電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程改革和建設(shè)研究

張建強(qiáng) 魏斌

摘?要：電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程是電氣類、自動(dòng)化類、電子信息類等相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)重要環(huán)節(jié)，主要是把理論知識(shí)綜合應(yīng)用于實(shí)踐。本文對(duì)電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程改革內(nèi)容和考核體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的發(fā)展和創(chuàng)新模式研究的探討。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì);綜合實(shí)踐;實(shí)踐技能;教學(xué)改革

1?緒論

電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程是面向高等學(xué)校電子信息類專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門重要的設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程，旨在學(xué)生已初步掌握電路的相關(guān)理論知識(shí)，具備對(duì)單元電路的基本分析和設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、知識(shí)融會(huì)貫通、實(shí)踐手段綜合運(yùn)用等能力。該課程是培養(yǎng)學(xué)生的信息獲取、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、項(xiàng)目分工與管理、科學(xué)研究、創(chuàng)新性思維的重要環(huán)節(jié)，為學(xué)生將來(lái)走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

因此，對(duì)電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程中的內(nèi)容建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)定位、項(xiàng)目設(shè)置優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施和實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)手段等方面展開(kāi)改革研究和構(gòu)建，是進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量的有力支撐。

2?電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程現(xiàn)狀

目前，我校電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐教學(xué)在第5學(xué)期開(kāi)設(shè)，對(duì)象為機(jī)電、電子、電氣類專業(yè)三年級(jí)本科學(xué)生，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了電路基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、低頻電子線路、數(shù)字電子技術(shù)等課程后開(kāi)設(shè)的一門綜合性電子設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程。學(xué)生通過(guò)前期焊接和裝配溫度計(jì)的電工電子工藝實(shí)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的焊接和裝配基礎(chǔ)。

在我校人才培養(yǎng)方案中，機(jī)電、電子、電氣類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握各自專業(yè)的基本理論、基本知識(shí)和基本方法，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐技能，著力提升學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為以后的崗位任職需求打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；诖耍娮釉O(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程在教學(xué)內(nèi)容中增加實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，但是實(shí)踐內(nèi)容大多以驗(yàn)證性、測(cè)試性訓(xùn)練為主，訓(xùn)練內(nèi)容中電路綜合設(shè)計(jì)、工程性題目較少，不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，極大地限制了學(xué)生工程技術(shù)觀念及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3?電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程改革的相關(guān)內(nèi)容

電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)的一般方法和設(shè)計(jì)流程，熟悉電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中常用的EDA軟件及其使用方法，逐步培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維[2]。據(jù)此，電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的教學(xué)改革和建設(shè)研究在以下方面進(jìn)行了相應(yīng)的探索研究。

3.1?以學(xué)生為中心，改革教學(xué)模式

（1）以學(xué)生為本，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程是讓學(xué)生在完成基礎(chǔ)理論知識(shí)和基礎(chǔ)實(shí)踐能力的基礎(chǔ)上，掌握復(fù)雜電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試流程，因此，學(xué)生能否積極主動(dòng)參與課題的設(shè)計(jì)是課程改革的關(guān)鍵。當(dāng)學(xué)生經(jīng)歷了課題的設(shè)計(jì)、仿真、焊接裝配、調(diào)試這一完整流程之后，他才會(huì)更深刻地理解前期所學(xué)理論知識(shí)，真正提高自身的專業(yè)技能、理論修養(yǎng)和綜合素質(zhì)。

在電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程教學(xué)中，教師不進(jìn)行課題的詳細(xì)講解，僅僅給出設(shè)計(jì)思路和具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，以及在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、圖書(shū)館等途徑查閱課題相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案。由于學(xué)生不受教師設(shè)計(jì)思想的影響，可以運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和青年人特有的創(chuàng)新力，設(shè)計(jì)自己感興趣的課題，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng)，增加了學(xué)生課題的參與感與成就感。

（2）學(xué)生實(shí)行小組制。為培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，采用了小組制的組織形式，每2～3人為一組，根據(jù)自身愛(ài)好及學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，選擇一個(gè)自己感興趣的項(xiàng)目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。在方案的確定過(guò)程中，每一名組員都要群策群力，共同完成電路系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。同時(shí)，每名組員在課題中要完成各自具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，如使用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行方案功能性驗(yàn)證，硬件電路的焊接、裝配與調(diào)試，課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)及答辯PPT的整理等。通過(guò)不同的任務(wù)分工，可以保證每一名組員不僅熟悉自己負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)任務(wù)，而且對(duì)整個(gè)課題從設(shè)計(jì)、仿真、裝配、調(diào)試到報(bào)告的撰寫(xiě)全流程都能有所了解。

3.2?緊貼工程實(shí)際，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容

電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程所選的課題來(lái)源于工程實(shí)際，覆蓋電子技術(shù)的主要知識(shí)點(diǎn)，題目的難度與深度不宜過(guò)大，既要使大多數(shù)學(xué)生能夠在規(guī)定課時(shí)內(nèi)順利完成，又要使課題有一定的發(fā)揮空間，以開(kāi)闊學(xué)生思路，提高學(xué)生的創(chuàng)造性和主動(dòng)性[3]。根據(jù)這一指導(dǎo)思想，實(shí)訓(xùn)課題應(yīng)該具有工程實(shí)用性、技術(shù)先進(jìn)性和系統(tǒng)綜合性的特點(diǎn)。結(jié)合教師的工程實(shí)踐經(jīng)歷及近年電子競(jìng)賽相關(guān)方向的內(nèi)容，電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程已經(jīng)開(kāi)設(shè)的課題有智能交通燈控制器、數(shù)字/液晶顯示溫度計(jì)等30余個(gè)。每年的題目必須有所更新，既可以避免學(xué)生抄襲，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在進(jìn)行選題過(guò)程中，學(xué)生如果不滿足教師指定的設(shè)計(jì)課題，還可以根據(jù)自身興趣及學(xué)科特點(diǎn)自擬課程設(shè)計(jì)題目，但是課程設(shè)計(jì)方案需要任課教師的審定，以確定課題設(shè)計(jì)方案實(shí)施的可行性和能否滿足教學(xué)大綱的要求。

3.3?結(jié)合多元化的教學(xué)手段，提高實(shí)訓(xùn)效果

當(dāng)今世界，電子技術(shù)發(fā)展極為迅猛，為了跟蹤新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，在教學(xué)中應(yīng)及時(shí)將本專業(yè)領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝、新成果、新設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)加以介紹和補(bǔ)充，為學(xué)生提供創(chuàng)新發(fā)展的空間，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合Multisim、Proteus、QuartusII、Altium?Designer等EDA軟件，提高實(shí)訓(xùn)效果。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在完成課題的總體設(shè)計(jì)方案以后，學(xué)生使用EDA軟件的仿真功能，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的邏輯功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，修改方案設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，在仿真驗(yàn)證各個(gè)功能正確無(wú)誤后，然后再進(jìn)行元器件的焊接、裝配與調(diào)試。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)流程，使得學(xué)生對(duì)各個(gè)單元電路的邏輯功能及實(shí)現(xiàn)原理有了更深層次的理解，同時(shí)也縮短了系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。

（2）在仿真驗(yàn)證完成以后，結(jié)合一般電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，應(yīng)該將設(shè)計(jì)正確的電路原理圖轉(zhuǎn)換為PCB圖（印制電路板圖）。因此，要求學(xué)生使用Multisim、Altium?Designer等EDA軟件繪制出課題設(shè)計(jì)方案的印制電路板圖，使電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的教學(xué)內(nèi)容更接近工程實(shí)踐。

（3）對(duì)于基于CPLD/FPGA的數(shù)字系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，用硬件描述語(yǔ)言（VHDL）和原理圖輸入兩種方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，通過(guò)對(duì)CPLD/FPGA進(jìn)行編程、仿真與下載，使學(xué)生掌握基于CPLD/FPGA的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程、功能仿真和時(shí)序仿真方法。

另外，建立多媒體互動(dòng)式的全方位、立體化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)需求。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)由課題案例庫(kù)（教師指定設(shè)計(jì)課題案例以及全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽經(jīng)典賽題）、教學(xué)資源庫(kù)（課程相關(guān)資料、EDA軟件、教學(xué)課件、教學(xué)視頻資源等）、在線答疑（微信、QQ、雨課堂等方式）、在線作業(yè)（學(xué)生提交仿真文件、設(shè)計(jì)報(bào)告和演示視頻等）、在線考核和考試等。學(xué)生在課題設(shè)計(jì)中遇到不明白、不理解的地方，可方便的進(jìn)行查閱。MOOC采用“微課”基本教學(xué)單元和“碎片化”學(xué)習(xí)模式相結(jié)合的方式，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也大大提高，而且教師逐步從以講授為主的課堂學(xué)習(xí)向在線學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等混合式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，課堂教學(xué)時(shí)間主要講解學(xué)生在課題設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的共性問(wèn)題、交流學(xué)習(xí)心得和經(jīng)驗(yàn)，以及提供咨詢和幫助[4]。

3.4?注重學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)，完善課程實(shí)踐考核機(jī)制

建立完善的考核評(píng)價(jià)體系是保證電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的教學(xué)過(guò)程具有多樣性的特點(diǎn)，和其他理論課程考核方式有所不同，它的教學(xué)效果考核評(píng)價(jià)指標(biāo)更為廣泛。如何選擇考核要素、考核指標(biāo)，確定考核標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范考核方法等問(wèn)題成為電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程教學(xué)效果評(píng)定過(guò)程中必須解決的難題[5]。以往的課程考核方法只注重結(jié)果，不考慮過(guò)程，缺少過(guò)程性評(píng)價(jià)，其弊端是各個(gè)任課教師評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一致，沒(méi)有具體的量化標(biāo)準(zhǔn)，不能正確的反映出學(xué)生的真實(shí)水平。

結(jié)合電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般流程，電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程成績(jī)的給定由課程總體設(shè)計(jì)方案、功能仿真驗(yàn)證、焊接、裝配與調(diào)試、設(shè)計(jì)報(bào)告和課程答辯五部分組成。其中課程答辯成績(jī)占總成績(jī)的10%，設(shè)計(jì)報(bào)告占20%，焊接、裝配與調(diào)試成績(jī)占35%，功能仿真驗(yàn)證成績(jī)占15%，總體設(shè)計(jì)方案占20%。設(shè)計(jì)方案重點(diǎn)考查學(xué)生是否認(rèn)真查閱資料，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)方案與器件選型，是否實(shí)現(xiàn)課題設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的方案是否有可行性及創(chuàng)新性。在功能仿真驗(yàn)證、焊接、裝配與調(diào)試的考核過(guò)程中，不僅要考核學(xué)生EDA軟件的使用，器件焊接質(zhì)量，還要考核系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)報(bào)告主要考查學(xué)生科技報(bào)告的書(shū)寫(xiě)規(guī)范，內(nèi)容格式的完整性。課程答辯主要考核學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的理解和掌握情況以及在電路調(diào)試中對(duì)于發(fā)現(xiàn)的故障現(xiàn)象分析和解決能力。

4?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的現(xiàn)狀、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核機(jī)制的綜合研究，可以看出，電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程是集理論、實(shí)踐、創(chuàng)新等為一體的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，是新時(shí)期培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力和理論素質(zhì)提高的有效途徑。近幾年的電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程教學(xué)改革的改革探索，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新意識(shí)和工程意識(shí)，為學(xué)生綜合素質(zhì)的提高打下了良好的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：張建強(qiáng)（1971—?），男，漢族，碩士，副教授，研究方向：信號(hào)與信息處理。