基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的電子技術(shù)綜合性實(shí)踐教學(xué)案例設(shè)計(jì)

李廣宏 周蕓夢

摘 要：在普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的背景下，為了更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)成為高校日益突出的研究課題。本文以簡易電子秒表設(shè)計(jì)安裝調(diào)試為例，將電子基礎(chǔ)知識、DEA技術(shù)、電子工藝技術(shù)、電子安裝調(diào)試等內(nèi)容綜合成一個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，通過各個環(huán)節(jié)的訓(xùn)練可以提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和分析解決問題的能力，為合格的應(yīng)用型人才打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用能力;綜合性實(shí)驗(yàn);教學(xué)案例;應(yīng)用型人才

隨著國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展進(jìn)入了新的常態(tài)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、以工業(yè)4.0為代表的產(chǎn)業(yè)升級加快步伐、社會文化建設(shè)不斷推進(jìn)特別是創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，人才供給與需求關(guān)系深刻變化，應(yīng)用型人才的重要性日益凸顯。[1-2]應(yīng)用型人才指的是能將專業(yè)知識技能應(yīng)用于所從事的社會實(shí)踐的一種專門人才，是掌握社會生產(chǎn)和服務(wù)的基礎(chǔ)知識和基本技能，并從事一線生產(chǎn)和服務(wù)的技能人才。[3-4]

教育部早在2010年7月《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中明確指出，要建立現(xiàn)代職業(yè)教育體系、優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)、實(shí)行高校分類管理。黨的十八屆五中全會從“十三五”時期黨和國家發(fā)展全局的高度對教育工作作出了重大部署，明確提出“優(yōu)化學(xué)科專業(yè)布局和人才培養(yǎng)機(jī)制，鼓勵具備條件的普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變”。[5]2015年10月，教育部、國家發(fā)展改革委、財(cái)政部發(fā)布《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》中明確指出，當(dāng)前我國高等教育結(jié)構(gòu)性矛盾突出，人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的要求。要求部分普通本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展，把辦學(xué)思路轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才上來。[6]

電子技術(shù)一直以來廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域，是工業(yè)機(jī)器人及智能裝備等現(xiàn)代工程裝備必不可或缺的一部分，同時也是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的一個重要標(biāo)志。它是應(yīng)用型技術(shù)人才應(yīng)該掌握的技術(shù)，因此工科的不同專業(yè)都有或深或淺相關(guān)的課程，比如《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《電工電子技術(shù)》、《電工學(xué)簡明教程》等。在高等教育環(huán)節(jié)中，電子技術(shù)類實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐訓(xùn)練課程，作為理論教學(xué)的延伸，對于我校電類和非電類工科專業(yè)的學(xué)生是一門必修的電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，且面向的多數(shù)是未經(jīng)過專業(yè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)技能經(jīng)驗(yàn)較少的二年級學(xué)生，而且有的環(huán)節(jié)是原理驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，有的環(huán)節(jié)偏向電子EDA技術(shù)實(shí)踐，有的環(huán)節(jié)是電子工藝的訓(xùn)練，如何將各個零散的技術(shù)知識及操作技能設(shè)計(jì)成一個綜合型的實(shí)踐項(xiàng)目，使學(xué)生的工程素養(yǎng)和應(yīng)用能力得到提高，這是高校實(shí)踐教學(xué)研究改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1 教學(xué)案例設(shè)計(jì)整體思路

開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，最直接的辦法就是將實(shí)際工程項(xiàng)目引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這也是最為有效的辦法。[7]本著注重基礎(chǔ)能力和綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)，將簡易電子秒表設(shè)計(jì)安裝調(diào)試引入實(shí)踐教學(xué)，探索在電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中將電子元器件選型、電子線路設(shè)計(jì)仿真、電路板制作、組裝焊接、測量調(diào)試等各個零散的技術(shù)知識及操作技能融匯成一個綜合型的實(shí)踐項(xiàng)目，從而達(dá)到將能力系統(tǒng)化訓(xùn)練，建立工程意識，為以后工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)的能力如下表所示。因此，本課程具有實(shí)驗(yàn)技能入門和專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)以及科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思維和素養(yǎng)培養(yǎng)等多重作用，也是各專業(yè)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中重要考察指標(biāo)之一。[8]

2 明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求

實(shí)驗(yàn)任務(wù)是設(shè)計(jì)安裝調(diào)試一臺簡易電子秒表，能夠從0.0秒到9.9秒計(jì)時，具有清零啟動、停止按鍵控制，精確度為0.01秒。簡易電子秒表電路綜合了模擬和數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，根據(jù)電類和非電類不同專業(yè)學(xué)生，提出不同的要求及任務(wù)。

對于非電類專業(yè)學(xué)生更注重應(yīng)用能力培養(yǎng)，拓展眼界學(xué)識，在老師的指導(dǎo)下了解電子秒表的各部分組成及工作原理，根據(jù)給定的電路進(jìn)行安裝、調(diào)試電路，能夠初步掌握使用相關(guān)儀器儀表對電路調(diào)試及故障進(jìn)行排除。

對于電類學(xué)生專業(yè)更注重綜合應(yīng)用電子技術(shù)能力的培養(yǎng)，根據(jù)所學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識、EDA技術(shù)，根據(jù)要求完成電子秒表的設(shè)計(jì)、仿真、安裝調(diào)試以及故障排除。根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)各個功能模塊電路并使用Multisim進(jìn)行仿真，能夠使用Protel（或Altium Designer）設(shè)計(jì)電路原理圖和PCB文件。掌握熱轉(zhuǎn)印法制作電路板，依據(jù)設(shè)計(jì)的PCB文件制作相應(yīng)的電路板。按照規(guī)范插裝各元器件，掌握手工焊的方法焊接電路板。能夠正確使用常用電子儀器儀表對電路進(jìn)行調(diào)試，在了解工作原理的情況下，根據(jù)故障現(xiàn)象縮小故障范圍，直至將故障排除。

3 基礎(chǔ)知識教學(xué)與指導(dǎo)

常見電子元器件的識別與檢測，主要認(rèn)識電阻、電容、電感、半導(dǎo)體元件、集成電路，以及如何使用萬用表進(jìn)行好壞檢測及極性判別等。常用電子儀器使用，主要掌握任意函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、雙路可調(diào)穩(wěn)壓電源等使用。EDA技術(shù)應(yīng)用，主要針對電類專業(yè)學(xué)生，非電類不作要求。通過多媒體演示Protel設(shè)計(jì)電路原理圖和PCB文件的整個過程。設(shè)計(jì)流程如圖1所示。使用Multisim對各功能模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

各個功能模塊電路的組成及工作原理，基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、計(jì)數(shù)譯碼顯示電路、時基電路的構(gòu)成及工作原理。使用兩個共陽型七段數(shù)碼管及譯碼器驅(qū)動器74LS247設(shè)計(jì)譯碼顯示電路;使用三個十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)構(gòu)成分頻器;設(shè)計(jì)由555定時器構(gòu)成的時基電路;設(shè)計(jì)由集成與非門74LS00構(gòu)成基本RS觸發(fā)器;設(shè)計(jì)由集成與非門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、閘門電路等功能模塊。對于電類專業(yè)學(xué)生需要自行查閱相關(guān)資料，自行設(shè)計(jì)各功能電路，如圖2所示。

熱轉(zhuǎn)印法制作PCB，首先需要將PCB的底層信號層原圖像，或者頂層信號層的鏡像圖像，通過激光打印機(jī)打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，再使用熱轉(zhuǎn)印機(jī)將碳粉轉(zhuǎn)印到覆銅板上，最后腐蝕掉沒有被碳粉遮蔽的銅得到電路板。按照規(guī)范插裝電子元器件，掌握手工焊接的方法步驟組裝電路板。

調(diào)試各功能電路，比如啟停電路也即基本RS觸發(fā)電路，可以使用萬用表檢測邏輯電平是否正常。時鐘振蕩電路可以使用示波器觀測脈沖信號并且對秒表進(jìn)行校準(zhǔn)，如圖3所示。譯碼顯示電路可以通過特定的功能管腳測試各數(shù)碼管顯示是否正常，連接計(jì)數(shù)器后可以檢測級聯(lián)有無異常。

4 考核評價

本項(xiàng)目對于電類專業(yè)學(xué)生要求24學(xué)時完成，非電類學(xué)生要求16學(xué)時完成。實(shí)踐成績按五級記分制評定。以提交的作品為考核評價的主要內(nèi)容，同時指導(dǎo)教師結(jié)合學(xué)生在實(shí)習(xí)期間的表現(xiàn)、實(shí)習(xí)報(bào)告和綜合能力評定實(shí)驗(yàn)成績?？己烁⒅卣麄€實(shí)驗(yàn)過程的評價，尤其在設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試過程中遇到的問題或出現(xiàn)的故障以及解決的方法，對老師提出的質(zhì)疑所作出的答辯等更是考核的要點(diǎn)。

5 結(jié)語

本教學(xué)案例綜合運(yùn)用了地運(yùn)用了模擬及數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識完成一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并且根據(jù)不同專業(yè)設(shè)置了不同的實(shí)踐要求。從資料查閱、設(shè)計(jì)仿真、原理圖繪制、PCB設(shè)計(jì)到安裝調(diào)試，對學(xué)生進(jìn)行了較為完整的一個項(xiàng)目流程的訓(xùn)練。同時讓學(xué)生了解到一個復(fù)雜的電子系統(tǒng)都是由若干功能模塊電路組成的，建立起分級調(diào)試、整體統(tǒng)調(diào)的一個思想，為以后設(shè)計(jì)開發(fā)、成為一個合格的應(yīng)用型工程技術(shù)人員打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海蓮，葉美蘭，洪林.地方應(yīng)用型本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的思考[J].黑龍江高教研究，2017（10）：78-83.

[2]黃琳，隋國輝，王榕.應(yīng)用型轉(zhuǎn)型背景下高校產(chǎn)教融合困境的破解機(jī)制研究[J].黑龍江高教研究，2019，37（02）：89-93.

[3]游春華，劉傳輝，匡鵬穎.地方本科院校土木工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究與改革實(shí)踐——以湖南工學(xué)院為例[J].大學(xué)教育，2018（07）：135-138.

[4]牛寬，朱艷茹.應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式研究——以機(jī)械電子工程為例[J].教育教學(xué)論壇，2018（23）：209-210.

[5]張男星，桂慶平.高校轉(zhuǎn)型發(fā)展：決策與踐行——訪教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心主任陳鋒[J].大學(xué)（研究版），2017（05）：4-15.

[6]王輝，趙冬梅，喇海霞.基于應(yīng)用型技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的考試方法改革研究[J].科技經(jīng)濟(jì)市場，2018（08）：130-131.

[7]陳世海，王軍，代偉，呂剛.綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].高教學(xué)刊，2018（19）：150-152.

[8]彭莉峻，韓行.工程教育專業(yè)認(rèn)證下電工電子技術(shù)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（07）：178-181+290.

作者簡介：李廣宏（1975-），男，河南洛陽人，碩士，講師，主要從事電子實(shí)習(xí)教學(xué)工作。