軟件學(xué)院電子技術(shù)論文
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1研究現(xiàn)狀、不足及意義
1.1研究現(xiàn)狀及不足分析
重慶大學(xué)通信工程專業(yè)的電子技術(shù)實驗精品課構(gòu)建了一套電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系，該體系包含基礎(chǔ)性的電子技術(shù)實驗教學(xué)和提高性的實驗教學(xué)，并在后者中引入了EDA綜合設(shè)計。成都電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院專門設(shè)立了名為“電子技術(shù)綜合實驗”的基礎(chǔ)實驗課程，重點培養(yǎng)學(xué)生模電、數(shù)電、電路與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、單片機(jī)控制、EDA技術(shù)等多門課程的綜合應(yīng)用與綜合設(shè)計能力。通信、電子等硬件類專業(yè)都在著手構(gòu)建電子技術(shù)綜合教學(xué)體系，而目前國內(nèi)眾多的軟件學(xué)院中，還沒有一所提出構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系”的教學(xué)改革活動。北京大學(xué)將軟件工程與微電子兩個專業(yè)放在同一學(xué)院辦學(xué)，但也沒有面向軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、嵌入式等多專業(yè)的模擬與數(shù)字電路實驗課程。因此，大連理工大學(xué)軟件學(xué)院構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系”的教學(xué)改革實踐能夠起到“示范性”的作用。
1.2研究意義
軟件學(xué)院的辦學(xué)宗旨基于“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，因此一般軟件學(xué)院通常開設(shè)軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程兩個專業(yè)方向，大連理工大學(xué)軟件學(xué)院為了強(qiáng)化“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，在本科二年級開設(shè)了嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)兩個專業(yè)方向，學(xué)生要學(xué)習(xí)這兩個方向必須具備很好的硬件基礎(chǔ)，這也是我們面向本科學(xué)生開設(shè)電子技術(shù)綜合實驗課程的原因之一。很多人認(rèn)為，軟件學(xué)院的學(xué)生只要學(xué)好軟件即可，學(xué)習(xí)硬件沒什么用處，因此建議從培養(yǎng)計劃中取消電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)。但根據(jù)以往的經(jīng)驗，硬件知識扎實的學(xué)生畢業(yè)后很容易自學(xué)軟件開發(fā)，而僅會軟件開發(fā)的學(xué)生很難靠自學(xué)熟練掌握底層硬件知識。很多軟件學(xué)院在培養(yǎng)計劃中取締電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)但保留了計算機(jī)組成原理這一硬件課程。組成原理的知識很抽象，作為計算機(jī)組成原理前導(dǎo)課程的電子技術(shù)基礎(chǔ)如果沒有學(xué)好，會影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在軟件學(xué)院的教學(xué)建設(shè)中普遍存在硬件綜合實踐環(huán)境建設(shè)不足、教師引導(dǎo)不夠等現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生僅對開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程感興趣，而對硬件技術(shù)及其應(yīng)用研究望而生畏，這對培養(yǎng)高水平、高素質(zhì)、應(yīng)用性示范性軟件人才是極為不利的。
2構(gòu)建課程體系教學(xué)模型
根據(jù)現(xiàn)代教育理念和創(chuàng)新要求，學(xué)院電子技術(shù)實驗教學(xué)課題組積極探索實驗教學(xué)的新技術(shù)、新方法和新手段，采取分層次、分階段、循序漸進(jìn)的模式，由淺入深、從簡單到綜合，以基礎(chǔ)實驗教學(xué)為主，輔以開放式提高性實驗教學(xué)；通過開放式教學(xué)，鼓勵學(xué)生自主立項，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。構(gòu)建電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系如圖1所示。新構(gòu)建的電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系以基礎(chǔ)模擬實驗教學(xué)和基礎(chǔ)數(shù)字電路實驗教學(xué)為主，以開放式實驗課程為輔，其中3門開放式實驗課程（單片機(jī)硬件電路實驗、通信原理硬件實驗、FPGA編程實驗）作為提高性、綜合性實驗來培養(yǎng)高水平硬件人才。實驗園地建設(shè)能夠為開放式實驗課程提供更多的教學(xué)素材，豐富課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)硬件的興趣。虛擬實驗儀器教學(xué)響應(yīng)全球各大高校提出的“足不出戶上大學(xué)”的號召，借助虛擬實驗儀器，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)完成理論學(xué)習(xí)和實驗操作，這是軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實驗體系獨有的特點。開放式電路實驗教學(xué)由單片機(jī)硬件原理實驗、FPGA編程和通信原理實驗3門課程構(gòu)成，主要從組織形式、實驗內(nèi)容以及考核方式等方面進(jìn)行改革創(chuàng)新，體現(xiàn)了辦學(xué)的靈活性，有益于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
3課程體系建設(shè)
構(gòu)建電子技術(shù)綜合實驗課程體系主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面入手，具體體現(xiàn)在實驗園地建設(shè)、虛擬實驗教學(xué)平臺建設(shè)、開放式實驗教學(xué)建設(shè)和實驗考核方式探索建設(shè)等。
3.1實驗園地建設(shè)
建設(shè)電子技術(shù)綜合實驗園地是本課題要實現(xiàn)的基礎(chǔ)目標(biāo)，是構(gòu)建學(xué)院電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系的基礎(chǔ)。實驗園地的所有素材由實驗教師承擔(dān)建設(shè)，素材建設(shè)應(yīng)針對不同水平的學(xué)生，形成驗證性、設(shè)計性、綜合性等層次化實驗教學(xué)。實驗園地建設(shè)分為以下幾大組成部分。
1)實驗基本技能訓(xùn)練園地。實驗基本技能訓(xùn)練園地主要包括：查找參考資料完成實驗預(yù)習(xí)；總結(jié)實驗報告的書寫要求；電路設(shè)計仿真軟件的使用方法；單片機(jī)原理硬件實驗中嵌入式C、匯編語言集成開發(fā)環(huán)境的使用；FPGA設(shè)計中VHDL、Verilog的ISE集成開發(fā)環(huán)境的使用；電路板原理圖、PCB板圖的設(shè)計；電路焊接的基本技能等。
2)專用儀器設(shè)備園地。參考設(shè)備使用說明書和設(shè)備介紹課件指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何使用示波器、萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、電子技術(shù)實驗箱等設(shè)備。
3)基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)實驗園地。按照基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)通用的理論教學(xué)，實驗園地可分為常用電子元器件、模擬電路模塊、數(shù)字邏輯和數(shù)字電路模塊以及可編程邏輯器件模塊四大模塊。
4)演示實驗教學(xué)園地。演示實驗教學(xué)園地分為實物演示實驗教學(xué)、虛擬儀器實驗和電路仿真實驗三大模塊。演示教學(xué)園地由各個模塊的演示視頻組成，虛擬儀器實驗教學(xué)演示介紹虛擬實驗儀器的使用；仿真實驗教學(xué)演示展示采用EDA仿真實驗結(jié)果，并與實際電路結(jié)果進(jìn)行比對，驗證正確性。
5)提高性實驗園地。提高性實驗園地的建設(shè)是構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)體系”的關(guān)鍵，是將電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)與軟件學(xué)院的教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)硬件實驗教學(xué)的重要性和關(guān)聯(lián)性。
3.2虛擬實驗教學(xué)儀器研發(fā)
虛擬實驗教學(xué)儀器的研發(fā)響應(yīng)教育部提出的積極推廣大規(guī)模開放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的號召，實現(xiàn)“足不出戶上大學(xué)”的遠(yuǎn)程在線教育模式。虛擬實驗教學(xué)平臺采用C/S架構(gòu)，用戶可通過本地客戶端選擇登錄的角色（包括學(xué)生、教師和管理員），輸入學(xué)號、姓名和密碼連接遠(yuǎn)程服務(wù)器。連接遠(yuǎn)程服務(wù)器之后，用戶可以根據(jù)自己的電路設(shè)計進(jìn)行電路搭建。每一個電子元器件都被設(shè)計成控件，可采用拖拽的方式搭建電路。該軟件支持視圖的切換，點擊元器件圖標(biāo)可以從電路整體視圖切換到該元器件的單獨視圖。
3.3開放式實驗教學(xué)
開放式實驗教學(xué)主要包含單片機(jī)硬件實驗、FPGA編程硬件實驗和通信原理硬件實驗3門課程。3門實驗課以“開放式”實驗為依托，以項目驅(qū)動模式進(jìn)行，學(xué)生自行分組，根據(jù)興趣自選題目，然后上報任課教師；通過教師審核后，學(xué)生開始實施項目，根據(jù)項目需求購買相關(guān)的電子元器件實現(xiàn)項目設(shè)計。開放式課程的教學(xué)方式不拘泥于“先理論教學(xué)，然后實驗驗證”的傳統(tǒng)模式，而是采用“先實驗，后理論”的方式，讓學(xué)生帶著實驗驗證的結(jié)果和實驗中遇到的問題去聽理論課。開放式課程的考核采用分組答辯的形式，學(xué)生借助PPT講解自己的設(shè)計，配合實物演示，任課教師對整個過程進(jìn)行綜合評分。
3.4實驗考核方式
針對目前電子技術(shù)課程考核方式存在的不足，該實驗教學(xué)采取考試考核方式。題目采用A、B卷形式，考試題目是六路流水燈的設(shè)計與實現(xiàn)，A卷和B卷的實驗結(jié)果是一樣的，但采用了不同的芯片組，核心芯片74HC161、74HC154、74HC00、74HC106和CD4050都一樣，而與非門芯片分別采用74HC10和74HC20。考試總共分為兩個階段，第一階段學(xué)生閱讀試卷，并根據(jù)實驗要求和提供的芯片組進(jìn)行設(shè)計，第二階段學(xué)生參考設(shè)計好的電路圖，借助導(dǎo)線將元器件搭建起來，使用示波器觀察現(xiàn)象，并在實驗箱的八位邏輯電平顯示區(qū)域觀察實驗結(jié)果?？荚嚨淖罱K成績包括設(shè)計和實驗操作兩部分：設(shè)計按點評分，每個設(shè)計點都事先規(guī)定具體的分?jǐn)?shù)；實驗操作根據(jù)完成實驗的快慢分等級，而未完成實驗的同學(xué)，則根據(jù)完成電路的部分給分，電路的每一部分都事先規(guī)定具體分?jǐn)?shù)。
4結(jié)語
目前，實驗園地已經(jīng)基本建設(shè)完成，隨著課程的進(jìn)行將不斷完善，學(xué)生借助實驗園地更快地進(jìn)入狀態(tài)，大大縮短了實驗課堂上的講課時間；學(xué)生通過虛擬平臺提前在PC上模擬搭建實驗電路，提高了預(yù)習(xí)效果，加快了完成規(guī)定實驗內(nèi)容的速度，留有更多時間深入研究選做內(nèi)容；在電子技術(shù)開放實驗課中，學(xué)生自己選題，設(shè)計、制作實現(xiàn)時鐘、電子琴等，培養(yǎng)了操作能力和創(chuàng)新能力；考試考核方式提高了評估學(xué)生能力的準(zhǔn)確性。不過，在具體實施過程中我們發(fā)現(xiàn)，初期方案存在一定的不足，虛擬實驗教學(xué)儀器功能仍需完善，許多實施細(xì)節(jié)將是下一步的研究探索重點。
作者：遲宗正 于成 高新巖 劉旸 李大奎 單位：大連理工大學(xué)軟件學(xué)院
