電子技術(shù)課程設(shè)計改革
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1.電子技術(shù)課程設(shè)計的現(xiàn)狀分析
1.1電子技術(shù)理論課程的現(xiàn)狀
電子技術(shù)理論課程包括“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電字技術(shù)”兩部分內(nèi)容，涉及到的知識點(diǎn)比較多，內(nèi)容更新慢，課程難度大，學(xué)時少。同時，理論和實踐聯(lián)系不緊密?，F(xiàn)在教學(xué)的矛盾點(diǎn)在于，如何能把理論知識與當(dāng)前的實際應(yīng)用結(jié)合起來，既能克服理論教學(xué)與實踐教學(xué)的脫節(jié)問題，又能解決創(chuàng)新型人才培養(yǎng)與社會需求的脫節(jié)問題?，F(xiàn)在我校正在向應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)型，這種情況下，首先對電子技術(shù)理論課程的內(nèi)容進(jìn)行整合，使整合后的教學(xué)內(nèi)容既要保證模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)這兩部分內(nèi)容的連貫性，又要為后續(xù)的“單片機(jī)”等相關(guān)課程打好基礎(chǔ)。其次還要考慮電子技術(shù)的實踐環(huán)節(jié)，因為實踐教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的重要途徑。在理論與實踐的銜接上，重點(diǎn)強(qiáng)化理論指導(dǎo)實踐的作用，并把實踐環(huán)節(jié)與新技術(shù)、新材料結(jié)合起來，使電子技術(shù)這門課程能夠立足于理論基礎(chǔ)，但是可以展望新技術(shù)發(fā)展的未來。
1.2電子技術(shù)實踐課程的現(xiàn)狀
目前，我校機(jī)電一體化專業(yè)的電子技術(shù)課程設(shè)計時間是一周，教師指定題目，學(xué)生3~4人為一組，每個題目僅限2組選擇，每組要求設(shè)計一個典型的電子電路應(yīng)用系統(tǒng)。由于學(xué)時有限，設(shè)計的最終作品要求系統(tǒng)的原理電路仿真通過，并撰寫說明書，沒有要求必須進(jìn)行硬件電路的焊接和調(diào)試。課程設(shè)計的這種教學(xué)模式雖然也在一定程度上鍛煉了學(xué)生對電子電路的綜合設(shè)計能力和仿真分析能力，但是沒有達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的目的。實踐環(huán)節(jié)首先面臨的就是學(xué)時不足的問題，對于沒有接觸過電子器件的學(xué)生來說，一周的時間要認(rèn)識元器件、設(shè)計電路、仿真分析、制作PCB，最后要焊接調(diào)試實物，難度非常大，大部分同學(xué)基本無法完成。其次就是缺乏電子技術(shù)課程設(shè)計的平臺，沒有實物，比如二極管、晶體管和場效應(yīng)管以及集成芯片等；沒有實訓(xùn)場地，學(xué)生缺乏動手訓(xùn)練的機(jī)會。因此，學(xué)生的理論知識還停留在書本上，沒有從抽象走到實物，從理論轉(zhuǎn)化為實踐。
2.電子技術(shù)課程設(shè)計的改革策略
我們國家是在2014年提出要加強(qiáng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，并且要引導(dǎo)一批本科高校向應(yīng)用技術(shù)類高校轉(zhuǎn)型。我校機(jī)械電子工程專業(yè)實踐環(huán)節(jié)在現(xiàn)有的教學(xué)條件下，為保證應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，把課程設(shè)計分為選題構(gòu)思、方案設(shè)計、仿真分析、硬件調(diào)試四個階段。1）選題構(gòu)思：每年提供給學(xué)生的題目會根據(jù)學(xué)生人數(shù)有所變化，但是會保證3~4人一組，每個設(shè)計題目僅限2組選擇。同時還要考慮學(xué)生自選的題目，要求每個電路系統(tǒng)的選題都與我們生活或社會需求密切相關(guān)，比如設(shè)計一種在教學(xué)樓和宿舍樓道內(nèi)使用聲或光控制的節(jié)能電路、智能交通燈控制系統(tǒng)、洗衣機(jī)控制系統(tǒng)、手機(jī)充電器等。然后對設(shè)計任務(wù)進(jìn)行分解，使每名同學(xué)都有自己的設(shè)計任務(wù)。這種類型的選題很容易引起學(xué)生的興趣，使學(xué)生積極主動的參與到課程設(shè)計中來。2）方案設(shè)計：在完成同一個設(shè)計題目時要求設(shè)計方案要多樣化。不同的小組可以采用不同的設(shè)計方案，或者采用同一個設(shè)計方案但是不同元器件的參數(shù)值完成同一個設(shè)計題目。要求學(xué)生借助圖書館和網(wǎng)絡(luò)等資源查閱相關(guān)文獻(xiàn)，明確設(shè)計思路，提出設(shè)計方案，并且需要反復(fù)論證電路方案的可行性。這個階段既鍛煉了學(xué)生查閱和分析文獻(xiàn)的能力，又鍛煉了學(xué)生對一般電子電路的綜合設(shè)計能力。3）仿真分析：電子電路的仿真軟有MulTIsim、ELECTRONICSWORKBENCH（EWB）、ProteusProfessional等，學(xué)生可以任選一款仿真軟件，對本組設(shè)計的電路系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過修改元器件參數(shù)或者更換元器件，進(jìn)一步完善電路設(shè)計方案，從理論上驗證了電路方案的可行性。這個階段通過電路系統(tǒng)仿真分析，既能達(dá)到理論結(jié)合實踐，又能培養(yǎng)學(xué)生以仿真實驗驗證理論的習(xí)慣。4）硬件調(diào)試：仿真分析后，由指導(dǎo)老師對電路方案進(jìn)行審核，審核通過，學(xué)生會自行列出硬件電路所需要的元器件清單，統(tǒng)一進(jìn)行購買。然后由學(xué)生在電路板上進(jìn)行焊接、調(diào)試等。這個階段主要是培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力?？傊?，電子技術(shù)課程設(shè)計的改革解決了各個實踐環(huán)節(jié)如何合理分工、緊密銜接又相互支持等問題。實踐過程中充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在很大程度上提高了學(xué)生的工程實踐能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，為應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。
3.電子技術(shù)課程設(shè)計實施方式
盡管課程設(shè)計的理論學(xué)時是一周，但是安排課程設(shè)計的時候一般會提前兩周到三周的時間把設(shè)計任務(wù)書發(fā)給到學(xué)生，并對課程設(shè)計的內(nèi)容做詳細(xì)講解。預(yù)留一定的時間讓學(xué)生對相關(guān)資料進(jìn)行查詢；定時和學(xué)生溝通，可以選取學(xué)生感興趣的題目，或者建議學(xué)生把課程設(shè)計的題目和生活聯(lián)系起來，去分析、觀察，提出自己的思路和想法，引導(dǎo)學(xué)生最終確定自己的方案；通過學(xué)習(xí)電路仿真軟件，對方案進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)一步完善；統(tǒng)一購買硬件，進(jìn)行焊接和調(diào)試。
4.電子課程設(shè)計實例分析
脈搏信號攜帶了人體健康方面的綜合信息，目前中醫(yī)診脈常用的方式還是人工診脈的方法，大夫一般會測量病人10秒內(nèi)腕部的筋脈搏動情況進(jìn)行大致計算，記錄病人1分鐘的脈搏次數(shù)。這種測量方法一方面比較耗費(fèi)時間，另一方面測量精度也不高。因此，市面上產(chǎn)生了各種脈搏測量儀，雖然在醫(yī)療實踐方面獲得了一定的應(yīng)用，但是并沒有一款脈搏測量儀獲得普及。針對目前的這種情況，我們讓學(xué)生設(shè)計了一款基于手機(jī)APP的脈搏測量儀，該款測量儀測量精度高，同時體積小，便于攜帶?，F(xiàn)有的脈搏儀主要是往無創(chuàng)便攜式的方向發(fā)展，無創(chuàng)脈搏儀檢測的方式中主要是光電式居多，可采用紅光或綠光作為檢測光源，而現(xiàn)在大多數(shù)光電式脈搏儀都使用紅光作為脈搏檢測的光源。由于人體皮膚中含有的黑色素和血液中血紅蛋白對綠光的吸收率要比紅光好，所以本設(shè)計采用綠光作為脈搏檢測的光源。包括主控芯片模塊、液晶屏顯示模塊、脈搏傳感器模塊、通訊模塊及一些輔助功能模塊等。主控芯片模塊選用的是STC12C5A60S2單片機(jī)，在晶振頻率相同的情況下，該單片機(jī)的速度是普通51單片機(jī)的8~12倍，完全能滿足設(shè)計要求。液晶顯示模塊選用2.8寸TFT嵌入的ILI9341控制芯片，字庫芯片是GT30L32S4W標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)陣漢字庫芯片。脈搏傳感器模塊主要由一個綠光的LED燈、光檢測傳感器、單級放大電路和濾波電路組成。通訊模塊選擇了HC-05藍(lán)牙模塊，該藍(lán)牙模塊功率消耗低，方便開發(fā)使用。同時還有時鐘電路、穩(wěn)壓電路、復(fù)位電路、按鍵電路和報警提示電路等輔助電路模塊。脈搏儀的測量原理是單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置一個定時器，進(jìn)行2毫秒定時功能，當(dāng)按下測量按鍵時，進(jìn)入中斷子程序，每2毫秒進(jìn)行脈搏信號的采集并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換后的數(shù)值比較確定脈搏的波峰和波谷，當(dāng)信號為波峰時開始計時，等待下一次的波峰到來后結(jié)束上一次的計時，計算出這兩次脈搏間的時間差值，并存放于一個數(shù)組中，當(dāng)數(shù)組記錄到10個數(shù)值時，對數(shù)組進(jìn)行求平均值運(yùn)算即得出兩次脈搏的時間差值，最后用一分鐘來除以得出的平均值即為一分鐘人體的脈搏次數(shù)。如果手機(jī)或者是帶藍(lán)牙功能的智能終端設(shè)備與本設(shè)計的藍(lán)牙連接了，測得的脈搏次數(shù)會通過本設(shè)計的藍(lán)牙模塊發(fā)送到手機(jī)的APP上。設(shè)計制作的脈搏測量儀硬件電路，由主控芯片、液晶屏、測量電路、藍(lán)牙模塊、按鍵電路、時鐘電路、復(fù)位電路等組成。經(jīng)過不斷的調(diào)試的和完善，本設(shè)計實現(xiàn)了脈搏次數(shù)的測量、液晶屏顯示測得的脈搏次數(shù)、能與手機(jī)的藍(lán)牙APP進(jìn)行通訊和復(fù)位、報警等功能。
5.結(jié)論
目前我校正在向應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)型，但是現(xiàn)有電子技術(shù)課程設(shè)計環(huán)節(jié)的教學(xué)資源有限，我們通過改革解決了各個實踐環(huán)節(jié)如何合理分工又相互支持等問題，一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面又在很大程度上鍛煉了學(xué)生的工程實踐能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，為應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。同時，讓學(xué)生設(shè)計了基于APP的脈搏測量儀，通過方案設(shè)計→仿真分析→焊接調(diào)試，使學(xué)生真正掌握了一般電子電路的分析與設(shè)計方法，既提升了自身的就業(yè)競爭力，又通過實踐驗證了這種課程設(shè)計的教學(xué)改革取得了良好的教學(xué)效果。
作者：孫洪穎 李緯華 楊永單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院機(jī)電學(xué)院
