前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的仿真電路設(shè)計(jì)總結(jié)主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
電子設(shè)計(jì)正朝向自動(dòng)化方向發(fā)展,使電路設(shè)計(jì)教學(xué)中開始采用一些虛擬設(shè)備,通過仿真分析使原本抽象的教學(xué)內(nèi)容更為直觀。電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入了電路仿真軟件,可以使電路設(shè)計(jì)更為直觀,且有助于教師在教學(xué)中針對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行分析,以提高學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)電路的理解能力。
1 Multisim 仿真軟件是電子類課程教學(xué)中的常用軟件
在眾多的電路仿真軟件中,Multisim 仿真軟件是較為常用的,主要在于其操作方便,且電路的仿真分析能力很強(qiáng)。具體操作中,Multisim 仿真軟件可以在Windows基礎(chǔ)上配備虛擬測(cè)量?jī)x器,將電路原理圖輸入軟件操作平臺(tái)上,就可以啟動(dòng)仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué)了。很多開設(shè)電子類課程的學(xué)校都逐步引進(jìn)了Multisim 仿真軟件,仿真電路在電腦顯示器上清晰地呈現(xiàn)出來,不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且還讓學(xué)生的實(shí)踐操作能力得到了訓(xùn)練,大大地提高了電工電子教學(xué)效率。
2 Multisim軟件簡(jiǎn)述
Multisim軟件是Electronics Workbench(簡(jiǎn)稱:EWB)的升級(jí)版。作為仿真設(shè)計(jì)軟件,主要用于電子電路的設(shè)計(jì),其仿真功能是非常強(qiáng)大的。目前所普遍使用的Multisim軟件為Multisim 12.0,與其他的仿真軟件相比,Multisim的功能性更強(qiáng),在虛擬操作中,軟件可以提供電路元器件達(dá)幾千個(gè),還可以提供各種電路設(shè)計(jì)中所使用的虛擬儀器,包括信號(hào)發(fā)生器、萬用表以及示波器等等,而且這些電路元件和虛擬儀器的圖形與實(shí)物具有很高的相似性。操作功能上,Multisim軟件可以對(duì)所設(shè)計(jì)的電子電路進(jìn)行演示,對(duì)電子電路的操作情況進(jìn)行測(cè)試,且能夠設(shè)計(jì)所需要類型的電路諸如,數(shù)字電路、基礎(chǔ)電路、射頻電路、微控制器電路、接口電路等等。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候,可以將Multisim所提供的虛擬元器件利用起來進(jìn)行電路設(shè)計(jì),并將所選擇的各種設(shè)備連接起來。電路就通過計(jì)算機(jī)繪制出來。當(dāng)電路設(shè)計(jì)完畢之后,還要對(duì)各種元器件的參數(shù)進(jìn)行確定,還要測(cè)試元器件的性能指標(biāo)。從電子類課程教學(xué)的角度而言,由于Multisim操作簡(jiǎn)單,學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)就可以進(jìn)行基本操作。由于操作簡(jiǎn)單且仿真軟件所涉及的電路直觀性較強(qiáng),因此而在電子類教學(xué)中廣泛使用。
3 電工電子試驗(yàn)中電路仿真軟件的應(yīng)用
3.1 學(xué)生應(yīng)用Multisim 軟件繪制電路仿真圖
電工電子試驗(yàn)教學(xué)中,以試驗(yàn)教學(xué)為主,將理論教學(xué)內(nèi)容融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,以提高學(xué)生的理論應(yīng)用能力。學(xué)生應(yīng)用Multisim 軟件繪制電路仿真圖,在計(jì)算機(jī)上啟動(dòng)Multisim 軟件,根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容將實(shí)驗(yàn)電路繪制出來之后,選擇所需要的虛擬電子元器件配備到電路中,并進(jìn)行仿真操作和測(cè)試,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來。對(duì)電路的仿真測(cè)試合格之后,學(xué)生課可以利用實(shí)物將與虛擬電路相同的實(shí)際電路構(gòu)建起來,對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試,并將調(diào)試結(jié)果詳細(xì)地記錄下來。在實(shí)驗(yàn)操作總,還要仔細(xì)觀察實(shí)際電路的運(yùn)行狀態(tài),以及所獲得的運(yùn)行結(jié)果,采用對(duì)比分析法對(duì)虛擬電路的方針結(jié)果與實(shí)物運(yùn)行中所獲得的結(jié)果進(jìn)行比照。由于虛擬仿真電路所連接的元器件以及各種儀器設(shè)備都是處于理想運(yùn)行狀態(tài),因而虛擬電路和實(shí)際電路的運(yùn)行結(jié)果會(huì)存在一定的誤差。如果誤差范圍沒有超過規(guī)定的范圍,這個(gè)試驗(yàn)操作所獲得的結(jié)果就是有效的。在電工電子試驗(yàn)中,采用電路仿真軟件進(jìn)行仿真操作,實(shí)現(xiàn)了電子類課程的理論教學(xué)與實(shí)際教學(xué)的有效結(jié)合,而且還使試驗(yàn)結(jié)果更為清晰,加之學(xué)生親自參與虛擬仿真試驗(yàn),學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)通過試驗(yàn)得到了驗(yàn)證,不僅可以提高電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,還使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被激發(fā)起來。
3.2 Multisim 軟件仿真試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)
對(duì)Multisim 軟件仿真試驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè),以流水燈實(shí)驗(yàn)為例。
使用Multisim 軟件所設(shè)計(jì)的電路為自行振蕩電路和顯示器對(duì)各種電路輪流顯示。按照規(guī)定的設(shè)計(jì)內(nèi)容,流水燈電路設(shè)計(jì)需要使用的器具包括四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、LM555、發(fā)光二極管顯示器8個(gè)。其中,四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是將74IS163連接成為二進(jìn)制的計(jì)數(shù)形式。使用指示燈監(jiān)測(cè)其對(duì)74IS163的計(jì)數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。將三個(gè)指示燈接入到地址控制端,使能端都處于使能狀態(tài)。輸出端所連接的是發(fā)光二極管顯示器,共8個(gè),都連接在LED顯示管的負(fù)極上。當(dāng)進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候,可以看出三個(gè)指示燈都按照三位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)發(fā)光。與此同時(shí),還將LED顯示管依次點(diǎn)亮。當(dāng)兩邊的燈都亮起來的時(shí)候,就現(xiàn)實(shí)譯碼器5處于低電平狀體的時(shí)候,所連接的發(fā)光二極管就會(huì)亮起來,這就可以證明電路設(shè)計(jì)是有效的。
4 總結(jié)
綜上所述,計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,人們的生產(chǎn)生活方式都發(fā)生了變化。為了促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐有效結(jié)合,一些學(xué)校在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用了電路仿真軟件,以使學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室模式實(shí)驗(yàn),不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,還能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)探索的興趣。Multisim軟件是電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的常用工具,由于操作簡(jiǎn)單,學(xué)生能夠利用軟件自主設(shè)計(jì)電路,由此而使得學(xué)生的操作能力得以增強(qiáng)。
參考文獻(xiàn)
[1]吳根忠,李劍清.基于 Multisim的電工學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2011,14(03):19-21.
[2]姜鳳利,樸在林,王義明,等.電工與電子技術(shù)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社科版),2013,15(02):196-199.
關(guān)鍵詞:PROTEL;電路課程;CAD課程設(shè)計(jì);教學(xué)方法
中圖分類號(hào):TM13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2013) 14-0000-01
實(shí)驗(yàn)教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)隨著教育的改革不斷提升,學(xué)生的創(chuàng)新精神和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力都是實(shí)驗(yàn)教學(xué)涵蓋的內(nèi)容,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能夠鍛煉綜合設(shè)計(jì)、實(shí)際應(yīng)用、創(chuàng)新思維等方面的能力,學(xué)會(huì)自主思考分析和解決問題。
一、電路CAD課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀
電路CAD課程設(shè)計(jì)是電子信息工程專業(yè)課階段理論知識(shí)的綜合應(yīng)用,教師在教學(xué)中,往往將其當(dāng)作一門理論課來教學(xué),通常會(huì)先給出一個(gè)具有某種功能的電路設(shè)計(jì)圖,對(duì)設(shè)計(jì)圖電路的主要部分工作原理和達(dá)到這一原理的主要功能進(jìn)行講解,最后要求學(xué)生在PROTEL軟件中繪制電路系統(tǒng)的原理圖和印制板圖。這樣的教學(xué)方法不僅制約了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài),學(xué)習(xí)能力和對(duì)知識(shí)的掌握能力下降,這樣的課程設(shè)計(jì)完全失去了教學(xué)的意義。
因此應(yīng)當(dāng)對(duì)這樣的教學(xué)方式進(jìn)行改革,把教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力,以學(xué)生為教學(xué)主體自主學(xué)習(xí),教師輔以指導(dǎo),啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維,學(xué)會(huì)運(yùn)用不同的方法解決問題。
二、基于PROTEL的電路CAD課程設(shè)計(jì)
讓學(xué)生通過所學(xué)的理論知識(shí),設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的單片機(jī)測(cè)試系統(tǒng),輔以電路設(shè)計(jì)工具軟件PROTEL,繪制出電路原理圖和PCB圖。
(一)PROTEL軟件的設(shè)計(jì)流程
PROTEL軟件是一個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng),包含有電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、PCB自動(dòng)布線、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、模擬/數(shù)字信號(hào)仿真等功能模塊,并具有Client/Server(客戶/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu)。其中PCB設(shè)計(jì)和電路原理圖設(shè)計(jì)是其最具代表性的功能,提供了完備的電路仿真器,使從原理圖的繪制到最終電路板設(shè)計(jì)的所有工作都能輕松完成。
該軟件設(shè)計(jì)流程為是:首先是工作環(huán)境設(shè)置和頁(yè)面設(shè)置,裝入元件庫(kù),然后,將元件、電源符號(hào)、接地符號(hào)、連接線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)和說明信息分別依次放置在圖紙上合適的位置,再就是對(duì)電路圖進(jìn)行檢查和調(diào)整,最后保存并輸出。
(二)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容
對(duì)于學(xué)生想要設(shè)計(jì)什么系統(tǒng),教師不應(yīng)限制,檢測(cè)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)允許學(xué)生任意選擇物理量,另外,教師要對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所包含的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定,以保證課程設(shè)計(jì)能達(dá)到最終目標(biāo)。
第一,MCS-51系列單片機(jī)必須包含在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的芯片中;第二,測(cè)試的物理量必須要顯示在4位LED中;第三,在檢測(cè)量超過設(shè)定值后,系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)出警報(bào);第四,要設(shè)置能夠讓測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)調(diào)整的按鈕;第五,要配有一路傳感器和相應(yīng)的調(diào)理電路;第六,要配備AD轉(zhuǎn)換芯片使檢測(cè)物理量的模數(shù)能夠轉(zhuǎn)換。
(三)測(cè)試系統(tǒng)的要求
為達(dá)到啟迪學(xué)生創(chuàng)造性思維的教學(xué)目的,測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)要求:
第一,學(xué)生必須制定多套測(cè)試系統(tǒng)繪制的方案,從中選擇最終方案并闡述理由;第二,測(cè)試系統(tǒng)必須達(dá)到方案最優(yōu)化和實(shí)際的效益最大化的要求;第三,傳感器能夠穩(wěn)定工作,精度要準(zhǔn)確,若出現(xiàn)問題,則要給出彌補(bǔ)方案;第四,在繪制PCB之前,學(xué)生必須弄清其設(shè)計(jì)規(guī)則,既要完成任務(wù),又要保證所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)原理圖的功能的正確性和布局的美觀性以便實(shí)際裝配調(diào)試;第五,為設(shè)計(jì)提供完整詳細(xì)的說明書,例如工作原理、選擇元件的原因、PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則等。
(四)測(cè)試系統(tǒng)的仿真分析和驗(yàn)證
很多學(xué)生在以前并沒有接觸過設(shè)計(jì),缺乏經(jīng)驗(yàn),所以為了讓學(xué)生順利完成設(shè)計(jì),需要仿真分析和校驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理圖,可以直接在PROTEL中對(duì)模擬電路、數(shù)字電路和數(shù)?;旌想娐愤M(jìn)行仿真校驗(yàn)。電路仿真的流程一般是首先將仿真電路、電源等繪制出來,然后將仿真分析的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,繼而運(yùn)行仿真分析,最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行觀察。以仿真的結(jié)果為依據(jù),校驗(yàn)傳感器調(diào)理正確與否。因而,在原理圖的設(shè)計(jì)和仿真分析之間需要反復(fù)校驗(yàn)電路放大倍數(shù)的合理性以及能否正常工作,再調(diào)整選擇的參數(shù),繪制出符合要求的原理圖。
三、總結(jié)
基于PROTEL的電路CAD課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方法是教育革新的具體表現(xiàn),其不僅能讓學(xué)生完全掌握理論知識(shí),還鍛煉了學(xué)生的實(shí)際操作能力,同時(shí)也讓學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到了發(fā)揮,提高了學(xué)生的綜合素質(zhì),這一教學(xué)方法應(yīng)該被廣泛推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn):
[1]黃秀珍.《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探討[J].科技資訊,2012(08).
[2]李晗.關(guān)于PROTEL的教學(xué)方法的幾點(diǎn)總結(jié)[J].科技信息,2007(34).
[3]邵建昂. PROTEL教學(xué)實(shí)踐探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007(02).
關(guān)鍵詞:EDA 電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 改革實(shí)踐
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2016)03(a)-0101-02
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是該校電氣、計(jì)算機(jī)、信息類等相關(guān)專業(yè)重要的理論和實(shí)踐綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),其教學(xué)效果直接影響著學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的積極性和創(chuàng)新性。該校傳統(tǒng)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)都是買成套產(chǎn)品讓學(xué)生按圖組裝,焊接、調(diào)試,根據(jù)作品和報(bào)告給定成績(jī)。這種傳統(tǒng)方式的課程設(shè)計(jì),學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)缺乏鍛煉,學(xué)習(xí)興趣降低,不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和主動(dòng)探索精神。為了提高我校實(shí)踐教學(xué)效果,加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì),又恰逢我院新進(jìn)PCB板制作設(shè)備,電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)引進(jìn)了Proteus仿真,Protel原理圖繪制和PBC制作,進(jìn)行了基于“實(shí)際工程項(xiàng)目”教學(xué)改革,下面就以1 000 s秒表電路設(shè)計(jì)為例,介紹電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的實(shí)施過程。
1 課程設(shè)計(jì)選題
要想挑起學(xué)生動(dòng)手興趣,提高設(shè)計(jì)熱情,學(xué)生親自參與課程設(shè)計(jì)全過程,可以自擬感興趣的題目,增強(qiáng)學(xué)生的自我意識(shí)和參與感。當(dāng)然,教師給定的題目必須貼近生活實(shí)際,有較強(qiáng)的應(yīng)用背景,與實(shí)驗(yàn)條件匹配,且不要限制太死板,要給學(xué)生發(fā)揮的空間。一般讓學(xué)生提前一個(gè)月的時(shí)間選題,可以留充足的時(shí)間在網(wǎng)上購(gòu)買元器件。秒表在電子產(chǎn)品中用到非常廣泛,又較全面的覆蓋了電子技術(shù)的主要知識(shí)點(diǎn),現(xiàn)以1 000 s秒表為例,對(duì)該校電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面改革。
2 建立模塊化設(shè)計(jì)思想
根據(jù)題目,上網(wǎng)查找資料,確定1 000 s秒表這個(gè)項(xiàng)目分4個(gè)模塊。他們分別是基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)譯碼顯示部分。確定基本RS觸發(fā)器的職能是啟動(dòng)和停止秒表工作;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào);時(shí)鐘發(fā)生器用555定時(shí)器構(gòu)成,為計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘信號(hào);計(jì)數(shù)及譯碼顯示是對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù),并用數(shù)碼管顯示出來。確定好各模塊基本功能后,通過查閱資料,熟悉相關(guān)理論知識(shí),對(duì)各模塊電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3 Proteus仿真
為了高效設(shè)計(jì),對(duì)各模塊電路分別進(jìn)行仿真,即分別測(cè)試基本RS觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)器邏輯功能,待各模塊電路仿真工作正常后,在將有關(guān)電路逐級(jí)連接起來進(jìn)行測(cè)試,直到測(cè)試整個(gè)1 000 s秒表整個(gè)電路的功能,,最終的仿真設(shè)計(jì)電路圖為圖1所示。模塊1為用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器,它的一路輸出為模塊3的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入,另一路輸出為與非門C(U1)的輸入控制信號(hào),按動(dòng)按鈕開關(guān)K2,則門A(U1)輸出,門B(U1)輸出,K2復(fù)位,和狀態(tài)保持不變;再按動(dòng)K1,則由0變?yōu)?,門C(U1)開啟,為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)做好準(zhǔn)備,由1變?yōu)?,送出負(fù)脈沖,啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。模塊3的輸入觸發(fā)脈沖由模塊1的提供,輸出負(fù)脈沖通過非門B(U3)加到計(jì)數(shù)器的清零端,為計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào)。模塊2為用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器,是一種性能較好的時(shí)鐘源。當(dāng)基本RS觸發(fā)器時(shí),門C(U1)開啟,555產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過門C(U1)作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。模塊4是計(jì)數(shù)顯示部分。采用異步二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90芯片,該芯片,先通過不同的連接方式,測(cè)試74LS90的四種不同的邏輯功能,然后把它工作于十進(jìn)制計(jì)數(shù)的8421碼狀態(tài)。經(jīng)過仿真,電路設(shè)計(jì)合理,仿真結(jié)果好。這種設(shè)計(jì)和仿真方法有利于檢查和排除故障,保證設(shè)計(jì)高效、圓滿完成。
4 繪制電路原理圖和PCB板建立
為了更接近于工程實(shí)踐,電路設(shè)計(jì)仿真好后,學(xué)生還需根據(jù)PROTEL軟件進(jìn)行原理圖的繪制和PCB板的制作,設(shè)計(jì)PCB板時(shí)盡量自動(dòng)布線后,再加上人工修改,這樣使布線更合理。根據(jù)每個(gè)學(xué)生上交的PCB板文件,教師根據(jù)該院新引進(jìn)的PCB板生產(chǎn)設(shè)備印制出學(xué)生獨(dú)一無二的PCB板。接下來的工作就是焊接元器件和調(diào)試硬件電路,因?yàn)橛蟹抡婊A(chǔ),大大減少了硬件調(diào)試時(shí)間,產(chǎn)品的合格率得到了很大提高。
5 全面的考核系統(tǒng)
建立完善的成績(jī)考核系統(tǒng)是保證電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。結(jié)合工程實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般流程,根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)在設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的所占比重,課程設(shè)計(jì)成績(jī)由設(shè)計(jì)方案成績(jī)(占20%)、軟件仿真成績(jī)(25%)、硬件調(diào)試成績(jī)(占35%)和總結(jié)報(bào)告成績(jī)(占20%)四部分組成。設(shè)計(jì)方案成績(jī)重點(diǎn)考察學(xué)生是否認(rèn)真查閱資料,獨(dú)立完成設(shè)計(jì)方案與器件選型,按課題要求完成電路圖設(shè)計(jì),所涉及的方案是佛偶偶有創(chuàng)新性。在軟件仿真成績(jī)和硬件調(diào)試成績(jī)的評(píng)定過程中,不僅要重視結(jié)果,而且要重視過程,通過提問等方式來進(jìn)一步考核學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)電路原理的理解和掌握程度,分析問題和解決問題的能力??偨Y(jié)報(bào)告成績(jī)考察學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范程度,內(nèi)容完整性,電路原理圖和印制電路板圖繪制的規(guī)范情況。
通過近幾年的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革,激發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神、協(xié)作和配合能力,鍛煉了學(xué)生的科技總結(jié)報(bào)告撰寫能力,提高了我校電氣專業(yè)學(xué)生的整體素質(zhì)。為他們參加校內(nèi)和全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
語音信號(hào)的抽樣和重構(gòu),在理論方面涉及到濾波器的設(shè)計(jì)和抽樣定理[2,3],實(shí)踐方面涉及到濾波器和抽樣定理的具體實(shí)現(xiàn),還包含模擬電路和數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí),是理論和實(shí)際緊密結(jié)合的。因此,將其作為電子課程設(shè)計(jì)的題目,可以使學(xué)生充分鞏固和加深理解基礎(chǔ)核心課程的知識(shí),提高自學(xué)能力和解決實(shí)際問題的能力。本文將其作為“電子線路課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建的。
1語言信號(hào)抽樣和重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
語音信號(hào)的抽樣與重構(gòu)系統(tǒng)是對(duì)經(jīng)過抗混疊濾波后的語音信號(hào)進(jìn)行8kHz自然抽樣,然后把抽樣信號(hào)進(jìn)行重構(gòu),恢復(fù)出原信號(hào),并將信號(hào)通過揚(yáng)聲器輸出。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示,包括電源電路、語音信號(hào)的輸入電路、抽樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路、信號(hào)抽樣電路、信號(hào)重構(gòu)電路和功率放大電路等。
1)電源電路電源電路可以提供±12V和±5V的直流電源。實(shí)現(xiàn)方法是將220V交流電經(jīng)過變壓器和整流橋變成+15V和-15V的直流電[1,2]。先將+15VDC輸入到模塊LM7812和LM7805,轉(zhuǎn)變成為+12VDC和+5VDC輸出;而將-15VDC輸入到LM7912和LM7905,轉(zhuǎn)變成-12VDC和-5VDC輸出。
2)語音信號(hào)的輸入電路語音信號(hào)的輸入電路包括語音信號(hào)的采集和抗混疊濾波。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理,設(shè)計(jì)的抽樣頻率為8kHz。為避免頻譜混疊,對(duì)信號(hào)要進(jìn)行抗混疊濾波[4]。因此,將語音信號(hào)通過麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后,對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。低通濾波器的參數(shù)如下:截止頻率為3400Hz、通帶衰減3dB、阻帶衰減40dB,用濾波器設(shè)計(jì)軟件Filterlab進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。
3)抽樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路抽樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生8kHz的雙極性方波信號(hào)。通過參數(shù)設(shè)計(jì),芯片NE555可以用來產(chǎn)生頻率和占空比可變的單極性方波信號(hào)。但后續(xù)抽樣電路需要的是雙極性的方波信號(hào),故還需進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換,可以采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。
4)信號(hào)抽樣電路信號(hào)抽樣電路的功能是對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行自然抽樣,可以使用四通道雙向模擬開關(guān)芯片CD4066實(shí)現(xiàn)。雙極性方波信號(hào)接到控制端,控制模擬開關(guān)的通斷控制音頻信號(hào)的通過,達(dá)到抽樣目的。
5)抽樣重構(gòu)電路抽樣后信號(hào)的重構(gòu)過程,就是一個(gè)內(nèi)插過程,是通過低通濾波器實(shí)現(xiàn)的。這里的濾波器參數(shù)與抗混疊濾波器參數(shù)相同。
6)功率放大電路功率放大電路的功能是對(duì)重構(gòu)后信號(hào)進(jìn)行功率放大,驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,核心芯片為L(zhǎng)M386。
2課程設(shè)計(jì)流程安排及要求
第一階段:教師講解設(shè)計(jì)的整體功能及系統(tǒng)劃分,學(xué)生初步了解整個(gè)設(shè)計(jì)的組成和結(jié)構(gòu)。同時(shí)完成學(xué)生的分組,二人一組自愿組合,第二階段:學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容,查找相關(guān)資料,獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)。利用Multisim對(duì)各單元電路進(jìn)行仿真,完成設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容包括系統(tǒng)概述、單元電路設(shè)計(jì)、分析和仿真[6]。其設(shè)計(jì)任務(wù)包括:①介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路與總體方案;②介紹單元電路參數(shù)的選擇和計(jì)算;③給出仿真電路圖和仿真結(jié)果;④給出工作分工和元器件明細(xì)表;⑤給出引用的參考文獻(xiàn)。第三階段:焊接之前,要求學(xué)生畫出布局布線圖,包括元器件在實(shí)驗(yàn)板上的擺放和排列、器件所有管腳之間的連接以及電源和地的安排等。布局布線圖完成后便進(jìn)行電路的焊接和調(diào)試,最后完成總結(jié)報(bào)告??偨Y(jié)報(bào)告包括:①系統(tǒng)功能描述;②各單元電路的調(diào)試和實(shí)際改進(jìn)的電路圖;③系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果,給出重要測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)波形;④課程收獲和建議。
關(guān)鍵字:FPGA;高速低功耗; 方法措施
FPGA的功耗高度依賴于用戶的設(shè)計(jì),沒有哪種單一的方法能夠?qū)崿F(xiàn)這種功耗的降低,如同其它多數(shù)事物一樣,降低功耗的設(shè)計(jì)就是一種協(xié)調(diào)和平衡藝術(shù),在進(jìn)行低功耗器件的設(shè)計(jì)時(shí),人們必須仔細(xì)權(quán)衡性能、易用性、成本、密度以及功率等諸多指標(biāo)。
FPGA設(shè)計(jì)的總功耗包括靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗兩個(gè)部分。其中,靜態(tài)功耗是指邏輯門沒有開關(guān)活動(dòng)時(shí)的功率消耗,主要由泄漏電流造成的,隨溫度和工藝的不同而不同。靜態(tài)功耗主要取決于所選的FPGA產(chǎn)品。
動(dòng)態(tài)功耗是指邏輯門開關(guān)活動(dòng)時(shí)的功率消耗,在這段時(shí)間內(nèi),電路的輸入輸出電容完成充電和放電,形成瞬間的軌到地的直通通路。與靜態(tài)功耗相比,通常有許多方法可降低動(dòng)態(tài)功耗。
為提高FPGA的數(shù)據(jù)處理速度及降低芯片功耗,邏輯電路設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)采用以下措施:
(1)采用流水線,降低芯片功耗,提高系統(tǒng)時(shí)鐘。流水線是一種設(shè)計(jì)技巧,它在很長(zhǎng)的組合邏輯路徑中插入寄存器,寄存器雖增加了運(yùn)算周期數(shù),卻能大大減少組合邏輯延時(shí),提高整個(gè)系統(tǒng)工作頻率。有流水線電路在占用資源略有增加情況下,工作速度是沒有流水線電路的2倍多,可見,少量資源換來了芯片工作速度的成倍增加。
(2)按面積優(yōu)化組合邏輯,減小組合邏輯的復(fù)雜性,從而減少組合電路需要的邏輯門數(shù)量,邏輯門數(shù)的減少,意味著芯片功耗的降低。流水線的使用已經(jīng)保證芯片具有足夠高的處理速度,各個(gè)寄存器間的組合邏輯不再以速度為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì),考慮到功耗要求,應(yīng)以最少的邏輯門數(shù)實(shí)現(xiàn)該功能。
(3)以原理圖描述功能模塊的數(shù)據(jù)流,以VHDL語言的行為語句描述控制流。這種邏輯電路設(shè)計(jì)思想,充分利用原理圖設(shè)計(jì)直觀、形象和VHDL輸入法簡(jiǎn)單明了的優(yōu)勢(shì),既可以獲得具有高效率流水線結(jié)構(gòu)的同步電路,又能夠大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
(4)在電路設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)使用“自底向上”與“自頂向下”設(shè)計(jì)相結(jié)合、“邏輯設(shè)計(jì)”與“功能仿真”交替進(jìn)行的設(shè)計(jì)技巧,以保證邏輯電路的層次化、模塊化以及功能的正確性。首先把邏輯復(fù)雜的功能模塊,分割為幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的小模塊;然后分別設(shè)計(jì)這些小模塊,進(jìn)行功能仿真,發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,修改設(shè)計(jì),再仿真……,直到功能完全正確;再實(shí)例化小模塊,組成功能復(fù)雜的大模塊,依舊重復(fù)功能仿真、修改設(shè)計(jì)的過程;再實(shí)例化這些大模塊,構(gòu)成更上層模塊……,最后獲得功能完全正確的邏輯電路。
(5)在時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)上減少開關(guān)動(dòng)作也可大幅降低功耗。多數(shù)可提供獨(dú)立全局時(shí)鐘的FPGA是分割為幾部分的,若一個(gè)設(shè)計(jì)間歇地采用部分邏輯,就可關(guān)掉其時(shí)鐘以節(jié)省功耗。最新FPGA中的PLL可禁止時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)并支持時(shí)鐘轉(zhuǎn)換,因此既可關(guān)掉時(shí)鐘也可轉(zhuǎn)換為更低頻率的時(shí)鐘。更小的邏輯部分能夠潛在地使用本地/局域時(shí)鐘來替代全局時(shí)鐘,因此不必使用不相稱的大型時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)。
(6)對(duì)易受干擾的設(shè)計(jì)而言,減少意外的邏輯干擾可大幅降低動(dòng)態(tài)功耗。意外干擾是在組合邏輯輸出時(shí)產(chǎn)生的暫時(shí)性邏輯轉(zhuǎn)換。減少這種效應(yīng)的一個(gè)方法是重新考慮時(shí)序設(shè)計(jì),以平衡時(shí)序關(guān)鍵路徑和非關(guān)鍵路徑間的延遲。用戶可在軟件工具的幫助下應(yīng)用這種方法,例如某軟件可通過組合邏輯移動(dòng)寄存器的位置,以實(shí)現(xiàn)平衡時(shí)序。另外一種方法是引入流水線結(jié)構(gòu),以減少組合邏輯深度,流水線還有助于增加速度。第二種方法對(duì)無意外干擾設(shè)計(jì)的效果不明顯,相反還可能增加功耗。
方便快捷的精確功率估算工具,不僅有助于設(shè)計(jì)工程師對(duì)功率進(jìn)行定量評(píng)估,同時(shí)也有助于加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)度。如果在初期功率評(píng)估工具和數(shù)據(jù)表中沒有實(shí)際數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)工程師就不能在設(shè)計(jì)階段走得更遠(yuǎn)。獲取初期評(píng)估數(shù)據(jù)工具,可使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)開始之前就進(jìn)行功率估算。此外作為設(shè)計(jì)規(guī)劃,工程師可將布局和布線設(shè)計(jì)加載到更精確的功率評(píng)估持續(xù)當(dāng)中,從而得到一個(gè)更精準(zhǔn)的功耗描述。最好的評(píng)估工具可使仿真文件無縫集成到電源工具中,因而能夠獲得開關(guān)功率的精確描述;若不能進(jìn)行仿真,則該工具也能自動(dòng)給出FPGA設(shè)計(jì)的評(píng)估參數(shù)。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞 電子仿真技術(shù);電工維修
中圖分類號(hào) TM 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2011)122-0171-01
隨著電子電工技術(shù)以及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展,電子仿真技術(shù)不斷滲透到電子電工技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。電工維修作為電子電工技術(shù)中重要的一部分,十分需要電子仿真技術(shù)應(yīng)用推廣到該領(lǐng)域。我們可以利用電子仿真軟件進(jìn)行電路的相關(guān)設(shè)計(jì),有效地鍛煉電工的電子設(shè)計(jì)能力和開發(fā)能力。也就是通過實(shí)際的設(shè)計(jì)電路,電工維修工作者才會(huì)更加熟悉電路,更有利于進(jìn)行維護(hù)工作。另外,作為電子仿真技術(shù)的特色之處就是其能夠充分調(diào)動(dòng)使用者的主動(dòng)性,讓使用者自己動(dòng)手去搭建,能夠提高使用者實(shí)際動(dòng)手能力。它能夠多方面地調(diào)動(dòng)使用者的積極性,激發(fā)使用者學(xué)習(xí)興趣和欲望,提高使用者掌握的效率。例如在電子仿真軟件焊接操作的五個(gè)步驟,就是提供給你視頻教學(xué)和實(shí)用的場(chǎng)景,教你一步一步去實(shí)現(xiàn)焊接的過程。下面我們重點(diǎn)討論如下兩個(gè)電子仿真技術(shù)在電工維修中的應(yīng)用。
1 電子仿真軟件ELECTRONICS WORKBENCH在電工維修中的應(yīng)用
在電工維修中,利用ELECTRONICS WORKBENCH軟件作為電路設(shè)計(jì),能夠有效地鍛煉了電工維修工作者的電子設(shè)計(jì)能力和開發(fā)能力,不僅使使用者的能力得到提升,另一方面還節(jié)約了成本代價(jià)。在實(shí)際使用電子仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),首先是搭建電路,尋找電路中的各個(gè)元件,然后將各個(gè)元件進(jìn)行連接,設(shè)定相應(yīng)的參數(shù),最后運(yùn)用示波器觀察各個(gè)點(diǎn)的輸出波形的結(jié)果。如果不采用這種電子仿真軟件,則對(duì)于接觸示波器比較少的使用者在使用真實(shí)的示波器時(shí),可能由于陌生或緊張?jiān)斐墒静ㄆ鞯膿p壞,這樣就會(huì)大大增加電工維修工作者的成本,浪費(fèi)了大量時(shí)間。而使用電子仿真軟件中的示波器,就不會(huì)出現(xiàn)這種問題,可以很清晰地得到波形結(jié)果。由于電子仿真軟件中的示波器外觀和真實(shí)示波器類似,因此,熟悉了電子仿真軟件中的示波器,上手真實(shí)的示波器是很容易的。這樣就會(huì)避免對(duì)實(shí)際設(shè)備的損壞,即節(jié)省時(shí)間,又節(jié)省了成本,更有利于電工維修工作者的自我成長(zhǎng)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。
在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)過程中,電路維修工作者主要面臨的問題是電源故障,主要包括:直流電和交流電錯(cuò)位、直流電源的正負(fù)極反接等;對(duì)于由于元器件短路帶來的故障,例如在實(shí)際的操作過程中,電工維修工作者很不小心可能會(huì)把三極管的兩個(gè)管腳短路,導(dǎo)致三極管燒壞的現(xiàn)象。這些問題可以利用電子仿真軟件先事先操作一遍,在進(jìn)一步提高正確率的情況下,再進(jìn)行實(shí)際操作,進(jìn)一步減少設(shè)備損壞,有效節(jié)約設(shè)備
成本。
2 電子仿真軟件網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室在電工維修中的應(yīng)用
作為當(dāng)前的一項(xiàng)熱門技術(shù),虛擬技術(shù)擁有廣闊的應(yīng)用前景,現(xiàn)在已經(jīng)在軍事與航空技術(shù)、機(jī)器人領(lǐng)域、通信行業(yè)、醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。當(dāng)然,虛擬技術(shù)在電工維修領(lǐng)域也有應(yīng)用的地方,即虛擬實(shí)驗(yàn)室。所謂虛擬實(shí)驗(yàn)室,就是可以借助一些新興技術(shù),例如:多媒體技術(shù)、電子仿真技術(shù)以及現(xiàn)實(shí)虛擬技術(shù)等,來實(shí)現(xiàn)電工維修工作者實(shí)際的軟硬件的工作環(huán)境。這樣對(duì)于一些高危環(huán)境的工作,具有很大的意義。因?yàn)檫@種虛擬的環(huán)境和實(shí)際的環(huán)境相近,這樣就可以提前熟悉工作內(nèi)容和預(yù)知環(huán)境所產(chǎn)生的狀況等。目前,國(guó)外的網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)應(yīng)用已漸漸成熟,成立許多網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室,而國(guó)內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的研究正處于起步發(fā)展的階段,需要進(jìn)一步研究分析。從國(guó)內(nèi)外地對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究來看,我們可以把它主要分成如下兩類。
1)軟件仿真形式的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。這種實(shí)驗(yàn)室是完全依托于軟件的,以仿真軟件為基礎(chǔ),為電工維修工作者提供虛擬的工作環(huán)境,讓其通過網(wǎng)絡(luò)的途徑進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)和共享資源,在其中可以利用上述講的電子仿真軟件ELECTRONICS WORKBENCH進(jìn)行電子電路設(shè)
計(jì)等。
2)直接操作遠(yuǎn)程試驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。這種實(shí)驗(yàn)室并不是完全依托于軟件的,它控制的對(duì)象是實(shí)實(shí)在在的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。也就說電工維修工作者可以利用該電子仿真軟件接收來自客戶端的故障問題和參數(shù)設(shè)置,然后利用相關(guān)的電子仿真軟件進(jìn)行仿真分析,最后將分析得到的故障解決方案和新的參數(shù)設(shè)置通過實(shí)驗(yàn)室傳送給客戶端,甚至電工維修工作者可以對(duì)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行一邊調(diào)整,一邊看真實(shí)的運(yùn)行過程以及輸出結(jié)果。這種仿真技術(shù),利用了有限的資源,提高了電工維修工作者的工作效率,是目前虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室研究的一個(gè)重要方向。
3 總結(jié)
由于電子仿真軟件具有強(qiáng)大的電路設(shè)計(jì)、電路繪圖、設(shè)備虛擬、對(duì)故障設(shè)備分析處理等功能,其可操作性強(qiáng),作為電工維修的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的有效手段,其在電工維修領(lǐng)域起到越來越重要的作用。電子仿真技術(shù)不但能夠提高電工維修工作者的業(yè)務(wù)知識(shí)水平,更能開闊電工維修工作者的視野和工作的積極性,促進(jìn)電工維修行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
課題內(nèi)容設(shè)計(jì)合理與否,將直接影響到課程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練效果。在具體課題內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
選擇具有實(shí)用性和趣味性的課題從學(xué)生的實(shí)際水平出發(fā),幫助學(xué)生選擇適合自己的題目,使題目與理論知識(shí)密切相關(guān),又具有較強(qiáng)的趣味性和實(shí)用性,與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。例如,要求學(xué)生組裝一整的收音機(jī)、家居生活中能用到的聲光控開關(guān)、門窗防盜報(bào)警器等。又如我們選用的《音樂彩燈控制器設(shè)計(jì)》、《多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)》、《交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)》等課題,學(xué)生做起來積極性很高。更重要的是通過這一過程,學(xué)生運(yùn)用專業(yè)技能解決實(shí)際問題的綜合能力得到了提高。
選擇能綜合應(yīng)用理論知識(shí)的課題要求學(xué)生綜合運(yùn)用本課程的基本理論和知識(shí),獨(dú)立完成一項(xiàng)實(shí)際課題。通過查閱資料、線路設(shè)計(jì)、選擇元器件、電路安裝調(diào)試,使學(xué)生所學(xué)的基本理論和知識(shí)充分運(yùn)用于解決實(shí)際問題。例如電子脈搏計(jì)這一課題,要應(yīng)用到傳感器、放大電路、有源濾波電路、整形電路以及數(shù)字電路中的各種門電路、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器及譯碼、驅(qū)動(dòng)顯示電路。又如數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)這一課題,數(shù)字鐘是一個(gè)典型的數(shù)字電路系統(tǒng),選此作為設(shè)計(jì)題目,可使學(xué)生將學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路知識(shí)有機(jī)地、系統(tǒng)地聯(lián)系起來用于實(shí)際,培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計(jì)電路的能力。還可選用有源濾波器的設(shè)計(jì)題目,使學(xué)生進(jìn)一步加深領(lǐng)會(huì)運(yùn)算放大器在信號(hào)處理電路中的應(yīng)用,選用交流寬帶放大器的設(shè)計(jì),使學(xué)生對(duì)放大電路的三種不同組態(tài)的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合以及電路的設(shè)計(jì)方法得到練習(xí),并通過這個(gè)對(duì)基本放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、頻帶寬度以及引入負(fù)反饋對(duì)放大器性能的改善得到進(jìn)一步的理解,同時(shí)提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
課題內(nèi)容要注重集成電路和新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用當(dāng)今時(shí)代電子技術(shù)飛躍發(fā)展,新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮,課程設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)教材的滯后性。在電路設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡量采用集成電路,特別是集成運(yùn)算放大器和某些專用芯片(如模擬乘法器、鎖相環(huán))作為電路的重要構(gòu)件,體現(xiàn)出現(xiàn)代電子電路的設(shè)計(jì)是各種集成電路構(gòu)件的組合的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念,尤其是將模擬電路、數(shù)字電路與微處理器相結(jié)合,以數(shù)字電路為主,軟硬件結(jié)合,以硬件電路設(shè)計(jì)為主,符合現(xiàn)代電子電路結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。例如我們?cè)瓉斫?jīng)常選定分立元件OTL和OCL功放電路設(shè)計(jì)課題,隨著目前大量的集成功放芯片的上市,我們就把這些課題內(nèi)容并入《集成電路音響放大器》、《音頻信號(hào)發(fā)生器》等課題中。又如在數(shù)字脈搏計(jì)課題中,介紹了鎖相倍頻的新概念,同時(shí)介紹了集成電路CC4046和C14526構(gòu)成的鎖相倍頻電路。通過這些課題設(shè)計(jì)將一些集成電路的工作原理以及使用方法介紹給學(xué)生,并在實(shí)踐中得到練習(xí),使所學(xué)的理論知識(shí)更加豐富。
選擇適應(yīng)專業(yè)需要,結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)的課題為了拓寬學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域,使學(xué)生對(duì)專業(yè)有所認(rèn)識(shí)和了解,提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣和學(xué)習(xí)的積極性,在課程設(shè)計(jì)中引入了一些結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)的課題。例如數(shù)字轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)與頻率計(jì)設(shè)計(jì),由于轉(zhuǎn)速測(cè)量在工業(yè)控制領(lǐng)域和人們的日常生活中經(jīng)常遇到,在工廠里測(cè)電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速,自行車?yán)锍虦y(cè)速計(jì),心率計(jì)以及汽車時(shí)速的測(cè)量等都屬于這一范疇。又如PWM(電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)),由于該系統(tǒng)在工業(yè)控制的調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛地應(yīng)用,同時(shí),又由于該系統(tǒng)由脈寬調(diào)制器和脈沖放大器兩大部分組成,而脈寬調(diào)制器又包括鋸齒波發(fā)生器和電壓比較器,密切地聯(lián)系了電子技術(shù)課程的基本內(nèi)容。這些課題對(duì)掌握基礎(chǔ)知識(shí),開闊學(xué)生的視野,增強(qiáng)對(duì)專業(yè)課的認(rèn)識(shí),提高學(xué)習(xí)的積極性都能起到較大的作用。
注意選擇和后續(xù)專業(yè)課有關(guān)的課題為對(duì)電子技術(shù)課程的進(jìn)一步提高和為后續(xù)課程打下一定基礎(chǔ),可考慮選擇一些模擬電路和數(shù)字電路綜合性的課題,以使學(xué)生對(duì)電子技術(shù)有一個(gè)全面的、綜合的認(rèn)識(shí),對(duì)后續(xù)專業(yè)課有一定了解,為后面的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。例如《調(diào)速系統(tǒng)的給定積分器》課題。
課程設(shè)計(jì)的組織實(shí)施
以人為本,因材施教教師只在大思路上作一定的引導(dǎo),對(duì)具體方案不做過多干預(yù),只起組織、引導(dǎo)、檢查、把關(guān)和解決一些疑難問題的作用,放手讓學(xué)生大膽實(shí)踐,以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。我們的改進(jìn)做法是:在注重結(jié)論正確的同時(shí),強(qiáng)調(diào)整個(gè)設(shè)計(jì)方案實(shí)施的全過程,即使得出的結(jié)論不盡如人意,甚至是錯(cuò)的,只要學(xué)生能找出其中的原因并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,仍然可獲得較好的成績(jī);相反,如果結(jié)論是抄襲得來的,即便是正確的,設(shè)計(jì)成績(jī)也按不及格處理。如電子脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)課題,只給出設(shè)計(jì)方案的原理框圖,講明基本原理、總體構(gòu)思和適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)提要,在設(shè)計(jì)任務(wù)書中給出原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)要求,而具體的原理圖及元件的參數(shù),集成電路的選擇,電路的安裝調(diào)試等工作則要求學(xué)生獨(dú)立完成,這樣做可培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)和獨(dú)立解決問題的能力,學(xué)生的收獲更大。
虛實(shí)結(jié)合,重在“真品”(1)采用機(jī)輔分析。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái),對(duì)電子電路或系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)分析和設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù),它的應(yīng)用使得電路功能、參數(shù)的分析和設(shè)計(jì)都可以脫離具體對(duì)象,在構(gòu)筑于計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的虛擬環(huán)境中通過仿真處理而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。EDA技術(shù)已成為現(xiàn)代電子工程開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的支撐技術(shù),在電子行業(yè),Miltisim、Protel等電子仿真軟件,已成為電子工程設(shè)計(jì)的必備工具。學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)電子電路的分析是目前和今后發(fā)展的必然趨勢(shì),將其應(yīng)用到課程設(shè)計(jì)領(lǐng)域也是教學(xué)改革的方向。一是應(yīng)用Miltisim設(shè)計(jì)電路仿真。在學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)課題擬定初步方案后,要求他們先在電路仿真與分析軟件Milltisim平臺(tái)上對(duì)于所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真,觀察電路功能是否滿足設(shè)計(jì)要求,分析主要元器件參數(shù)對(duì)電路指標(biāo)的影響,初步了解電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的工作情況,在Milltisim平臺(tái)上調(diào)試電路使之達(dá)到技術(shù)指標(biāo),為電路的實(shí)調(diào)做準(zhǔn)備。二是應(yīng)用ProtelForWindows設(shè)計(jì)印刷電路板。在Milltisim仿真后,給學(xué)生介紹印刷電路板的自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件ProtelForWindows和設(shè)計(jì)印刷電路板的基本工程知識(shí),要求學(xué)生應(yīng)用ProtelForWindows設(shè)計(jì)軟件繪制本組設(shè)計(jì)的電路原理圖并設(shè)計(jì)出印刷電路板圖。通過幾年課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐,對(duì)有源濾波器、交流寬帶放大器、數(shù)字溫度計(jì)、數(shù)字鐘、交通燈控制器等設(shè)計(jì)課題采用MilltisimEDA軟件與虛擬樣機(jī),指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電子技術(shù)課程設(shè)計(jì),取得了較好的教學(xué)效果。(2)結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。近年來,全國(guó)各高校都開設(shè)了EDA技術(shù)的教學(xué)和實(shí)踐課程。對(duì)機(jī)電類專業(yè)的學(xué)生而言,電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完電子技術(shù)理論課程后進(jìn)行的一次綜合性訓(xùn)練,其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)的能力、獨(dú)立設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的能力和對(duì)電子產(chǎn)品實(shí)際安裝、調(diào)試的能力。如果學(xué)生沒有從原理圖設(shè)計(jì)開始一直做到樣機(jī)調(diào)試成功,經(jīng)歷整個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程,又如何能提高電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的作用?所以要將傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)與EDA技術(shù)的訓(xùn)練相結(jié)合,比較電路實(shí)測(cè)的性能和計(jì)算機(jī)的仿真結(jié)果,以認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)仿真在電路設(shè)計(jì)中所起的作用,使學(xué)生對(duì)EDA技術(shù)的了解不只是停留在軟件系統(tǒng)的操作上,而是對(duì)該技術(shù)在電子設(shè)計(jì)中所起的作用有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí),能對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)有所幫助。
形成組合,團(tuán)結(jié)協(xié)作在組隊(duì)方面,采取電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的組織方式,2~3人為一組,要求學(xué)生不僅要共同討論設(shè)計(jì)課題和選擇設(shè)計(jì)方案,還必須落實(shí)自己具體的設(shè)計(jì)任務(wù),如計(jì)算機(jī)輔助分析、硬件電路的制作、調(diào)試、資料的查閱、整理和總結(jié)等,有分工有合作,以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。
【關(guān)鍵詞】高職教育 數(shù)字電路與仿真 教學(xué)改革 項(xiàng)目化教學(xué)法
【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810(2014)20-0094-01
數(shù)字電路與仿真是高職電子類專業(yè)一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。一直以來,數(shù)字電路與仿真都是采用黑板和實(shí)驗(yàn)兩種教學(xué)模式。在進(jìn)行理論講授時(shí)是以老師為主體,學(xué)生總是被動(dòng)地接受知識(shí);而在實(shí)踐環(huán)節(jié)教師仍以傳授知識(shí)為目的,實(shí)踐課程被作為課堂理論知識(shí)的驗(yàn)證。一般的教學(xué)方法造成了在教學(xué)過程中教師一手包辦、學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)較少的現(xiàn)象。在這樣的教學(xué)模式下,學(xué)生就會(huì)缺乏對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)興趣,抑制學(xué)生的創(chuàng)造力和主動(dòng)性,所以必須對(duì)數(shù)字電路的教學(xué)方式進(jìn)行改革,引入項(xiàng)目化教學(xué)法。項(xiàng)目化教學(xué)法是將該課程的知識(shí)轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)項(xiàng)目,然后老師和學(xué)生通過共同完成一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng),這就是一種真正的理論與實(shí)踐相結(jié)合。在數(shù)字電路與仿真的課程改革中引入項(xiàng)目化教學(xué),不僅打破了理論課、實(shí)驗(yàn)課的界限,也將理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、企業(yè)的相關(guān)要求融為一體,達(dá)到了高職教育與企業(yè)生產(chǎn)的零距離,而且實(shí)現(xiàn)了以就業(yè)為導(dǎo)向、以技能為核心的辦學(xué)宗旨。
根據(jù)高職高專的培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合高職高專教學(xué)改革的要求,本著“工學(xué)結(jié)合、項(xiàng)目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、教學(xué)做一體化”的原則。全書共有八個(gè)項(xiàng)目,包括三人表決器電路、搶答器電路、數(shù)碼顯示電路、計(jì)數(shù)分頻電路、觸摸式防盜報(bào)警電路、溫度檢測(cè)電路、數(shù)字鐘電路等的設(shè)計(jì)與裝調(diào)以及用FPGA實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器等。通過項(xiàng)目任務(wù)的完成,提高學(xué)生對(duì)數(shù)字電路的理解,使之能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成小型數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)制作,包括查閱資料、確定電路設(shè)計(jì)方案、計(jì)算與選擇元器件參數(shù)、安裝與調(diào)試電路,能使用相關(guān)儀器進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試和編寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。
數(shù)字電路主要課程內(nèi)容為數(shù)制與碼制、邏輯函數(shù)、邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、存儲(chǔ)器、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路及應(yīng)用內(nèi)容。因課程內(nèi)容不集中,學(xué)生學(xué)后不加以運(yùn)用,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完后容易忘記。所以,在課程改革中要以項(xiàng)目為單元、以應(yīng)用為主線,將理論知識(shí)融入實(shí)踐項(xiàng)目中。讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做,鞏固每個(gè)理論知識(shí)點(diǎn),提高自己的動(dòng)手能力。
一 項(xiàng)目任務(wù)的選取
項(xiàng)目化教學(xué)法有別于一般的教學(xué)方法,課程中理論知識(shí)和實(shí)踐技能的傳授是通過完成具體的項(xiàng)目來實(shí)施的。因此,在數(shù)字電路的項(xiàng)目化教學(xué)中,項(xiàng)目任務(wù)的選取力求具有典型性和可操作性,數(shù)字電路項(xiàng)目化教學(xué)的任務(wù)為:(1)三人表決器的設(shè)計(jì)與制作;(2)搶答器電路的設(shè)計(jì)與制作;(3)數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)與制作;(4)觸摸式防盜報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作;(5)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。
二 項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過程
項(xiàng)目任務(wù)在教學(xué)實(shí)施的過程中是要讓所有學(xué)生的參與教學(xué)活動(dòng),項(xiàng)目化教學(xué)注重的不是最終的結(jié)果,而是完成每個(gè)項(xiàng)目的過程。在數(shù)字電路的項(xiàng)目化教學(xué)過程中,要以項(xiàng)目為教學(xué)單元,采用分組的方法,每組包含4~5名學(xué)生,每個(gè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)子任務(wù),在每個(gè)子任務(wù)里要明確學(xué)生應(yīng)掌握的每個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)和操作技能,子任務(wù)的實(shí)施要以學(xué)生為中心,老師充當(dāng)技術(shù)支持的角色,主要由各個(gè)小組成員一起探討問題和解決問題,老師可對(duì)學(xué)生給予指導(dǎo)和幫助,逐步培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成自己思考的習(xí)慣。項(xiàng)目實(shí)施的過程為:(1)引入項(xiàng)目;(2)老師和學(xué)生共同分析項(xiàng)目,明確電路功能,確定若干個(gè)子任務(wù);(3)學(xué)生通過查閱資料和所學(xué)的知識(shí)對(duì)每個(gè)子任務(wù)提出實(shí)施方案;(4)學(xué)生根據(jù)每組討論結(jié)果制定電路方案;(5)學(xué)生利用Multisim 10仿真軟件檢測(cè)所設(shè)計(jì)的電路是否符合要求,來依次完成各子任務(wù);(6)學(xué)生把各子任務(wù)進(jìn)行級(jí)聯(lián),通過綜合調(diào)試完成整個(gè)項(xiàng)目;(7)老師檢查設(shè)計(jì)及調(diào)試結(jié)果,然后進(jìn)行教師評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià);(8)書寫電路設(shè)計(jì)報(bào)告,分析電路設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。
三 項(xiàng)目化課程學(xué)習(xí)的管理制度
為了使每個(gè)項(xiàng)目順利進(jìn)行,老師專門制作了項(xiàng)目進(jìn)度表和子項(xiàng)任務(wù)卡。學(xué)生根據(jù)進(jìn)度表了解本次任務(wù)要求和內(nèi)容。老師在進(jìn)行學(xué)習(xí)管理時(shí),采用學(xué)生實(shí)踐任務(wù)進(jìn)度公示的方法,對(duì)那些進(jìn)度較慢的學(xué)生給予輔導(dǎo)和幫助;對(duì)動(dòng)手能力較強(qiáng)、完成項(xiàng)目快的學(xué)生給予獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)老師對(duì)理論知識(shí)的講授時(shí)間和實(shí)踐技能的演示時(shí)間也作了合理安排。這樣項(xiàng)目化教學(xué)的設(shè)計(jì),不僅使學(xué)生由被動(dòng)轉(zhuǎn)變成主動(dòng),還減輕了老師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。
四 考核方式的改革
考核分為兩部分:理論考試和實(shí)踐考試,其中理論考試占30%,實(shí)踐考試占70%。對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)能力的考核以筆試的形式進(jìn)行;對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的考核,參考制作過程的考查記錄和學(xué)生作品。這種綜合考核方式評(píng)價(jià)比較全面,更能體現(xiàn)高職教育培養(yǎng)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞:學(xué)情分析;教學(xué)思路;認(rèn)知學(xué)徒法;任務(wù)設(shè)置和分析
單片機(jī)技術(shù)是中等職業(yè)學(xué)校電子與信息技術(shù)專業(yè)的主干課程之一。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異,應(yīng)用技術(shù)廣泛地滲透到生活的方方面面。人們對(duì)單片機(jī)技術(shù)的向往日益強(qiáng)烈,但由于單片機(jī)是一門技術(shù)含量比較高的學(xué)科,學(xué)習(xí)起來的確存在一些困難。隨著時(shí)代的變化,傳統(tǒng)的授課模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)需要。如何引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)高效的學(xué)習(xí)本門課程,是擺在所有任課教師面前的一道難題。下面是筆者在教學(xué)過程中總結(jié)的一些體悟和感受,與各位同仁分享。
案例背景
1.教材分析
選定教材是電子工業(yè)出版社2011年6月第13次印刷,中等職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材《單片機(jī)原理與應(yīng)用》第二版,經(jīng)全國(guó)中等職業(yè)教育教材審定委員會(huì)審定,并且榮獲了中國(guó)電子教育學(xué)會(huì)首屆職業(yè)教育電子信息類優(yōu)秀教材評(píng)審二等獎(jiǎng),具有很高的權(quán)威性。
本次教學(xué)內(nèi)容選定為第二章“增強(qiáng)型MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)”中第二節(jié)“輸入/輸出口”。緊承上一章節(jié)單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí),本章節(jié)介紹具體型號(hào)單片機(jī)結(jié)構(gòu)和使用,尤其是本節(jié)“輸入/輸出口”內(nèi)容更是重中之中,因?yàn)閱纹瑱C(jī)所有數(shù)據(jù)的采集和反饋都體現(xiàn)在端口上。后面的內(nèi)容都是對(duì)端口的精準(zhǔn)使用,所以本節(jié)內(nèi)容是起到承上啟下的作用,對(duì)本章或是本課程都具有非凡的意義。
2.學(xué)情分析
學(xué)生均為高一新生,經(jīng)過前半個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)對(duì)專業(yè)知識(shí)有一定的了解。對(duì)絢麗刺激的新事物,好奇心和接受能力強(qiáng)是這個(gè)階段年齡人的普遍共性。叛逆心性和不愿受約束更是直接反映在他們的言語和肢體中,所以采用灌輸式教學(xué)方式是行不通的。由于中職學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)能力上有一定的差距,個(gè)體之間亦是參差不齊,不會(huì)學(xué)和厭學(xué)的情況比較普遍,上課不注意聽講,偷懶等行為依然存在。這給任課老師的教學(xué)提出了更高的要求――不僅要把課程知識(shí)更好的呈現(xiàn)出來,還要努力吸引學(xué)生的注意力,引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地學(xué)習(xí),掌握學(xué)習(xí)方法,增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心。因此,根據(jù)學(xué)情分析和章節(jié)的主要內(nèi)容,我決定主要采用“學(xué)徒式”教學(xué)模式,制定本節(jié)教學(xué)目標(biāo)。
3.教學(xué)目標(biāo)
(1) 理解P1、P2、P3和P4端口的結(jié)構(gòu)。
(2) 理解各端口“輸入/輸出”特性(不包含第二功能)。
(3) 合理分配和使用端口。
(4) 培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng),增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和自信心。
4.課前準(zhǔn)備
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,撰寫教案和教學(xué)PPT,準(zhǔn)備學(xué)生導(dǎo)學(xué)案和工作頁(yè)。課前布置學(xué)生觀察交通路口的霓虹燈亮起的時(shí)間和相應(yīng)各路口指示燈的顏色,并記錄在工作頁(yè)上。預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容,思考輸入和輸出對(duì)應(yīng)的參考量是什么?為課堂的教學(xué)做好充分的準(zhǔn)備。
5.教學(xué)思路
俗話說:“磨刀不誤砍柴工”,為了更好的達(dá)成教學(xué)目標(biāo)和得到較好的教學(xué)效果,在課前要理清教學(xué)思路,細(xì)分教學(xué)環(huán)節(jié),把握教學(xué)步驟,對(duì)可能出現(xiàn)的問題做好充足準(zhǔn)備。
課堂教學(xué),以“課前任務(wù)提問”開始,“任務(wù)設(shè)置與分析、分組達(dá)成目標(biāo)、小組匯報(bào)、總結(jié)和反思”等主要步驟構(gòu)成教學(xué)環(huán)節(jié)。難點(diǎn)是任務(wù)的分析,如何啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生把任務(wù)解析,才能較好的分階段完成。要讓學(xué)生體會(huì)到“小事做好,難事不難”,把每個(gè)小階段完成好,最終才能完成終極任務(wù)。重點(diǎn)是分組達(dá)成目標(biāo)。學(xué)生水平不齊,既需要保證動(dòng)作快的同學(xué)有事做,又要保證動(dòng)作慢的同學(xué)跟得上,所以采用分小組的方式將動(dòng)作快的同學(xué)與動(dòng)作慢的同學(xué)混合,利用小組互助學(xué)習(xí)和教師指導(dǎo)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式。課堂要以學(xué)生為主體,以能力為本位,以實(shí)踐促進(jìn)思考,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和效果。
6.教學(xué)手段
(1)任務(wù)驅(qū)動(dòng)法:布置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生積極參與,逐步解決遇到的問題,在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握本節(jié)知識(shí)內(nèi)容,最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。
(2)認(rèn)知學(xué)徒法:教師把解決問題的關(guān)鍵和要領(lǐng)公開化,使學(xué)生在教師提供有效的幫助下協(xié)同工作解決任務(wù)或問題。通過引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)獲取、開發(fā)和利用真實(shí)領(lǐng)域中的活動(dòng)工具的方法,來支持學(xué)習(xí)。強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)活動(dòng)在學(xué)習(xí)中的重要性,并突出學(xué)習(xí)內(nèi)在固有的、依存于背景的、情境和文化適應(yīng)的本質(zhì),要把學(xué)習(xí)者和實(shí)踐世界聯(lián)系起來。
7.教學(xué)課時(shí)
為了更好的完成教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo),使學(xué)生的收獲最大,用4課時(shí)達(dá)成。
8.教學(xué)環(huán)境和用具
多功能實(shí)訓(xùn)室,相關(guān)配套設(shè)施。
教學(xué)步驟
1.課前任務(wù)提問
課前任務(wù)布置中,為了采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性,需經(jīng)師生共同討論,指定交通路口位置,以觀測(cè)信號(hào)燈明亮?xí)r間和相應(yīng)各路口方向信號(hào)燈顏色為任務(wù),完成部分學(xué)生工作頁(yè)。然后在課堂中,對(duì)同學(xué)進(jìn)行提問,以此統(tǒng)一測(cè)量數(shù)據(jù)。最后對(duì)數(shù)據(jù)符合要求的同學(xué)大加鼓勵(lì);對(duì)數(shù)據(jù)不符合的同學(xué)要分析原因,以勉勵(lì)和激勵(lì)為主,幫助其恢復(fù)信心,并對(duì)不符合數(shù)據(jù)的共性原因進(jìn)行總結(jié)。任何的發(fā)明創(chuàng)造都始于準(zhǔn)確的觀察,正確的描述,所以該環(huán)節(jié)不能馬虎,需用大約10分鐘完成。
2.任務(wù)設(shè)置與分析
(1)任務(wù)設(shè)置。利用電腦和相關(guān)軟件模擬交通路口信號(hào)燈,要求實(shí)驗(yàn)效果符合課前任務(wù)的測(cè)量數(shù)據(jù),即模擬真實(shí)的交通路口信號(hào)燈。繪制該電路的原理圖和PCB圖紙。采購(gòu)器件和相關(guān)耗材。完成實(shí)物交通路口信號(hào)燈的電路,對(duì)它們進(jìn)行焊接和調(diào)試。
(2)任務(wù)分析。根據(jù)任務(wù)設(shè)置,師生討論如何完成任務(wù)。經(jīng)過討論,該任務(wù)可分為三個(gè)階段完成。第一階段,電路設(shè)計(jì):構(gòu)建和繪制滿足要求的交通信號(hào)燈電路原理圖,反復(fù)論證可行性;第二階段,模擬仿真:利用電腦和相關(guān)軟件搭接模擬電路,仿真驗(yàn)證第一階段的電路。如果實(shí)驗(yàn)效果不能滿足要求,返回第一階段重新論證;如果滿足實(shí)驗(yàn)效果,完成該電路的PCB圖紙;第三階段,完成實(shí)物交通信號(hào)燈電路。根據(jù)第二階段經(jīng)驗(yàn)證的電路原理圖和PCB圖紙,羅列器件和耗材清單并利用互聯(lián)網(wǎng)和其他信息途徑查清所需器件和耗材的價(jià)格,做好電路預(yù)算。在采購(gòu)器件和相關(guān)耗材后,焊接和調(diào)試電路,最終完成實(shí)物交通路口信號(hào)燈電路。
“一年之計(jì)在于春”,同樣為了完成任務(wù)設(shè)置,任務(wù)分析顯得意義重大。由于學(xué)生思考必然有不周之處,需教師參與,不斷啟發(fā),引導(dǎo)學(xué)生積極探索求真。學(xué)生是高一新生,專業(yè)能力還不成熟,獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)很困難,所以教師可以給出稍欠缺(根據(jù)授課學(xué)生水平,本人設(shè)置3處故障)的電路設(shè)計(jì),交由學(xué)生探討論證,完善電路。無論學(xué)生是否全部找出教師欠缺電路設(shè)計(jì)中的故障,都要進(jìn)行第二階段??稍诘诙A段中繼續(xù)排除故障問題,讓同學(xué)們?cè)诓僮髦邪l(fā)現(xiàn)、思考并解決問題,這樣一來教學(xué)的效果可能會(huì)更好。第二階段,模擬仿真。利用Proteus仿真軟件進(jìn)行電路仿真能夠得到較好的效果。如果仿真效果滿足任務(wù)要求,再利用繪圖軟件,完成電路原理圖和PCB圖紙的任務(wù)。第三階段,需要采購(gòu)器件和耗材,我們可以分成2個(gè)時(shí)期完成:初期完成器件和耗材的統(tǒng)計(jì),課后完成電路的預(yù)算和采購(gòu)。為了更好指導(dǎo)學(xué)生和把握方向,教師可以利用課余時(shí)間與學(xué)生一起查找資料,做好電路預(yù)算。推選2名采購(gòu)員,陪同學(xué)生代表去采購(gòu)器件和相關(guān)耗材,該環(huán)節(jié)全部交由采購(gòu)員完成,教師主要保證學(xué)生安全。器件和耗材到位后,即可進(jìn)行第三階段后期。按照電路原理圖和PCB圖紙裝配及焊接電路,并調(diào)試達(dá)到效果。
3.分組達(dá)成目標(biāo)
分組達(dá)成目標(biāo)是本章節(jié)的重點(diǎn)。為保證絕大多數(shù)同學(xué)都能完成,采用分小組學(xué)習(xí),動(dòng)作快和動(dòng)作慢同學(xué)混合搭配。以小組互助學(xué)習(xí)和老師指導(dǎo)相結(jié)合的模式,完成各個(gè)階段任務(wù),使各小組都達(dá)成預(yù)期目標(biāo)和效果。該環(huán)節(jié)學(xué)生自由度高,各小組完成進(jìn)度略有差別,需要教師針對(duì)不同情況給予指導(dǎo)或評(píng)價(jià)。尤其是對(duì)進(jìn)度較慢的小組,要耐心的引導(dǎo),及時(shí)鼓勵(lì),防止“破罐破摔”的現(xiàn)象產(chǎn)生,因?yàn)橹新殞W(xué)生本身受環(huán)境影響較大,一旦出現(xiàn)不好苗頭,可能“感染”其他同學(xué),導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)付之流水。因此,教師要隨時(shí)觀察各小組進(jìn)度情況,保證良好的學(xué)習(xí)氛圍,絕大數(shù)學(xué)生齊頭并進(jìn)。
任務(wù)分階段實(shí)施。預(yù)計(jì)各階段完成所需要時(shí)間如下:任務(wù)開始前和第一階段中電路設(shè)計(jì)兩項(xiàng)討論大約10分鐘完成。第二階段,模擬仿真大約60分鐘完成。第三階段初期,器件和耗材清單統(tǒng)計(jì),大約10分鐘完成。以上階段內(nèi)容加上課前任務(wù)提問剛好90分鐘,即2節(jié)課時(shí)。第三階段初期,器件和耗材利用課余時(shí)間完成。第三階段后期,裝配、焊接和調(diào)試電路。我校本專業(yè)學(xué)生都有項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn),器件識(shí)別和焊接基本功較好,出現(xiàn)故障較低,大約60分鐘完成。最后進(jìn)行小組匯報(bào),大約20分鐘??偨Y(jié)和反思,大約10分。
4.小組匯報(bào)
小組匯報(bào)可分兩層含義。第一層含義,是在任務(wù)各階段完成后,各小組匯報(bào)完成情況并且比較數(shù)據(jù),進(jìn)行階段評(píng)價(jià)。第二層含義,是指項(xiàng)目完成后的各小組的總結(jié)匯報(bào)。這里指第二層含義,也可以看成是學(xué)生自己對(duì)本章節(jié)學(xué)習(xí)過后的總結(jié)和反思。小組互評(píng)和成員互評(píng),對(duì)過程中出現(xiàn)的問題總結(jié),反思操作失誤和漏洞,進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)成果。
5.總結(jié)和反思
教師在小組匯報(bào)的基礎(chǔ)上,再次對(duì)本章節(jié)內(nèi)容的進(jìn)行梳理、總結(jié)和反思。
案例反思
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):全國(guó)優(yōu)秀科技期刊
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)