的实践教学体系.把本课程新技术和器件及时引入实践教学中,使学生在学校就能接触到电子技术的最新知识,学生的实践课内容与教师的科研、工程项目及企业技术需求紧密联系在一起,实现基础与前沿、经典与现代的有机结合.充分利用现代信息技术更新传统的实践教学内容和技术方法,从多方面、多渠道加强基础实验、开放实验、创新实验、课程设计和电子实习等实践课程,以各类竞赛及学校推出的多种学生科技项目强化学生的工程实践能力.建立新型的适应学生能力培养,鼓励探索和创新多元化实践教学模式及考核方法,促进学生自主学习、合作学习和研究性学习能力的提高[4-5].
1.2培养学生自主创新意识与实践能力
在校大学生存在人生目标不明确、学习动力不足等现象.对此,从学生入学开始给各班级配备了班主任辅导员.由于专任学生辅导员编制少,通常是一个辅导员负责十几个班级的日常工作,所以学生有问题不能及时和辅导员沟通,有了班主任后学生的思想动态能在第一时间反馈给班主任,当然大学班主任不同于中学,他们研究如何帮助学生树立人生目标,激发他们的学习兴趣,引导学生从步入大学前的被动学习模式转变到大学生活中的自主创新学习模式.班主任由专业教师兼任,他们都有自己的实验室,学生自发加入到教师的实验室中,从而大大提高了学生的实践能力.
1.3建立实践教学质量保障机制
为保障实践教学质量,除常规制度外,还出台各种竞赛章程及科技项目鼓励政策等,鼓励学生参加科研和创新创业活动,鼓励教师积极投入到学生的能力培养中.教师参与学生实践项目指导的,在评职、评聘和评优中给予政策倾斜,同时在工作量上也给予适当补贴,激发了教师的指导积极性.学校专门设置了创业实践基金,学生科技创新基金,从激励机制和经费保障方面促进创新创业教育.
2一体化教学模式的具体实施
以国家级、省级实验教学示范中心为依托,建设创新实践基地,教师自发投入到指导学生中,从而极大地增强了学生自主实验、自主创新的兴趣,为一体化教学模式的顺利实施提供了保障,具体措施有:
2.1开设与实践相关的选修和必修课
为提高学生的实践能力和创新创业意识,主要通过开设创新创业类必修课和选修课,举办创新创业类讲座,专业教育中渗透创新创业教育等途径,给学生传授创新创业基本理论和基本方法.组建学生科技与创业社团,并鼓励其开展虚拟创业活动.定期举办或组织学生参加创新创业竞赛,开展各级各类学科竞赛活动,举办各类技能培训,提高学生的综合实践能力.现在的本科教育是大众化教育,学校的大量扩招,使教师很难兼顾到所有学生.因此,通过组建电子协会等形式,培训少数对实践能力感兴趣并具有一定自学能力的学生,实验室由高年级学生定期组织培训和讨论并向这部分学生开放,培养精英学苗.进入实验室的学生在实验、课程设计和电子实习等教学过程中又会带动其他学生,辅助教师进行指导,将积累的实践知识传授给其他学生.教师指导各年级不同专业的学生组队申请并完成校级、省级开放实验、创新创业实践项目及参加各类竞赛等.能力强的学生直接吸收进入教师的研究室,融入到教师的科研项目中,撰写论文,申请专利,进一步提高了学生的科研及创新能力.通过这种反应堆式的互帮互助,将知识传授给每个学生.
2.2教学环节紧密衔接,形成一个完整的实践教学体系
电工电子技术课程教学包括理论教学、基础实验、课程设计和电工电子实习,课外有学生自发申请参加的创新创业训练项目、开放实验和各种电子设计类竞赛.该课程实践性实用性强,因此在理论教学中结合实验,在实验教学中完成对理论的应用.为更好地做到理论与实践的结合,教师同时承担理论课授课班级的所有实践课程,做到知己知彼,效果更好.教师把课程设计及电子实习的内容提前布置给学生,让学生根据布置的任务查阅资料,了解有关后续实践课程.学生在学习中目的明确,更加清楚学到的实验电路用到哪里,如何设计各模块电路,同时把设计好的单元模块电路利用手中的电脑或教师提供的EDA实验室进行仿真,验证设计电路的技术指标及可行性.理论教学与和基础实验为课程设计做前导,课程设计为电子实习做铺垫,电子实习又为创新创业训练项目及电子竞赛打下了坚实的基础.通过一系列教学过程,不仅提高了学生的实践能力,还巩固了对理论知识的理解与掌握.这样环环相扣,使各教学环节自成体系,达到了事半功倍的效果[6].
2.3鼓励学生参加电子竞赛、申报创新创业训练项目
学校、教师组织学生参加各级电子类竞赛项目,参赛学生在省级、国家级大学生电子设计竞赛、飞思卡尔智能车竞赛以及互联网+大赛中取得好成绩,极大地激发了学生的自主学习积极性.越来越多的学生积极申请进入实验室、电子协会学习,学生自己知道该学什么,如何学会,如何把学到的知识应用的实践中,学生的实践能力和创新意识得到了极大提高[7].在课程设计和电子实习中引入电子竞赛题目,将课程设计和电子实习作为一个整体环节,允许学生自由组队采用项目申报的形式完成某个竞赛题目作为课程设计和实习成绩.经过实验室培训的优秀学生在班级里起到了很好的辐射作用,激发广大学生对电子技术课程的学习兴趣,从而形成良性循环.
3电工电子技术综合实验台的研制
电工电子技术实践教学的改革及一体化教学模式的建立与实施需要有一个功能先进的实验平台做支撑,因此研制了电工电子技术综合实验平台,目前实验台基本完成,在调试运行阶段.经验证本实验台性能、功能完全满足电工电子技术相关实践课程的要求,是一个性价比很高的实验装置,有推广价值.
3.1综合实验台的整体结构设计
综合实验台整体采用对称式正反背靠背四工位结构设计.实验台把实验、实习和课程设计所需的常规仪器设备、仪表和电脑等统一盘装到封闭实验台内,外部只露出操作面板.实验电路采取标准模块化设计,每个模块的外形尺寸采取统一封装,多个模块可以组合到实验底板上,实验底板采取翻板式结构.模块内只给出实验必须的器件,所有需要搭接的电路均由学生连线完成.学生根据实验的复杂程度自行组合模块,此种结构既可以保证基础实验的开出,又可以完成复杂性、综合性强的开放实验与课程设计.
3.2综合实验台的功能及特点
综合实验台的电路模块分为模拟电路模块、数字电路模块、电路基础模块和EDA模块,可以同时开出多门课程.综合实验台既可以完成硬件实验,又可以完成仿真实验;既可以承担基础实验,又可以完成课程设计、创新实验及开放实验.实验台采取的翻板式结构,实验时放下翻板,实验结束合上翻板,在宽敞的台面上可以完成电子实习等焊接安装的任务.因此,本实验台的综合性强,所有实验室配备此种实验台可以同时开出多门实践课程.避免了不同学科的实验使用的实验设备种类繁多,导致实验室的重复建设,有效的节省了实验空间,提高了实验设备的利用率.实验台上配备有计算机,既可以完成仿真实验,还可以实现实验室的网络化管理.学生可以提前在网上预约实验,实验前熟知实验内容,做好预习报告,实验中记录数据波形结果,进行实验分析总结.实验教学中指导教师可以实时监控学生上课情况,观察学生实验表现并给出过程性学习成绩.本实验台的设计注重综合性、先进性、开放性、实用性和便利性.通过科学地设置实验项目及实践环节,课程达到了全面培养学生的科学作风、实验技能以及综合分析、提出问题和解决问题的能力,增强了学生创新创业的意识.
作者:倪奇 张凯利 胡高杰 单位:哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院
参考文献:
[1]孙秋野.电工类实验教学平台的改革与探索[J].实验室科学,2013,16(2):26-28
[2]何召兰,张凯利,邸斌,等.电子技术一体化实践教学模式的探索与实践[J].中国电力教育,2013(11):159-160
[3]周素茵,曾松伟,章云,等.电工电子实践教学模式改革与实践[J].电气电子教学学报,2014,36(1):103-104
[4]李林.数字电子技术课程设计实验平台的研制[J].电气电子教学学报,2011,33(3):76-77
中图分类号:G633文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2011)07-00-01
创新是现代科学技术发展的原动力,现代社会各方面的发展都要依靠新的发现、发明和创新,其中创新是其核心,创新的实现取决于人的创新意识和创新能力。大学阶段是学生进入社会实践、科学研究的起步阶段,在知识无限膨胀、陈旧周期快速缩短的情况下,大学阶段如何培养学生的创新意识和创新能力就显得尤为重要。
电子技术课程是电子信息类的一门重要的技术基础课。电子技术课程的性质和特点对于培养学生思维能力有着重要的作用,因此,在电子技术课程教学中加强学生的创新意识和创新能力的培养,可以为学生在以后走上工作岗位,服务社会打下坚实的基础。
一、电子技术课程中对学生创新意识的培养
电子技术课程是电类专业的重要基础课,课程中涉及到的常用电子元器件、电路形式、电路分析方法、电路基本概念十分繁多。目前随着电子技术的飞速发展,新器件、新应用电路层出不穷,内容还在不断增多。所以面对这些问题我们必须思考如何改革教学模式,让学生既学到知识又提高学生的学习能力以及创新意识。
在过去的电子技术课程教学中比较普遍存在的问题是忽视学生创新意识的培养,不少教师仅仅注重知识的讲授,考试偏重知识的记忆性。因此我们在电子技术课程的教学中必须改进传统的教学模式,要注重激发学生的学习兴趣,鼓励学生主动思考,帮助学生树立“求新,求异”的观点,走出传统教学中“寻求标准答案”的误区。给予学生更多自我学习和钻研的空间,以此点燃学生创新思维的火花。
在电子技术课程实践环节中,改变过去那种由教师设定题目,固定实验内容的实验教学模式。增加新技术讲解,激发学生的好奇心,创新动机,利用学生没有先入为主的成见,使其在独立思考下,发挥想象力、勇于探索、发现、创新,从而创新电子技术实验内容。在课程设计中,改变以往定题目、定要求、定时间的模式,只提供一个实际应用的小项目如电子小产品、应用程序、功能电路等,然后由学生自己查找资料,分析实际应用项目的功能、设计方法、设计思想等是否完善,并根据自己的想法加以完善或改进,该类型的课程设计没有具体的限制,只有鼓励和促进,因为不管学生完成的程度如何,他都是对现有项目的发展和创新。
创新意识的培养是一个长期过程,我们在电子技术课程的教学过程中要不断地鼓励、引导学生敢于思考、敢于创新的意识,激发他们的创新激情,在潜移默化中培养学生的创新思维。
二、电子技术课程中对学生创新能力的培养
创新意识和创新能力对学生的创新思维来说,两者都不可或缺。我们认为创新意识是基础,而创新能力则是对创新意识的实现,如果只有创新意识而无创新能力,那么就不能对创新进行升华。电子技术课程的教学和实践中,我们一方面注重培养学生的创新意识,另一方面也注重创新能力的建立,具体来说,我们可以通过以下几个方面的努力,来加强学生创新能力的培养创新能力。
1.探讨在本科教育中,结合学生个性能力引入项目培养制,学生自选课题或与教师、同学合作完成科研课题,获得科研实践能力;2.尝试挑选优秀的学生,开展个性化培养,在场地、实验仪器等方面给予积极的支持;3.建立层次化、开放式的创新教学体系;对综合性实验,采用开放式实验教学模式,在老师指导下,树立学生主体观,培养学生的主动精神,调动学生的主体积极性,学生自主地开展实验研究,处于主动探索的状态,养成独立思考和积极进取的精神。4.举办各种电子技术应用的实践活动,比如说电子竞赛等相关活动,作为引导学生兴趣,开拓思维,提高实践及创新能力的一种途径。
在这样的学习过程中,知识的单一接受变得并不重要,重要的是知识的选择、整合、转换和操作,这些知识不是靠课堂单一教学能“传授”的,它只能通过学生主动地“构建”和“再创造”而获得。由此,使学生的学习能力和创新能力得到提高。
三、电子技术课程中对学生创新环境的建设
在电子课程教学中对学生进行创新意识和创新能力的培养,教师在初期的地位居于主导,在教学中采取开放式的多元化、个性化的培养模式,由被动教育变为主动教育、由应试教育变为素质教育,这就是教师和学生两方的相互配合,在此过程中,教师、学校需要注意创新环境的建设。结合教学体会,创新环境的建设主要涉及:
1.开设多种可以选修的拓展知识面的课程;2.提供电子技术开放实验室;3.组织各种兴趣小组;4.组织参加各种技术交流、专题讲座;5.联系科技创业中心,为科技发明与实际应用相结合寻找突破口。
四、电子技术课程中对学生创新意识和能力的评价体系建设
一、引言
在电子技术理论和实验教学中,经常需要设计出电路,并连接实物进行原理分析和验证,在电子线路设计过程中,不仅需要考虑各种元器件的参数、性能、功耗、封装等多种因素,而且在电路的实现过程中还需要经过大量多次的电路焊接、调试和实验,费时费力,这种传统的设计方法很难适应现代电子电路设计的规模化、低成本、短周期的设计要求,当然,也不能很好的适应现代化电子技术的教学。随着EDA(电子设计自动化)技术的发展,电子线路设计过程可以通过计算机软件,搭建仿真实验电路,灵活调整元件参数进行动态仿真,进而能显著提高设计效率,降低成本,缩短设计周期。
Proteus是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件,它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及器件。可以从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。不仅对科研开发,而且对于电子技术课程教学、学生实验、课程设计、毕业论文设计、电子技能竞赛等都提供便捷的辅助功能,对培养电子技术创新型复合人才提供了最便捷的实验条件。
二、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的优势
(一)Proteus软件的资源丰富
1.Proteus可提供的仿真元器件资源:仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件,有30多个元件库。
2.Proteus可提供的仿真仪表资源 :示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3.除了现实存在的仪器外,Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似,但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
4.Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
(二)Proteus支持电路仿真
1.Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程通过多媒体展示,这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能。
2.Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库,提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表,因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。
(三)Proteus应用领域广泛
Proteus软件是一个巨大的教学、仿真、开发资源库,不仅可以用于:模拟电路与数字电路、单片机、嵌入系统、微控制器系统的教学、实验与考评,也可以用于真实的项目设计与产品开发过程。
三、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的应用案例分析
(一)Proteus在电路分析课程中应用案例
应用Proteus进行电路分析时,通过如下设置:点击system――set Animation options――在对话框的Animation options 区域选择show wire current with Arrows,即可以箭头的方向表示电流的流向,帮助学生理解。同时,可以将电流表、电压表、功率表等连接到电路中,对电路参数进行测试,快速得到仿真结果。
(二)Proteus在数字、模拟电子技术课程中应用案例
应用Proteus还可以进行数字、模拟电路的仿真分析,例如用译码器74LS138搭建的仿真电路,当控制信号E1接电源,E2、E3接地时,通过单刀双掷开关选择ABC三个输入端子的不同组合,即可在八路输出端子产生相对应的译码输出,控制相应的发光二极管点亮。将抽象的高低电平用发光二极管和单刀双掷开关形象的表示出来,从而更好地帮助学生理解数字逻辑器件74LS138的译码功能,同时也使枯燥的理论内容变得生动形象。
(三)Proteus在单片机技术课程中应用案例
单片机技术作为电子专业课程,一直以来都是学生们反映较难理解的课程,因为其内容综合性强、实践性强、且比较抽象。单片机课程的实践教学以往多采用验证性实验,学生按照实验指导书,将所需的器件在单片机实验箱上进行连线,下载程序并调试。但是这种方法必须在实验室内依托硬件完成,对实验室的设备数量要求较高,且对于一些综合性实验,需要较多的元器件支撑。为了提高实践教学效率、改善教学效果、降低教学成本,在单片机理论、实践教学过程中引入Proteus软件。例如在矩阵按键控制实验中,就只需将元器件从元器件库中拖放到图纸上,按照电路图将元件连接,再将keil编译好的程序下载到单片机中,按下play键即可进行仿真。需要修改电路只需在图纸上进行,快捷方便。
四、结语
在电子技术课程教学中,利用仿真软件将理论教学、实验和课程设计有机结合,提高了电子技术课程的教学效果,开发了学生自主学习的潜在能力,激发了学生的学习兴趣和创新意识,开拓了学生的视野,增强了学生综合运用知识的能力和实际动手能力,为后续高频电路、单片机等专业课程的学习以及参加电子设计竞赛等奠定了夯实的基础。
参考文献:
[1]朱清慧,张凤蕊,翟天嵩,等.proteus教程――电子线路设计、制版与仿真(第2版)[m].北京:清华大学出版社,2011.
[2]周润景,张丽娜.基于proteus的电路及单片机系统设计与仿真[m].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
数字电子技术课程是信息类、计算机类、电气类等专业的基础课程,通过对数字电子技术课程的学习,让学生掌握这门课程的基本知识、基本理论及基本技能,清楚电子技术的发展进程,为以后的专业知识学习做好铺垫和基础。数字电子技术课程一般被分为理论和实践两个部分,实践部分作为理论教学的补充,有着非常重要的作用。实践教学不但能激发学生的学习积极性,提高学生运用理论知识进行设计及分析的能力,还能提高学生主动发现问题、解决问题的能力,促进学生的全面发展。如今,随着新课程改革的进程不断深入,数字电子技术课程的教学时间被一再压缩,这就对这门课程的教学提出了新的挑战:要让学生在有限的学时里领会数字电子技术的理论知识,并通过理论进一步掌握数字电子技术的实践方法,进而提高学生的实践技能和动手能力。同时,通过学生的实践活动,让其更加深入地了解电子技术理论知识的内涵。因此,应该重视实践教学的作用及地位,更加科学合理地安排学生的实践活动,并提高实践教学的要求。
一、完善实践教学方式
首先,建设多媒体实验教学系统。通过先进的计算机多媒体技术,把教学所需的实验步骤、理论示意图、注意事项等制成精美的实验教学课件,对图像、声音、文本、视频等多媒体元素进行加工处理,加强教学效果,优化课堂教学,提高学习效率。这种方式避免了传统电子技术实践教学中枯燥、刻板的缺点,激发了学生的学习积极性。其次,建设虚拟实验教学平台。虚拟实验教学平台能够增强学生对电路的认知,掌握各种电子仪器的使用方法及测试方法,让每个学生都可以动手实践,进行电子元件接线及设定仪器参数,一边连线测试,一边修改分析,还可以对比理论计算的结果。通过虚拟实验教学平台提供的能够随时修改和调整的仪器参数,分析其对电路的影响,在使用和测试过程中,将理论与实践结合起来,增强学生的实践能力及对理论的理解。再次,不断完善网络实践教学平台。将多媒体网络课件、实践教育资源、网络教育平台等有机结合起来,组成立体化的网络教学资源,学生通过网络自行决定实验内容、实验时间,鼓励学生自由发挥,培养学生的自主实验能力和创新实践能力。
二、改进实践教学环境
一般来说,电子技术实践的教学环境要满足从课题设计到课程实践各个方面实践教学的需求,它包括软件建设和硬件建设两个部分。软件建设以提高实践教学的创新和管理为主,包含资源共享、管理规范、操作要求等;硬件建设以完善实验室建设为主,包含实验设备、实验场地、实验配套软件等。首先,要充分利用现有的实验设备。现阶段,实验室一般都由各个教研组管理,大部分实验设备都是用作理论课程的实验,各个教研组之间各行其是,实验设备利用率不高。面对这样的问题,应该把实验室从教研组分离出来,建设统一的实验中心,把实验设备统一管理,提高利用率。其次,要及时更新实验设备。随着时代的发展,一些陈旧落后的实验设备已经无法满足实践教学的要求,因此,要及时购买先进的实验设备,使实践教学跟上电子技术发展的脚步,让学生了解最先进的电子技术与产品。再次,引入虚拟实验平台。ElectronicsWorkbenchEda(EWB)是一款小巧但仿真功能十分强大的计算机软件,它被称为虚拟电子实验室。虚拟实验是指借助多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上构造一个可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关实验环境,通过仿真调试、电路设计及对数据和参数的分析,达到实验效果的一种新型的实验方法。将其作为传统实验的补充,能够使学生熟悉仿真软件技术,同时把理论知识和实验内容紧密联系起来,可以较全面地反映和概括所学的知识。这样一来,不仅利用了实验教学参与性强、操作性强的特点,还发挥了计算机资金投入少、直观、迅速的优势。除此之外,要创设开放式的实践教学环境。开放式实践教学是为了给学生创设一个轻松的学习及实践环境,给学生创造自主学习和探索的时间和空间。由于新入学的学生对电子工艺的知识和技术还不够熟练,应该安排教师辅导学生,实验室也应对学生全天开放。学生在实验室中能够熟悉电子仪器的原理和使用方法、焊接技术、小型电子产品的制作、印刷线路板的制作、电子线路的检测等,为以后的电子技术实验打下坚实的基础。同时,开放式的实践教学还可以把科研活动与实践教学结合起来,让学生积极参与教师的科研活动,培养学生的科研能力、操作能力和创新能力。
三、建设实践教学师资队伍
要想培养出高素质的实践型人才,必须有一支高水平的实践教学师资队伍,教师队伍水平的高低关系着实践教学质量的好坏。首先,要采用激励考核机制。学校应采用教学岗位聘任制,设置主讲教师、主讲教授。对主讲教师、教授给予高薪酬的激励制度,充分调动教师进行实践教学的积极性。其次,重视教师培训,构建合理的教师队伍。鼓励教师参加继续教育,深入产业第一线,了解行业的发展前景,丰富自身的实践经验,结合实践开展教研活动。鼓励教师参与教学改革、发表学术论文、定期参与教学研讨会,提高教学水平。再次,改革教育教学体制,改善管理方式。为了满足当今实践教学的需求,应深化体制改革,建立健全人事聘任制度、教学激励制度、工作考评制度,提高实践教学的水平和质量。电子技术实践教学的改革和创新,能够为学生发展个性、自主学习提供所需的空间和时间,有利于提高学生的创新能力和创新意识,进而全面提高实践教学质量。
四、优化实践教学内容
根据当今电子技术的发展进程及学生的实际情况,合理选择实践教学内容。应该给学生设置丰富且层次多样的实验项目,通过设计层次多样的实验项目,既可以促进学生的全面发展,又有益于教师专业水平的提高。首先,运用基础实验来巩固学生的理论知识。实践教学的第一层次是进行验证方法性或原理性为主的课程实验。通过一些验证性、演示性的实验,使学生加深对所学原理或理论的理解,培养学生的基础实践技能。在教学过程中,应尽量避免课程实验,真要做时,教师应指导学生熟悉电子电路的测试方法,引导学生注意实际操作中的突发状况等问题。其次,运用课程设计来培养学生的实际应用能力。实践教学的第二层次是以理论和原理为主的课程设计。一般来说,课程设计需要应用不同课程的知识来解决一个实际问题,进而培养学生的理论知识运用能力。再次,运用综合应用实践,培训学生的创新能力。实践教学的第三层次是综合应用实践,它需要综合应用不同课程的知识,设计出具有一定应用价值的项目,以达到综合应用的需求。这样就能够培养学生自主制定实验方式、实验过程及独立实验的能力,为培养学生的创新能力打下了坚实的基础。除此之外,可以运用专题设计来提升学生的工程素质。实践教学的第四层次是专题设计实践,专题设计大部分以真实的工程为背景,让学生自行探索、自主进行实验研究,不仅可以培养学生发现问题、解决问题的能力,还能提高学生的工程素质。综上所述,电子技术的实践教学是一种极其重要的教学方式,如今已被广泛运用于电子技术教学中,但是其课时短、任务重的特点又对实践教学提出了不小的挑战。因此,教师应不断革新实践教学方法,激发学生的学习热情和积极性,培养学生发现问题、解决问题的能力,锻炼学生的实践能力,促进学生综合素质的提高。
参考文献:
[1]王波,张岩,王美玲.电子技术实践教学改革的探索[J].实验室研究与探索,2011(6).
[2]蔡立娟.电子技术课程实验教学改革的探索与实践[J].教育与职业,2011(3).
[3]熊春宇,齐风河,高玉凯.电子技术实践教学模式探索[J].中国电力教育,2013(19).
[4]翟洪波.电子技术课程实验教学改革的探索[J].中国电力教育,2008(9).
“模拟电子技术基础”课程需要在有限的学时内(理论教学64学时,实验20学时)使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。新修订的课程内容体系更加注重理论教学与实践教学的衔接,在保证经典理论的基础上重点讲授集成运放组成的各种信号运算、信号处理和信号产生电路,并延伸到模拟集成电路和模数混合系统等内容,培养学生系统级的分析与设计能力。理论教学应简化器件内部机理的介绍,弱化缺乏工程背景的解题技巧及公式记忆,强化器件的组合应用与接口扩展机制,加强主流新技术的探讨;实践教学应重点引入研究型和设计型实践教学环节,为此出版了课程配套的“十一五”规划实验教材《电子技术实验与模拟电子技术课程设计》。目前,多媒体教学和电子设计自动化(EDA)的发展使得教学辅助软件能够融入课堂,为学生丰富的探索和实践提供了现代化手段。适用于该课程的研究型教学辅助软件包括EDA仿真软件Multisim、Proteus和工程计算软件Matlab、MathCAD。[4]在此基础上,笔者将EDA仿真作为理论课的工具及学生进行硬件实验的前提,建立了“理论•仿真•硬件”相互融合的教学模式,以保证研究型教学落到实处。
教学方法与教学手段的改进
随着信息技术的发展,世界各国高校都在大力开展网络化教学应用,然而海量的数字化资源会使学生感到无所适从。为此,笔者通过网络辅助教学平台给学生提供少而精的数字化资源,与课堂教学相辅相成。除了教学大纲、教学日历和教学课件,网络辅助教学平台提供的数字化教学资源还包括教学辅助软件、往届试卷及答案详解、国家级电子技术精品课程和国际一流大学电子技术课程的网址,方便学生进行自主学习。网络辅助教学平台还提供与课程相关的在线辅导答疑,并通过微博、QQ群、飞信群等网络互动方式开展忆阻器、在系统可编程模拟器件、新型传感器等前沿技术的专题讨论,并让学生通过网络调查模拟电子技术的相关专利与应用,撰写调研报告,促进学生开展研究性学习。EDA技术是电子设计领域的一场革命,改变了以变量估算和硬件实验为基础的电路设计方法。在理论教学中引入重点内容的EDA仿真演示,有利于快捷地将理论性和应用性融于一体,实现理论教学的拓展,并为实践教学打下基础。由于学时与场所限制,教师需要在备课时充分考虑课堂投影演示与本机显示的不同,精心设计演示范例与互动环节,引导学生思考,由学生得出结论,并事先做好演示范例的中间版本以便重点演示关键步骤。
例如,笔者在课堂上利用EDA仿真软件边演示边讲解电路引入负反馈前后各种参数、输入输出信号波形、频率响应特性的异同,学生通过直观的比较加深了对负反馈作用的理解。此外,笔者在布置书面作业时还鼓励学生对作业中的疑难问题进行仿真,并在作业本上写出心得体会。现行的理论教学往往只讲器件和基础电路,很少涉及如何由各种元器件通过某种联结组成一个实用系统。笔者在绪论课中就结合实际阐明电路系统的组成及各部分的作用,并给出简图;之后课程中每一个新内容都会回到系统简图上来,逐渐深化、细化,并引导学生寻找反例,这样不但使学生建立了系统的概念,而且能够举一反三。在EDA的辅助下,学生对各种电路无须精确的理论计算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚电路系统的设计思路及其局限性、性能指标的折衷考虑。要注意各章节之间的相互配合和衔接,坚持培养学生“系统化模拟电路”的定性思维,强化以集成运放为基础的知识体系,使学生建立系统观念、工程观念,学会定性分析与辩证的思维方法。
多层次的实践教学
研究型教学是理论和实践有机结合的一种教学方式。然而由于学时、实验条件的限制,课内实验的教学效果难以达到预期目标,利用EDA软件开展虚拟实验能够弥补当前课内实验的不足。目前EDA软件的种类很多,其中Multisim软件提供了多种常用的虚拟电子仪器与元器件,特别适合于模拟电路系统的虚拟实验。[5]学生可以通过这些仪器观察电路的运行状态,查看电路的仿真结果,许多设置、使用和读数与实际的测量仪器类似。因此,课内实验是首先在EDA实验室安排了一节课的Multisim认识实习,随后按教学日历分为基础实验、综合实验、课程设计三个阶段。各阶段都增加了相应的仿真设计内容。在课内实验之前,笔者要求学生预习实验内容并进行Multisim仿真及课外研究,再进入实验室通过仪器设备进行实际的硬件操作。虚拟实验和硬件实验不可重此轻彼,而应软硬结合。笔者通过实验课件的演示减少讲解时间,让学生有更多的时间用于实际操作与硬件调试。这种“理论•仿真•硬件”相互融合的教学模式将仿真考核和课外研究作为实验成绩的重要部分,增强了学生对理论知识的理解与掌握,提高了学生的仿真能力、设计能力和系统调试能力。
(一)工作过程分析深入相关企业、院校,广泛调研,认真分析,确定电子信息类专业职业素质要求。利用2011级学生见习之机,走向专业对应的工作岗位——陕西黄河机械厂、达内软件公司、富士达等企业通过现场观摩、交谈、及管理人员报告,对岗位工作任务进行分析,归纳出行动领域的综合能力要求:(1)专业技能方面需要具备:应用相关材料、设备、工具、过程或产品的思维能力和工作能力;车间和实验室实践的知识和思维能力;与工程相关的背景知识,即经营与管理,技术的应用和开发等;有从技术文献获得信息,并加以应用的能力;有应用合适的实践规范和工业标准的能力;具有工程过程管理原理的思维能力;知晓质量问题及其在持续改进中的应用。(2)自我情感调节与职业态度方面应具有:乐观、自信、勇气、感恩、欣赏等正确的非智力情绪。
(二)教学过程分析根据认知规律和专业的培养目标以及分层分级分类训练的原则,为培养学生的基本实践能力与操作技能、专业技术应用能力与专业技能、综合实践能力与综合技能,设计、建立了与本专业培养目标相适应的、循序渐进的实践课程教学体系,结合我校特点形成“课程实验注重知识点、课程设计连点成线、综合设计跨课成面”的实践教学体系。将电子信息工程和通信工程的教学计划作了相应的调整和补充,把工业见习感性认识的实践环节由第五学期提前到第三学期、增加了金工实习环节;在原有课程实验的基础上,重新布局、规划了接近实际应用的课程设计和综合设计实践教学项目40余项。结合我校电子信息类实验条件并充分考虑课时的限制和学生基础差异,使这些项目具有相对的稳定性和可更新的特点。完成了从行动领域素质要求到学习领域中学习任务(项目载体)的转换。使实践教学体系更完备、更科学、更有利于学生技术应用能力的培养和适用性、竞争力的提高。
(三)教学实践研究与教学模式形成通过“走出去、请进来”的方式进行广泛的学习与交流。曾于2013分别参加了清华大学电工电子技术实训中心组织的“FPGA骨干教师考查培训班”、教育部“高校电子电气课程教学系列报告会”、“西北地区电子技术与线路课程教学改革研讨会”。于2014年参加了陕西省教育厅组织的“高等学校MOOCS时代的教学创新与改革报告会”、“视频公开课研讨会”;走访参观了西安交通大学信息工程学院和培华学院;2014年8月承办了“西北地区电子技术与线路课程教学改革研讨会”。通过广泛的学习与交流,对兄弟院校的经验进行了适切性取舍,形成了具有自身特点的教学模式。
二、“任务驱动、项目导向”工程素质培养模式的内涵
1.创设项目式教学情境。强调教学内容和素材尽可能来自实际应用需求,创造工程实际环境,将项目论证、组织实施、阶段任务落实、产品性能测试分析、技术报告撰写等项目完成的整个过程贯穿于教学过程中,让学生身临其境地参与工程实践项目。2.采用答辩式的项目方案论证和设计成果验收。突出了教学工程中学生的主体地位和教师的主导作用。针对项目任务要求,以答辩方式组织课堂,让每个学生拿出自己设计方案进行单个方案汇报,然后又师生集体评议——即由设计学生对自己设计方案向全班汇报,老师和其他同学就相关问题进行提问、再由汇报者做出解答。要求同学们不但知己而且知彼,使每个学生了解多个项目的实现思路,明确每一个项目多种实现途径。从不同角度对各组选定题目的内容获得更全面、更具体、更深入的理解和认识,力求收到举一反三的教学效果。设计成果验收环节中也采用了边演示、边解说、边提问、边解答,设计结果优劣一目了然,成果验收环节的成绩由师生共同评出等次。通过这种形式互动教学促使学生不断地思考,提高他们发现问题、解决问题能力。同时,对考查课成绩的形成融入民主成分[6],增加了透明度和说服力。3.阶段任务完成情况的验收检查。通过下达项目工作任务让学生明确要去做什么,做到什么程度,完成工作任务需要哪些知识和技能,怎样去查找有关的资料,怎样去制定项目实施计划之后,指导小组长根据同学的特长进行项目任务分工。在分工协作基础上,限定功能设计、电路设计、PCB板的制作、焊接组装、电路调试、电路作品展示等阶段任务完成的时限。一方面,督促学生的学习进度,另一方面对阶段性学习任务的完成情况作出评判,作为最终考查成绩合成的依据。在教学方法上实施“教、学、做”合一原则,以项目驱动法组织教学,注重实践性教学,所有课程设计和综合实训内容完全产品化。4.课程体系建设重点放在“两个核心专业能力课、一个优质核心课程”上。以“重点打造核心专业能力,重点建设优质核心课程”为目标,围绕核心专业能力培养,开发“电子技术课程设计”与“电路综合设计”两门项目教学型课程构建了专业优质核心课程体系,申请获批“模拟电子技术”省级网络精品资源共享课程一项。充分利用现代教育技术,实现教育信息上网、专业资源共享。5.凝聚了各有侧重设计专长的中、青年教师投身于实践教学。用项目经费资助了具有实践教学热情的教师外出研讨交流、发表教学研究论文、有组织地指导青年教师提高教学技能,初步形成一支项目式教学师资团队,其中,3人已获得“双师证”。
三、教学模式应用效果
新模式在电子信息工程和通信工程两个专业的09、10、11、12级中10个教学班的“电子技术课程设计”、“电路综合设计”试行推广,成效较为明显。收回设计作品100多件,部分获得实用新型专利。基于项目式教学,组织我院学生参加全国大学生电子设计竞赛、“未来伙伴杯”中国智能机器人大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、延安市大学生科技创新创意大赛等赛事,获奖60余人次,显性受益学生达50余人。特别是在“2014年TI杯电子设计竞赛”中,我校学生获得陕西赛区二等奖两项、三等奖一项,打破了我校电子设计竞赛最好成绩——二等奖一项的记录。
作者简介:刘浩(1977-),男,四川达州人,东华大学信息学院,副教授;任立红(1966-),女,内蒙古赤峰人,东华大学信息学院,副教授。(上海 201620)
基金项目:本文系2012年度上海市教委重点课程项目(项目编号:901-07-010155)的研究成果。
中图分类号:G642.0?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)35-0052-02
以培养学生创新能力为基本出发点,研究型教学是与国家创新体系和高等教育改革高度契合的一种现代教学模式。实施研究型教学是我国创建高水平大学的重要路径和改革方向。[1]创新能力是不仅关注知识结论本身,还要探究其背景、概念、方法、局限性等,善于发现问题、研究问题,注重逆向思辨的综合能力。[2]研究型教学模式已成为当前重点高校教学改革亟待解决的深层次问题。“模拟电子技术基础”是电类本科专业一门重要的专业基础课,是学好后续专业课的前提,在电类学生创新能力培养中具有承上启下的重要作用。[3]近年来,在学校“稳量提质”的新目标下,笔者结合“模拟电子技术基础”课程特点及我校信息学院的实际情况,从教改思路、内容体系、教学方法、实践环节等方面对研究型教学改革进行了有益的探索和实践,取得了一定的成果。
一、教改的基本思路
一方面,“模拟电子技术基础”课程具有较强的工程性和实践性。这一特点打破了学生习惯于数学分析的思维模式,教师应通过启发式和讨论式教学方法培养学生面向应用的创新意识。另一方面,电子学科发展迅速,该课程应与现代教育技术充分结合,从发展的角度更新课程内容体系,并适当通过双语教学吸收国外先进的教学成果。因此,该课程确立了“夯实经典,面向发展,注重实践,促进创新”的教改思路,坚持理论性、工程性和前沿性并重的原则,在教学中实现线性与非线性、理论解析与工程方法、基础理论与前沿应用、元件与系统的辩证统一,并推进以创新能力培养为目标的多元化考核方式。教师以“元器件基础电路电路系统”为主线,从设计的角度讲授某一电路的获得过程,引导学生站在系统的高度解析电路及其局限性,并获得重新构造电路的思路。课程教学将发现问题放在更重要的地位,并用研究的方法解决问题,从而培养学生的创新意识和能力。
二、课程内容体系的更新
“模拟电子技术基础”课程需要在有限的学时内(理论教学64学时,实验20学时)使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。新修订的课程内容体系更加注重理论教学与实践教学的衔接,在保证经典理论的基础上重点讲授集成运放组成的各种信号运算、信号处理和信号产生电路,并延伸到模拟集成电路和模数混合系统等内容,培养学生系统级的分析与设计能力。理论教学应简化器件内部机理的介绍,弱化缺乏工程背景的解题技巧及公式记忆,强化器件的组合应用与接口扩展机制,加强主流新技术的探讨;实践教学应重点引入研究型和设计型实践教学环节,为此出版了课程配套的“十一五”规划实验教材《电子技术实验与模拟电子技术课程设计》。目前,多媒体教学和电子设计自动化(EDA)的发展使得教学辅助软件能够融入课堂,为学生丰富的探索和实践提供了现代化手段。适用于该课程的研究型教学辅助软件包括EDA仿真软件Multisim、Proteus和工程计算软件Matlab、MathCAD。[4]在此基础上,笔者将EDA仿真作为理论课的工具及学生进行硬件实验的前提,建立了“理论·仿真·硬件”相互融合的教学模式,以保证研究型教学落到实处。
三、教学方法与教学手段的改进
1.通过网络辅助教学平善课程体系
随着信息技术的发展,世界各国高校都在大力开展网络化教学应用,然而海量的数字化资源会使学生感到无所适从。为此,笔者通过网络辅助教学平台给学生提供少而精的数字化资源,与课堂教学相辅相成。除了教学大纲、教学日历和教学课件,网络辅助教学平台提供的数字化教学资源还包括教学辅助软件、往届试卷及答案详解、国家级电子技术精品课程和国际一流大学电子技术课程的网址,方便学生进行自主学习。网络辅助教学平台还提供与课程相关的在线辅导答疑,并通过微博、QQ群、飞信群等网络互动方式开展忆阻器、在系统可编程模拟器件、新型传感器等前沿技术的专题讨论,并让学生通过网络调查模拟电子技术的相关专利与应用,撰写调研报告,促进学生开展研究性学习。
2.将EDA仿真演示融入理论教学
EDA技术是电子设计领域的一场革命,改变了以变量估算和硬件实验为基础的电路设计方法。在理论教学中引入重点内容的EDA仿真演示,有利于快捷地将理论性和应用性融于一体,实现理论教学的拓展,并为实践教学打下基础。由于学时与场所限制,教师需要在备课时充分考虑课堂投影演示与本机显示的不同,精心设计演示范例与互动环节,引导学生思考,由学生得出结论,并事先做好演示范例的中间版本以便重点演示关键步骤。例如,笔者在课堂上利用EDA仿真软件边演示边讲解电路引入负反馈前后各种参数、输入输出信号波形、频率响应特性的异同,学生通过直观的比较加深了对负反馈作用的理解。此外,笔者在布置书面作业时还鼓励学生对作业中的疑难问题进行仿真,并在作业本上写出心得体会。
3.强化“系统化模拟电路”的定性思维
现行的理论教学往往只讲器件和基础电路,很少涉及如何由各种元器件通过某种联结组成一个实用系统。笔者在绪论课中就结合实际阐明电路系统的组成及各部分的作用,并给出简图;之后课程中每一个新内容都会回到系统简图上来,逐渐深化、细化,并引导学生寻找反例,这样不但使学生建立了系统的概念,而且能够举一反三。在EDA的辅助下,学生对各种电路无须精确的理论计算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚电路系统的设计思路及其局限性、性能指标的折衷考虑。要注意各章节之间的相互配合和衔接,坚持培养学生“系统化模拟电路”的定性思维,强化以集成运放为基础的知识体系,使学生建立系统观念、工程观念,学会定性分析与辩证的思维方法。
四、多层次的实践教学
1.利用Multisim软件开展虚拟实验
研究型教学是理论和实践有机结合的一种教学方式。然而由于学时、实验条件的限制,课内实验的教学效果难以达到预期目标,利用EDA软件开展虚拟实验能够弥补当前课内实验的不足。目前EDA软件的种类很多,其中Multisim软件提供了多种常用的虚拟电子仪器与元器件,特别适合于模拟电路系统的虚拟实验。[5]学生可以通过这些仪器观察电路的运行状态,查看电路的仿真结果,许多设置、使用和读数与实际的测量仪器类似。因此,课内实验是首先在EDA实验室安排了一节课的Multisim认识实习,随后按教学日历分为基础实验、综合实验、课程设计三个阶段。各阶段都增加了相应的仿真设计内容。在课内实验之前,笔者要求学生预习实验内容并进行Multisim仿真及课外研究,再进入实验室通过仪器设备进行实际的硬件操作。虚拟实验和硬件实验不可重此轻彼,而应软硬结合。笔者通过实验课件的演示减少讲解时间,让学生有更多的时间用于实际操作与硬件调试。这种“理论·仿真·硬件”相互融合的教学模式将仿真考核和课外研究作为实验成绩的重要部分,增强了学生对理论知识的理解与掌握,提高了学生的仿真能力、设计能力和系统调试能力。
2.重视综合实验和课程设计
研究型教学需要一种类似科学研究的氛围以及一对一的师生互动。综合实验和课程设计能够较好地弥补理论教学大班授课的不足。有限的学时在一定程度上制约了实践教学的深入开展,为此笔者压缩了前期验证型基础实验的次数,在实验课程的后期安排了三次融合整学期知识点的综合实验,帮助学生强化“系统化模拟电路”的定性思维。期末的课程设计则由指导教师布置若干难度适中的研究课题,要求学生从查阅资料开始自主进行电路设计,对设计的电路进行仿真分析,经教师审查后方可选购器件,安装调试电路,测量各种参数,进行实验分析,提出改进意见,并根据规范格式书写课程设计报告,完成一次较完整的工程研究训练。鼓励学生进一步拓展课程设计内容并发表科技小论文,在课程设计中表现突出的学生将被选拔参加各种课外科技活动和竞赛。
五、结束语
研究型教学是面向创新型国家建设的新型教学实践活动,也是创建高水平大学的重要途径。本文以“模拟电子技术基础”课程为例,从教改思路、内容体系、教学方法及实践环节等多个方面探讨了研究型教学改革的具体措施和方法,建立了学生为主体、教师为向导的教学模式。教学实践表明,这些改革措施有效地调动了学生探索学习的积极性和主动性,提高了电类本科生的科学素养与创新能力。
参考文献:
[1]唐朝京,涂瑞斌,库锡树.电子信息类大学生创新能力培养体系建设研究[J].高等教育研究学报,2009,(2):88-90.
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