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1.1研究背景
習題訓練是有效提升學生數(shù)學學習能力以及提高成績的一種有效方式,通過習題訓練能夠有效的對于學生當前學習情況進行反饋,進而為今后的強化方向提供了有效的依據(jù)。在實際的數(shù)學學習過程中,錯題不可避免,同時也能夠有效的反映出學生當前的數(shù)學學習情況;在對于錯題的認識上,隨著現(xiàn)代教學觀念的完善,無論是教師還是學生對于錯題都有著一定的重視度。對于初中數(shù)學教學而言,教師往往通過大量的習題訓練推進學科教育活動的開展,同時引導學生重點溫習、攻克以往的錯題,但隨著學生錯題量的龐大之后,學生便不能有效的對于龐大數(shù)量的錯題信息整理,進而錯題對于學生的實際成績以及學習能力推動作用出現(xiàn)明顯弱化。
錯題對于初中數(shù)學教學活動而言,無論是對教師還是學生都是一種極其寶貴的資源,同時強化對于錯題資源的科學利用也是強化數(shù)學學科教育的最佳措施。在教學中,不少教師都有這樣的煩惱:對反復練習的習題,學生仍會犯錯,而且栽倒在同一個錯誤上,不少學生都有這樣的怨言:題目做了這么多,做錯的題目也及時訂正了,但稍有變化還是不會做稍稍關注一下中考狀元的學習經(jīng)驗,發(fā)現(xiàn)電子錯題本是常用法寶為此,筆者所在學校為每位學生準備了各學科的錯題積累本,錯題積累成為學生學習的基本作業(yè)教師會進行定期批閱,藉此促進學生養(yǎng)成良好的錯題積累和反思習慣,提高學生的學習成效教師自己則借助軟件,將平時教學和學生的各種作業(yè)練習及考試中等遇到的典型錯題,按初中數(shù)學教材知識單元分別整理,按時間順序積累,形成不同專題的錯題集與學生普遍采用的手抄錯題集相比,教師電子錯題集。具有應用更便捷、易保存、易修改更系統(tǒng)等優(yōu)點。
1.2研究問題
就本文的研究而言,本文以初中數(shù)學教學過程中的“錯題”為研究對象,通過對“錯題”類型的總結、原因的探究,可給教師如何規(guī)避出現(xiàn)類似錯誤提供幫助,提高教師專業(yè)能力和數(shù)學素養(yǎng),發(fā)展教師的命題能力,提高教師評價素養(yǎng),也有利于嚴肅數(shù)學學科的科學性。同時還可以變廢為寶,可以幫助學生重構知識體系,可以培養(yǎng)學生反思的習慣和思維的批判性。其中初中數(shù)學電子錯題集的應用實驗為本文擬解決的關鍵問題。通過研究初中數(shù)學測試題中“錯題”及歸因分析、錯題訂正的檢測評價等等實驗來對初中數(shù)學教學中電子錯題集的應用加以詮釋。
第二章 結論與啟示
關鍵詞: 《數(shù)字電子技術基礎》 教學方法 改革 項目教學法
一、《數(shù)字電子技術基礎》教學改革的原因
隨著我國科學技術的不斷發(fā)展,我國的電子信息類企業(yè)實現(xiàn)了前所未有的持續(xù)快速發(fā)展,企業(yè)對員工素質(zhì)提出了更高的要求。面對企業(yè)對一線技術性工人需求量的不斷增大和人員素質(zhì)要求的不斷提高,教育工作者要思考如何培養(yǎng)適應企業(yè)一線生產(chǎn)需要的技能型人才。面對這個現(xiàn)實的問題,傳統(tǒng)的教學方法已不適用,常聽到師生抱怨:“教師教得累,學生學得煩。練習做了不少,學習效果不好?!爆F(xiàn)代教育要注重培養(yǎng)學生的實踐操作技能和解決實際問題的能力,正逐漸淡化學科課程的界限,教師要讓學生在掌握知識和技能的同時學會解決問題?!稊?shù)字電子技術基礎》實際上是非常有趣的課程,很多理論知識都可以通過單元電路、綜合的設計性電路來驗證或體現(xiàn),同時配上聲、光等直觀現(xiàn)象,學生在學習的過程中將會更有興趣和激情。在教學中我們設計了很多有趣的單位電路、綜合電路,在電路中囊括了教材中的知識點,讓學生設計預定的電路,并把設計好的電路進行仿真或制作成電路板。學生在設計過程中主要是自己找資料,老師輔導,從而從被動學習轉為主動學習。這樣的教學方法我們稱之為項目教學法,通過在學校教學中的應用,教學效果不錯,具體做法闡述如下。
二、《數(shù)字電子技術基礎》項目的設計
預設項目的好壞是項目教學法成功與否的先決條件,因此設定項目就顯得十分重要,同時要求老師具有相當?shù)碾娐吩O計能力。我認為一個好的教學項目應是教學重點突出,能涵蓋大部分知識點,項目注意趣味性,不枯燥。要得到一個好的教學項目,老師應該做以下工作。
1.將《數(shù)字電子技術基礎》按類別分為若干知識和技能單元,每個知識和技能單元作為一個教學項目,每個教學項目都以應用該項知識和技能完成一個具體的項目任務作為目標,是將理論與實踐融于一體的教學模式。此項工作看似簡單,但很能考驗老師的教學水平,看老師能否將課程的重點難點都準確地列出,并將其分類。
2.項目設計的思路:設計的項目應覆蓋整個工作領域和承載這個工作領域所需要的知識和技能;項目結構劃分應體現(xiàn)工作體系的特征;在以項目劃分為線索進行工作分析的基礎上,合理設計項目結構。項目內(nèi)容設計具體原則:項目應覆蓋知識點和技能要求;知識點的內(nèi)容應最大限度地融于項目教學之中;項目大小要根據(jù)學習內(nèi)容進度和要求來確定;項目內(nèi)容設計要考慮教學組織的可行性和合理性。
3.在第二點的基礎上一定要考慮項目的趣味性,因為通過實驗我們發(fā)現(xiàn)趣味性不強的項目很難調(diào)動學生的積極性,項目的趣味性體現(xiàn)在:首先是預定的項目有一個好聽的名字,名字最好能結合實際的生活;其次是在電路中合理地加入發(fā)光二極管、數(shù)碼管、喇叭、各類傳感器等,讓學生能在項目中直接感受項目的效果。
三、《數(shù)字電子技術基礎》項目的教學實施
由于受到很多因素的影響,比如教學課時、教學資源不足等,我們將全班分成兩個人一組的小個體,后將準備好的項目拿出來,對項目要求進行陳述,并將涉及的知識點告訴學生。學生拿到項目后,每個個體的兩個成員就共同開始找資料、設計,這樣他們可以互相討論,取長補短,同時也有了競爭意識,學生們的學習也就會從被動變主動。在教學中一個班至少需要兩位教師進行輔導,輔導不是直接給出電路,而是引導學生學習,否則達不到效果。一般一次課要求六節(jié)課連上,這樣學生學習就有連續(xù)性。在教學過程中還有個問題需要注意:在規(guī)定的時間內(nèi)(一般為上午的四節(jié)課),小組之間是不能交流的,否則將出現(xiàn)大范圍的抄襲現(xiàn)象,上午下課之前要對設計的進度進行有效的統(tǒng)計,作為評分的依據(jù)。下午兩節(jié)屬于仿真和制作的時間,將學生帶至電子制作實驗室完成。最終本次課堂的作業(yè)就是設計的仿真效果或?qū)嵨镒髌?同時也要求每個小組交上一份該項目的小論文。
四、《數(shù)字電子技術基礎》項目教學的考核
對于學生來說課程的考核永遠是他們最關心的事,也是他們覺得最重要的事,因此課程的考核制度將影響項目教學的效果。關于考核制度,我們的做法包括三方面:第一,學生的考勤,學生曠課課時達1/3以上即取消考試資格,曠課一節(jié)課程總評分扣1分,遲到或早退一次程總評分扣0.5分,老師每次上課必須點到;第二,每個項目的仿真效果或?qū)嵨镒髌氛荚擁椖靠偡值?0%,在評分時實物作品比仿真分要高一點,鼓勵學生制作實物作品,那樣能更好地鍛煉學生的能力;第三,項目的設計小論文占該項目的30%,在平時引導學生寫論文,為學生以后的發(fā)展打下基礎。該課程的總評分是各個項目總評分的平均值。有了一個嚴格的考核制度,學生的態(tài)度就端正了,為后續(xù)的學習打下了基礎。
五、《數(shù)字電子技術基礎》項目教學的效果
《數(shù)字電子技術基礎》實施項目教學法后,課堂發(fā)生了變化,再也不是單純的“我講你聽,我要求你練習”,而是變得活躍,學生真正成為了課堂的主角,學生改變了過去對學習不感興趣的現(xiàn)象,在課堂中能積極參與討論和實踐,提高了聽課率和參與度;學生的實踐技能有明顯提高,學生綜合素質(zhì)提高幅度大,多種教學法充分調(diào)動了學生學習的主動性、積極性,學生從被動變?yōu)橹鲃?學習能力、合作能力、表達能力、溝通能力都有很大的提高。此外,教師與學生的距離拉近了,師生關系更密切了。
六、《數(shù)字電子技術基礎》項目教學存在的問題
在很多高等院校《數(shù)字電子技術基礎》的項目教學法實施還存在很多的問題,有些院校領導對項目教學法這種教學模式還不是很了解,或者說是對改革的教學方法沒有底,怕犯錯誤,還是選擇延用傳統(tǒng)的教學模式。因為雖然傳統(tǒng)的教學模式存在不足但不至于犯錯誤,不會影響學校的教學次序;《數(shù)字電子技術基礎》的項目教學法實施需要對教學計劃進行修改,有些學校是嚴格按教學計劃來的,不會因為一門課程來進修修改;《數(shù)字電子技術基礎》的項目教學法實施需要學校有相當?shù)挠布O備配套,而現(xiàn)在很多普通高校缺的就是教學設備的投入,學校當然也不會因為一門課程的需要一次性投入大量資重;《數(shù)字電子技術基礎》的項目教學法實施需要較多的電子耗材費用,對這筆費用一些以營利為目的的學校肯定是不會掏的,他們用傳統(tǒng)的教學模式就可以省下這筆費用,沒有理由進行這項改革,如果說這些電子耗材費用采取收取學生錢的方式,學生又有意見,有些學生會向上級部門舉報,學校不愿冒險,所以就只能用仿真的形式,但是效果有沒有實物制作的好;《數(shù)字電子技術基礎》的項目教學法也存在本身的弊端,例如沒有現(xiàn)成的教材,不利于教學的開展,對教師的電路設計能力和動手能力有相當高的要求,教學工作量很大,老師很吃力。
七、結語
在教學方法改革的過程中,新教學方法能否被成功地推廣與應用,在很大程度上,取決于教師知識水平和教學才能的高低,教學方法改革的一個關鍵是提高教師的素質(zhì)水平。教學方法的研究與實踐任重道遠,需要長期、廣泛、深入開展。以上是我對《數(shù)字電子技術基礎》教學的認識,希望廣大同仁能夠找到最有效的教學方法,讓學生能更快更好地學習知識、掌握知識,為學生的就業(yè)打下堅實的的基礎。
參考文獻:
關鍵詞:數(shù)字電子技術,EDA技術
1.引言
在信息社會中,數(shù)字化是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢,因此在電子信息及相關專業(yè)的教學中也越來越看重數(shù)字技術,《數(shù)字電子技術》是電子信息及相關信息類專業(yè)的一門重要基礎課程,其基本理論及實踐技能也是許多后續(xù)課程的基礎。EDA(Electronic DesignAutomation)技術作為數(shù)字電子技術的延伸,已經(jīng)引入到電子信息類教學中,不僅可以豐富教學摘要的意義。
2.《數(shù)字電子技術》課程教學的主要問題
教學手段單一,實驗內(nèi)容枯燥,學生缺乏學習興趣。,EDA技術。在教學中仍采用理論教學與實驗課分離的教學模式,在理論教學中,《數(shù)字電子技術》內(nèi)容大多抽象難懂,教師采用“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)模式授課,不僅學生覺得枯燥乏味,而且教學效果不理想。而實驗課的實驗內(nèi)容多為驗證性實驗,學生僅僅只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗,設計性、綜合性實驗較少。數(shù)字電路的設計僅是“紙上談兵”的設計,學生自然對這門課的實驗毫無興趣。
3. EDA技術及其功能
3.1 EDA技術的含義
EDA即電子系統(tǒng)設計自動化技術是由計算機輔助設計和計算機輔助工程發(fā)展而來的,它以大規(guī)??删幊踢壿嬈骷樵O計載體,以硬件描述語言為系統(tǒng)設計的主要表達方式,以計算機、大規(guī)??删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具,通過有關的開發(fā)軟件,自動完成用軟件的方式設計電子系統(tǒng)的一門新技術。它可以實現(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合與優(yōu)化以及邏輯布局布線、邏輯仿真,完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射,編程下載等工作,最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)S眉尚荆粌H為電子技術設計人員提供了新的設計理念,同時也為教學提供了科學而便捷的平臺。
3.2 EDA技術的功能
EDA技術的開發(fā)平臺QUARTUS Ⅱ是Altera公司推出的新一代FPGA/CPLD開發(fā)軟件,適合于大規(guī)模復雜的邏輯電路設計。它是Altera公司的第4代可編程邏輯器件的集成開發(fā)環(huán)境,提供了從輸入設計到器件編程的全部功能。“自頂向下”設計方法從系統(tǒng)設計人手,在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯,并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述。在功能一級進行驗證,然后用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的,其對應的物理實驗級可以是印刷電路板或?qū)S眉呻娐贰?/p>
1)EDA軟件平臺中具有各類元件設計數(shù)據(jù)庫,同時EDA能夠進行元器件的創(chuàng)建和編輯。為學生掌握各類電子元器件提供了堅實的基礎。
2)EDA軟件平臺中可以完成電路原理圖的設計,通過這一功能可以完成各類元器件構成的電路原理圖。
3)EDA軟件平臺中具有綜合仿真模塊,可以進行多種類型的仿真分析。分析結果波形圖顯示出來,直觀、清晰。
4 應用EDA技術授課的好處
4.1 提高授課質(zhì)量
有些內(nèi)容選用EDA技術授課,傳授方式更直觀,教師感到得心應手,學生也容易接受。例如,組合邏輯電路中的競爭與冒險這部分內(nèi)容一直是學生學習的一個難點。,EDA技術。,EDA技術。在組合電路中,當輸入信號改變狀態(tài)時,輸出端可能出現(xiàn)虛假信號---過渡脈沖的現(xiàn)象稱為競爭冒險。在傳統(tǒng)的教學中,對信號的延時只能采用一些形象的比喻,但初學者對這一概念比較模糊?,F(xiàn)在,我們只需用QUARTUS Ⅱ模擬功能進行仿真,就可以很輕松地讓學生理解這一知識點,分析結果以波形圖顯示出來,豐富直觀的數(shù)據(jù)不但為學生提供方便,而且其得出的結論接近實踐性,同時節(jié)約了時間。,EDA技術。顯然,對某些章節(jié)中存在的教師難講、學生難懂的內(nèi)容,這種授課方式可以起到事半功倍的作用。由于教授方式符合客觀認知規(guī)律,教學質(zhì)量得以提高。
4.2 激發(fā)學生學習熱情,增強學習動力
EDA軟件的實驗環(huán)境是一個虛擬環(huán)境,可以避免使用種類繁多的專用集成芯片,簡化實驗電路。學生用硬件描述語言編寫程序,可以在同一可編程邏輯器件上完成各種不同的數(shù)字電路實驗,避免了連線的繁瑣,豐富實驗內(nèi)容。同時,可在實驗設計構想的指導下開發(fā)一個通用的基于EDA的硬件平臺,來實現(xiàn)所有的實驗內(nèi)容,縮短實驗時間,提高實驗效率。符合學生接受知識的客觀規(guī)律,有助于調(diào)動學習的積極性,提高他們掌握所學知識的能力。課堂上師生互動、生動活潑,氣氛非常活躍。學生的學習興趣及學習動力大為增加。
4.3 以實驗教學為載體。構造創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺
采用EDA技術,那么學生必須自己在充分掌握實驗理論的基礎上自己編寫程序,這有別于傳統(tǒng)實驗,學生僅僅只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗。這將大大調(diào)動學生的主觀能動性,提高知識應用能力。同時EDA工具能給學生創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)境,強化了學生在教學活動中的主體地位,學生做實驗時可以有針對性的選做,使學生具有更大的自由度。也可以在計算機上主動、反復設疑和實驗,由不同實驗結果,選擇最佳設計或?qū)嶒灧桨?。通過驗證、測試、設計、糾錯和創(chuàng)新等方面進行不同形式的訓練,使學生的動手實踐能力得到較好的鍛煉,逐步培養(yǎng)學生的綜合設計能力、創(chuàng)新能力,有利于學生個性和才能的全面發(fā)展。,EDA技術。在此基礎上還可以開設設計性實驗,進行電子實習、電子競賽、職業(yè)技能取證培訓等。
5 結論
在《數(shù)字電子技術》的教學過程引入EDA技術,不僅可以使學生形象、直觀地理解電路的相關原理和工作過程,還可以通過修改電路的形式或參數(shù),與學生一起討論電路中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象,找出解決問題的方法,這樣不僅可以活躍課堂氣氛,提高學生的學習興趣,學生反應易學、新穎、有趣。,EDA技術。同時理論和實驗結合緊密,充分發(fā)揮了學生的積極性和創(chuàng)造性,達到了較好的教學效果。
參考文獻
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【關鍵詞】電工電子;層次化;E-Learning
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2010)01―0082―02
一 引言
現(xiàn)代信息技術悄悄地影響著我們的觀念,改變著我們的生活,也正在影響并逐漸改變著我們的教育理念與教育方式,網(wǎng)絡課程成為各大高校教學改革的熱點方向之一[1]。
雖然在網(wǎng)絡教育的初期,技術方面的要求需要大量的啟動資金,但網(wǎng)絡學習具有個別化、協(xié)作化等特點,基于網(wǎng)絡課程的遠程教育有可能成為未來教育的主流,較為適合我國教育基礎薄弱的國情。
電工電子系列課程是信息類工科的重要基礎課程,各大高校均對該系列課程建設高度重視,在教學體系、教學方法和手段及教學內(nèi)容等方面進行了一系列改革[2],如構建電工電子學模塊化課程體系,分層次設置技能訓練內(nèi)容等[3]。
基于資源的學習是一種具有悠久歷史的學習模式[4],基于資源的網(wǎng)絡學習模式逐漸受到廣大學生的喜愛,構建一個基于電工電子的具有豐富網(wǎng)絡資源的e-Learning系統(tǒng)對電工電子系列課程建設具有十分重要的意義。
二 電工電子系列課程的特點
電工電子系列課程的最大特點是:教學內(nèi)容廣,包括電工、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、控制等諸多內(nèi)容;各知識點相互聯(lián)系緊密,學生專業(yè)要求區(qū)別很大,教學學時數(shù)安排差別大,教學內(nèi)容廣與學時數(shù)相對不足的矛盾突出。
如機械、航海、航空航天等類型本科專業(yè),要求對常見器件及其應用有較多的認識,一般安排100左右(或以上)的學時用于課程理論教學,單獨安排30左右學時用于實踐環(huán)節(jié)教學。力學、化工、環(huán)境、生物、制藥等類型本科專業(yè),要求能熟練利用電工電子設備解決一些常見應用問題,一般安排70左右(或以上)的學時用于課程理論及實驗教學。對工商管理等準工科專業(yè),要求具有一定的電工電子方面的頭腦,能讀懂專業(yè)技術人員的總結性報告,一般安排50左右(或以上)的學時用于課程教學。
對于高職高專類機械、計算機等專業(yè),雖然學生理論基礎知識相對薄弱,但對電子器件的應用技術卻有較高的要求,一般安排60-80學時用于課程理論教學,單獨安排20左右學時用于實踐環(huán)節(jié)教學。
三 電工電子層次化e-Learning的提出
基于電工電子系列課程的重要地位,各大高校均對課程建設提供了大力支持,出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的教學成果。如高教社推出的針對機械、航海、航空航天等類型本科專業(yè)電工電子技術(多學時)課程的電工學(第5版)立體化包,西安交通大學的電工電子技術精品課程等。
目前這方面的教學成果一般均是單一層次的成果(如只面向高職高專或本科多學時),這些單一層次成果來自不同的項目組,使用不同的教材,具有不同的特色,將這些單一層次成果組合,難以適應不同層次電工電子技術課程的教學需求,不利于基于資源的網(wǎng)絡學習模式的開展。
如學習電工電子技術(本科多學時)課程的部分學生在學習過程中往往需要一定的與他們使用的教學資源相吻合的面向電類的電路和電子技術方面的網(wǎng)絡資源支撐,目前雖然存在著很多相關的面向電類的電路和電子技術方面的網(wǎng)絡資源,但絕大多數(shù)學生不具備篩選的能力,這些網(wǎng)絡資源事實上起不到對該課程的拓展支撐作用。
基于上述分析,電工電子層次化E-Learning應圍繞電工電子技術本科多學時、本科少學時、高職高專3個層次展開,多學時版為少學時、高職高專版提供拓展支撐,建立或鏈接相關的電類資源庫,以適應不同層次電工電子技術課程的教學需求。
四 EEDLW電工電子技術(本科多學時版)技術路線
EEDLW電工電子技術(本科多學時版)初期版本2001年底開通,2004年全部建設完成,技術路線如下:
1 以頁為單位按照超文本組織各教學單元知識點,利用網(wǎng)頁制作工具制作為Web頁面,實現(xiàn)各知識點的順序教學。
2 以多媒體數(shù)據(jù)庫為基礎結合SQL語言實現(xiàn)各知識點的查詢教學,采用了基于Web的多媒體數(shù)據(jù)庫智能語義檢索(ISBR)方法。
EEDLW的ISBR搜索方法實例如圖1(經(jīng)過處理,完整頁面可通過啟動IE,進入EEDLW首頁并登陸,在查詢文本框中輸入圖2-3-2后回車進入)
圖1中,查詢源關鍵詞為“圖2-3-2”,經(jīng)ISBR算法查詢,所得目標關鍵詞為“結點電壓法”[5]。查參考文獻5,該知識點的插圖編號為圖2-3-2,具有關聯(lián),故得查詢結果如圖。
EEDLW智能語義檢索方法較好地適應了基于Web的學習型多媒體數(shù)據(jù)庫的檢索要求,大大拓寬了電工電子技術多媒體數(shù)據(jù)庫的檢索范圍。
3 采用ASP結合多媒體數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)階段復習、課余練習、網(wǎng)絡自測等。
EEDLW的階段復習數(shù)據(jù)庫支持圖文混排,參考實例如圖2(經(jīng)過處理,完整頁面可通過啟動IE,進入EEDLW首頁并登陸,選擇“本章小結”,在隨后出現(xiàn)的界面中選擇“本章理論”,在右下角文本框輸入4后回車進入)。
由圖2可看出,階段復習數(shù)據(jù)庫的圖文混排不是一種排版技巧,是綜合了多媒體數(shù)據(jù)庫、Web技術、ASP技術且具有交互性的一種教學方式。它利用超鏈接將一個相對復雜的知識網(wǎng)絡自動圖文混排地組織起來,是面向電工電子技術電子教材的一種靈活的教學手段,較好地適應了不同層次、不同要求讀者的復習要求。
4 采用C++ Builder開發(fā)教師端、學生端兩個Web專用瀏覽器。教師端瀏覽器將產(chǎn)生的超鏈接改變信息廣播,學生端瀏覽器接收到廣播信息后自動鏈接到目標頁面,把這種方式稱為遠程同步教學。
遠程同步教學系統(tǒng)彌補了遠程教育學生與老師準分離特性所帶來的不足,老師可圍繞Web頁內(nèi)容進一步補充講解,從而改善非實時教學中存在的一些缺陷,限于篇幅,其具體實現(xiàn)原理此處不再做展開描述。
5 采用C++ Builder開發(fā)一個具有Web頁面瀏覽功能的專用瀏覽器,并將登陸信息及其相關處理程序集成到這個專用瀏覽器中,將這個專用瀏覽器和被刪除了登陸界面及其相關處理程序的網(wǎng)絡課程共同包裝成一個產(chǎn)品,構成EEDLW的個人版本。
EEDLW個人版專用瀏覽器支持網(wǎng)絡課程版本自動檢測、自動升級等許多功能,較好地實現(xiàn)了EEDLW與讀者的充分交流及相關服務。
五 電工電子層次化e-Learning的初步實現(xiàn)
EEDLW源自2001年初啟動的重慶大學電路及電子技術網(wǎng)絡課程建設項目,2001年12月正式對外開放式教學。2003年9月,為配合與進一步支持國家工科電工電子基礎課程教學基地的建設與驗收工作,為電工電子技術網(wǎng)絡課程(本科多學時版)提供拓展支撐,面向電類的數(shù)字電子技術網(wǎng)絡課程上網(wǎng)教學。
2004年,電工電子技術網(wǎng)絡課程(本科多學時版)建設完成,配套教材出版,電工電子技術(本科少學時版)開始建設。2006年,電工電子技術網(wǎng)絡課程(本科少學時版)建設完成,配套教材出版,電工電子技術(高職高專版)開始建設。2008年4月,電工電子技術(高職高專版)建設完成,配套教材出版。
經(jīng)過近十年的建設,EETDLW建成了面向非電類的電工電子技術本科多學時、本科少學時、高職高專及面向電類的數(shù)字電子技術、信息類的多媒體技術與網(wǎng)頁設計5門網(wǎng)絡課程,教學內(nèi)容涉及電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、電動機、計算機仿真、PLD、PLC、單片機控制、數(shù)字圖像、音頻、視頻、Flas制作、網(wǎng)頁制作與設計等內(nèi)容,能按照非電類電工電子技術課程本科多學時、本科少學時、高職高專3個層次進行教學,電工電子層次化e-Learning初步實現(xiàn)。
六 小結
EETDLW獲第六屆全國多媒體教育軟件大獎賽二等獎等全國性的獎3項,出版電工電子技術(本科多學時版)、電工電子技術(本科少學時版)、電工電子技術(高職高專版)教材3套4本,其中普通高等教育“十五”、“十一五”國家級教材規(guī)劃各1套,支持基于Web的網(wǎng)絡教學交互模式[6,支持智能教學[7]、遠程同步教學、順序教學、查詢教學、階段復習、課余練習、網(wǎng)絡自測等多種教學手段并提供自學、授課、陽關走廊等多種學習風格,是國內(nèi)電工電子領域有較大影響的教學網(wǎng)絡,在應用實踐中得到廣大讀者的好評。今后的主要工作是進一步整合該網(wǎng)絡教學資源,加強宣傳與交流,更好地推動該網(wǎng)絡的深入應用。
參考文獻
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關鍵詞 電工電子實驗;教學探索;課程建設;教學模式
中圖分類號 G712 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219(2015)35-0047-04
應用型本科院校電子信息類專業(yè)學生就業(yè)趨勢對相關專業(yè)學生提出了兩個要求:一方面要求學生具有扎實的理論基礎,能夠熟練運用所學的相關知識分析、設計和仿真各種電路應用形式,從而滿足用人單位需求;另一方面要求學生能夠系統(tǒng)地運用所學理論知識解決實際工程問題。在電子信息類專業(yè)課程建設及教學過程中,對于應用型本科院校來說,電工電子技術實驗課程是學生掌握基本電工電子實踐技巧和理論聯(lián)系實際的重要手段。電工電子技術實驗課程教學不能僅滿足于原理的驗證和基本綜合實驗的實訓,更要立足于拓展學生思路、激發(fā)學生興趣以及增強學生創(chuàng)新意識。
一、教學現(xiàn)狀
目前,電子信息類專業(yè)重要的基礎課程包括電路原理、模擬電子技術、數(shù)字電子技術和電子綜合課程設計。如何最大程度地培養(yǎng)學生在電工電子技術實驗課程中的應用實踐能力,是目前電工電子類實驗教學的關鍵任務。對于模擬電子技術實驗而言,學生難于理解抽象的理論知識,不能掌握實驗的目的和精髓。對基本的實驗知識點只是機械地按照教師的要求去完成,并不能有效地啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。對于數(shù)字電路邏輯設計實驗而言,建立邏輯模型,邏輯代數(shù)基本定律、組合邏輯和時序邏輯的實驗分析和設計是學生學習數(shù)字系統(tǒng)的基礎。而學生在學習模擬電路后,面對離散的邏輯分析,與模擬電路存在較大差異,容易使學生的學習能動性降低。所以,只有在做大量的綜合型驗證實驗的基礎上,才能讓學生在抽象的理論知識和實踐動手能力上得到雙重提升。
然而,在電工電子技術實驗教學過程中,教師遇到的難題在一定程度上直接或間接地影響著教學質(zhì)量[1]。首先,教學資源的限制使得教師在課程的開展過程中力不從心。就大多數(shù)國內(nèi)普通高等院校而言,實驗采用的硬件平臺數(shù)量有限,性價比較高的硬件元器件不多,使得模擬電路、數(shù)字電路的綜合設計實驗完成情況不夠理想。其次,授課課時數(shù)量的減少對于系統(tǒng)完成實驗教學內(nèi)容帶來較大影響。課時減少意味著課程進度的加快,而課程進度的加快使得實驗操作步驟進一步簡化,學生對于實驗的理解弱化。基于上述分析,由于教學過程中存在的種種問題,學生學習興趣大打折扣,而且他們對于模擬和數(shù)字電路的基礎掌握不夠扎實,幾乎無法進行獨立的中小規(guī)模電子線路系統(tǒng)的設計。對于課程本身而言,電工電子技術實驗教學并沒有帶來顯著的教學效果,從系統(tǒng)上實現(xiàn)綜合課程設計更是紙上談兵。
二、教學創(chuàng)新探索
面對電工電子技術實驗課程教學過程中存在的問題,結合長春理工大學國家級電工電子實驗中心(以下簡稱中心)的實踐教學經(jīng)驗,本文對電工電子技術實驗課程創(chuàng)新性教學進行了深入研究:以實驗教學改革為核心,以實驗資源開放共享為基礎,以高素質(zhì)實驗教學隊伍和完備的實驗條件為保障,創(chuàng)新管理機制,全面提高實驗教學水平和實驗室使用效率。通過教學模式改革培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力以及提高教學質(zhì)量。
(一)實驗教學體系構建
中心從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā),建立以能力培養(yǎng)為主線,分層次、多模塊、相互銜接的科學系統(tǒng)的實驗教學體系,與理論教學既有機結合又相對獨立。實驗教學內(nèi)容與科研、工程、社會應用實踐密切聯(lián)系,形成良性互動,實現(xiàn)基礎與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機結合。引入、集成信息技術等現(xiàn)代技術,改造傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容和實驗技術方法,加強綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗。基于此,中心提出“面向四個專業(yè)類,進行三個層次教學,達到培養(yǎng)學生三種能力,構建四個知識系統(tǒng)”的“四三三四”實驗教學體系,其中面向四個專業(yè)類包括電子信息類、物理化學類、電子信息關聯(lián)類(如光電、機電和計算機等)和經(jīng)濟管理類;三個層次教學即基礎類實驗教學、提高類實驗教學及科技創(chuàng)新實踐教學;培養(yǎng)學生三種創(chuàng)新能力涵蓋基本實驗能力、綜合實驗能力、創(chuàng)新精神和工程實踐能力;四個知識體系體現(xiàn)在場與波、信號、微電子技術和電路系統(tǒng)[2]。
(二)內(nèi)容及方法改革
首先,當今國內(nèi)外實驗教學技術發(fā)展迅速,嵌入式處理器的應用達到前所未有的高度。隨著市場成本的降低以及嵌入式處理器的處理和控制能力的提升,使得這項技術發(fā)展的速度越來越快,因此,片上可編程系統(tǒng)(Programmable System-on-Chip, PSoC)應運而生。PSoC技術的實質(zhì)就是將CPU、模擬和數(shù)字子系統(tǒng)集成在單芯片上。以PSoC芯片和相關軟件開發(fā)工具為代表的硬件設計平臺和軟件設計工具引領著未來的設計方向。因此PSoC技術既可以滿足模擬電子技術的設計需求[3],也可以滿足數(shù)字電子技術的設計需求,同時還可以進行混合設計,使學生可以從根本上了解自己的實驗內(nèi)容,其為電工電子技術實驗帶來了翻天覆地的變化?;诖?,使用PSoC技術進行嵌入式系統(tǒng)設計具有以下優(yōu)點[4]:定制,基于PSoC嵌入式系統(tǒng)的設計人員可以很靈活地選擇所要連接的外設和控制器,因此設計人員可以設計出一個獨一無二的外設,這個外設可以直接和總線連接;降低元件成本,由于基于PSoC平臺的嵌入式系統(tǒng)的功能多樣性,以前需要用很多元件才能實現(xiàn)的系統(tǒng),現(xiàn)在可以使用一個PSoC芯片實現(xiàn);硬件加速,選擇PSoC技術的一個重要的原因就是,PSoC能在硬件和軟件之間進行權衡,使嵌入式系統(tǒng)達到最大的效率和性能。針對該技術的實踐創(chuàng)新特點,中心在未來的實驗內(nèi)容及方法中,通過該技術搭建芯片級的電子技術實驗內(nèi)容,將有效提高學生的工程應用能力和實踐經(jīng)驗。
其次,實踐性強是電工電子技術實驗課程的最重要特點。實驗內(nèi)容的科學化能夠提高學生的主動創(chuàng)新意識,是提高實驗教學環(huán)節(jié)的基石。理論教學和實驗教學具有彼此依存的緊密關系,一般來說,將電學理論和實踐經(jīng)驗相互統(tǒng)一,才能較全面的認識和理解本門學科的本質(zhì)。相對而言,對于應用型本科院校的學生來說,能夠解決實際的工程問題在就業(yè)時往往起到更關鍵作用。所以,實驗環(huán)節(jié)和理論學習在教學過程中具有同樣重要的意義。
中心根據(jù)實驗性質(zhì),將電工電子技術實驗分為電工技術實驗、模擬電子技術實驗、數(shù)字電子技術實驗、電子電路計算機輔助分析與設計實驗四大類。這四大類實驗涵蓋了電工電子基礎教學的各個方面。單一的從實驗性質(zhì)方面分類只能從實驗內(nèi)容上實現(xiàn)全覆蓋,而如何科學的劃分實驗難度和提高學生實驗興趣則不能得到很好的說明和分析。基于此,中心從實驗教學目的出發(fā),將電工電子技術實驗重新分驗證型實驗、綜合型實驗、設計型實驗和創(chuàng)新性實驗四大類。這四類實驗各有不同的側重點[5]。
驗證型實驗。首先要求學生加深和鞏固對本學科基本理論的理解;其次要求學生掌握基本實驗方法,學會觀察和分析實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù),熟悉基本實驗技能。此類實驗題目相對簡單,隸屬于某一類實驗性質(zhì),實驗內(nèi)容為基礎性實驗,該部分實驗可以為后續(xù)復雜實驗題目積累經(jīng)驗。
綜合型實驗。在驗證型實驗的基礎上完成一定強度的綜合實驗訓練,就這方面而言,綜合型實驗仍然局限在某一實驗性質(zhì)當中,但是其電路原理和連接方式都有了一定的難度和復雜性。因此這類實驗題目不應過多,在整個實驗體系中起到承上啟下的作用。
設計型實驗。在4類不同實驗性質(zhì)的綜合型實驗基礎之上開展設計型實驗,其重點是綜合運用不同實驗性質(zhì)的實驗方法和技巧完成電路設計和實現(xiàn)。此類實驗主要配合模擬電子技術和數(shù)字電子技術兩門課程進行,通過數(shù)?;旌想娐诽岣邔W生綜合運用所學知識解決實際問題的能力。
創(chuàng)新型實驗。該實驗類別是具有研究性、探索性和創(chuàng)造性的大型實驗項目。通過綜合運用各種實驗設備、儀器或模塊完成實驗題目。創(chuàng)新型實驗的題目通常來自科研項目或生產(chǎn)實踐遇到的具體問題,所涉及的知識點涵蓋多門課程甚至多個交叉學科。學生通過查閱文獻、提出方案、電路設計、實驗聯(lián)調(diào)、撰寫報告和答辯討論等步驟體會電工電子技術實驗的價值和意義,積累實踐經(jīng)驗,獲得全面鍛煉。
通過上述分析,驗證型實驗和綜合型實驗屬于某一類實驗性質(zhì)框架下的實驗項目,而設計型實驗和創(chuàng)新型實驗則需要綜合運用所學知識解決實際工程問題。根據(jù)長春理工大學國家級電工電子實驗教學中心的授課情況和中心教師教學經(jīng)驗,現(xiàn)將實驗類型與所需學時比重進行總結,見表1。
表1 實驗類型與所需學時比重關系
實驗類型 學時比重(%)
電工技術驗證型實驗 5
模擬電子技術驗證型實驗 5
數(shù)字電子技術驗證型實驗 5
電工技術綜合型實驗 5
模擬電子技術綜合型實驗 5
數(shù)字電子技術綜合型實驗 5
電子電路計算機輔助分析與設計實驗 10
電工電子技術設計型實驗 20
電工電子技術創(chuàng)新型實驗 40
三、教學探索保障
(一)實驗教學隊伍建設
中心重視實驗教學隊伍建設,在學校政策的前提下,采取有效的措施,鼓勵高水平教師投入實驗教學工作。建設實驗教學與理論教學隊伍互通,教學、科研、技術兼容,核心骨干相對穩(wěn)定,結構合理的實驗教學團隊。中心形成一支由學術帶頭人或高水平教授負責,熱愛實驗教學,教育理念先進,學術水平高,教學科研能力強,實踐經(jīng)驗豐富,熟悉實驗技術,勇于創(chuàng)新的實驗教學隊伍。
中心現(xiàn)有教師66人。專職教師55人,其中:正高級19人,副高級19人;博士27人,碩士16人;45歲以上教師21人,45~35歲教師18人,35歲以下教師16人;近五年,增加教師7人;35歲以下青年教師博士學歷由1人增加到9人。教師隊伍職稱、年齡和學歷等結構更趨合理,梯隊建設效果顯著;中心團隊被多次被評為吉林省優(yōu)秀教學團隊。近五年,中心教師承擔70余項教改和科研項目,其中省級以上項目達到80%;發(fā)表教改論文69篇,學術論文189篇。涌現(xiàn)了吉林省科技咨詢專家3人,吉林省第三屆“創(chuàng)業(yè)先鋒”1人,吉林省第三批高級專家1人,吉林省第十一屆青年科技獎獲得者1人,吉林省高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才1人,在2012年09月“首屆全國高校青年教師教學競賽”獲全國二等獎1項。
中心構建了6個課程梯隊和4個科研梯隊,課程與科研梯隊互通。教師既承擔理論教學,也承擔實驗、實踐教學工作,提高了實驗隊伍的穩(wěn)定性。擁有電路與系統(tǒng)、信號與信息處理2個學科,設置博導和碩導崗位,提高兼職教師工作積極性。中心教師數(shù)量穩(wěn)中有升,青年教師業(yè)務水平迅速提升,兼職教師工作積極。
(二)運行機制和管理方式
中心于2004年開始采用信息化管理手段,此后不斷改革與完善。2008年進一步完善了網(wǎng)站,2010年進一步完善了實驗預約管理系統(tǒng)和虛擬實驗室系統(tǒng),2011年新建了視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡化實驗室信息反饋等平臺。
中心網(wǎng)站共分16個一級欄目,實驗預約管理系統(tǒng)與中心網(wǎng)站結合,很好地解決了學生數(shù)量大、公共時間少、排課困難、實驗室資源利用率低、實驗效果評價不客觀等難題。實驗預約登記管理系統(tǒng)相關成果獲得吉林省教育技術成果三等獎。虛擬實驗室建設有“儀器設備認識”“網(wǎng)絡教學”“視頻點播”等項目,解決了資源相互需求、相互依賴的矛盾,為學生創(chuàng)新思想交流提供了平臺。網(wǎng)絡化實驗信息反饋系統(tǒng)能夠使教師和學生隨時查詢實驗室開放情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)設置了32個終端,實現(xiàn)全校所有聯(lián)網(wǎng)終端對實驗室的實時監(jiān)控,既確保了實驗室安全,也有利于提高開放實驗教學和管理高質(zhì)量運行。通過上述網(wǎng)絡化、智能化、數(shù)字化手段管理實驗室,有利于開放式實驗教學和人性化管理。
中心網(wǎng)絡化電子教案、課件、錄像等實驗資源豐富,涉及電子電路課程群、電磁場課程群、信號處理課程群相關課程的理論、實驗和實踐等各個方面,總資源達2.6GB,三年訪問量達到12000人次。
通過結合長期積累形成的優(yōu)質(zhì)教學資源和成果,建設并搭建了信息化輔助教學平臺,通過平臺服務學生和教師信息交流,實現(xiàn)了課內(nèi)、課外統(tǒng)一,并且為實驗室開放運行和網(wǎng)絡輔助實驗教學奠定了基礎。平臺的相關模式為學校開發(fā)教學管理系統(tǒng)提供了支撐,同時,相關軟件及信息化資源獲得2項吉林省教育技術成果獎。
(三)強化校企合作
中心先后與飛思卡爾半導體公司、上海未來伙伴機器人公司以及美國安捷倫公司等十多家企業(yè),創(chuàng)辦和協(xié)辦了“飛思卡爾智能汽車大賽”“機器人控制大賽”“無線電發(fā)射比賽”等多項比賽,并提供培訓、訓練和實踐支持,每年受益學生達500多人。近五年,中心組織競賽10項,共計48次,學生獲得省級以上競賽獎達118項,在吉林省名列前茅。此外依托中心建立的“吉林省大學生創(chuàng)新實踐基地”,極大地豐富和活躍了實驗室開放的內(nèi)容和形式,在指導學生開展課外學術科技活動、培養(yǎng)具有較強科技創(chuàng)新能力的特色人才等方面,發(fā)揮了積極作用,形成了學生培訓、創(chuàng)新、實踐基地和科技骨干人才培養(yǎng)基地。
參 考 文 獻
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論文關鍵詞:電子系統(tǒng);設計方法;設計能力
隨著科學技術的發(fā)展、知識經(jīng)濟時代的到來,社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應該具有扎實的基礎理論知識、較強的實踐能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)精神和協(xié)調(diào)能力、強烈的責任感和服務意識等。
當今世界,電子產(chǎn)品不斷更新發(fā)展,并且向智能化方向發(fā)展,日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產(chǎn)品設計和創(chuàng)新中的重要性。新產(chǎn)品的更新?lián)Q代促使用人單位對電子信息專業(yè)的學生有更高的要求:第一,要有扎實的專業(yè)基礎知識,例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數(shù)字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程;第二,動手能力要強;第三,要能緊跟電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,要有較強的適應工作的能力,使用先進應用軟件的能力,例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調(diào)試。用人單位對畢業(yè)生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外,還要求畢業(yè)生具有基于單片機系統(tǒng)的電子產(chǎn)品的設計經(jīng)驗。
電子設計競賽正是對人才全面培養(yǎng)、更新教育理念、改革教學方法和內(nèi)容等起到了促進作用,具有極其重要的現(xiàn)實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術,是跨學科的、系統(tǒng)的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽,特對綜合電子系統(tǒng)設計的教學模式、課程內(nèi)容、教學方法及考評進行改革。
一、綜合電子系統(tǒng)設計課程的性質(zhì)
電子系統(tǒng)設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統(tǒng)的設計,包括系統(tǒng)軟硬件設計及系統(tǒng)調(diào)試等多方面的知識。電子系統(tǒng)設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心,由“模擬電子技術”、“數(shù)字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業(yè)課程,通過本課程的理論學習和動手實驗,培養(yǎng)學生的專業(yè)知識綜合運用能力、系統(tǒng)分析能力和電子產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新能力。
學生經(jīng)過前期基礎課的學習,通過隨課的驗證性實驗,對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握,在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調(diào)試,通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數(shù)是教材內(nèi)容原理的演示和再現(xiàn),實驗內(nèi)容和方法都是老師指定,學生基本沒有進行系統(tǒng)級的設計和實訓,綜合實踐能力有待提高,學生沒有發(fā)揮自己的主觀能動性,積極性不高,不利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。
鑒于上述情況,對綜合電子系統(tǒng)設計的理論內(nèi)容和實踐方法進行改革創(chuàng)新。
二、綜合電子系統(tǒng)設計理論課內(nèi)容
根據(jù)本課程的實際情況和學生所具備基礎知識,安排如下幾個環(huán)節(jié):模擬電路單元設計,數(shù)字系統(tǒng)單元的設計,微處理器單元電路的設計以及電子系統(tǒng)抗干擾技術等環(huán)節(jié)。
結合全國電子大賽,模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件(電子、電容)的計算和選擇;直流穩(wěn)壓電源的設計方法以及參數(shù)元器件的選擇;各種信號產(chǎn)生的方法,重點講述數(shù)字頻率合成DDS的原理和實現(xiàn)技術。以上這些單元內(nèi)容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環(huán)節(jié)而選擇的,通過這些內(nèi)容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。
數(shù)字系統(tǒng)設計單元主要講解數(shù)字系統(tǒng)設計方法,突出現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計——EDA設計方法;可編程邏輯器件的特點及選擇;數(shù)字系統(tǒng)設計舉例,比如AD、DA控制器的實現(xiàn)、交通燈控制器的實現(xiàn)、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規(guī)模可編程邏輯實現(xiàn)中等難度的數(shù)字邏輯系統(tǒng)。
微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器,例如51內(nèi)核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號,介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據(jù)項目需求來選擇合適的微處理器;根據(jù)學生目前對微處理器的掌握和學習情況,重點講述基于單片機串行通信的設計,包括幾種流行的串行通信協(xié)議:SPI協(xié)議、IIC協(xié)議、UART協(xié)議以及one—wire協(xié)議,分析它們的特點,在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協(xié)議;以具有這些總線協(xié)議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。
在微處理器單元里,另外的重點內(nèi)容多基于單片機的并行通信設計,包括常用的人機接口電路(鍵盤、LCD、LED顯示),這是在大多數(shù)的電子系統(tǒng)設備中都具有的,學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。
電子系統(tǒng)抗干擾技術也是綜合電子系統(tǒng)設計中非常重要的內(nèi)容。當系統(tǒng)處在比較惡劣的環(huán)境下,抗干擾設計的好與壞直接決定了系統(tǒng)能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強,但是用微處理器構造的控制系統(tǒng)仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統(tǒng)的干擾,并確保電子系統(tǒng)安全可靠運行,必須采取相應的抗干擾措施。電子系統(tǒng)的干擾主要來自于供電系統(tǒng)、過程通道及空間電磁波。電子應用系統(tǒng)的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。
在這一章節(jié)里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統(tǒng)可靠性測試等綜合知識。通過對本小節(jié)的學習,使學生應達到以下目標:熟悉系統(tǒng)的各種干擾來源及形式;學會供電系統(tǒng)及過程通道的抗干擾措施;能說出在印制電路板設計中體現(xiàn)的抗干擾措施;學習設計軟件陷阱及看門狗電路,從而為綜合電子設計系統(tǒng)設計打下良好的基礎。
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三、精心設計安排實驗
這門課實踐性很強,除了教師講述的理論內(nèi)容和方法外,安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創(chuàng)新和各種電子設計的比賽,提升學生分析問題、解決問題的能力,從而提高他們的實際動手能力。根據(jù)課程的內(nèi)容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗,要體現(xiàn)獨立思考的能力。
教師布置實驗題目、講述方法,學生以實驗項目為中心,整合理論知識,查閱相關資料,具體的實驗方案和電路要學生自己去網(wǎng)上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前,電路圖以及程序代碼要在課下完成,實驗室只是調(diào)試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去,使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升;也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料,提高他們獨立自主的學習能力。同時,教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己,積累經(jīng)驗。
結合電子設計競賽,安排各章節(jié)相應的實驗項目:模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計;重點是直流穩(wěn)壓電源的設計;數(shù)字系統(tǒng)單元設計安排了數(shù)字頻率計、交通燈控制器,重點是DDS數(shù)字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統(tǒng)。鑒于目前的實驗條件,這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里,利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩(wěn)壓電源的設計;在數(shù)字電路系統(tǒng)設計中,利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數(shù)字頻率合成的實驗;微處理器單元,利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下,為學生提供了一個展示才華的平臺,充分發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力。
四、綜合電子系統(tǒng)設計的考核標準
目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的,但對于綜合電子系統(tǒng)設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程,不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。
為了真正鍛煉學生的實際動手能力,對這門課的考核采取如下方式:平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%;實驗占30%(其中課前預習的情況比重占80%);最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目,在確定最佳設計方案后,到實驗室完成了系統(tǒng)單元電路的仿真,進行安裝、測量和調(diào)試,把實際的設計作品做出來。也可以根據(jù)學科專業(yè)方向并結合自身興趣,自主選擇一個課題作為課程的設計項目,經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃、設計、電路實現(xiàn)、系統(tǒng)調(diào)試完成一個完整的電子作品;最后通過驗收、答辯、總結、演講結束課程的學習。在系統(tǒng)的制作和調(diào)試過程中,讓學生想方設法采取各種措施解決所遇到的實際問題,不斷調(diào)整參數(shù),修改和完善設計方案,得到真正的訓練。
[關鍵詞]電子技術;實踐教學;創(chuàng)新;改革
數(shù)字電子技術課程是信息類、計算機類、電氣類等專業(yè)的基礎課程,通過對數(shù)字電子技術課程的學習,讓學生掌握這門課程的基本知識、基本理論及基本技能,清楚電子技術的發(fā)展進程,為以后的專業(yè)知識學習做好鋪墊和基礎。數(shù)字電子技術課程一般被分為理論和實踐兩個部分,實踐部分作為理論教學的補充,有著非常重要的作用。實踐教學不但能激發(fā)學生的學習積極性,提高學生運用理論知識進行設計及分析的能力,還能提高學生主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,促進學生的全面發(fā)展。如今,隨著新課程改革的進程不斷深入,數(shù)字電子技術課程的教學時間被一再壓縮,這就對這門課程的教學提出了新的挑戰(zhàn):要讓學生在有限的學時里領會數(shù)字電子技術的理論知識,并通過理論進一步掌握數(shù)字電子技術的實踐方法,進而提高學生的實踐技能和動手能力。同時,通過學生的實踐活動,讓其更加深入地了解電子技術理論知識的內(nèi)涵。因此,應該重視實踐教學的作用及地位,更加科學合理地安排學生的實踐活動,并提高實踐教學的要求。
一、完善實踐教學方式
首先,建設多媒體實驗教學系統(tǒng)。通過先進的計算機多媒體技術,把教學所需的實驗步驟、理論示意圖、注意事項等制成精美的實驗教學課件,對圖像、聲音、文本、視頻等多媒體元素進行加工處理,加強教學效果,優(yōu)化課堂教學,提高學習效率。這種方式避免了傳統(tǒng)電子技術實踐教學中枯燥、刻板的缺點,激發(fā)了學生的學習積極性。其次,建設虛擬實驗教學平臺。虛擬實驗教學平臺能夠增強學生對電路的認知,掌握各種電子儀器的使用方法及測試方法,讓每個學生都可以動手實踐,進行電子元件接線及設定儀器參數(shù),一邊連線測試,一邊修改分析,還可以對比理論計算的結果。通過虛擬實驗教學平臺提供的能夠隨時修改和調(diào)整的儀器參數(shù),分析其對電路的影響,在使用和測試過程中,將理論與實踐結合起來,增強學生的實踐能力及對理論的理解。再次,不斷完善網(wǎng)絡實踐教學平臺。將多媒體網(wǎng)絡課件、實踐教育資源、網(wǎng)絡教育平臺等有機結合起來,組成立體化的網(wǎng)絡教學資源,學生通過網(wǎng)絡自行決定實驗內(nèi)容、實驗時間,鼓勵學生自由發(fā)揮,培養(yǎng)學生的自主實驗能力和創(chuàng)新實踐能力。
二、改進實踐教學環(huán)境
一般來說,電子技術實踐的教學環(huán)境要滿足從課題設計到課程實踐各個方面實踐教學的需求,它包括軟件建設和硬件建設兩個部分。軟件建設以提高實踐教學的創(chuàng)新和管理為主,包含資源共享、管理規(guī)范、操作要求等;硬件建設以完善實驗室建設為主,包含實驗設備、實驗場地、實驗配套軟件等。首先,要充分利用現(xiàn)有的實驗設備?,F(xiàn)階段,實驗室一般都由各個教研組管理,大部分實驗設備都是用作理論課程的實驗,各個教研組之間各行其是,實驗設備利用率不高。面對這樣的問題,應該把實驗室從教研組分離出來,建設統(tǒng)一的實驗中心,把實驗設備統(tǒng)一管理,提高利用率。其次,要及時更新實驗設備。隨著時代的發(fā)展,一些陳舊落后的實驗設備已經(jīng)無法滿足實踐教學的要求,因此,要及時購買先進的實驗設備,使實踐教學跟上電子技術發(fā)展的腳步,讓學生了解最先進的電子技術與產(chǎn)品。再次,引入虛擬實驗平臺。ElectronicsWorkbenchEda(EWB)是一款小巧但仿真功能十分強大的計算機軟件,它被稱為虛擬電子實驗室。虛擬實驗是指借助多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術在計算機上構造一個可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關實驗環(huán)境,通過仿真調(diào)試、電路設計及對數(shù)據(jù)和參數(shù)的分析,達到實驗效果的一種新型的實驗方法。將其作為傳統(tǒng)實驗的補充,能夠使學生熟悉仿真軟件技術,同時把理論知識和實驗內(nèi)容緊密聯(lián)系起來,可以較全面地反映和概括所學的知識。這樣一來,不僅利用了實驗教學參與性強、操作性強的特點,還發(fā)揮了計算機資金投入少、直觀、迅速的優(yōu)勢。除此之外,要創(chuàng)設開放式的實踐教學環(huán)境。開放式實踐教學是為了給學生創(chuàng)設一個輕松的學習及實踐環(huán)境,給學生創(chuàng)造自主學習和探索的時間和空間。由于新入學的學生對電子工藝的知識和技術還不夠熟練,應該安排教師輔導學生,實驗室也應對學生全天開放。學生在實驗室中能夠熟悉電子儀器的原理和使用方法、焊接技術、小型電子產(chǎn)品的制作、印刷線路板的制作、電子線路的檢測等,為以后的電子技術實驗打下堅實的基礎。同時,開放式的實踐教學還可以把科研活動與實踐教學結合起來,讓學生積極參與教師的科研活動,培養(yǎng)學生的科研能力、操作能力和創(chuàng)新能力。
三、建設實踐教學師資隊伍
要想培養(yǎng)出高素質(zhì)的實踐型人才,必須有一支高水平的實踐教學師資隊伍,教師隊伍水平的高低關系著實踐教學質(zhì)量的好壞。首先,要采用激勵考核機制。學校應采用教學崗位聘任制,設置主講教師、主講教授。對主講教師、教授給予高薪酬的激勵制度,充分調(diào)動教師進行實踐教學的積極性。其次,重視教師培訓,構建合理的教師隊伍。鼓勵教師參加繼續(xù)教育,深入產(chǎn)業(yè)第一線,了解行業(yè)的發(fā)展前景,豐富自身的實踐經(jīng)驗,結合實踐開展教研活動。鼓勵教師參與教學改革、發(fā)表學術論文、定期參與教學研討會,提高教學水平。再次,改革教育教學體制,改善管理方式。為了滿足當今實踐教學的需求,應深化體制改革,建立健全人事聘任制度、教學激勵制度、工作考評制度,提高實踐教學的水平和質(zhì)量。電子技術實踐教學的改革和創(chuàng)新,能夠為學生發(fā)展個性、自主學習提供所需的空間和時間,有利于提高學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識,進而全面提高實踐教學質(zhì)量。
四、優(yōu)化實踐教學內(nèi)容
根據(jù)當今電子技術的發(fā)展進程及學生的實際情況,合理選擇實踐教學內(nèi)容。應該給學生設置豐富且層次多樣的實驗項目,通過設計層次多樣的實驗項目,既可以促進學生的全面發(fā)展,又有益于教師專業(yè)水平的提高。首先,運用基礎實驗來鞏固學生的理論知識。實踐教學的第一層次是進行驗證方法性或原理性為主的課程實驗。通過一些驗證性、演示性的實驗,使學生加深對所學原理或理論的理解,培養(yǎng)學生的基礎實踐技能。在教學過程中,應盡量避免課程實驗,真要做時,教師應指導學生熟悉電子電路的測試方法,引導學生注意實際操作中的突發(fā)狀況等問題。其次,運用課程設計來培養(yǎng)學生的實際應用能力。實踐教學的第二層次是以理論和原理為主的課程設計。一般來說,課程設計需要應用不同課程的知識來解決一個實際問題,進而培養(yǎng)學生的理論知識運用能力。再次,運用綜合應用實踐,培訓學生的創(chuàng)新能力。實踐教學的第三層次是綜合應用實踐,它需要綜合應用不同課程的知識,設計出具有一定應用價值的項目,以達到綜合應用的需求。這樣就能夠培養(yǎng)學生自主制定實驗方式、實驗過程及獨立實驗的能力,為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力打下了堅實的基礎。除此之外,可以運用專題設計來提升學生的工程素質(zhì)。實踐教學的第四層次是專題設計實踐,專題設計大部分以真實的工程為背景,讓學生自行探索、自主進行實驗研究,不僅可以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,還能提高學生的工程素質(zhì)。綜上所述,電子技術的實踐教學是一種極其重要的教學方式,如今已被廣泛運用于電子技術教學中,但是其課時短、任務重的特點又對實踐教學提出了不小的挑戰(zhàn)。因此,教師應不斷革新實踐教學方法,激發(fā)學生的學習熱情和積極性,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,鍛煉學生的實踐能力,促進學生綜合素質(zhì)的提高。
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關鍵詞:電子類課程;數(shù)學與信號類課程 ;計算機類課程;教學方法
本論文受成都理工大學2007年教學改革研究基金《電子信息類專業(yè)課程教學方法的創(chuàng)新與實踐》項目(項目編號:200719)和四川省2008年精品課程《數(shù)字通信原理》項目資助。
中圖分類號:G642 423 文獻標識碼:A
由電子與通信和計算機科學交叉而形成的電子信息科學, 是目前乃至今后一段時間最具生命力的技術領域之一。而電子信息技術是一個復雜的多層次、多專業(yè)的技術體系, 信息技術革命推動了它的更新?lián)Q代, 該技術領域的知識更新速度是其他領域的4 倍。因此電子、信息類專業(yè)知識的學習任務相對較重,課堂教學的信息量較大。
為了讓學生能盡快地接收更多的知識,我們電子信息類專業(yè)教師需要長期研究如何把電子課件等新型教學方法更好地應用于電子類專業(yè)課程課堂教學中,如何將單一的教學方式豐富起來,從而提高教學效果,改善教學質(zhì)量。我們課題組老師長期致力于此方面研究與實踐,并于2007年申報了成都理工大學校級教改項目《電子信息類專業(yè)課程教學方法的探討與實踐》。首先研究了電子信息類專業(yè)課程的特點,然后根據(jù)不同的課程特點研究出相應的教學方法。下面做一些簡單介紹。
一、電子信息類專業(yè)課程的特點
近些年來,由于電子信息技術的快速發(fā)展,電子信息類專業(yè)課程在教學內(nèi)容上有了相當大的調(diào)整,但仍可以將課程大致劃分為三大類,即:
(一)電子類課程:包括電路分析基礎、模擬電子技術基礎、數(shù)字電子技術基礎、電子系統(tǒng)設計等;
(二)數(shù)學與信號類課程:包括信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號與處理、自動控制原理、通信原理等;
(三)計算機類課程:包括計算機引論、C++程序設計、數(shù)據(jù)庫原理及應用、計算機網(wǎng)絡、微機原理及接口技術等;
電子類課程的主要專業(yè)基礎課程是《電路分析》、《模擬電子技術》和《數(shù)字電子技術》三部分,數(shù)學與信號類課程的主要專業(yè)基礎課程是《信號與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號與處理》,計算機類課程的主要專業(yè)基礎課程包括《計算機引論》、《C++程序設計》、《數(shù)據(jù)庫原理及應用》。
這三類課程對學生的功底要求各不相同。電子類課程要求學生具有一定的數(shù)學功底,相當?shù)奈锢碇R;同時,對學生在實踐方面也有較強的要求;數(shù)學與信號類課程要求學生具有相當?shù)臄?shù)學功底;計算機類課程要求學生有較強的邏輯分析能力,對學生的實踐能力要求較強。
在這里,值得一提的是:有些課程的類別難于劃分。如《DSP技術及應用》這門課程既需要信號類課程的基礎,又離不開在實際電路方面的編程。在考慮這類課程的教學方法時,我們應根據(jù)不同的教學內(nèi)容做相應的考慮。
二、針不同類課程的不同內(nèi)容,調(diào)整相應的教學方法和教學手段
(一)在課堂教學中,過去一般采用傳統(tǒng)教學方式,學生都是被動接收知識。隨著教育現(xiàn)代化進程的不斷推進和素質(zhì)教育的深入, 大多數(shù)的課程教授已經(jīng)采用了多媒體輔助教學,使得課堂教學手段有了更多靈活和直觀的方式。
在具體的課程中,我們應根據(jù)情況來制作相應的課件。針對不同課程的不同知識點,選擇相應的教學方法。如對電子類及數(shù)字與信號類課程的基礎理論,考慮到它是整個課程的基礎, 我們要進行詳細的、系統(tǒng)的介紹,在教學上要注意加強例題及定理的講解,盡量板書書寫推導步驟或?qū)⑵鋭討B(tài)地在課件中播放出來。例如在電路類的基礎課程《電路分析中》,戴維南等基本定理的講解就需要反復講解,占用較長的時間。而對計算機類的基礎課程,課件內(nèi)容則要豐富得多。
對于基于原理的應用等內(nèi)容,我們則更強調(diào)其應用。如對電路的器件,則重點講解其外部特性、作用、主要參數(shù)等,而簡化其內(nèi)部結構介紹。
對于基本方法,我們更注重加強引導學生分析解決實際問題的能力,淡化純粹的解題技巧的訓練。如在《通信原理》的課程中,多次講到信號的頻譜成分的分析,我們則重點強調(diào)分析方法的使用,忽略推導過程,注重其計算結果。
在具體教學過程中,我們以培養(yǎng)學生綜合應用能力和創(chuàng)新能力為導向,課堂綜合運用音頻、視頻等多媒體案例進行互動教學,拓展了教學途徑。首先,我們將大量的教學信息預先放置在課件當中,延長了課堂的有效講解時間。這在各種課程中都有體現(xiàn),其中電路類中的復雜電路圖的講解往往都將電路圖預先畫在課件中,節(jié)省了教師畫電路的大量時間。其次,為了避免課件中信息量過多,對重點和難點,我們還注重使用Flash 等工具將靜止的內(nèi)容進行動態(tài)表現(xiàn),吸引學生的注意力,并激發(fā)學生去思考。如我們講解通信系統(tǒng)中信號的傳輸時,就采用Flash將信號的傳遞過程動態(tài)地表現(xiàn)傳來,讓學生對信號在傳輸過程中變換和處理過程有了非常深刻的理解。最后,由于課件不能回答問題,我們在教學中還要注意加強師生交流,設置必要的提問等交流過程。如計算機編程類的課程中,程序的設計就應當通過必要的提問激發(fā)學生積極參與,將程序流程圖逐步引出,逐漸讓學生進一步思考解答整個問題。
(二)隨著電子信息技術的飛速發(fā)展,仿真技術在實驗過程中得到了廣泛的應用,我們也在嘗試建立一種基于模擬仿真實驗的新的教學模式,如將EDA、Matlab等運用到教學過程中,利用仿真工具制作出的電子課件具有更多的功能。例如我們在信號類課程中利用Matlab制作出的系統(tǒng)框圖具有信號的仿真功能,教學效果較好。還有我們課題組中的教師開設了《計算機輔助電路分析》的公選課,加強學生分析問題的能力。
三、完善實踐教學環(huán)節(jié), 加強培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力
由于電子信息技術實踐性很強,其中電子類課程強調(diào)學生的硬件動手能力,計算機類課程和信號類課程強調(diào)學生的軟件動手能力,因此我們通過合理安排實驗、實踐及實習整個課程體系來加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(一)對一些對動手能力要求高的課程,我們將課堂教學直接引進到實驗室。例如,原來的《電子CAD》課程是把講課和實驗分開,上完一次課程,然后在實驗室上一次機,這樣學生不能馬上自己動手實踐老師上課講過的東西,教學效率不高。我們后來將該課程改為全部引入實驗室,教學效果明顯增強。
(二)在課堂實驗方式中加強了學生綜合性和設計性實驗的比例,制定了支持綜合性、設計性實驗的鼓勵政策,對綜合性、設計性實驗項目進行認定,保證了綜合性、設計性實驗的教學質(zhì)量。綜合性、設計性實驗對學生開展思維活動,提高學生學習興趣,激發(fā)學生創(chuàng)新精神,促進學生學習的主動性是非常重要的。學生和教師普遍反映,綜合性、設計性實驗有知識、有深度、有難度,有利于學生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng),促進了學生綜合運用所學知識解決實際問題能力的提高。在實際課程中,我們通過個人實驗和小組實驗來加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),如《計算機網(wǎng)絡》課程中,我們設了個人制作網(wǎng)線,小組組網(wǎng)等內(nèi)容,在《通信原理》課程試驗中,我們就增加了設計完整的通信系統(tǒng)的任務。實踐證明,綜合性、設計性實驗激發(fā)了學生的學習興趣,提高了他們分析問題和解決問題的能力,使其對相應的理論知識有了更深刻的認識。
(三)通過實驗室對外開放,大力發(fā)展第二課堂。學生可以根據(jù)自己的興趣進行各種實驗項目的開放實驗。我校電子類實驗室根據(jù)學生預約,及時安排學生進行自主實驗,計算機類實驗室在無課時基本全天開放。通過開放實驗室,發(fā)揮實驗室資源優(yōu)勢,實現(xiàn)了資源共享,調(diào)動了學生的學習主動性,學生的動手能力、實踐能力、創(chuàng)新精神不斷得到提高。充分保證了應用型人才培養(yǎng)的需要,實現(xiàn)了理論教學和實踐教學的有效融合,保證了學生畢業(yè)論文(設計)的質(zhì)量。以我校電子信息科學技術專業(yè)為例,五年內(nèi),學生在全國電子設計大賽等各類國家及省市賽事中獲得各類獎項12項,效果較好。
(四)安排合理的實習課程,制定了一系列的實習措施,使學生能夠了解生產(chǎn)組織與管理過程、工藝流程和主要設備情況、質(zhì)量檢驗和控制程序,鍛煉和提高了動手能力和解決問題的能力,達到了較好的實習效果,確保了人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。
四、提倡使用網(wǎng)絡化教學方法,提高學生學習的主動性和積極性
由于信息技術的高速發(fā)展,校園網(wǎng)的資源非常豐富,因此我們通過機房開放給學生提供更多的上機實踐機會。除此之外,我們還充分現(xiàn)有的網(wǎng)絡平臺搭建教與學的平臺,將教師的課件等資料上傳的網(wǎng)絡上,有條件的課程還建立網(wǎng)站,鼓勵學生自主學習和網(wǎng)絡學習。同時還使用BBS或電子郵件等方式作為輔導答疑的手段,增加了教師和學生交流的機會。其中四川省精品課程《數(shù)字通信原理》就在逐漸完善自己的網(wǎng)站,爭取給學生提供更多的自主提升的機會。
通過以上一些有針對性的改進教學方法的措施,我們課題組教師在教學方法的創(chuàng)新與實踐中,激發(fā)了學生的學習興趣、擴大了學生的感知,使學生形成鮮明的表象,提高了教學質(zhì)量,達到了我們力求達到的效果。
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課程內(nèi)容體系的更新
“模擬電子技術基礎”課程需要在有限的學時內(nèi)(理論教學64學時,實驗20學時)使學生獲得電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能。新修訂的課程內(nèi)容體系更加注重理論教學與實踐教學的銜接,在保證經(jīng)典理論的基礎上重點講授集成運放組成的各種信號運算、信號處理和信號產(chǎn)生電路,并延伸到模擬集成電路和模數(shù)混合系統(tǒng)等內(nèi)容,培養(yǎng)學生系統(tǒng)級的分析與設計能力。理論教學應簡化器件內(nèi)部機理的介紹,弱化缺乏工程背景的解題技巧及公式記憶,強化器件的組合應用與接口擴展機制,加強主流新技術的探討;實踐教學應重點引入研究型和設計型實踐教學環(huán)節(jié),為此出版了課程配套的“十一五”規(guī)劃實驗教材《電子技術實驗與模擬電子技術課程設計》。目前,多媒體教學和電子設計自動化(EDA)的發(fā)展使得教學輔助軟件能夠融入課堂,為學生豐富的探索和實踐提供了現(xiàn)代化手段。適用于該課程的研究型教學輔助軟件包括EDA仿真軟件Multisim、Proteus和工程計算軟件Matlab、MathCAD。[4]在此基礎上,筆者將EDA仿真作為理論課的工具及學生進行硬件實驗的前提,建立了“理論•仿真•硬件”相互融合的教學模式,以保證研究型教學落到實處。
教學方法與教學手段的改進
隨著信息技術的發(fā)展,世界各國高校都在大力開展網(wǎng)絡化教學應用,然而海量的數(shù)字化資源會使學生感到無所適從。為此,筆者通過網(wǎng)絡輔助教學平臺給學生提供少而精的數(shù)字化資源,與課堂教學相輔相成。除了教學大綱、教學日歷和教學課件,網(wǎng)絡輔助教學平臺提供的數(shù)字化教學資源還包括教學輔助軟件、往屆試卷及答案詳解、國家級電子技術精品課程和國際一流大學電子技術課程的網(wǎng)址,方便學生進行自主學習。網(wǎng)絡輔助教學平臺還提供與課程相關的在線輔導答疑,并通過微博、QQ群、飛信群等網(wǎng)絡互動方式開展憶阻器、在系統(tǒng)可編程模擬器件、新型傳感器等前沿技術的專題討論,并讓學生通過網(wǎng)絡調(diào)查模擬電子技術的相關專利與應用,撰寫調(diào)研報告,促進學生開展研究性學習。EDA技術是電子設計領域的一場革命,改變了以變量估算和硬件實驗為基礎的電路設計方法。在理論教學中引入重點內(nèi)容的EDA仿真演示,有利于快捷地將理論性和應用性融于一體,實現(xiàn)理論教學的拓展,并為實踐教學打下基礎。由于學時與場所限制,教師需要在備課時充分考慮課堂投影演示與本機顯示的不同,精心設計演示范例與互動環(huán)節(jié),引導學生思考,由學生得出結論,并事先做好演示范例的中間版本以便重點演示關鍵步驟。
例如,筆者在課堂上利用EDA仿真軟件邊演示邊講解電路引入負反饋前后各種參數(shù)、輸入輸出信號波形、頻率響應特性的異同,學生通過直觀的比較加深了對負反饋作用的理解。此外,筆者在布置書面作業(yè)時還鼓勵學生對作業(yè)中的疑難問題進行仿真,并在作業(yè)本上寫出心得體會?,F(xiàn)行的理論教學往往只講器件和基礎電路,很少涉及如何由各種元器件通過某種聯(lián)結組成一個實用系統(tǒng)。筆者在緒論課中就結合實際闡明電路系統(tǒng)的組成及各部分的作用,并給出簡圖;之后課程中每一個新內(nèi)容都會回到系統(tǒng)簡圖上來,逐漸深化、細化,并引導學生尋找反例,這樣不但使學生建立了系統(tǒng)的概念,而且能夠舉一反三。在EDA的輔助下,學生對各種電路無須精確的理論計算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚電路系統(tǒng)的設計思路及其局限性、性能指標的折衷考慮。要注意各章節(jié)之間的相互配合和銜接,堅持培養(yǎng)學生“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維,強化以集成運放為基礎的知識體系,使學生建立系統(tǒng)觀念、工程觀念,學會定性分析與辯證的思維方法。
多層次的實踐教學
研究型教學是理論和實踐有機結合的一種教學方式。然而由于學時、實驗條件的限制,課內(nèi)實驗的教學效果難以達到預期目標,利用EDA軟件開展虛擬實驗能夠彌補當前課內(nèi)實驗的不足。目前EDA軟件的種類很多,其中Multisim軟件提供了多種常用的虛擬電子儀器與元器件,特別適合于模擬電路系統(tǒng)的虛擬實驗。[5]學生可以通過這些儀器觀察電路的運行狀態(tài),查看電路的仿真結果,許多設置、使用和讀數(shù)與實際的測量儀器類似。因此,課內(nèi)實驗是首先在EDA實驗室安排了一節(jié)課的Multisim認識實習,隨后按教學日歷分為基礎實驗、綜合實驗、課程設計三個階段。各階段都增加了相應的仿真設計內(nèi)容。在課內(nèi)實驗之前,筆者要求學生預習實驗內(nèi)容并進行Multisim仿真及課外研究,再進入實驗室通過儀器設備進行實際的硬件操作。虛擬實驗和硬件實驗不可重此輕彼,而應軟硬結合。筆者通過實驗課件的演示減少講解時間,讓學生有更多的時間用于實際操作與硬件調(diào)試。這種“理論•仿真•硬件”相互融合的教學模式將仿真考核和課外研究作為實驗成績的重要部分,增強了學生對理論知識的理解與掌握,提高了學生的仿真能力、設計能力和系統(tǒng)調(diào)試能力。
研究型教學需要一種類似科學研究的氛圍以及一對一的師生互動。綜合實驗和課程設計能夠較好地彌補理論教學大班授課的不足。有限的學時在一定程度上制約了實踐教學的深入開展,為此筆者壓縮了前期驗證型基礎實驗的次數(shù),在實驗課程的后期安排了三次融合整學期知識點的綜合實驗,幫助學生強化“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維。期末的課程設計則由指導教師布置若干難度適中的研究課題,要求學生從查閱資料開始自主進行電路設計,對設計的電路進行仿真分析,經(jīng)教師審查后方可選購器件,安裝調(diào)試電路,測量各種參數(shù),進行實驗分析,提出改進意見,并根據(jù)規(guī)范格式書寫課程設計報告,完成一次較完整的工程研究訓練。鼓勵學生進一步拓展課程設計內(nèi)容并發(fā)表科技小論文,在課程設計中表現(xiàn)突出的學生將被選拔參加各種課外科技活動和競賽。