電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐

劉曼玲+陳麗萍+毛先柏

摘 要 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是高等院校工科專業(yè)的一門綜合性的實(shí)踐課，對(duì)于鞏固學(xué)生理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與創(chuàng)造具有重要的意義。本文結(jié)合我校實(shí)際，對(duì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，從精選課題內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)手段、完善評(píng)價(jià)機(jī)制和延伸課程空間等方面入手改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力，結(jié)果表明：效果良好。

關(guān)鍵詞 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)改革 綜合能力

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是我校為電類專業(yè)（自動(dòng)化、電氣、測(cè)控、信息、安全）和一部分非電專業(yè)（機(jī)電、交通設(shè)備等）單獨(dú)設(shè)置的一門綜合性的實(shí)踐課，學(xué)分2分、時(shí)間2周。課程設(shè)計(jì)一般安排在大二和期末進(jìn)行，此時(shí)學(xué)生已學(xué)完電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程，同時(shí)也完成了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)與電子實(shí)習(xí)，具備了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)際動(dòng)手能力，結(jié)果表明：合理的單獨(dú)設(shè)課和時(shí)間安排才能達(dá)到良好的效果。

課程設(shè)計(jì)是工科實(shí)踐教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其目的是學(xué)生在教師指導(dǎo)下，能綜合運(yùn)用所學(xué)過的理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。學(xué)生通過二人組對(duì)某一課題的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，能更好地了解一個(gè)電子小系統(tǒng)的方案比較與優(yōu)選過程；熟悉一般的設(shè)計(jì)方法和常用仿真軟件；掌握電工電子技術(shù)中的各種器件（分立元件、集成電路）的計(jì)算、選擇、檢測(cè)與使用、實(shí)際安裝中的合理布局和模塊調(diào)試方法等，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強(qiáng)工程意識(shí)，為將來從事電子產(chǎn)品的研制和科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

為了搞好電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我們主要采用了精選課題內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)手段、完善評(píng)價(jià)機(jī)制，延伸課程空間等改革措施，激發(fā)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

1精選課題內(nèi)容

電子技術(shù)飛速發(fā)展，新器件、新工具、新方法不斷涌現(xiàn)，老師只有不斷學(xué)習(xí)，才能緊跟時(shí)代步伐、站在科技前沿。因此，我校選派參與電子技術(shù)課程講授并且?guī)W(xué)生參加電子競(jìng)賽的老師作為該課程的指導(dǎo)老師，做好學(xué)生的引路人。為了讓課程設(shè)計(jì)獲得預(yù)期的效果，課題的選擇也非常重要，既要與學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和水平相匹配，又要具有一定的先進(jìn)性和趣味性，便于發(fā)揮和拓展，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，克服畏難情緒。例如常用的一些小型實(shí)用電子系統(tǒng)有彩燈控制器、數(shù)字競(jìng)賽搶答器、交通燈控制、多功能數(shù)字鐘、溫度測(cè)試儀、電容測(cè)試儀等。在這些題目中，所學(xué)過的分立元件、集成芯片、仿真和編程方法都在電工電子實(shí)驗(yàn)中接觸過，但實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，都是零散的知識(shí)點(diǎn)，而課程設(shè)計(jì)則要需要化零為整，綜合考慮。為了更好的指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)，由我校出版和主編的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)用教程（第三版），幾經(jīng)修改，多次印刷，為學(xué)生實(shí)踐提供了比較好的參考教材。

2優(yōu)化教學(xué)手段

在課程設(shè)計(jì)的實(shí)際操作中，采用了老師授課—學(xué)生選題—查找資料—確定方案—設(shè)計(jì)仿真—完善設(shè)計(jì)—安裝調(diào)試—檢查驗(yàn)收—總結(jié)報(bào)告—公正評(píng)價(jià)的流程。

（1）首先老師講述課程設(shè)計(jì)的要求、標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生常見問題及注意事項(xiàng)，展示上屆學(xué)生優(yōu)秀設(shè)計(jì)圖片作品。

（2）學(xué)生2人一組，自由組合，合理搭配，選擇課程設(shè)計(jì)題目，要求同一個(gè)題目一個(gè)班選的人數(shù)不能超過3組，也有利于比較和評(píng)判。

（3）學(xué)生選好題后，需收集、整理、篩選和歸納各種信息，除了會(huì)利用百度、谷歌常用的搜索方法之外，還要學(xué)會(huì)從中國(guó)知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫(kù)中查找中外資料、碩士論文等，學(xué)生更要會(huì)利用好圖書館中的藏書資源。由于網(wǎng)上的某些信息沒有經(jīng)過審核，不一定能保證其正確性，最好是查相關(guān)的官網(wǎng)或多方比對(duì)，相對(duì)來說圖書資料的出錯(cuò)率會(huì)要少許多。

（4）每一個(gè)題目老師只給出基本功能和技術(shù)指標(biāo)要求，擴(kuò)展功能不限制，由學(xué)生自己想象與發(fā)揮，供學(xué)有余力的學(xué)生自由選擇，挖掘他們的潛質(zhì)與創(chuàng)新才能。由于設(shè)計(jì)方案不唯一，學(xué)生須自行分析各方案的可行性與優(yōu)缺點(diǎn)，比較后確定最優(yōu)方案。

（5）在確定方案后，下一步就是要對(duì)電路進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)，其中包含總體設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)、元器件的選擇與參數(shù)計(jì)算等。而設(shè)計(jì)是否正確、可行，則需要學(xué)生采用電子軟件Multisim 、Proteus對(duì)電路進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具；Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司開發(fā)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，它還是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。這2款軟件均具有界面直觀、操作簡(jiǎn)易、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路與混合電路的仿真與調(diào)試。它采用圖形輸入方式輸入和創(chuàng)建電路，元器件庫(kù)豐富且易生成，測(cè)試儀器（電壓表、電流表、示波器等）的外形與實(shí)際儀器基本相似，電壓源、電流源與信號(hào)源可隨意設(shè)置不同的參數(shù)。由于在實(shí)驗(yàn)中已用過Multisim仿真，故不必單獨(dú)開課，Proteus雖未學(xué)過，但其方法與Multisim大同小異，也不難掌握，只是它的元件庫(kù)更齊全些?？傊?，仿真軟件不但提高了設(shè)計(jì)效率，還能將所學(xué)的理論知識(shí)融會(huì)貫通并付諸于實(shí)際中。

為了更好地與每年的電子大賽銜接，在完成全部的課程設(shè)計(jì)后，要求學(xué)生自學(xué)軟件Altium Designer，畫一個(gè)電子版的課題原理圖上交并作為成績(jī)的一部分。Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，這套軟件可以進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制等，而會(huì)用Altium Designer設(shè)計(jì)PCB電路板，了解PCB板布線的原則是電子大賽必須具備的一項(xiàng)基本技能。

（6）在學(xué)生通過一周的時(shí)間完成理論設(shè)計(jì)與仿真后，安排第一周的周末進(jìn)行師生溝通與交流。學(xué)生以組為單位，自帶手提電腦，展示他們的設(shè)計(jì)方案和仿真結(jié)果；老師指出其中問題，提出修改思路，把握主題方向，并且要二人組輪流回答部分設(shè)計(jì)理念和操作實(shí)際仿真步驟，杜絕學(xué)生抄襲或一人努力、另一人偷懶的現(xiàn)象，真正使每一個(gè)學(xué)生都能動(dòng)腦、動(dòng)手，參與到課程設(shè)計(jì)中，并將方案選擇、設(shè)計(jì)仿真、擴(kuò)展功能等作為成績(jī)的一部分計(jì)入到總成績(jī)中。endprint

（7）只有完成設(shè)計(jì)并仿真成功后的課題才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生按組提交所需元件清單，交給實(shí)驗(yàn)室的老師提前準(zhǔn)備好，保證安裝調(diào)試的順利進(jìn)行。全部完成后，按原清單收回器件，不浪費(fèi)公共財(cái)物。

仿真的實(shí)現(xiàn)是電子系統(tǒng)安裝調(diào)試的前提和保障，但從虛擬到現(xiàn)實(shí)還是有距離的，若線接錯(cuò)或接觸不良、元器件損壞或參數(shù)不準(zhǔn)等，都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。學(xué)生只有對(duì)電路合理布局、正確連續(xù)并對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析、判斷和糾錯(cuò)，才能收獲最后成功的喜悅，同時(shí)也需要學(xué)生的耐心細(xì)致和團(tuán)結(jié)合作。因此，一般要求學(xué)生在安裝調(diào)試前先檢查所有集成芯片、元器件的好壞；根據(jù)所設(shè)計(jì)的圖紙，合理布局集成芯片與器件，做到疏密有致，方便連線；線要橫平豎直，不能交叉和飛線，還要注意線的顏色，便于檢查，如所有電源的正極用紅線，而負(fù)極用黑線。

在安裝時(shí)，采用分塊調(diào)試→系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的方法順序進(jìn)行，盡可能將故障點(diǎn)縮小，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，以交通燈的秒脈沖和計(jì)數(shù)器為例說明其具體操作步驟。

（a）計(jì)數(shù)器的CP源。它可以用2種方法實(shí)現(xiàn)：第一種方法是用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖供給計(jì)數(shù)器作為CP源（如圖1所示），需要根據(jù)計(jì)算公式合理選擇電阻和電容的大小使f=1HZ。第二種方法是用石英晶振的方法。由于石英晶體的振蕩頻率為32768HZ，它須經(jīng)過15位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器分頻（215=32768 HZ）后才能得到1HZ的秒脈沖。在實(shí)際中，可以用14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片CD4060分頻得到2Hz后，再用D觸發(fā)器或JK觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器得到1Hz的秒脈沖，它比555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖的精度更高，常作為要求時(shí)鐘準(zhǔn)確的數(shù)字鐘的CP源。采用這2種方法是否產(chǎn)生了秒脈沖，也可以用2種方法檢測(cè)，一是采用示波器觀察波形；二是接到一個(gè)發(fā)光二極管上，看它是不是一亮一滅的閃爍。

（b）在圖中，與2個(gè)數(shù)碼管相連的兩片計(jì)數(shù)器，采用的是可預(yù)置同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器74LS190，用它進(jìn)行減計(jì)數(shù)（如30～0），與實(shí)際相符，當(dāng)CP源供給這兩片74LS190時(shí)，看它是不是能正常的從30秒倒計(jì)數(shù)到0秒。

（c）再將計(jì)數(shù)器連到數(shù)碼管上，看其是不是能正常的顯示從30～0的變化。

依此方法可以對(duì)圖中的其他模塊進(jìn)行調(diào)試，最后將各功能模塊組成一個(gè)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

當(dāng)遇到電路不能正常工作時(shí)，在排除接線錯(cuò)誤、接觸不良和元器件損壞等情況下，要會(huì)用測(cè)試儀器查找故障點(diǎn)并糾錯(cuò)，如常用的電壓尋跡法，就是用萬用表檢查各點(diǎn)電位，即先檢查電源，再根據(jù)輸入→輸出的正確電位，找出問題所在。

（8）在第二周的周五為統(tǒng)一檢查驗(yàn)收的時(shí)間，老師將檢查學(xué)生的基本功能或擴(kuò)展功能，記錄布局、連線、工藝美觀等情況作為評(píng)分的依據(jù)，還會(huì)就一些典型問題向?qū)W生提問，考察學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

（9）電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)從理論指導(dǎo)實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐上升到理論的螺旋式的升華過程。因此，書寫設(shè)計(jì)報(bào)告的過程也是學(xué)生歸納、總結(jié)與提煉的過程，除了書寫設(shè)計(jì)理論外，在實(shí)際中遇到了什么問題、如何解決的經(jīng)驗(yàn)也是老師十分看重的一點(diǎn)，它從側(cè)面反映了一個(gè)學(xué)生分析問題的能力。報(bào)告還要求附手工繪制的系統(tǒng)原理圖與作品彩色圖各一張，2人一組的報(bào)告除了圖相同外，各自寫自己的，反對(duì)抄襲（見圖1）。

3完善評(píng)價(jià)機(jī)制

將課程的要求和成績(jī)登記表提前發(fā)給學(xué)生，也讓學(xué)生明確努力的方向，表格中的各項(xiàng)內(nèi)容涉及兩周實(shí)踐的全過程：考勤、方案、設(shè)計(jì)、仿真、問答、修改、布局、連線、功能（基本。擴(kuò)展）、報(bào)告、原理圖（Altium designe軟件）。課程設(shè)計(jì)成績(jī)分優(yōu)秀、良好、中等、及格與不及格5個(gè)等級(jí)，優(yōu)秀率控制在20%左右。

第二周是實(shí)際安裝調(diào)試，為了真正讓一人組的二位同學(xué)分工合作、同心協(xié)力，老師會(huì)不定期的到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巡視與指導(dǎo)，將態(tài)度和紀(jì)律記錄在冊(cè)。對(duì)同一個(gè)題目的不同組反復(fù)比較，挑選優(yōu)秀；對(duì)同一組的同學(xué)綜合表中各項(xiàng)表現(xiàn)也有可能給出不同的成績(jī)，力求公平公正。特別是優(yōu)秀的給定既要反映學(xué)生的真實(shí)水平，又要保護(hù)同學(xué)們的積極性，讓大家心悅誠(chéng)服，也讓嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的作風(fēng)口口相傳、繼承和發(fā)揚(yáng)！事實(shí)證明，采用這種考核機(jī)制，同學(xué)們的積極性高漲，課程設(shè)計(jì)成功率到達(dá)95%以上。

4延伸課程空間

湖南省與全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽每年交叉進(jìn)行，具有一定的權(quán)威性和影響力，也吸引了許多的電子愛好者、優(yōu)秀大學(xué)生參賽。為了更好地搞好電子競(jìng)賽，中南大學(xué)一般從成績(jī)好的大學(xué)二年級(jí)的學(xué)生中選拔，同時(shí)創(chuàng)建電子創(chuàng)客空間，給予競(jìng)賽場(chǎng)地，電子愛好者可以利用業(yè)余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)實(shí)踐。因此，按電子大賽的要求搞好電子課程設(shè)計(jì)，無疑是為每年的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽儲(chǔ)備優(yōu)秀人才，中南大學(xué)也因此在省賽和國(guó)賽中屢獲大獎(jiǎng)，學(xué)生查找資料、學(xué)習(xí)能力都有較大的提高，在軟件調(diào)試、硬件制作與排除故障等方面尤為突出，受到了保研高校與用人單位的歡迎。

5結(jié)語

搞好電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，優(yōu)化實(shí)踐過程，不僅提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，而且也激發(fā)了他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，其綜合素質(zhì)也得到了較大的升華，為做一個(gè)合格的工程技術(shù)人員和服務(wù)于現(xiàn)代化打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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