基于工程項(xiàng)目的電子信息工程專業(yè)課教學(xué)方法研究

喬愛民 羅少軒 王艷春

摘 要：電子信息工程專業(yè)課的一個(gè)顯著特點(diǎn)是與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，在以往的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，有很多重要知識(shí)點(diǎn)對(duì)于缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來說顯得非常抽象和難以理解，單憑教師按照傳統(tǒng)方法在課堂上講授，學(xué)生很難理解和掌握，容易產(chǎn)生懈怠，影響教學(xué)效果。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，在授課過程中結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)引入一些實(shí)際工程項(xiàng)目，通過分析實(shí)際案例，引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握一些平時(shí)覺得很抽象的重要知識(shí)點(diǎn)。這樣不但有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加深學(xué)生對(duì)一些重要知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，還能鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高工程化人才的培養(yǎng)水平，經(jīng)過數(shù)年的實(shí)踐表明，該教學(xué)方法取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；電子信息；教學(xué)研究；工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）05-0028-03

Abstract： One of the significant features of the electronic information engineering course is that it is closely related to the engineering practice. In the past teaching process， a lot of important knowledge points were very abstract and it was difficult for engineering students who lacked practical experience to understand. If teachers only adopt traditional methods in the classroom， students will be prone to be slack， affecting the teaching effect. Aiming at the deficiency of traditional teaching methods， it will be easy to make students understand these abstract knowledge points by introducing some practical projects into classroom teaching and analyzing some actual cases. This teaching method will stimulate students' learning interest， deepen their understanding of some vital knowledge points， train their engineering practice ability and improve the training quality of engineering talent. Several years' practice shows that this teaching method has achieved good effect.

Keywords： project teaching method； electronic information； teaching research； engineering practice

一、概述

電子信息工程是一門應(yīng)用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行電子信息控制和信息處理的學(xué)科，主要研究信息的獲取與處理，電子設(shè)備與信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用和集成。其主干專業(yè)課包括電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子線路、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化、信號(hào)與系統(tǒng)和PLC原理及應(yīng)用等課程[1]。學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)基本的電路知識(shí)，還要掌握利用計(jì)算機(jī)軟件處理數(shù)據(jù)信息的方法，而且在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)還要?jiǎng)邮衷O(shè)計(jì)、連接一些實(shí)際的功能電路并結(jié)合計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真和調(diào)試。培養(yǎng)的是掌握現(xiàn)代電子技術(shù)理論、通曉電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法，具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)、外語和相應(yīng)工程技術(shù)應(yīng)用能力，面向電子技術(shù)、自動(dòng)控制和智能控制、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子、信息、通信領(lǐng)域的寬口徑、高素質(zhì)、德智體全面發(fā)展的具有創(chuàng)新能力的高級(jí)工程技術(shù)人才[2]。

二、目前電子信息工程專業(yè)課教學(xué)過程中存在的問題

電子信息工程專業(yè)課信息量大、涉及的知識(shí)面廣、實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)，學(xué)生在剛開始接觸時(shí)，其實(shí)學(xué)習(xí)興趣都很濃厚，學(xué)習(xí)效果也不錯(cuò)。但在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，隨著課程的逐漸深入，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)遇到很多困難，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣減退和學(xué)習(xí)效果的降低，經(jīng)過深入分析，主要原因?yàn)槿缦聨c(diǎn)：

1. 電子信息工程專業(yè)課中很多重要知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)際聯(lián)系非常緊密，比如“傳感器信號(hào)的調(diào)理和放大”、“多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的順序控制環(huán)節(jié)”、“閉環(huán)控制系統(tǒng)”等知識(shí)點(diǎn)就和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，如果學(xué)生缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，沒有這方面的感性認(rèn)識(shí)，那么在學(xué)習(xí)這些知識(shí)點(diǎn)時(shí)會(huì)覺得非常抽象和難以理解。單憑教師按照傳統(tǒng)方法在課堂上講授，即使反復(fù)講解多次，學(xué)生也會(huì)覺得猶如“空中樓閣”，似懂非懂，很難窺其全貌，更不用說靈活運(yùn)用。長此以往，學(xué)生極易產(chǎn)生懈怠情緒，出現(xiàn)厭學(xué)、不學(xué)的情況，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。

2. 很多專業(yè)課教師沒有把教學(xué)和科研有機(jī)結(jié)合。很多教師往往將自己的工作分為涇渭分明的兩部分：教學(xué)工作和科研工作。教學(xué)工作就是勤勤懇懇的完成教學(xué)任務(wù)，遵循課本傳授知識(shí)；科研工作就是申報(bào)各類工程研究項(xiàng)目后埋頭鉆研，發(fā)表研究成果。很少能將教學(xué)和科研二者有機(jī)的結(jié)合起來。

在教研室每學(xué)期組織集體聽課的過程中，發(fā)現(xiàn)很多博士和高級(jí)職稱教師雖然自身科研能力很強(qiáng)也有很多科研項(xiàng)目，但在上課過程中卻沒能把自己的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)糅合到書本中去并傳授給學(xué)生，這樣就非?？上?。其實(shí)，如果換一換思路，在講解一些有工程實(shí)踐背景的重要知識(shí)點(diǎn)時(shí)，將教師自身的實(shí)際科研項(xiàng)目或工程項(xiàng)目融入到課堂教學(xué)中，有時(shí)確實(shí)能綻放出意想不到的火花[3]。

3. 目前在電子信息工程專業(yè)課教學(xué)過程中，很多教師往往過于強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，注重書本和教材上理論知識(shí)點(diǎn)的講解，而忽視實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。導(dǎo)致畢業(yè)生往往理論知識(shí)豐富但欠缺實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和解決實(shí)際問題的能力。而隨著社會(huì)的發(fā)展，目前用人單位越來越注重大學(xué)畢業(yè)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力，不少單位在接納畢業(yè)生后還需要對(duì)其進(jìn)行較長時(shí)間的二次培訓(xùn)后才能上崗，這在一定程度上造成了教育資源的浪費(fèi)[4]。

三、基于工程項(xiàng)目的電子信息工程專業(yè)課教學(xué)方法研究與實(shí)踐

在電子信息工程專業(yè)課堂教學(xué)過程中，很多知識(shí)點(diǎn)比較抽象，學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，理解起來有一定的難度，會(huì)產(chǎn)生畏難情緒。如果結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)引入一些工程實(shí)例，具體到此知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用以后，不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解[5]。有了這樣的指導(dǎo)思想后，我們開始考慮如何改進(jìn)教學(xué)方法，通過長期的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)電子信息工程專業(yè)課的課堂教學(xué)方法作了一定的改進(jìn)和創(chuàng)新。

（一）將實(shí)際工程項(xiàng)目引入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并深化對(duì)抽象知識(shí)點(diǎn)的理解

在《電氣控制與PLC應(yīng)用》這門課程中，有一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)“電動(dòng)機(jī)的順序控制環(huán)節(jié)”，教學(xué)內(nèi)容是如何控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)順序和停止順序。在講授這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，很多同學(xué)會(huì)有疑問：把多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電源線并聯(lián)在一起，同時(shí)啟動(dòng)和停止不就可以了嗎？何必多此一舉設(shè)計(jì)什么順序啟動(dòng)、逆序停止的控制電路呢？

圖1 皮帶運(yùn)輸機(jī)示意圖

此時(shí)引入一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中常用的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制實(shí)例：三條皮帶運(yùn)輸機(jī)由三臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，待處理的貨物從左至右依次從3號(hào)運(yùn)輸機(jī)傳送到1號(hào)運(yùn)輸機(jī)，要求在傳輸?shù)倪^程中皮帶運(yùn)輸機(jī)上不能有貨物堆積。通過這個(gè)實(shí)例，學(xué)生們就很容易發(fā)現(xiàn)，如果簡單的將三臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)或同時(shí)停止，那么都會(huì)在皮帶運(yùn)輸機(jī)上滯留貨物并導(dǎo)致堆積，進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，按照1、2、3的啟動(dòng)順序和3、2、1的停止順序是最優(yōu)化的控制方案，能最大程度的避免貨物堆積。因此，學(xué)生們可以切實(shí)體會(huì)到，原來在實(shí)際工業(yè)控制過程中，多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟停控制確實(shí)不是簡單的同時(shí)進(jìn)行就可以的，通過對(duì)啟停順序的討論和對(duì)比，不但激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還加深了其對(duì)“電動(dòng)機(jī)的順序控制”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握，并有了感性的認(rèn)識(shí)。

（二）鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生適度參與教師的科研項(xiàng)目或工程項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，并為學(xué)科專業(yè)競賽做準(zhǔn)備

在課堂教學(xué)過程中，總能發(fā)現(xiàn)部分學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、對(duì)某門專業(yè)課程特別感興趣的學(xué)生，對(duì)這部分學(xué)生可以積極引導(dǎo)，鼓勵(lì)其在學(xué)有余力的情況下適度參與教師的實(shí)際科研項(xiàng)目和其他工程項(xiàng)目，一方面開闊了學(xué)生的眼界、鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，另一方面通過這部分學(xué)生取得的一些成績激發(fā)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性[4，5]。在《電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化》課程的教學(xué)工作中，發(fā)現(xiàn)班上有幾位同學(xué)學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)而且對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)非常感興趣，因此就向他們介紹了教師的科研項(xiàng)目，并分出部分子課題讓他們研究，比如禽類養(yǎng)殖場飼料塔料量監(jiān)控和無線水文信息檢測等，原理圖如圖2和圖3所示。

圖2 禽類養(yǎng)殖場飼料塔料量監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

圖3 無線水文監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

在此過程中，他們結(jié)合教材內(nèi)容和項(xiàng)目的研究要求，邊學(xué)邊練，進(jìn)步很快，不但按時(shí)完成了研究任務(wù)，還參與申報(bào)了三項(xiàng)實(shí)用新型專利“基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門控制系統(tǒng)”、“禽類養(yǎng)殖場飼料塔料量監(jiān)控系統(tǒng)”和“無線式附著升降腳手架控制系統(tǒng)”的申報(bào)，并獲得了專利證書。他們?nèi)〉玫某煽兺瑫r(shí)也激發(fā)了其他同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性，后來又組成了數(shù)個(gè)學(xué)習(xí)興趣小組，并在電子與電氣工程系第一屆電子設(shè)計(jì)競賽中嶄露頭角，取得了不錯(cuò)的成績。

（三）在校園中和學(xué)生身邊發(fā)掘研究項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生將課本中的知識(shí)活學(xué)活用

前段時(shí)間學(xué)院在教學(xué)樓內(nèi)放置了一批不銹鋼自動(dòng)加熱飲水機(jī)，為教師和學(xué)生提供開水。其實(shí)自動(dòng)加熱飲水機(jī)就是一個(gè)小型的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，因此在“PLC過程控制”知識(shí)點(diǎn)的課堂教學(xué)中，我就向?qū)W生提出問題：如果我們利用PLC來控制一臺(tái)自動(dòng)加熱飲水機(jī)，應(yīng)該怎么做呢？題目一出，就引發(fā)了學(xué)生們激烈的討論。此時(shí)可以適當(dāng)引導(dǎo)：“對(duì)自來水加熱需要用到電加熱器，而檢測水溫則需要用到溫度傳感器。除此之外，還需要哪些元件呢？”有學(xué)生思考后發(fā)現(xiàn)，不銹鋼自動(dòng)加熱飲水機(jī)是全封閉式的，進(jìn)水和出水都是自動(dòng)控制的，因此需要用到電磁閥和水位傳感器，水不足時(shí)補(bǔ)水，水滿時(shí)停止進(jìn)水。然后繼續(xù)引導(dǎo)：“水箱內(nèi)水很少時(shí)，可以加熱嗎？正在混入冷水時(shí)可以出水嗎？”學(xué)生經(jīng)過進(jìn)一步思考，為防止加熱器干燒而損壞，必須設(shè)置一個(gè)水位下限，而且混入冷水時(shí)，不能同時(shí)打開出水電磁閥，避免接到未燒開的混合水。最終通過教師引導(dǎo)和學(xué)生討論，得到了一個(gè)由PLC控制的自動(dòng)加熱飲水機(jī)控制模型，如圖4所示。

圖4 自動(dòng)加熱飲水機(jī)控制模型

根據(jù)得到的模型圖，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生：“如果利用PLC來完成控制功能，圖中哪些是提供輸入信號(hào)的元件，哪些是輸出元件呢？”學(xué)生們仔細(xì)思考后發(fā)現(xiàn)，水溫開關(guān)、水位開關(guān)屬于輸入信號(hào)元件，而電磁閥、加熱器則屬于輸出元件。明確了以上信息之后，就可以按照教材上的方法依次做出PLC接線圖和軟件控制程序了。通過校園中學(xué)生身邊的一些事物，引導(dǎo)學(xué)生將書本中的知識(shí)活學(xué)活用，不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。

四、基于工程項(xiàng)目的電子信息工程專業(yè)課教學(xué)效果

基于工程項(xiàng)目的電子信息工程專業(yè)課教學(xué)方法實(shí)施的兩年中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)成績都有了明顯的提升。很多學(xué)生積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、參與教師的科研項(xiàng)目、積極參加各類學(xué)科專業(yè)競賽，并且取得了不錯(cuò)的成績，教學(xué)效果對(duì)比如表1所示。

表1 基于工程項(xiàng)目的電子信息工程專業(yè)課教學(xué)效果對(duì)比表

由表1及圖5和圖6可知，基于工程項(xiàng)目的電子信息工程專業(yè)課教學(xué)方法不僅得到了學(xué)生的認(rèn)可，而且在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果，同時(shí)也顯示出工程化教學(xué)模式的優(yōu)勢與教學(xué)改革的成功。

五、結(jié)束語

針對(duì)目前電子信息工程專業(yè)課教與學(xué)過程中存在的一些問題，經(jīng)過長期的課堂教學(xué)實(shí)踐和探索，發(fā)現(xiàn)將授課教師的實(shí)際工程項(xiàng)目引入課堂教學(xué)不僅有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性、深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，更能增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。在項(xiàng)目化教學(xué)方法實(shí)施的兩年中，電子信息工程專業(yè)已有2名學(xué)生獲得了省級(jí)學(xué)科專業(yè)競賽一等獎(jiǎng)，10多名學(xué)生獲得各類省級(jí)學(xué)科競賽二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)，學(xué)生參與獲得國家實(shí)用新型專利3項(xiàng)，取得了較好的教學(xué)實(shí)踐效果。

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