電子信息工程專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程內(nèi)容改革探討

鄭博仁

摘 要：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐是電子信息工程等專業(yè)較為重要的實(shí)踐類課程，文章根據(jù)自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前新工科對(duì)電子信息技術(shù)人才的需求，就電子信息工程（智能制造）專業(yè)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程內(nèi)容改革進(jìn)行了探討，詳細(xì)給出可行的實(shí)踐課程內(nèi)容，通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)提升學(xué)生的實(shí)踐能力有較大幫助，證明該內(nèi)容改革的可行性。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐；智能制造；課程設(shè)置

就目前來看，在全國的高校中電子信息工程專業(yè)是僅次于計(jì)算機(jī)專業(yè)的第二大開設(shè)專業(yè)，說明該專業(yè)具有強(qiáng)勁的活力，這也就意識(shí)著就業(yè)壓力同樣巨大。同時(shí)，在2016年6月，我國工程教育專業(yè)認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)國際實(shí)質(zhì)等效，并開展“新工科建設(shè)”，電子信息工程專業(yè)要求學(xué)生具有“復(fù)雜工程問題分析與解決能力”，“設(shè)計(jì)并研制新型復(fù)雜工程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和軟硬件裝置”，這就對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)提出來更高的要求。理論課程教學(xué)偏重于科學(xué)問題的提出、精煉、解決，滿足了第一個(gè)要求；實(shí)踐環(huán)節(jié)是解決工程應(yīng)用或工程技術(shù)的問題，也就是第二個(gè)要求，但是往往實(shí)踐環(huán)節(jié)由于認(rèn)識(shí)、設(shè)備、資金等原因得不到或者做不到足夠重視，存在一定的滯后性。另外，新工科形式下，大家的注意力還主要集中在體系的建立上，很多文獻(xiàn)對(duì)如何建立新工科要求下的教學(xué)體系做了較為詳細(xì)的闡述、[1.3]或?qū)?shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了探討，[4.7]但是還都缺乏詳細(xì)的具有針對(duì)性的該專業(yè)電子設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程的設(shè)置闡述。根據(jù)上述問題，文章從如何提高學(xué)生的實(shí)踐能力入手，以提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力，強(qiáng)化動(dòng)手能力為主要目標(biāo)，以新工科為背景，結(jié)合本校特色，詳細(xì)探討了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程的具體設(shè)置內(nèi)容，以及相關(guān)要求，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給出電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程的一個(gè)較為完整的案例，并根據(jù)實(shí)際教學(xué)效果來看，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力提高幫助較大。

1 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程開設(shè)的主要目的

電子信息工程專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程的開設(shè)目根據(jù)每個(gè)學(xué)校的不同背景會(huì)有所不同，但是對(duì)學(xué)生的基本素質(zhì)要求應(yīng)該是一樣的。要求學(xué)生具有運(yùn)用電子技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行采集處理的能力，借助于先進(jìn)的電子系統(tǒng)EDA工具進(jìn)行復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能較獨(dú)立地完成較復(fù)雜的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并能解決一些與之相關(guān)的實(shí)際工程問題，最終使學(xué)生獲得電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，同時(shí)掌握相關(guān)電子設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)文檔的寫作方法，培養(yǎng)相互協(xié)作的精神。結(jié)合我校特色，還提出了需要具有面向交通系統(tǒng)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，如交通建設(shè)過程中的施工監(jiān)控的相關(guān)軟硬件、交通設(shè)施結(jié)構(gòu)傳感、檢測(cè)系統(tǒng)，交通信息管理的相關(guān)軟硬件等等。實(shí)踐教學(xué)課程中須按照這個(gè)思路來進(jìn)行，根據(jù)這樣的需求目的，相關(guān)專業(yè)和相關(guān)課程設(shè)置需要根據(jù)實(shí)際情況做調(diào)整。

2 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程內(nèi)容改革優(yōu)化設(shè)置

根據(jù)我校本科層次與專業(yè)背景，電子信息工程專業(yè)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)智能制造人才，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)面向交通行業(yè)需求的電子系統(tǒng)的軟硬件。故電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程體系需要包括模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及FPGA設(shè)計(jì)等實(shí)踐課程。

學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，主要獲得上述的四個(gè)基本要求，這四個(gè)基本要求中較大部分的內(nèi)容老師在理論教學(xué)過程中基本是無法做到的，所以在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程中需加入電子技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)的基本技能內(nèi)容，實(shí)踐課程第一部分首先應(yīng)包括電子元器件的認(rèn)知與選取，元器件參數(shù)表的學(xué)習(xí)和理解，這部分知識(shí)理論課教學(xué)常常由于學(xué)時(shí)數(shù)以及理論體系的問題基本不會(huì)涉及，而很多電子設(shè)計(jì)類的教材也常常不編寫者方面的內(nèi)容，認(rèn)為學(xué)生天然自己會(huì)學(xué)習(xí)，現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)在的學(xué)生對(duì)于這方面的知識(shí)實(shí)際是了解較少的，再加上元器件參數(shù)表動(dòng)輒幾十頁的英文，幾十上百個(gè)參數(shù)，學(xué)生在掌握基本理論的情況下很難看懂相關(guān)參數(shù)，所以在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課上的第一個(gè)內(nèi)容就需要詳細(xì)的介紹這方面知識(shí)，教會(huì)學(xué)生如何在較為多的參數(shù)中尋找需要的參數(shù)。另外一個(gè)內(nèi)容是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本規(guī)則，元件畫圖規(guī)則，設(shè)計(jì)圖紙布局規(guī)則，這個(gè)是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，也是需要明確的內(nèi)容。再次，仿真軟件的系統(tǒng)學(xué)習(xí)是提高學(xué)生實(shí)踐能力的重要收段，不可或缺。最后，元器件封裝與焊接，PCB板制程工藝以及繪制能力是四個(gè)基本功中最重要的內(nèi)容，大多學(xué)生缺乏相關(guān)的訓(xùn)練，所以需要在內(nèi)容中明確體現(xiàn)。獲得這些基本方法、基本技能是關(guān)鍵，才能提高學(xué)生的興趣，客服畏難情緒。有了這方面的相關(guān)知識(shí)，下一步學(xué)生基本可以做到自學(xué)。

同樣，模擬電路設(shè)計(jì)實(shí)踐強(qiáng)化包括運(yùn)放的使用，主要內(nèi)容包括信號(hào)放大電路、信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)變換電路、信號(hào)調(diào)理電路、濾波電路以及電源電路，由于現(xiàn)在集成電路的飛速發(fā)展，單管電路因其設(shè)計(jì)、調(diào)試等的復(fù)雜性，不再作為推廣的重點(diǎn)，故在內(nèi)容上避免單管應(yīng)用；其次模擬電路設(shè)計(jì)需要突出實(shí)用性，弱化反饋、功放等電路。

數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)踐由于時(shí)代的發(fā)展，中小規(guī)模的集成電路試驗(yàn)基本不存在應(yīng)用空間，故數(shù)字電路課程實(shí)踐大多以FPGA/CLPD 方式實(shí)現(xiàn)，主要包括基本設(shè)計(jì)原則.面積與速度關(guān)系、流水線操作設(shè)計(jì)、器件資源學(xué)習(xí)、時(shí)序分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等；結(jié)合學(xué)校特赦在其中增設(shè)工作了較大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)如設(shè)計(jì)橋梁原地震動(dòng)采集系統(tǒng)等。

單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐側(cè)重在于應(yīng)用，加深對(duì)書本知識(shí)的具體化，采用線下流行的32位機(jī)為主導(dǎo)，輔助8位51單片機(jī)使用，包括基本功能，基本資源、串口通信、引腳定義、ADC轉(zhuǎn)換、定時(shí)器使用等，如果條件許可可以涉及到如帶無線功能的單片機(jī)系統(tǒng)；最后以實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)為最后考核項(xiàng)目。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，根據(jù)時(shí)下嵌入式芯片的發(fā)展現(xiàn)狀，選用ARM Cortex.A9體系架構(gòu)，實(shí)踐課程包括內(nèi)容有：基本I/O實(shí)驗(yàn)，AD實(shí)驗(yàn)，linux內(nèi)核移植、QT實(shí)驗(yàn)，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)，結(jié)合我校特點(diǎn)，如設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等，滿足學(xué)生的需要以及社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需要，取消計(jì)算機(jī)端程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容，該內(nèi)容放到程序設(shè)計(jì)實(shí)踐課中去體現(xiàn)。

基于上述描述，電子信息專業(yè)（智能制造方向）的實(shí)踐課程具體內(nèi)容如圖1 所示，基本上涵蓋了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容，由于不涉及到較高頻率，實(shí)踐環(huán)節(jié)不采用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要還是集中的傳感器設(shè)計(jì)與控制等系統(tǒng)，就實(shí)驗(yàn)設(shè)備、以及學(xué)生課后在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嬍业鹊胤蕉伎梢院芎玫刈鲎晕覍W(xué)習(xí)和練習(xí)，避免因設(shè)備導(dǎo)致的無法進(jìn)行學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

該實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容在我校從2012年開始實(shí)施，學(xué)生通過該類實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，不僅提高了實(shí)踐能力，獲得了設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的知識(shí)，同時(shí)在找工作的時(shí)候也獲得了相關(guān)的項(xiàng)目經(jīng)歷。另外，通過這些課程的實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生積極參與學(xué)科競(jìng)賽，特別是電子競(jìng)賽，獲獎(jiǎng)人數(shù)達(dá)到了120多人次。

文章提出的電子信息工程（智能制造）的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程教學(xué)內(nèi)容，通過學(xué)生的學(xué)習(xí)過程證明是可行的，對(duì)提高學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力幫助較大，相關(guān)專業(yè)可以做一個(gè)借鑒。

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