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因為電子設(shè)計自動化的實踐性與技能性,使得電子設(shè)計自動化需要人們真正去動手完成,而不是單純的只靠理論就能學(xué)好的,它不像文學(xué),管理等的學(xué)科只要將課本上和老師講的知識掌握了就算是學(xué)會了這門學(xué)科[2]。電子設(shè)計自動化是一門純理科性質(zhì)的學(xué)科,它需要在實踐中發(fā)現(xiàn)問題和學(xué)習(xí)知識。所以,許多高校專門為這門學(xué)科設(shè)立了實驗課程,在實驗課上學(xué)生可以使用實驗中的程序和軟件自己設(shè)計電路,自己完善設(shè)計作品。電子設(shè)計自動化需要用到計算機(jī)和許多高科技的東西,這些東西的價格十分昂貴,一些儀器也需要很多的錢才能購買得起。所以在建立電子自動化實驗系統(tǒng)后,要對其進(jìn)行充分的開發(fā)和利用,設(shè)計一些快捷有效的途徑,來減少在使用過程中對材料的使用次數(shù),這樣就能節(jié)省一些資金。電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)發(fā)揮的作用是非常強(qiáng)大的,它不僅讓人民在其中學(xué)到該有的知識,還可以對一些電路進(jìn)行檢驗,檢驗其是否合格與有效,正是因為該系統(tǒng)所含有的高技能和高有用性,讓電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的建立充滿難題,只有真正有技術(shù)的才能將該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和建立。許多高校在該課程上的教學(xué)能力以及電子工程師本人的能力,最重要的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)就是是否對電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)和利用,其使用系統(tǒng)是否有先進(jìn)的設(shè)備和軟件,包括其系統(tǒng)的硬件和軟件等[3]。電子設(shè)計自動化在很多領(lǐng)域都有其運用,因為它可是實現(xiàn)自動化,并且含有高的穩(wěn)定性,甚至可以完成人類親手無法完成的工作,這樣就節(jié)約很多的勞動力,也降低了作業(yè)的危險性。對該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),就可以更多的完成一些其他高危險率和高勞動量的工作。在這個以科技進(jìn)步為主的世界,更多的對相關(guān)項目進(jìn)行創(chuàng)新和開發(fā),才能讓國家的實力有明顯的提升。
2電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的主要內(nèi)容和開發(fā)
2.1電子設(shè)計自動化技術(shù)內(nèi)容
電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)在電子設(shè)計上的作用是無可比擬的,它的用途體現(xiàn)在多個方面。該系統(tǒng)的開發(fā)是讓其往更加全面具體,高效快速的方面發(fā)展。電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)可以運用于電子設(shè)計自動化教學(xué)及一些科學(xué)實驗的項目開發(fā)。電子設(shè)計自動化通過從計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計,從界面上進(jìn)行表現(xiàn)的一種工具,糅合了計算機(jī)編程,計算機(jī)圖形學(xué),數(shù)學(xué)物理,以及人工智能等各種基礎(chǔ)計算機(jī)知識和高科技技術(shù)等的精華,將這些結(jié)合在一起形成了一個新興的高智能的軟件工具。它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用電子的各個方面,如于通信系統(tǒng)的開發(fā),集成電路的版圖設(shè)計,電子電路的設(shè)計,印刷電路板的設(shè)計和可編程器件的編程等。所以,不難看出,電子設(shè)計自動化技術(shù)一般包括軟件設(shè)計工具,硬件描述語言,實驗開發(fā)系統(tǒng)和可編程邏輯器件。
2.2電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)環(huán)境的建立和開發(fā)原則
對于高校來說,電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的建立與開發(fā),需要遵循一些原則和注意事項,才能讓該系統(tǒng)發(fā)揮其所有作用。首先,需要建設(shè)一個一流的系統(tǒng)環(huán)境,要有可以過關(guān)的硬件和軟件設(shè)置,擁有最先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和有能力的指導(dǎo),才能滿足學(xué)生的所有需求。有的電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的建立沒有先進(jìn)的技術(shù),也沒有正確的指導(dǎo),使得使用的人們無法正常完成自己的實驗,白白浪費了很多的資源和材料。其次,對于建設(shè)和開發(fā)需要使用到的設(shè)備和儀器必須有嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān),那些由質(zhì)量問題的儀器要堅決更換和不使用,這樣才能保證在以后的使用中不會因為儀器和設(shè)備的問題使項目和實驗功虧一簣,或是讓實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差及延誤。同時,還要借鑒先進(jìn)的經(jīng)驗,去那些建立得好的高校和試驗站取經(jīng),交流經(jīng)驗,或是去國外引進(jìn)新的技術(shù)和開發(fā)軟件,這樣會使該系統(tǒng)在建立中少走一些彎路。最后,最重要的是要進(jìn)行自我開發(fā)和創(chuàng)新,鼓勵學(xué)生和老師對該系統(tǒng)的開發(fā),設(shè)計出更好的技術(shù)和軟件,才能促進(jìn)科技的發(fā)展。在進(jìn)行試驗和項目時,要注意勤儉節(jié)約,不要浪費,對于那些不用的可以試著去改裝,讓其變得有用。在電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)建好后,可以開放給所有感興趣的學(xué)生進(jìn)行實驗,老師在一旁進(jìn)行指導(dǎo),好的環(huán)境氛圍對于學(xué)生的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。這些原則的遵守可以讓電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的建立更加順利。
2.3電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的硬件開發(fā)設(shè)計舉例
電子設(shè)計自動化實驗開發(fā)系統(tǒng)硬件開發(fā)也是一個炙手可熱的科技上的創(chuàng)新,一個好的的硬件對于該實驗系統(tǒng)的安全性和運行性有著不可替代的作用,硬件系統(tǒng)包括基本的計算機(jī)和其他器件等。例如現(xiàn)在較為運用廣泛的器件是FPGA/CPLD器件,它可以提供計算機(jī)在進(jìn)行電路設(shè)計時有一個具體的編程環(huán)境,F(xiàn)PGA/CPLD器件的組成較為復(fù)雜,包括很多不同功能的模塊和電路。對于該系統(tǒng)的硬件在引進(jìn)其他先進(jìn)的設(shè)備的同時,也可以借鑒他人的先進(jìn)技術(shù),改革創(chuàng)新,研究屬于自己硬件。
2.4電子設(shè)計自動化實驗系統(tǒng)的軟件開發(fā)
該系統(tǒng)的軟件主要是指可編程邏輯器件,用于對電路的編程和自動化的實現(xiàn),對于該軟件的開發(fā)有很多的技術(shù)軟件可以使用。如現(xiàn)在比較流行的是FPGAAExpressh等用于開發(fā)芯片的軟件,這種軟件可以實現(xiàn)多種功能,它的邏輯綜合與布線能力很強(qiáng),在電路設(shè)計時,電路線路在計算機(jī)上的圖線非常清晰和顏色鮮明,同時它可以自動儲存及方便邏輯仿真功能。一些公司根據(jù)該系統(tǒng)原則與使用條件,發(fā)明了更加先進(jìn)的開發(fā)軟件,為開發(fā)提供的無限的可能和便利。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:電子設(shè)計自動化,課程創(chuàng)新,教學(xué)改革,實驗設(shè)計
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)03-0082-02
隨著微電子技術(shù)在世界范圍內(nèi)的飛速發(fā)展,以及各相關(guān)產(chǎn)業(yè)對電子電路技術(shù)的需求日益增長,《電子設(shè)計自動化》已經(jīng)成為電子信息工程等相關(guān)專業(yè)的重要課程,也是國內(nèi)外諸多理工科一流高校的電子信息類專業(yè)必修的核心課程[1-3]。尤其在近年來,智能硬件的發(fā)展與半導(dǎo)體技術(shù)的革新為電子系統(tǒng)設(shè)計帶來了革命性的變化,電子設(shè)計自動化技術(shù)已經(jīng)一躍成為現(xiàn)代電子工業(yè)的核心學(xué)科,引領(lǐng)了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展方向,也成為了電子信息工程專業(yè)本科生考研深造與就業(yè)所必需的重要技能[3]。綜上,考慮到創(chuàng)新研究型實驗對學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力培養(yǎng)的重要作用,筆者作為學(xué)校《電子設(shè)計自動化》課程的任課教師,對本課程的實驗課程進(jìn)行了綜合性的思考與建設(shè)。
一、《電子設(shè)計自動化》課程實驗改革的必要性
我們通過對國內(nèi)外一流高校的調(diào)研發(fā)現(xiàn),許多著名高校的EDA技術(shù)本科教學(xué)有兩個明顯的特點:一是課程在各工科專業(yè)的普及率極高;二是在實驗中大量引入新技術(shù)、新方法與新器件,更多地注重創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性項目,突出EDA技術(shù)的實用性,以及面向工程實際的特點[4]。這些特點讓我們認(rèn)識到,通過《電子設(shè)計自動化》課程實驗的改革與建設(shè),既能夠幫助學(xué)生更好地理解《電子設(shè)計自動化》的理論知識,增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力,更能夠緊跟學(xué)科和行業(yè)的需求發(fā)展,為課程拓寬評價方法,提高教學(xué)效果,為學(xué)生樹立創(chuàng)新精神,培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì),增強(qiáng)科創(chuàng)能力,最終增強(qiáng)其綜合素質(zhì),提高學(xué)院與學(xué)生的綜合競爭力有很好的幫助。
二、實驗改革方案及主要工作
為了充分結(jié)合現(xiàn)有的實驗課程基礎(chǔ),全面提高試驗課程效果,筆者從實驗過程管理、實驗設(shè)計、考核與評價反饋四個角度對《電子設(shè)計自動化》實驗進(jìn)行了綜合性的方向改進(jìn),具體內(nèi)容如下。
1.實現(xiàn)項目化的實驗過程管理。筆者基于對科研與教學(xué)工作的熟悉,以《電子設(shè)計自動化》課程實驗為改進(jìn)對象,將其現(xiàn)有的實驗課程學(xué)時進(jìn)行壓縮,補(bǔ)充對應(yīng)EDA能力所需要的主要課程知識點,融合現(xiàn)代EDA技術(shù)的最新發(fā)展,并將最后四個學(xué)時設(shè)置為一次綜合性、設(shè)計性的“綜合實驗”,實驗過程及實驗報告作為實驗課程成績的重要評價因素。該綜合實驗采用項目化的過程管理,學(xué)生須在給定的范圍中任選題目或自選題目,在四個小時內(nèi)完成該題目的主要設(shè)計,并在課程完成后提交課程報告時以“項目任務(wù)書”的形式填寫實驗報告,系統(tǒng)闡述選題原因、題目關(guān)鍵環(huán)節(jié)、設(shè)計時遇到的主要困難及解決方案、最終成果演示及存在不足分析等。
2.設(shè)計層次性的“綜合實驗”項目。為了確保實驗教學(xué)的實際效果,保持學(xué)生的創(chuàng)新熱情,全面提高電子設(shè)計水平,在上述“綜合實驗”的實驗項目設(shè)計的基礎(chǔ)上劃分為三個層次:第一層次為邏輯行為的實現(xiàn);第二層次為控制與信號傳輸功能的實現(xiàn);第三層次為電子系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)。每個層次設(shè)置三至五個題目。此外,考慮到學(xué)生實驗時間的約束,隨著教學(xué)課程的進(jìn)行,預(yù)先在教學(xué)中對“綜合實驗”進(jìn)行題目的預(yù)告和必要的講解,讓學(xué)生提前進(jìn)行課外的準(zhǔn)備和練習(xí),并將該四個學(xué)時的“綜合實驗”集中安排在一個下午進(jìn)行,學(xué)生通過集中性的高強(qiáng)度的學(xué)習(xí)、討論和實驗,完成主要的“綜合實驗”功能。
3.設(shè)置創(chuàng)新導(dǎo)向的評價激勵形式??紤]到該門課程的授課時段為大三下學(xué)期的后半段,學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課及絕大多數(shù)專業(yè)課業(yè)已經(jīng)結(jié)束,筆者在課堂上滲透該門課程對于考研及科學(xué)研究的重要意義,以及對于科創(chuàng)及電子行業(yè)就業(yè)的作用,在完成課程教學(xué)的同時講授和提供論文撰寫及專利申請與重要競賽的資料信息,并鼓勵學(xué)生利用課余時間進(jìn)行深入鉆研、挖掘,并主動利用配套實驗課程進(jìn)行研究性學(xué)習(xí),進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的科創(chuàng)熱情向論文(算法)、軟件著作權(quán)(程序)、專利(電子電路)及重要競賽(電子設(shè)計類)的成果轉(zhuǎn)化。
4.提供實時動態(tài)的評價反饋渠道。結(jié)合自身工作特長與經(jīng)驗,筆者利用信息技術(shù)手段,設(shè)置了“韓博士工作室”教學(xué)專題網(wǎng)站(http://),為學(xué)生及時訪問和評價的反饋提供渠道。通過調(diào)查問卷、在線信箱、有獎問答、專題活動等方式,在授課過程中進(jìn)行多次課下問卷調(diào)研,并開設(shè)貫穿授課全過程的實時反饋渠道,作為授課、答疑等必要教學(xué)活動的有效補(bǔ)充,便于及時了解學(xué)生對于綜合性實驗的接受程度以及對課程各方面的綜合評價。
三、實驗改革周期及內(nèi)容
為了更好地實現(xiàn)對《電子設(shè)計自動化》課程實驗的改革與創(chuàng)新,筆者制定了以十二個月為周期的長期方案,主要分為以下五個關(guān)鍵性階段。
1.第一階段,時間為1個月。結(jié)合《電子設(shè)計自動化》學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀及人才培養(yǎng)需要,更新課程教案,豐富和擴(kuò)充現(xiàn)有教學(xué)大綱及授課內(nèi)容,補(bǔ)充相關(guān)多媒體與軟硬件資料,完成“綜合實驗”的選題與設(shè)計。
2.第二階段,時間為2個月。截至開學(xué)前,與實驗課程老師進(jìn)行充分的溝通和協(xié)調(diào),完成各個“綜合實驗”項目的軟硬件環(huán)境配置、具體要求、實施細(xì)則及評價方法,嚴(yán)格制定精密科學(xué)的給分標(biāo)準(zhǔn)。
3.第三階段,時間為2個月。完成課程的教學(xué)與本項目的實施,除了完整進(jìn)行原有授課內(nèi)容的教學(xué)以外,按照既定方案進(jìn)行綜合性創(chuàng)新意識的培養(yǎng)、綜合能力的滲透、實驗技能的提高,并全面介入、觀察、管理和把控“綜合實驗”的開展、實施與評價等各個環(huán)節(jié)。
4.第四階段,時間為4個月。結(jié)合課程成績,在課程結(jié)束后主動發(fā)現(xiàn)和聯(lián)系具有良好科創(chuàng)能力的學(xué)生,在學(xué)生的自我意愿的基礎(chǔ)上為其推薦和設(shè)置針對性的畢業(yè)設(shè)計選題,同時鼓勵和推薦其參加與之水平相適應(yīng)的科創(chuàng)競賽,并進(jìn)行必要的指導(dǎo)和培訓(xùn)。
5.第五階段,時間為3個月。根據(jù)前期各個階段的進(jìn)展情況,穩(wěn)步完成此次立項的后續(xù)各項相關(guān)工作,總結(jié)此次立項成績與不足,鼓勵、指導(dǎo)優(yōu)秀學(xué)生將其成果、申請專利或獲取軟件著作權(quán)。
四、實驗改革實踐成果與創(chuàng)新點
自《電子設(shè)計自動化》課程實驗改革在學(xué)校實施一年以來,已經(jīng)取得了良好的效果。首先,對于學(xué)生而言,實驗改革的實施有效地拓寬了學(xué)生的視野,并實現(xiàn)教學(xué)與行業(yè)的相互影響與促進(jìn)。大部分學(xué)生在結(jié)課后的反饋表明,通過完成本項目所涉及的授課課程,使學(xué)生熟悉了具有一定強(qiáng)度的開發(fā)過程,培養(yǎng)了其科學(xué)的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)與創(chuàng)新的精神。截止課程結(jié)束,已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生能夠掌握基本的EDA項目開發(fā)、電子設(shè)計類專利申請及學(xué)術(shù)論文撰寫、電子設(shè)計類科創(chuàng)競賽準(zhǔn)備及參賽等綜合性的技能,一大批學(xué)生在各類相關(guān)競賽中獲獎;其次,對于學(xué)校而言,通過實驗改革的實施,實現(xiàn)了以項目模式重構(gòu)實驗課程內(nèi)容,構(gòu)造了“教―學(xué)―做―研”一體化的EDA教學(xué)模式,有效實現(xiàn)了學(xué)校《電子設(shè)計自動化》課程的教學(xué)深度挖掘與教學(xué)效果的提升,并進(jìn)一步實現(xiàn)了學(xué)校EDA課程相關(guān)實驗室的建設(shè)與完善,使得進(jìn)行綜合性、設(shè)計性實驗所必需的軟件、系統(tǒng)、例程、方案及芯片、板卡、連接線纜等軟硬件設(shè)施得到了補(bǔ)充;最后,對于任課教師而言,通過本項目的發(fā)展與磨合,有助于任課教師及實驗教師更好地了解學(xué)生現(xiàn)狀,為后續(xù)編制符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點與發(fā)展需要的新教材、新課件與新方案打下基礎(chǔ),從而實現(xiàn)對現(xiàn)有EDA實驗項目的更新和發(fā)展。
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Reform and Innovation of "EDA" Experiment
HAN Peng,LI Yan ,LIU Zhi-gang,NIU Xue-fen
(Northeastern University at Qinhuangdao,Qinhuangdao,Hebei 066004,China)
【關(guān)鍵詞】子信息類專業(yè);實踐教學(xué);教學(xué)改革
電子信息類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程是對實踐性要求很嚴(yán)的課程,要求學(xué)生實踐動手能力強(qiáng),以此來適應(yīng)相關(guān)崗位技能和創(chuàng)造性的需要,培養(yǎng)具備優(yōu)秀的實踐能力和創(chuàng)新精神的專業(yè)人才是高等教育院校的任務(wù)。而實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在于實踐教學(xué)環(huán)節(jié),因此實踐教學(xué)具有重要的教學(xué)地位,是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際,增強(qiáng)實踐和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)方法。
一、實踐教學(xué)體系的改革
現(xiàn)階段,電子信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展對實踐教學(xué)提出了更高的要求,根據(jù)形勢和社會發(fā)展的要求,電子信息類專業(yè)實踐教學(xué)的創(chuàng)新與改革勢在必行,我們需要構(gòu)建一個新的實踐教學(xué)體系。堅持以社會需求為主要目標(biāo),以服務(wù)于社會為主導(dǎo)宗旨,將實踐教學(xué)環(huán)節(jié)與理論教學(xué)環(huán)節(jié)合二為一,融為一個整體,運用創(chuàng)新的培訓(xùn)方式培訓(xùn)學(xué)生,以專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力為主線,培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實際的能力,著重培訓(xùn)學(xué)生的基本技能能力和綜合實踐技能能力。為培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰?、實際操作能力、獨立分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新思維能力和理論聯(lián)系實際的能力,建立科學(xué)合理的實踐教學(xué)體系,能充分發(fā)揮出實驗教學(xué)的優(yōu)勢,有利于提高教學(xué)的質(zhì)量有重要意義,同時有利于素質(zhì)教育的高度強(qiáng)化。
二、實踐教學(xué)內(nèi)容的改革
根據(jù)當(dāng)前形勢,對教學(xué)內(nèi)容重新整合,對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)重點加強(qiáng),使實踐與理論密切結(jié)合。實踐教學(xué)是使學(xué)生深入理解和充分掌握理論知識,學(xué)習(xí)關(guān)于實驗基本理論和基本方法,是提高實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)內(nèi)容是教師根據(jù)課程需要設(shè)定一些驗證性實驗,關(guān)于什么原理,學(xué)生很少做出分析。一些設(shè)計性的實驗,也是教師做出設(shè)計,學(xué)生用實驗來進(jìn)行驗證。這樣的實踐教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生的分析和解決問題的能力得不到提升。在實踐教學(xué)內(nèi)容的改革方式上主要包括實驗課教學(xué)和課程設(shè)計兩個方面。
(1)實驗課教學(xué)方面:增加實驗課教學(xué)的比重,把每門課程的實驗分為四個方面:由單一驗證性的實驗變?yōu)閺?fù)雜的基礎(chǔ)性實驗;要求學(xué)生獨立思考來完成的比較復(fù)雜的設(shè)計性實驗;學(xué)生獨自選題設(shè)計的綜合性實驗;學(xué)生操作能力的操作性實驗。這四個層次的實驗的內(nèi)容由淺至深,逐漸提升學(xué)生的實踐能力。基礎(chǔ)性實驗著重于加深學(xué)生對基本理論和知識的理解與掌握;設(shè)計性實驗著重于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力;綜合性實驗著重于使學(xué)生綜合運用本門課程的內(nèi)容,掌握多個重點和知識點;操作性實驗著重于使學(xué)生加強(qiáng)動手操作與實踐能力。通過四個層次的實驗,學(xué)生會努力提升自己的專業(yè)理論知識,綜合運用,完成實驗,做出優(yōu)秀合格的作品。
(2)課程設(shè)計:課程設(shè)計是十分重要的教學(xué)環(huán)節(jié),它不僅能檢驗學(xué)生對理論知識的掌握程度,也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。其目的是讓學(xué)生能自動自發(fā)的學(xué)習(xí),牢記理論知識并做到自主創(chuàng)新。課程設(shè)計任務(wù)要有靈活性,使學(xué)生有較大的創(chuàng)造空間,有充分的創(chuàng)造機(jī)會。教師要多為引導(dǎo),在授課過程中,不時提出幾個實際問題,讓學(xué)生分組思考并進(jìn)行討論,每組在統(tǒng)一后開始實施操作。這樣既能提高學(xué)生的積極性,又可以培養(yǎng)其思考問題的能力、理論運用能力和創(chuàng)新能力。
三、實踐教學(xué)方法的改革
電子設(shè)計自動化技術(shù)是現(xiàn)代電子工程中的一項新技術(shù),是一種基于計算機(jī)和信息技術(shù)之上的設(shè)計方法。它具有圖形直觀、仿真度高、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點。在實踐教學(xué)中可以將它運用到理論教學(xué)中,在教學(xué)過程中,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計上的不足之處,增加了教學(xué)的趣味性,節(jié)省了教學(xué)時間,提高了有效率。電子設(shè)計自動化技術(shù)使學(xué)生接觸到現(xiàn)代工程技術(shù),運用計算機(jī)進(jìn)行輔助分析設(shè)計,運用到實驗教學(xué)和理論教學(xué)中,提高了實踐教學(xué)的效果。工程實踐技術(shù)與基本理論的相互結(jié)合,數(shù)字解析方法與計算機(jī)輔助方法的相互結(jié)合,是現(xiàn)代教育技術(shù)中的一次重要飛躍。
四、電子設(shè)計競賽活動的改革
電子設(shè)計競賽是面向大學(xué)生的科技活動,既有理論設(shè)計又有實踐制作,目的是提高大學(xué)生理論知識和實踐動手能力。給學(xué)生一些電子產(chǎn)品電路的原理圖,對學(xué)生的要求標(biāo)準(zhǔn)提高,學(xué)生可以自主選題,看懂電路原理圖之后,選擇一個課題并給出其基本的設(shè)計原理,在教師的監(jiān)督下完成設(shè)計過程。這樣的活動不僅鞏固了學(xué)生對基本理論知識的理解,而且通過自己親手設(shè)計掌握了制作步驟和方法,提高了實戰(zhàn)技能。還可以在校內(nèi)建立電子科技小組,開展形式多樣的活動,讓學(xué)生利用課余活動時間進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)作,設(shè)計不同的研究課題,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情,學(xué)生可根據(jù)自己的興趣報名參加。積極的參加全國、全省的電子設(shè)計大賽,對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力有積極的作用。
五、總結(jié)
本文針對電子信息類專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的特點和存在的一些問題進(jìn)行分析,提出一系列的改革措施和設(shè)想,在實際運用中起到良好的效果,激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識,學(xué)生的綜合能力也有很大程度的提高。電子信息技術(shù)日新月異的發(fā)展,傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不能適應(yīng)新形勢的發(fā)展與需要,我們必須要進(jìn)行改革和創(chuàng)新,這是一項長期任務(wù),是需要長期改革和實踐的過程,需要長期的研究與探索。
參考文獻(xiàn):
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論文摘要:介紹了電子設(shè)計自動化(EDA)實驗環(huán)境的建設(shè)與管理的經(jīng)驗,簡要分析了由此給教學(xué)產(chǎn)生的實際影響。
由于集成電路技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展,設(shè)計自動化的觀念和EDA工具的使用水平已成為度量工程師能力的一個重要方面。國內(nèi)各高校都投入了大量的人力物力建立EDA實驗室。EDA實驗環(huán)境的硬件、軟件和服務(wù)水平在某種程度上已成為衡量該校硬件水平、教學(xué)水平和辦學(xué)水平的一個重要標(biāo)志。我校在教育部電工電子教學(xué)基地的建設(shè)過程中,始終對EDA的教學(xué)和實驗環(huán)境的建設(shè)給予了足夠地重視,專門成立了EDA(實驗)中心,旨在負(fù)責(zé)全校EDA實驗教學(xué),EDA項目開發(fā)和新技術(shù)推廣工作。經(jīng)過近兩年的建設(shè),EDA中心已初具規(guī)模,為全校的EDA教學(xué)提供了良好的實驗環(huán)境,促進(jìn)了我校電類現(xiàn)代化課程教育的發(fā)展。
1 EDA實驗環(huán)境的建設(shè)
EDA(實驗)中心的建設(shè)起始于1998年初,學(xué)校先后投入資金近百萬元,第一期工程建立起配備有40臺Pentium 166MMX微機(jī)的多媒體實驗室和硬件實驗室各一個;1999年進(jìn)行了第二期工程,又建起了一個包含40臺PentiumⅡ400微機(jī)和兩臺專用服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)實驗室和一個管理辦公室。并進(jìn)行了軟件建設(shè)和有關(guān)實驗項目的開發(fā)。到目前為止已建立起的軟硬件環(huán)境如表1。
在EDA中心的建設(shè)中,我們遵循以下原則:
(1)創(chuàng)建一流具有EDA特色的實驗環(huán)境。EDA的實驗環(huán)境的好壞在某種程度上直接影響電類學(xué)生對現(xiàn)代化技術(shù)的掌握,同時EDA的實驗環(huán)境也是一個窗口,代表了一個學(xué)?,F(xiàn)代化教學(xué)的形象。EDA中心的建設(shè)不應(yīng)等同于一般的計算中心或機(jī)房的建設(shè),應(yīng)該具有EDA特色,那就是要有豐富的EDA軟硬件支持,要有得力的指導(dǎo)開發(fā)力量。為了建設(shè)好一流的EDA實驗環(huán)境,我們成立了專家指導(dǎo)小組指導(dǎo)環(huán)境的建設(shè),并多次派人到EDA教學(xué)較好的學(xué)校去參觀學(xué)習(xí)。為了體現(xiàn)時代的特點,我們將中心80臺機(jī)器內(nèi)部互連,整個內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)完全按照Internet技術(shù)規(guī)范設(shè)計,能提供全套Internet服務(wù)。中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)還通過Linux網(wǎng)關(guān)與校園網(wǎng)相連。服務(wù)器采用Windows NT4.0、Linux 5.0、Net-ware 3.12,工作站安裝了DOS 6.22、Win-dows 98(中、英文)、Windows NT、Linux等操作系統(tǒng)。
(2)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),高質(zhì)量完成建設(shè)。EDA所有軟硬件設(shè)備的引進(jìn)都經(jīng)過認(rèn)真市場調(diào)查研究,并嚴(yán)格的檢測,對不合格的產(chǎn)品堅決清除。如曾進(jìn)一批微機(jī),檢測后發(fā)現(xiàn)配置與樣機(jī)不符,立刻退貨,重新購置。軟件的建設(shè)對EDA來說是體現(xiàn)特色的關(guān)鍵性建設(shè),盡管EDA軟件投資較大,為保證實驗質(zhì)量,劃出專項資金,引進(jìn)許多最新的正版EDA軟件。
(3)加強(qiáng)外聯(lián),尋求多方支持。EDA教學(xué)的開展需要許多方面的技術(shù)支持,為了做好這方面的工作,我們加強(qiáng)了校際之間的技術(shù)交流以及與EDA軟硬件開發(fā)商家的聯(lián)系,可以從中得到了許多必不可少的幫助,如東南大學(xué)贈送給我們不少非常有用的EDA軟件和設(shè)備,美國Altera公司通過其大學(xué)項目贈送給我們專業(yè)版和網(wǎng)絡(luò)版的Max+PlasⅡ軟件開發(fā)工具等。
(4)鼓勵師生開發(fā)EDA教學(xué)項目。我校EDA教學(xué)項目的開發(fā)進(jìn)行得比較早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加強(qiáng)了這方面工作的開展,目前已自行開發(fā)并用于教學(xué)有ISP和FPGA等實驗裝置,全定制的A-SIC實驗環(huán)境也正在緊鑼密鼓地準(zhǔn)備中。
(5)勤儉節(jié)約,變廢為寶。EDA的某些硬件實驗對微機(jī)要求并不高并且有可能對微機(jī)產(chǎn)生傷害,為此我們從校計算中心等地方找來約20臺淘汰了的386和486微機(jī),建成了硬件機(jī)房,很好地解決了這類問題并節(jié)約了不少資金。
2 EDA實驗環(huán)境的管理
我校的EDA實驗環(huán)境主要面向電子工程系和自動控制系學(xué)生,行政上掛靠電子工程系。為了便于協(xié)調(diào)管理,兩系分別任命了兼職正副主任負(fù)責(zé)中心的建設(shè)和日常管理。
在EDA(實驗)中心的日常管理中我們努力做到:
(1)全心全意為EDA教學(xué)服務(wù)。EDA(實驗)中心建立的主要目的之一就是為全校師生的EDA教學(xué)實驗提供方便。為了做好服務(wù)工作,我們盡力滿足師生的要求。如有教師希望通過網(wǎng)絡(luò)授課,我們引進(jìn)了Lanstar網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)軟件。有教師需要提供語音教學(xué)服務(wù),我們購買了無線話筒。有一些國外引進(jìn)的EDA軟件需要用英文操作系統(tǒng),中心工作人員經(jīng)過多次試驗,使中英文操作系統(tǒng)能夠方便地切換。中心的Internet網(wǎng)及打印機(jī)等設(shè)備也均向師生開發(fā)。
(2)開放式的實驗環(huán)境。中心除正常設(shè)備維護(hù)日外,保持全日制開放。開放時除了安排一般值班人員外,還經(jīng)常安排對EDA技術(shù)熟悉的教師或研究生進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo),學(xué)生可以自由地上機(jī)實習(xí)。
(3)不斷推廣EDA新技術(shù)。EDA技術(shù)的發(fā)展速度非??欤覀兝弥行呐c外界聯(lián)系較多的優(yōu)勢,不斷向師生推薦EDA新技術(shù)和新方法。如我們曾請經(jīng)銷商來介紹最新版本的PADS、EWB等EDA軟件的特點和使用方法,與東南大學(xué)EDA實驗中心合作舉辦了兩期全國性的EDA研討班。
3 效果分析
(1) EDA中心自投入使用以來,已為電類專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了“電路”、“電子線路”、“數(shù)字電路”、“信號與系統(tǒng)”等十多門課程的上百個實驗,部分實驗還延伸到非電類專業(yè)的“電工學(xué)”課程中;每年還有幾十名本??粕脱芯可谶@里進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計和課題上機(jī)??偵蠙C(jī)時數(shù)已達(dá)4萬機(jī)時。
(2) EDA中心的構(gòu)建,推動了我校多門類課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革。就數(shù)字電子課程而言,迫切需要充實現(xiàn)代化的設(shè)計思想和設(shè)計方法,EDA中心的服務(wù)為此創(chuàng)造的必要的條件。由于EDA中心的大量工作,使教師可以在課常上集中精力和時間與學(xué)生一起共同體驗前人創(chuàng)造知識的途徑與方法,而把一些繁瑣的計算交給EDA工具,學(xué)生通過EDA工具的使用去實踐他們在課堂上學(xué)到的方法和思路。對電路分析、模擬電子線路、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計等課也起到了同樣的作用。
(3)開放式的管理,方便了學(xué)生,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲。如有一位在給電類提高班講課的教師發(fā)現(xiàn),原擬定通過Lanstar授課系統(tǒng)對學(xué)生講授EWB的使用方法,結(jié)果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn),不少學(xué)生已初步學(xué)會了EWB的使用,其原因是他們已主動地到EDA中心,通過自學(xué),進(jìn)入了EDA環(huán)境。這是一個學(xué)生主動學(xué)習(xí)的例子。通過這樣的學(xué)習(xí)客觀上提高了學(xué)生的自學(xué)能力,反映了他們高度的學(xué)習(xí)熱情和求知欲,這也為他們將來自行掌握更現(xiàn)代化、更復(fù)雜的EDA工具打下了基礎(chǔ)。
(4) EDA中心成為學(xué)生第二課堂的場地,培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的能力。如數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的老師利用EDA中心進(jìn)行電子設(shè)計競賽,取得很好的效果,受到了學(xué)生的歡迎。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:電子設(shè)計競賽;創(chuàng)新意識;實踐能力;團(tuán)隊精神
為了全面提高高等教育質(zhì)量,大力提升人才培養(yǎng)水平,國家教委于2007年初正式啟動實施了“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”,提出了“實踐教學(xué)與人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新”等六個方面的建設(shè)內(nèi)容[1]。國家教委1993年提議在高等學(xué)校的相關(guān)專業(yè)中組織開展大學(xué)生電子設(shè)計競賽,豐富大學(xué)生的課外生活,提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力,培養(yǎng)大學(xué)生的協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的能力。實踐證明,這種普及性的課外設(shè)計競賽,推動了我國高等學(xué)校大電類專業(yè)課程體系和課程內(nèi)容的改革,已成為我國高等教育改革和發(fā)展的輔助手段。通過電子設(shè)計競賽培養(yǎng)大學(xué)生針對實際問題進(jìn)行工程設(shè)計與制作的能力,營造鼓勵獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境,使學(xué)生創(chuàng)新智慧競相迸發(fā)。
一、競賽促進(jìn)教學(xué)改革的推進(jìn)
《電子技術(shù)基礎(chǔ)》和《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是本科電類、近電類專業(yè)的必修課程。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識,將電子設(shè)計大賽與課堂教學(xué)結(jié)合起來,將大賽作品融入到課堂教學(xué)中,活躍了課堂氛圍,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,鞏固了學(xué)生對理論知識的理解和掌握。
1.電子競賽促進(jìn)了理論教學(xué)改革的推進(jìn)。由于電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,使得電子類專業(yè)課程內(nèi)容更新快,而教材建設(shè)往往落后于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,只有把最新的技術(shù)和成果充實到教學(xué)中,才能使學(xué)生掌握本領(lǐng)域內(nèi)的最新發(fā)展動態(tài)。在課程教學(xué)與實驗實踐中不斷將先進(jìn)的技術(shù)、器件及時引入,如我們將傳統(tǒng)的分立元件教學(xué)內(nèi)容作為學(xué)生自學(xué)章節(jié),重點放在集成電路的應(yīng)用、電子設(shè)計自動化(EDA)等方面的教學(xué)內(nèi)容,這些內(nèi)容接近工程實際,有利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng),并將Protel、Matlab、MAX-plus等軟件開發(fā)工具穿插于各門相關(guān)課程或?qū)嵺`環(huán)節(jié)的教學(xué)中。在理論授課時通過實用設(shè)計性電子電路的例子,加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程,在課程講解時若及時給出與課程內(nèi)容緊密結(jié)合的實例,不但有助于學(xué)生深入掌握理論內(nèi)容,更有助于理論聯(lián)系實際,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,比如講光敏器件的工作原理時,插入光控開關(guān)的實例,講三極管工作原理時插入三極管在壓力測量、遙控開關(guān)中的應(yīng)用電路,講功率放大器的工作原理時插入擴(kuò)音器的實例等等。分析歷屆電子設(shè)計競賽試題,每屆一般是6~8道設(shè)計題,其知識面涵蓋了電子技術(shù)(模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù))、單片微型計算機(jī)、無線電技術(shù)、EDA、電力電子技術(shù)、FPGA等專業(yè)知識,而且設(shè)計指標(biāo)逐年提高,難度逐年加大,新技術(shù)、新器件不斷增多。我們針對不同的課程選取往年的競賽內(nèi)容作為教學(xué)案例,加深了對理論、概念的理解,增強(qiáng)了記憶,教學(xué)效果得到顯著提高。學(xué)生通過對“數(shù)字電子鐘”的設(shè)計,掌握了單片機(jī)的最小系統(tǒng)構(gòu)成,放大電路的調(diào)試,單片機(jī)軟件的編程等,達(dá)到全面提高學(xué)生理論知識和工程素養(yǎng)的目的。
2.電子競賽促進(jìn)了實踐教學(xué)改革的推進(jìn)[2]。理論教學(xué)和實驗教學(xué)是高等教育兩個不可缺少的組成部分,實驗教學(xué)不但能加深對理論教學(xué)的理解,而且對學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。但目前的實驗教學(xué)存在著諸多弊端,從實驗內(nèi)容上看,驗證性實驗過多,綜合性、設(shè)計性實驗偏少,先進(jìn)的實驗項目更少,從實際操作上看,學(xué)生多、設(shè)備少,學(xué)生動手的時間不足,這樣的實驗教學(xué)模式嚴(yán)重削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐動手能力的提高。大學(xué)生電子設(shè)計競賽的舉行為電子技術(shù)實驗教學(xué)改革和實驗內(nèi)容的更新提供了千載難逢的良機(jī)。針對實驗教學(xué)存在的弊端,我們對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革,將實驗內(nèi)容由易到難分為三個層次:①基礎(chǔ)驗證性實驗。這部分實驗用來驗證課堂上所講授的基本理論和方法,其目的是讓學(xué)生理解基本電子器件的工作原理,其內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、實驗電路、所用儀器設(shè)備、實驗內(nèi)容及步驟、思考題等。學(xué)生按照一定的流程完成驗證實驗之后,基本上具備調(diào)試和測量簡單電路的能力。②提高性實驗。這部分實驗是已知實驗電路和實驗內(nèi)容及要求,讓學(xué)生獨立完成實驗步驟及測試方法的擬定,實驗設(shè)備的選擇等。這部分實驗以簡單的應(yīng)用性、集成電路為主,使學(xué)生學(xué)會電子電路的測試方法。③綜合設(shè)計性實驗。這部分實驗是提出實驗題目、實驗內(nèi)容及要求,讓學(xué)生獨立完成電子電路設(shè)計、元器件選擇、電路的安裝和調(diào)試、擬定實驗步驟和測試方法等,課題組將歷屆電子競賽內(nèi)容作為綜合設(shè)計性實驗,取得了可喜的成績,以電子競賽的內(nèi)容為基本素材,設(shè)置了綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗。學(xué)生完成綜合設(shè)計型實驗后,基本上具有綜合應(yīng)用知識的能力以及解決實際問題的能力。
二、電子競賽提高了畢業(yè)設(shè)計的水平[3]
畢業(yè)設(shè)計是高等院校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實際動手能力的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié),是學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進(jìn)行科學(xué)研究和工程設(shè)計的初步訓(xùn)練。由于學(xué)生數(shù)量多、指導(dǎo)教師少、畢業(yè)實習(xí)場地少,畢業(yè)設(shè)計(論文)的題目陳舊,學(xué)生能動性的發(fā)揮和獨立思考創(chuàng)新的空間受到限制。為此,將歷屆電子設(shè)計競賽中的創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行延伸,適當(dāng)增加內(nèi)容提高難度,使學(xué)生對自己構(gòu)思的作品進(jìn)一步深化,獨立完成作品。在這一過程中,要求學(xué)生利用專業(yè)知識對原有方案進(jìn)行分析論證,設(shè)計出改進(jìn)方案。整個過程是以學(xué)生為主題,指導(dǎo)教師起到畫龍點睛的作用。經(jīng)過最近幾年的嘗試,收到了明顯的效果:①提高了學(xué)生畢業(yè)實習(xí)的興趣。結(jié)合競賽內(nèi)容安排畢業(yè)實習(xí),克服了指導(dǎo)教師指定題目,學(xué)生被動接受,發(fā)揮空間狹小的弊端;②畢業(yè)設(shè)計時間有了保證。學(xué)生在大三期間結(jié)束比賽后,即可提前進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計,將比賽內(nèi)容進(jìn)行延伸,充足的時間是高質(zhì)量論文的必要條件;③學(xué)生得到了綜合鍛煉。學(xué)生在以往競賽的基礎(chǔ)上,將自己的作品繼續(xù)完善,不僅鞏固了理論知識,而且還利用了目前相關(guān)領(lǐng)域中先進(jìn)的研究成果。
三、在科技競賽中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力
通過參加各類競賽及科技制作,對學(xué)生在綜合應(yīng)用知識、發(fā)揮個人潛能、提高分析問題和解決問題的能力等方面都起到了很好的促進(jìn)作用,而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力和協(xié)作精神。課題組以此為目標(biāo),嘗試以競賽為實踐載體培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實踐方法,取得了良好的效果。①營造了創(chuàng)新的氛圍。堅持從新生入校起就接受科技創(chuàng)新良好氛圍的熏陶,通過大學(xué)生課外科技作品展示和經(jīng)驗交流來激發(fā)學(xué)生的熱情;通過介紹學(xué)院雄厚的師資力量和科研成果來激發(fā)學(xué)生的自信;通過“高科技與現(xiàn)代電子”系列科技講座來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研動力,為學(xué)生創(chuàng)造了良好的創(chuàng)新氛圍。②搭建了創(chuàng)新平臺。依托學(xué)校學(xué)科和師資隊伍優(yōu)勢為科技競賽的實施提供支持。其次,依托學(xué)校廣闊的科研平臺為學(xué)生科技創(chuàng)新提供支持。再次,依托組織優(yōu)勢為學(xué)生科技創(chuàng)新提供支持。學(xué)校成立了大學(xué)生電子綜合創(chuàng)新活動室、課外科技活動室等,保證了學(xué)生科技創(chuàng)新活動健康、有效地開展。③將學(xué)生的創(chuàng)新活動與申請專利相結(jié)合,積極引導(dǎo)學(xué)生申請專利。目前,部分學(xué)生在課外科技活動中成績突出,將作品轉(zhuǎn)化為專利,部分專利已經(jīng)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。學(xué)生在這一過程中,體會到了科技帶來的樂趣。
大學(xué)生綜合能力的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個長期的過程,科技競賽的實施是這種能力培養(yǎng)與提高的有效途徑。實踐證明,將課程、競賽、實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、專利申請等有機(jī)融合有利于創(chuàng)新人才的脫穎而出,此外,配合電子設(shè)計課程的教學(xué)與電子競賽的開展,創(chuàng)建了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)電子設(shè)計競賽網(wǎng)站,創(chuàng)辦了大學(xué)生“機(jī)電之光”大學(xué)生課外科技活動協(xié)會,形成了一定的輻射效果。
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1采用模塊化合理設(shè)計現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系
設(shè)計的模塊化現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系框圖如圖1所示。該課程體系大致分為三大類模塊:基礎(chǔ)電子技術(shù)模塊、專業(yè)電子技術(shù)模塊和實踐模塊。其中基礎(chǔ)電子技術(shù)模塊包括:電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)?,F(xiàn)代電子技術(shù)模塊包括:微機(jī)原理/單片機(jī)、EDA技術(shù)。實踐模塊包括:電工電子技術(shù)實驗、基礎(chǔ)課程設(shè)計、專業(yè)課程設(shè)計、開放創(chuàng)新實驗室、學(xué)生科研與競賽和畢業(yè)設(shè)計。該課程體系的特色在于:強(qiáng)化實踐模塊,通過多種途徑,為學(xué)生創(chuàng)造電子技術(shù)實踐和提高的條件,強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力,建立學(xué)生從基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)到社會就業(yè)的直接通道。
2完善現(xiàn)代電子技術(shù)精品課程建設(shè)
按照精品課程評估體系扎實推進(jìn)課程體系建設(shè),具體包括:
2.1推進(jìn)課程教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)和教學(xué)實踐平臺建設(shè)
完成課程教學(xué)大綱、教案、多媒體課件、教學(xué)參考書、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、課程建設(shè)與管理規(guī)劃、實踐教學(xué)設(shè)計、教學(xué)質(zhì)量控制控制等基礎(chǔ)性工作;并按照有關(guān)要求,建設(shè)了課程網(wǎng)站,優(yōu)化資源配置的教學(xué)模式。建成省級電子信息實驗教學(xué)示范中心1個、省級機(jī)電工程實驗教學(xué)中心1個、省級電工電子基礎(chǔ)實驗平臺1個,校級開放創(chuàng)新實驗室1個,建成6個校企聯(lián)合實驗室和多家校企合作實習(xí)基地,拓展了學(xué)生進(jìn)行電子技術(shù)設(shè)計實踐平臺。
2.2推進(jìn)課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè) 突出知識的應(yīng)用性
按照“分立元件起步,集成電路落腳,突出技術(shù)應(yīng)用”來組織教學(xué),努力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。根據(jù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展的客觀實際,教學(xué)內(nèi)容以集成電路為重點,重外部特性,輕內(nèi)部結(jié)構(gòu);重實用電路,輕基本電路;重技術(shù)應(yīng)用,輕理論分析;把電子技術(shù)的新概念、新器件、新設(shè)備溶入課堂教學(xué)中去;突出技術(shù)性、應(yīng)用性,引入新技術(shù)、新器件,正確、妥善處理傳統(tǒng)內(nèi)容與新知識、新技術(shù)之間關(guān)系,對教材內(nèi)容的精選要遵循“少而精”的原則,教材水平應(yīng)保持與本學(xué)科發(fā)展相適應(yīng)的科學(xué)水平。
2.3形成“一體化,多層次”的教學(xué)體系
通過對傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗課進(jìn)行優(yōu)化、整合,分階段開設(shè)基礎(chǔ)板塊、提供板塊、拓展板塊3組系列,并增加“創(chuàng)新實驗”和“開放實驗”,既體現(xiàn)不同層次的差異,又形成一個有機(jī)整體,突出了“基礎(chǔ)、提高、綜合、創(chuàng)新”的特點。將原有以電子技術(shù)理論課程教學(xué)為主體,變?yōu)槔碚摻虒W(xué)與實驗教學(xué)并舉,驗證性、應(yīng)用性訓(xùn)練與創(chuàng)新性訓(xùn)練并舉,從原來被細(xì)化的按專業(yè)方向培養(yǎng)學(xué)生,變?yōu)榘匆患墝W(xué)科特點培養(yǎng)人才。
3創(chuàng)新教學(xué)方法 更新教學(xué)手段
利用現(xiàn)代化教育手段,設(shè)計多媒體課件,開展課堂演示實驗教學(xué),創(chuàng)新教學(xué)方式。通過應(yīng)用EWB,MATLAB和Multism軟件,制作了電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)演示實驗軟件,并課程教學(xué)中新增了演示實驗環(huán)節(jié),使抽象的理論變得形象,加深了學(xué)生對知識點的理解,增強(qiáng)學(xué)生對實際應(yīng)用知識點的感知力。通過引人電子設(shè)計自動化工具軟件,形成“電子仿真工作平臺”,對現(xiàn)成的組合邏輯器件及時序邏輯電路進(jìn)行功能驗證,提供簡便快捷、準(zhǔn)確有效的實驗手段,可以豐富教學(xué)內(nèi)容,更新課程的教學(xué)思路,提高課程的實踐性與應(yīng)用性。另一方面,也可以借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,將數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)資料(例如:課件、講義、教案、輔助教學(xué)材料、試卷等)上網(wǎng),使其成為共享的資源,能促進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)課程的交流和改革。模擬仿真突破了教學(xué)難點,具有化繁為簡、化難為易、化抽象為具體的功能。
4以開放創(chuàng)新實驗室為平臺 加強(qiáng)第二課堂實驗基地建設(shè)和指導(dǎo)
4.1建立開放創(chuàng)新實驗室和校企聯(lián)合實驗室
為學(xué)生搭建良好的電子技術(shù)實踐和創(chuàng)新平臺學(xué)生通過項目申請,進(jìn)入開放創(chuàng)新實驗室;實驗室則為學(xué)生提供電子技術(shù)實踐場所、儀器設(shè)備、元件耗材,并由相關(guān)的老師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。具體做法是:首先,每學(xué)期開學(xué)初,學(xué)生向?qū)嶒炇姨岢錾暾?;其次,?jīng)指導(dǎo)老師審核、實驗室管理老師批準(zhǔn),申請獲得通過后的學(xué)生將進(jìn)入創(chuàng)新室,借用儀器設(shè)備(如:計算機(jī)、示波器、直流電源、信號發(fā)生器)搭建自己的實驗平臺;學(xué)生可以根據(jù)自己電子系統(tǒng)設(shè)計的需要,使用實驗室中的電子設(shè)計設(shè)備,如打印機(jī)、轉(zhuǎn)印機(jī)、銅板腐蝕劑、鉆臺等公共設(shè)備,并申請常用的電子元器件。同時,常年有課題組教師負(fù)責(zé)創(chuàng)新實驗室學(xué)生的輔導(dǎo)。在學(xué)生座位的安排上,將高年級的學(xué)生和低年級的學(xué)生進(jìn)行穿插安排,充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性,讓高年級的學(xué)生起到良好的傳幫帶的作用。創(chuàng)新實驗室為學(xué)生提供了一個良好的實踐平臺,極大地提高了學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力。
4.2利用每年暑假時間 進(jìn)行大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)
以全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽為切入點,舉辦電子設(shè)計培訓(xùn)。培訓(xùn)的重點放在實踐能力提高上,注重實踐訓(xùn)練,彌補(bǔ)理論教學(xué)上的不足。根據(jù)競賽征題要求及歷年競賽試題,培訓(xùn)內(nèi)容采用基礎(chǔ)平臺+模塊化訓(xùn)練。其中基礎(chǔ)平臺主要內(nèi)容包括:傳感器、放大器、振蕩器、運算放大器、調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字電路、單片機(jī)小系統(tǒng)。模塊化訓(xùn)練主要內(nèi)容是歷屆競賽試題和本年度的模擬試題,具體類型有電源、信號源、無線電、儀器、數(shù)據(jù)采集與控制類。實踐證明,這種培訓(xùn)模式是行之有效的,能迅速提高大學(xué)生的動手能力,培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和協(xié)作精神。
5加強(qiáng)學(xué)生科研引導(dǎo)和畢業(yè)設(shè)計建設(shè) 提高創(chuàng)新能力
5.1引導(dǎo)學(xué)生申報各類科研項目
鼓勵學(xué)生申報校團(tuán)委科研項目、省級和校級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目,并為學(xué)生項目立項和項目實施提供指導(dǎo)。
5.2加強(qiáng)學(xué)生科研引導(dǎo)和畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)
以畢業(yè)設(shè)計形式或課程設(shè)計形式,引導(dǎo)高年級學(xué)生參與電子技術(shù)類產(chǎn)學(xué)研項目,鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生通過獨立完成課題的設(shè)計、制作、調(diào)試和實驗分析,鍛煉分析問題和解決實際問題的能力,促進(jìn)創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)調(diào),提升適應(yīng)未來工作的自信心。近年來,有多名大學(xué)生通過參與教師與企業(yè)間的項目合作,得到了良好的鍛煉,畢業(yè)后直接到企業(yè)就業(yè),成為技術(shù)骨干。
6改革成效
6.1電子技術(shù)類課程教學(xué)質(zhì)量顯著提高
改革后的電子技術(shù)課程在授課內(nèi)容、教學(xué)方法上都有了明顯的進(jìn)步,課堂互動性增加,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高了。項目實施以來,電子技術(shù)相關(guān)的課程授課效果良好,在期末測評中獲得同學(xué)們的好評,有多位教師獲得省級、校級教學(xué)名師稱號。
6.2學(xué)生電子技術(shù)實踐和創(chuàng)新能力顯著提高
各類科技創(chuàng)新活動取得佳績項目組依托開放創(chuàng)新實驗室,通過暑期的大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn),每年完成約100人次的電子技術(shù)設(shè)計培訓(xùn);每學(xué)期指導(dǎo)進(jìn)入開放創(chuàng)新實驗室和校企聯(lián)合實驗室的學(xué)生約60人,四年來累計指導(dǎo)學(xué)生約400人次;指導(dǎo)的大學(xué)省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目、校級創(chuàng)新實驗項和團(tuán)委科研立項目60多項;四年來,本項目組成員指導(dǎo)大學(xué)參加了全國、全省大學(xué)生電子設(shè)計競賽,獲得各類獎項32項,其中一等獎6項、二等獎11項、三等獎15項;指導(dǎo)的學(xué)生分別獲得2009、2011和2013年福建省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二、三等獎。
6.3學(xué)生畢業(yè)設(shè)計課題完成質(zhì)量顯著提高
通過現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系改革,學(xué)生對新技術(shù)的掌握和實踐動手能力都應(yīng)該比以前有所提高,這部分學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中就可以做一些難度較大、有實用意義的課題。四年來,指導(dǎo)約200名大學(xué)生開展與電子技術(shù)相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計,取得良好成績,近30位同學(xué)獲得校級優(yōu)秀畢業(yè)論文。
6.4獲得社會的廣泛關(guān)注和用人單位的好評
幾年來,以開放創(chuàng)新實驗室和校企聯(lián)合實驗室為平臺的現(xiàn)代電子技術(shù)課程體系,培養(yǎng)了一大批實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識強(qiáng)、具有團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的大學(xué)生,這些學(xué)生畢業(yè)后能勝任與電子技術(shù)相關(guān)的技術(shù)工作,成為公司的技術(shù)骨干,獲得用人單位的好評。
7結(jié)束語
論文摘要:本文從高職教育的特點出發(fā),闡述了傳統(tǒng)的電子專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)和EDA技術(shù)教學(xué)存在的缺陷,引出如何讓高職院校的學(xué)生能夠通過實踐的方法掌握電子專業(yè)基礎(chǔ)課中必備的一些抽象的理論知識的問題。列舉了幾種常用的EDA軟件(protel、NI Multisim 10、MAX plusII等)的功能、特點、適用范圍,最后,通過具體的應(yīng)用實例提出高職教育中EDA教學(xué)與電子專業(yè)基礎(chǔ)課的相互滲透的方法,使得二者有機(jī)結(jié)合,達(dá)到更好的教學(xué)效果。
引言
職業(yè)技術(shù)學(xué)院以培養(yǎng)適應(yīng)社會各層面需求的、與時代相適應(yīng)的、具有綜合能力和全面素質(zhì)的、直接在生產(chǎn)第一線服務(wù)的應(yīng)用型人才為根本任務(wù)。一貫以來培養(yǎng)目標(biāo)是以專業(yè)技術(shù)知識為基礎(chǔ),以實踐為核心,注重理論聯(lián)系實際,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。讓學(xué)生掌握一門扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識和技能,使學(xué)生有較強(qiáng)的知識轉(zhuǎn)化能力。
1.傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)存在的主要問題
電子類職業(yè)學(xué)校的專業(yè)課都開設(shè)了專業(yè)基礎(chǔ)課,這些專業(yè)基礎(chǔ)課涉及的知識面廣,基本概念、基本原理、分析方法多,因此學(xué)生在學(xué)習(xí)中,總是覺得很吃力,學(xué)完之后,又不知道如何運用知識。問題的癥結(jié)是學(xué)生剛剛接觸專業(yè)的知識,沒有基礎(chǔ),而且傳統(tǒng)的教學(xué)用單一的方法從理論上闡述,學(xué)生學(xué)起來感到抽象,難以理解和掌握,所以學(xué)生難以學(xué)好專業(yè)課。但專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)好后,對學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。高等職業(yè)院校的電子專業(yè)基礎(chǔ)理論課具有入門難、邏輯思維能力要求高的特點,比如《電工技術(shù)基礎(chǔ)》的公式多、定理多、計算量大,《電子技術(shù)基礎(chǔ)》概念多,單元電路分析計算難,電子專業(yè)基礎(chǔ)課理論性,實踐性強(qiáng),與學(xué)生在高中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識聯(lián)系不多,每次課的新知識多,信息量大,抽象且枯燥無味,往往學(xué)生進(jìn)入專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)都會感到難以適應(yīng),久而久之導(dǎo)致惡性循環(huán),以至于失去學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣和信心。
2.傳統(tǒng)的EDA課程教學(xué)存在的主要問題
隨著EDA技術(shù)的普及,職業(yè)技術(shù)學(xué)院也相繼開設(shè)了相關(guān)的課程比如《EDA電子設(shè)計自動化》,《Protel電路設(shè)計》,《可編程控制技術(shù)》等,涉及的主要軟件有NI Multisim 10、protel99se、MAX plusII等等。NI Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件,虛擬電子與電工儀器和儀表,實現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NI Multisim 10是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。
NI Multisim 10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用,同時也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫,而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到,因此也很方便的在工程設(shè)計中使用。PROTEL是PORTEL公司(后更名為Altium)推出的EDA軟件,是電子設(shè)計者的首選軟件,在電子行業(yè)的CAD軟件中,它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面,是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng),它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計(包含印制電路板自動布線)、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server(客戶/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu),同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式,如ORCAD,PSPICE,EXCEL等,其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100%布通率,它較早就在國內(nèi)開始使用,在國內(nèi)的普及率也最高,幾乎所有的電子公司都要用到它,許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。轉(zhuǎn)貼于 Max+plusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境,Max+plusⅡ界面友好,使用便捷,在Max+plusⅡ上可以完成設(shè)計輸入、元件適配、時序仿真和功能仿真、編程下載整個流程,它提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計環(huán)境,是設(shè)計者能方便地進(jìn)行設(shè)計輸入、快速處理和器件編程。但是,一般這些課程會被安排在專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)完畢以后,在第三或第四學(xué)期,學(xué)生在學(xué)習(xí)到這些仿真軟件時往往已經(jīng)忘卻了許多重要的基本知識。除此以外,傳統(tǒng)的教學(xué)方法在EDA應(yīng)用軟件的教學(xué)中只注重命令的介紹,或者說強(qiáng)調(diào)命令的操作步驟,而不重視命令以外的東西。由于教師本身的學(xué)業(yè)水平及其素質(zhì)問題,功能性教學(xué)方法被廣泛采用。采用這種方法學(xué)生不可能在教學(xué)規(guī)定的時間內(nèi)宏觀地、整體地去把握事物的內(nèi)涵,所學(xué)的知識缺乏連貫性,獨立操作軟件的水平不高,只能簡單模仿和死記硬背。同時該方法往往是以教師為中心,課堂上教師講得多,學(xué)生參與少,不能適應(yīng)培養(yǎng)高技能人才的需要。
3.改革的主要思路
傳統(tǒng)的電子專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)和EDA技術(shù)教學(xué)存在明顯的缺陷。在具體實施過程中教師應(yīng)積極參加教研教改項目,以教改促進(jìn)課程教學(xué)整體質(zhì)量的提高。比如,在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)中不能照搬傳統(tǒng)的一套教學(xué)方法,從數(shù)學(xué)推導(dǎo)或理論分析來得到相關(guān)的結(jié)論。一方面,應(yīng)該借助電子仿真軟件EDA開展教學(xué),直觀的形象顯示有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析問題的能力,有助于教學(xué)重點和難點的講解,可培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)。另一方面結(jié)合其它課程設(shè)計的方法來提高EDA軟件的使用,如《電路基礎(chǔ)》、《數(shù)字電路》、《模擬電路》、《高頻電子線路》等課程的設(shè)計以前都是手工完成設(shè)計部分的工作,現(xiàn)在都安排在EDA技術(shù)中心利用EDA軟件來完成。通過大量實際訓(xùn)練,使學(xué)生掌握EDA在本專業(yè)各項設(shè)計與電路制作中的應(yīng)用。在接觸各種實際的和模擬的設(shè)計電路課題的過程中,提高分析、解決問題的能力。最后,推廣職業(yè)認(rèn)證考試高職教育應(yīng)該依照國家職業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)及對學(xué)生就業(yè)有實際幫助的相關(guān)職業(yè)證書的要求,
調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和課程體系,把職業(yè)資格證書涉及的相關(guān)課程納入教學(xué)計劃之中,將證書考試大綱與專業(yè)教學(xué)大綱相銜接,創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,強(qiáng)化學(xué)生技能訓(xùn)練,使學(xué)生在獲得學(xué)歷證書的同時,順利獲得相應(yīng)的職業(yè)資格證書,增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競爭能力。通過比賽提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)課程改革建設(shè)的深入。
結(jié)束語
實踐證明,職業(yè)技術(shù)學(xué)院的專業(yè)基礎(chǔ)課程和EDA教學(xué)方式的改革是勢在必行的,只有通過改革才能把這兩門課程教學(xué)實施得更好,才能達(dá)到高職高專院校培養(yǎng)適應(yīng)社會各層面需求的、與時代相適應(yīng)的、具有綜合能力和全面素質(zhì)的、直接在生產(chǎn)第一線服務(wù)的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。當(dāng)然,筆者提出的把兩種課程糅合在一起貫穿執(zhí)行的教學(xué)方式還不夠細(xì)致和完善,這當(dāng)中還存在很多方面的問題需要在以后的教學(xué)環(huán)節(jié)去檢驗和解決。
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關(guān)鍵詞: 電子專業(yè) 單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計 教學(xué)改革
電子專業(yè)學(xué)生主要從事以下三類崗位工作:核心崗位(電子產(chǎn)品裝配工、電子產(chǎn)品調(diào)試工)、從屬崗位(電子產(chǎn)品檢修員、電子技術(shù)員)、拓展崗位(電子技術(shù)工程師、產(chǎn)品生產(chǎn)管理員)。對于核心崗位的需求量最大,但相對比例會有所下降,對知識與能力的要求會有所提高;從屬崗位和拓展崗位的人才需求量呈上升趨勢,需求緊迫。單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計這門課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生成為在智能控制系統(tǒng)檢測維修與設(shè)計方面的專門人才,直接反映從屬崗位和拓展崗位的工作要求,具有鮮明的職業(yè)性與實踐性。通過本課程的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生典型的智能控制系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計的能力。
傳統(tǒng)教學(xué)以教師講授為主,學(xué)生只能被動接受。在實訓(xùn)課中傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,無法使學(xué)生更好地提高操作技能,使實訓(xùn)課逐漸變得枯燥無味。參照單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計工作過程和工作情境,進(jìn)行課程教學(xué)改革。
1.課程改革思路
根據(jù)高職教育數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo),遵循以“就業(yè)為導(dǎo)向,能力為本位”的職教理念設(shè)計。本課程從職業(yè)成長過程,按照從易到難、由淺入深的認(rèn)知規(guī)律,確定合適的載體,運用教學(xué)論、方法論方式分析處理后,參照企業(yè)中單片機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計工作過程和工作情境,進(jìn)行選材。
2.學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)
通過調(diào)研,針對智能控制系統(tǒng)檢測維修與設(shè)計行動領(lǐng)域下的單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習(xí)領(lǐng)域需要具備以下能力:
(1)專業(yè)能力
①讀懂單片機(jī)電路圖紙的能力;②掌握單片機(jī)工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力;③具備相應(yīng)的單片機(jī)硬件線路的調(diào)試能力;④具備能看懂單片機(jī)程序流程圖的能力;⑤具有基本的單片機(jī)編程的能力;⑥具備單片機(jī)軟硬件安裝和聯(lián)調(diào)的能力;⑦具備單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的基本流程和工藝的能力。
(2)方法能力
①資料收集整理能力;②制訂、實施工作計劃的能力;③單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合應(yīng)用設(shè)計能力;④單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)故障的檢查分析能力;⑤理論知識的綜合運用能力。
(3)社會能力
①語言表達(dá)能力、溝通協(xié)調(diào)能力;②團(tuán)隊組織能力;③班組管理能力、責(zé)任心與職業(yè)道德;④安全與自我保護(hù)能力。
為了實現(xiàn)上述能力,在此將課程劃分為:循環(huán)彩燈的設(shè)計制作(22課時)、交通控制燈的設(shè)計制作(30課時)、數(shù)字電子鐘的設(shè)計制作(40課時)、溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計制作(40課時)四個學(xué)習(xí)情境。其中,此四個學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)是根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用電子產(chǎn)品的設(shè)計由簡到難的過程確定的。
3.學(xué)習(xí)情境教學(xué)實施
以子情境循環(huán)彩燈的設(shè)計制作為例,進(jìn)行教學(xué)實施。
(1)教學(xué)背景
教學(xué)目標(biāo):能夠讀懂單片機(jī)I/O口控制電路原理圖,能夠掌握單片機(jī)I/O口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理,能夠選用單片機(jī)I/O口作外部硬件電路的設(shè)計,能夠編制簡單的程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)I/O口對外部電路的控制,能夠熟悉單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路的組成及控制原理,能夠掌握基本的單片機(jī)軟硬件調(diào)試能力,能夠正確使用測量相關(guān)的儀器儀表,具備勞動組織能力、具備團(tuán)隊協(xié)作能力、具備安全操作規(guī)范的意識。
學(xué)生應(yīng)具備的知識:單片機(jī)的整體認(rèn)識、基本電子電路圖整體認(rèn)識、I/O的整體認(rèn)識、計算機(jī)使用能力、簡單硬件電路調(diào)試能力、電子儀器設(shè)備檢測及規(guī)范操作能力。
具體任務(wù):使用相關(guān)電子儀器儀表對電路參量進(jìn)行測量、掌握電路故障排除方法及處理思路、掌握應(yīng)用環(huán)節(jié)、確定方案、制定實施步驟、開發(fā)工具的使用。
準(zhǔn)備文件:任務(wù)書、引導(dǎo)文、指導(dǎo)作業(yè)文件、演示視頻文件、單片機(jī)I/O口作外部控制電路相關(guān)文件、檢查單、評價表。
本任務(wù)旨在在該學(xué)習(xí)領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作能力、溝通能力、檢修組織實施能力等;教師需合理引導(dǎo)學(xué)生完成小組討論,確定單片機(jī)I/O口控制硬件電路的設(shè)計及軟件編程的方案。
(2)教學(xué)組織形式
①針對循環(huán)彩燈的控制功能要求,學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的功能接口電路,編制出程序及完成產(chǎn)品的調(diào)試。
②學(xué)生獨立工作和合作學(xué)習(xí)相結(jié)合,通過小組討論、和教師談話培養(yǎng)交流能力。
(3)具體實施
①資訊:(2學(xué)時)
下發(fā)任務(wù)書,描述項目學(xué)習(xí)目標(biāo),交代項目任務(wù),發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料,最后回答學(xué)生的提問。
②計劃(4學(xué)時)
學(xué)生自愿組織工作小組,推選班組長,以小組為單位,確認(rèn)工作任務(wù),分解任務(wù),制訂工作計劃,教師對學(xué)生方案進(jìn)行檢查、指導(dǎo)。
③決策(2學(xué)時)
確定掌握單片機(jī)I/O口基礎(chǔ)知識需要的資源及學(xué)習(xí)步驟,確定控制電路的設(shè)計與編程的學(xué)習(xí)步驟,確定任務(wù)完成的展示方式。
④實施(10學(xué)時)
第一,單片機(jī)I/O口的控制電路設(shè)計。小組成員分工收集資料,掌握單片機(jī)I/O口的結(jié)構(gòu)及工作原理,最后進(jìn)行資料匯總,小組討論、教師指導(dǎo)下確定方案,完成I/O電路設(shè)計。
第二,程序的編制。根據(jù)所設(shè)計的I/O接口電路及控制要求,在小組討論、教師指導(dǎo)下確定方案,畫出程序流程圖,最后學(xué)生自己完成具體程序。
第三,軟硬件的調(diào)試。燒入程序,對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件調(diào)試,在調(diào)試過程中,記錄好調(diào)試出現(xiàn)的問題,并歸納總結(jié)經(jīng)驗。
教師應(yīng)合理安排時間,即使有個別小組在規(guī)定時間中沒有完成任務(wù)也必須停止,并要求該小組對未完成任務(wù)的原因進(jìn)行詳細(xì)分析。教師應(yīng)安排課余時間讓未完成的小組完成項目的制作。如果大多數(shù)小組均未完成,教師應(yīng)根據(jù)實際情況查找原因,是否項目設(shè)置過難、是否學(xué)生還沒有掌握本次課的內(nèi)容,在以后的課程中做出相應(yīng)的調(diào)整。
⑤檢查及實施(4學(xué)時)
根據(jù)設(shè)計產(chǎn)品的功能及具體過程,教師及小組互檢評分。同時每人撰寫產(chǎn)品說明書,根據(jù)個人在小組活動中的表現(xiàn)進(jìn)行小組互評。
選小組代表按照任務(wù)書的要求,在全班介紹工作過程,改進(jìn)提高并總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試經(jīng)驗,結(jié)合班級所有方案,優(yōu)化小組方案。
4.結(jié)語
采用工作過程系統(tǒng)化的《單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》課程,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與主動性、積極性,收到了良好的教學(xué)效果。通過對企業(yè)的用人調(diào)查,學(xué)生產(chǎn)品的調(diào)試與系統(tǒng)設(shè)計能力很強(qiáng),不需再進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。今后還將對工作過程系統(tǒng)化的課程改革進(jìn)行進(jìn)一步完善,提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量,提高學(xué)生的工程實踐能力。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:電子電路仿真;研究案例;任務(wù)驅(qū)動
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-4329(2016)02-127-04
隨著電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電子電路仿真已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計與分析的重要手段和環(huán)節(jié),電子電路仿真技術(shù)已成為電氣電子工程師必備的專業(yè)技術(shù)與技能,電子電路仿真教學(xué)已成為電子信息類專業(yè)電子電路課程教學(xué)的重要組成部分[1-4]。然而,當(dāng)前的電子電路仿真教學(xué)多局限于對電子電路理論的驗證,及對電子電路實驗的預(yù)演,仿真案例一般針對于某門課程某些具體知識點,缺乏綜合性、工程性及創(chuàng)新性,從而難以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新意識。教學(xué)和科研是高校教師必須承擔(dān)的兩大任務(wù),二者之間復(fù)雜的非線性關(guān)系頗受學(xué)界爭論,然而“以研助教、研教相長”的觀點得到了廣大一線教師的認(rèn)可[5,6]?!耙匝兄獭钡慕虒W(xué)探索與實踐表明:科研設(shè)施運用于教學(xué)可以提升教學(xué)條件;科研成果滲透于教學(xué)可以豐富教學(xué)內(nèi)容;科研方法貫穿于教學(xué)可以革新教學(xué)方法。將研究案例應(yīng)用于教學(xué),是“以研助教”的重要途徑之一,能有效提高教師的專業(yè)涵養(yǎng)和教學(xué)水平,提高學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新意識[7,8]。因此,為提高學(xué)生解決復(fù)雜電子系統(tǒng)分析與設(shè)計問題的能力,在電子電路仿真教學(xué)中有必要引入一些教師所熟知的研究案例。本文將以非線性電路與系統(tǒng)研究為例,探討基于研究案例的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法在電子電路仿真教學(xué)中的應(yīng)用。
1基于研究案例的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法的實施路徑
研究案例一般具有綜合性、探索性,對學(xué)生而言具有較大難度,研究案例的實施與完成需要學(xué)生遵循科研思維和方法、主動探究、分工協(xié)作,傳統(tǒng)的以知識傳授為主的教學(xué)方法并不能有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo),而基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法恰能滿足要求。因此,我們提出基于研究案例的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法,即以教師所熟知的研究案例作為學(xué)習(xí)任務(wù),在“教、學(xué)、做”一體化開放式教學(xué)環(huán)境中,按照圖1所示的路徑與流程組織教學(xué)。具體而言,教師作為研究案例的研究者、教學(xué)任務(wù)的者、教學(xué)過程的引導(dǎo)者、教學(xué)評價的組織者,主要負(fù)責(zé)研究案例的精選、任務(wù)的布置、學(xué)生活動的啟發(fā)誘導(dǎo)、任務(wù)的組織評價及總結(jié)反饋;學(xué)生作為任務(wù)實現(xiàn)的主體、任務(wù)執(zhí)行的探究者、任務(wù)評價的參與者,主要完成任務(wù)的分解與分工、資源與方法的探究、模型的建立與仿真、成果的展示與評價。
1.1任務(wù)的實施環(huán)境
基于研究案例的電子電路仿真“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué),需要在“教、學(xué)、做”一體化開放式教學(xué)環(huán)境中進(jìn)行?!耙惑w化”指的是教學(xué)環(huán)境集多媒體教學(xué)、電子仿真等多功能于一體,既要滿足教師的“教”與“導(dǎo)”,更要滿足學(xué)生的“學(xué)”與“做”?!伴_放式”有兩層含義:其一,網(wǎng)絡(luò)資源的開放性,即學(xué)生應(yīng)能方便快捷地搜集、使用網(wǎng)絡(luò)資源,以實現(xiàn)資源建構(gòu);其二,師生、生生之間交互的開放性,即學(xué)生在分組探究學(xué)習(xí)、執(zhí)行任務(wù)過程中,小組成員間深入交流、分工協(xié)作,小組成果展示與交流面向全體學(xué)生,整個過程中師生交流無障礙,從而確保任務(wù)完成的可行性及任務(wù)評價的客觀性。
1.2任務(wù)的設(shè)置
精選研究案例,科學(xué)設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)是基于研究案例的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法實施的前提。研究案例的選取應(yīng)遵循針對性、拓展性、可行性等原則?!搬槍π浴敝杆x研究案例應(yīng)符合電子電路仿真教學(xué)目標(biāo)要求,與教學(xué)內(nèi)容具有一定的關(guān)聯(lián)性,比如在信號運算電路教學(xué)時,引入非線性系統(tǒng)電路仿真研究案例,考察學(xué)生綜合運用比例、加減、積分、乘法等多種運算電路解決問題的能力。“拓展性”指所選研究案例是對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的拓展,具有一定的探索性,比如在學(xué)習(xí)電阻、電容、電感三種基本電路元件的基礎(chǔ)上,引入新型電路元件憶阻器的研究案例,通過仿真分析其性能及應(yīng)用。“可行性”指所選案例屬于教師的研究方向,難度適中,學(xué)生通過分組探究式學(xué)習(xí)、分工協(xié)作、教師引導(dǎo)可以完成任務(wù),比如在開關(guān)電源的教學(xué)中,引入DC-DC硬開關(guān)變換器的非線性研究案例較為合適,而軟開關(guān)變換器的非線性研究對本科生而言難度過大。以研究案例作為學(xué)習(xí)任務(wù),教師在任務(wù)時,應(yīng)交代案例的研究背景,明確任務(wù)要求。
1.3任務(wù)的執(zhí)行
任務(wù)的執(zhí)行過程,是學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)、建模仿真的過程,教師不直接參與任務(wù),僅充當(dāng)激勵者、引導(dǎo)者的角色,協(xié)助學(xué)生進(jìn)行資源構(gòu)建、方法構(gòu)建。學(xué)生在領(lǐng)受任務(wù)后,應(yīng)進(jìn)行分組討論,確定任務(wù)實施方案,劃分子任務(wù),明確人員分工,各小組成員應(yīng)充分發(fā)揮自身學(xué)習(xí)積極性和主動性,分工協(xié)作,共同完成電子電路的建模、仿真分析、報告撰寫、成果展示等任務(wù)。
1.4任務(wù)的評價
任務(wù)評價堅持教師評價與學(xué)生評價相結(jié)合、過程評價與結(jié)果評價相統(tǒng)一的原則。根據(jù)各小組成果的展示、匯報、答辯情況,學(xué)生在小組活動中的表現(xiàn)及發(fā)揮的作用,綜合教師評價、學(xué)生自評、小組內(nèi)成員互評、小組間互評等多種形式,對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、專業(yè)水平、實踐技能、協(xié)作意識、科研素養(yǎng)、創(chuàng)新思維等進(jìn)行全方位的考核與評價。
2基于研究案例的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法的教學(xué)實踐
為了拓寬學(xué)生視野,使學(xué)生認(rèn)識開關(guān)電源中可能存在的分諧波、混沌現(xiàn)象,了解電路參數(shù)對電源性能的影響,在直流穩(wěn)壓電源仿真教學(xué)中引入開關(guān)變換器非線性動力學(xué)仿真研究案例,并以圖2所示電壓模式Buck變換器非線性仿真分析作為任務(wù),要求學(xué)生為其建立Multisim仿真模型(如圖3),并仿真得到不同輸入電壓Vin情況下變換器的動力學(xué)行為(如圖4)。相關(guān)電路參數(shù)為:L=20mH,C=47μF,R=22Ω,T=0.4ms,Vref=11.3V,A=8.4,Vramp=VL+(VU-VL)(t/Tmod1),VL=3.8V,VU=8.2V[9]。圖2電壓模式Buck變換器原理圖圖3電壓模式Buck變換器的Multisim仿真模型教師在布置任務(wù)時,向?qū)W生簡要介紹變換器非線性研究的意義、內(nèi)容、方法、成果等,激發(fā)學(xué)生自主完成任務(wù)的動機(jī)和興趣,協(xié)助學(xué)生實現(xiàn)知識構(gòu)建與資源構(gòu)建。學(xué)生接到任務(wù)后,以小組為單位進(jìn)行討論,將任務(wù)分解為熟悉原理、建立模型、仿真分析、總結(jié)報告等多個階段,其中建立模型涉及到電路元件選擇及參數(shù)設(shè)置、斜坡信號的產(chǎn)生、加減運算及比較運算電路的實現(xiàn)、電壓電流信號的采集與檢測等,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行任務(wù)分工,各小組成員分別完成各自子任務(wù),最終實現(xiàn)變換器模型的建立及仿真分析。任務(wù)完成后,以小組為單位進(jìn)行成果展示、匯報和答辯,師生共同完成對每個小組每個學(xué)生的考核評價。教師對任務(wù)完成情況及學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)、點評,并對研究案例進(jìn)一步拓展,引導(dǎo)部分學(xué)生在課外進(jìn)一步探索開關(guān)變換器中非線性動力學(xué)行為的控制與應(yīng)用問題。
3結(jié)論
在電子電路仿真教學(xué)中實施基于研究案例的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法,以案例選取、任務(wù)設(shè)置為前提,以學(xué)生自主探究、協(xié)作完成任務(wù)為根本,以多元綜合評價、“教、學(xué)、做”一體化開放式教學(xué)環(huán)境為保障,有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的動機(jī)與興趣,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和成就感,開拓了學(xué)生的科學(xué)視野,提升了學(xué)生綜合實踐能力,增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識、團(tuán)隊協(xié)作意識。部分學(xué)生以此為基礎(chǔ),成功獲批國家級、省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目多項;參加相關(guān)專業(yè)競賽,并獲國家級、省級獎項20余項;撰寫畢業(yè)論文,獲安徽省計算機(jī)學(xué)會、阜陽師范學(xué)院優(yōu)秀本科畢業(yè)論文10余篇。
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