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關鍵詞 電力電子技術;工程應用;教學改革
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2016)22-0098-02
Teaching Research of Course of Power Electronics Technology for Engineering Application//ZHAO Tao, SHEN Yaibin, XU You, XU Kaiyun
Abstract In this paper, according to the requirement of the society for the power electronic technology professionals, the teaching re-
form of the course of the power electronic technology have been im-
plemented from several aspects such as course contents, teaching methods, project design, practical innovation training, and gradua-tion project. The engineering application ability and consciousness of innovation of students is improved. Better results in teaching have
been achieved.
Key words power electronics technique; engineering application; teaching reform
1 引言
電力電子技術是對電能進行變換和控制的一門技術,是自動化及相關專業的一門重要的專業基礎課[1-2]。隨著科學技術的發展,電力電子技術應用已滲透到國民經濟各部門。對電力電子技術的人才的需求越來越迫切,除了對相關理論知識的要求外,更強調對工程實踐能力、工程設計、工程應用能力的要求。這些要求具有普遍意義,反映了對這類人才的通用標準。本文根據電力電子技術專業人才需要掌握的能力的要求,就如何提高學生工程應用能力、創新能力,從教學方法、教學手段、課程設計及大學科技活動和畢業設計等方面進行教學改革與實踐。
2 面向工程應用的問題導向法
電力電子技術課程內容涉及知識面廣、概念多。要在有限的教學學時內把電路、波形講透,讓學生都能理解,是件不容易的事情。此外隨著信息技術的不斷發展,知識也呈現碎片化的特點,其獲取也越來越容易。在這一背景下,教師的角色需要由過去的知識傳播者轉變為引導者和激勵者;過去是告訴學生所不知道的知識,現在應該引導學生運用正確的思維方法,自主獲取知識,并使之系統化。為此,教學內容、教學方法和教學手段都應有所改變。
首先要激發學生的求知欲,將過去冰冷、枯燥和抽象的知識點融入工程應用中;發現問題、提出問題及解決問題,學生尋求解決問題的過程,也是獲得知識的過程。在這一過程中,計算機仿真是不可或缺的學習手段。基于PSPICE、MATLAB、PSIM和MathCAD等軟件,采用虛實結合教學方式,充分利用軟件資源,提高學生求知欲及解決問題的能力[4-5]。利用仿真軟件搭建仿真電路進行仿真實驗,仿真實驗不受時間、場地的限制,學生可以觀測任意一點的電壓和電流波形。為了取得良好的仿真實驗效果,必須較好地掌握仿真原理、仿真操作和調試方法等。正確的仿真波形也是對學習的一種鼓勵和獎賞。
3 基于工程項目的課程設計
課程設計是完成電力電子技術課程教學的重要環節。其目的是使學生掌握基本電力電子器件的性能和應用方法,以及基本電力電子電路的設計思路,培養學生在電力電子技術領域中獨立分析和解決問題的能力。
目前,有不少院校開設了電力電子技術課程設計,但課題多是進行理論計算和設計,主要完成參數計算、電路設計和仿真等。嚴格地說,該類課程設計對學生實踐能力、工程應用能力的培養效果有限。電力電子技術課程設計實際課題開設較少的一個主要原因是實驗安全性和設備耐用性差。而課程設計一般為開放性的,其主要任務之一是讓學生完成焊接、調試電路,不宜采用課內實驗用的集成的實驗裝置。因此,如何在課程設計過程中保障學生的人身安全和設備安全,是實施課程設計的一個難}。
南京工程學院自動化學院于2013年重新開設電力電子技術的課程設計。為了解決上述難題,針對電力電子技術應用最為廣泛的DC-DC變換和DC-AC變換的兩種變流電路[6],
結合數字化控制的發展趨勢,開發了開放式的DC-AC變換和DC-DC電能變換通用實驗平臺。圖1給出AC-DC電能通用實驗平臺結構圖,學生通過該平臺,可以進行SPWM逆變器設計,也可以實現直流電動機的四象限的控制,掌握交―真―交變流電路的結構,單、雙極控制,SPWM調制等控制技術。
擬定課程設計課題,主要考慮5個原則:1)注意內容的先進性、綜合性和實踐性,反映電力電子技術發展的新水平;2)應適合實踐教學和啟發創新;3)內容不應太簡單,難度要適中;4)能夠結合工程實際應用,并且具有一定的實用價值;5)成果最好具有相對的完整性和可考核性。表1為電力電子技術課程設計的部分課題。
由于課題貼近工程應用,學生興趣比較大,能夠獨立完成電路設計,主電路和驅動電路的制作、焊接和調試,及磁性元件的計算與選擇。經過三屆學生的實踐情況,取得良好效果,為后續的課程和畢業設計打下堅實的基礎。
4 三位一體實踐能力培養
電力電子技術工程應用人才培養的定位最終要落實到培養過程之中。具體來說,就是以現代電力電子技術為工程應用背景,結合計算機技術、控制理論及其他相關理論和技術,開設不同層次不同類型的選題。通過課程設計、課外科技活動和畢業設計,三位一體培養學生工程應用能力,做到點、面結合。圖2給出教學、科技創新和畢業設計三位一體的能力培養框圖。
以電力電子裝置典型的工程項目為對象,分解為核心模塊、提高及創新模塊、系統模塊、輔助模塊。課程實踐環節可以完成核心模塊的設計和調試,科技創新和畢業設計可以完成提高及創新模塊、系統模塊。輔助模塊通過相關課程完成。對學有余力的學生通過科技創新和畢業設計環節,進行系統設計及算法研究,保證項目的連續性。三位一體的設計大大激發了學生的創新精神,拓展了學生的視野,提高了學生的綜合設計能力,在各種競賽上取得優異成績。實驗內容與課程設計、畢業設計相互關聯。學生工程實驗能力得到提高。
5 結束語
經過幾年的實踐表明,以工程應用為導向的電力電子技術教學重構,打破了以理論知識傳授為主要特征的課程模式,以電力電子技術工程應用為核心,建立分類分層的課程實踐、科技創新和畢業設計三位一體的實踐能力培養模式,既突出優秀學生能力培養的點,又兼顧多數學生基本工程實踐能力的面,以點帶面。改變學生的被動學習與被動實踐,為學生主動學習能力和主動實踐能力的培養提供機會,提高學生的綜合素質,對學生實踐動手能力的培養及就業和深造等都有較大幫助。參考文獻
[1]王兆安,劉進軍.電力電子技術[M].5版.北京:機械工業出版社,2009.
[2]Rashid M H. Power Electronics: Circuits, Devices, and Application[M].北京:人民郵電出版社,2007.
[3]陳建業.電力電子電路的計算機仿真[M].北京:清華大學出版社,2007.
[4]w濤,張永號,劉啟新,等.MathCAD在“電力電子技術”教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2013,35(3):55-58.
【關鍵詞】EDA技術;電子類課程;改革
一、EDA技術概述
EDA是英文“Electronic Design Automation(電子設計自動化)”的縮寫,EDA技術是90年代迅速發展起來的,是綜合現代電子技術和計算機技術的最新研究成果,是從事電子線路設計與分析的一門技術,包括電子線路的設計、計算機模擬仿真和電路分析、印刷線路板的自動化設計三個方面的內容。
EDA技術基本功能介紹:
EDA(Electronic Design Automation)是指以計算機為工作平臺,融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。主要能輔助進行三方面的設計工作,既IC設計、電子電路設計和PCB設計。EDA技術經過了三個階段的發展。從70年代的(CAD)階段和80年代的(CAE)階段,到90年代的電子系統設計自動化(EDA)階段。EDA技術代表了當今電子設計技術的最新發展方向。它不僅為電子技術設計人員提供了“自頂向下”的設計理念,同時也為教學提供了一個極為便捷的、科學的實驗教學平臺。電工電子類專業課程中的電工基礎、模擬電子技術、數字電子技術都可以通過EDA仿真軟件,進行電路圖的繪制、設計、仿真試驗和分析。應該說將EDA仿真軟件應用到電工、電子類專業的教學中是一種教學手段的創新,也是提高教學質量的優選方法。
1.電子類課程引入EDA技術的必要性
電子線路課程是電子類專業的支柱性課程,它要求學生熟悉各種電子器件,掌握電路圖的識讀、繪制以及電路工作原理,還要學會掌握和合理運用分析方法。EDA軟件正是提供了各種支持,恰到好處地符合這樣的教學要求。同樣,電子線路課程又是一個緊密聯系實踐的課程,EDA軟件的強大的仿真功能更是能把實踐帶入課堂,帶入課程學習的每一個環節中去。
2.EDA人才的需要使EDA的應用逐步走向實用化
EDA技術已成為現代電子系統設計和電子產品研制開發的最有效的工具,是電子工程師們使用的一種基本工具。市場對EDA人才有著迫切的需求,熟悉EDA技術的學生將受到用人單位的歡迎。因此,將EDA技術引入高校電子類專業的課程中,是培養創新和實用人才的需要。
3.課程設置改革的需要
在電子類課程的教學中,將一些內容較難、圖形較多、用語言和文字難以表達或不易理解的抽象、復雜的變化過程,通過EDA的仿真,以波形或曲線的形式生動直觀地演示出來,不僅可以提高學生的學習興趣,有利于學生對所授內容的理解,提高教學質量,還可以節省課堂板書時間,擴展講授內容,獲得事半功倍的效果。此外由于EDA軟件向用戶提供了各種電子測試儀器和分析工具,應用EDA進行實驗教學可以節省實驗經費,縮短實驗時間,提高實驗的效率和效果。因此,在課改中引入EDA也是課程改革改革的必然趨勢。
二、EDA技術的作用
1.EDA技術在電子技術課程實驗實踐中的作用
實驗教學是電子線路學習的重要環節,通過實驗能夠鞏固電子線路基礎知識,培養學生的實踐技能、動手能力和分析問題及解決問題的能力,啟發學生的創新意識和創新思維潛力。Tina Pro這款優秀的EDA軟件提供了上千種電子元器件和十數種儀器儀表,完全能夠虛擬各種電子實驗,區別于應用實體的實際硬件實驗,它叫虛擬實驗。
虛擬實驗在實驗教學中的應用主要表現在以下三個方面:
(1)學校缺少某項實驗的實驗設備時,虛擬實驗可以代替硬件實驗
有些學校由于缺少實驗設備,部分硬件實驗無法展開,就完全可以用虛擬實驗代替。虛擬實驗的一大特點就是不受實驗設備、場地的條件限制,只要有計算機,有EDA軟件(如Tina Pro),幾乎所有的實驗都難不住它。(它的元器件庫無所不包,而且具有網上更新的功能,它的虛擬儀器也是應有盡有,而且直觀性強)
(2)同一實驗課題,在開展硬件實驗的同時,可以輔以虛擬實驗
硬件實驗和虛擬實驗在教學效果上各有所長,硬件實驗的主導地位是勿庸置疑的,它使學生直接面對真實對象,進行真實操作,獲得直接經驗,這是虛擬實驗所無法作到的。而虛擬實驗有更為優秀的分析技術,例如在很多儀器儀表中引入指針,使實驗數據更易獲得,實驗現象更為明顯,EDA軟件中又具有經典的仿真分析方法,能輕而易舉地實現瞬時現象的捕捉,也能把很長時間的現象展現于一秒,這也是實際儀器不能敵的。所以,同一個課題,開展實際硬件實驗可使學生鍛煉動手能力,獲得直接經驗。開展虛擬實驗,有助于對實驗現象的觀察和實驗數據的獲得,最終有利于分析和實驗結論的獲得。
(3)開展具有創造性的開放式實驗
以前在作實驗前,處于對實驗器材和學生安全的保護,學生不準動這,不準動那,做起實驗來束手束腳,想象力和創造力得不到發揮。其實很多時候,學生對實驗內容是有自己的獨到的想法的。如果能夠利用虛擬實驗技術,拿出有意義的課題,進行開放式的實驗,學生在實驗中,可以發揮自己的創造力,對電路進行別出心裁的修改,對電路的分析和測試做不同的嘗試,使學生完全成為實驗電路的剖析者和探索者,又不必擔心會損壞任何器件或儀器。這樣既拓展了實驗范圍,又培養了學生的創新意識。
2.EDA在課程設計和畢業設計中的應用
課程設計和畢業設計是高等職業教學的一個非常重要的環節。目前課程設計和畢業設計工程應用類題目不少,但是由于畢業設計經費較少、器件、儀器設備不足及其它原因,畢業設計結果往往是原理性討論和分析。不能進行實際的調試和驗證,學生仍停留在原理分析上,而不能經歷實際研究設計的實踐過程。畢業設計的效果大打折扣。我院電子系在畢業設計過程中引入EDA技術,對所設計的電路進行模擬仿真,在答辯時進行演示,并要求學生制作樣機,樣機的印刷電路板必須用Protel軟件進行繪制,這樣既保證畢業設計質量,又能提高學生的實踐動手能力和開發能力,不失是克服現在畢業設計存在的問題的一種途徑。另外從幾屆畢業生就業的情況分析,掌握了CAD技術和EDA技術,在就業時就表現出較強的競爭力。
在EDA課程實踐中取得了一些效果和體會,通過一段時間EDA課程改革實踐,學生了解和初步掌握了最先進的電子系統設計技術,學習了電子設計自動化方法和設計思想,并培養了他們的抽象思維能力,提高了學生學習應用電子技術課程知識解決實際問題的能力,鍛煉了學生應用EDA技術解決小型電子電路系統設計的能力,對畢業設計及將來在工作中應用EDA技術打下初步的基礎。學生通過學習,普遍認識到EDA技術在當今社會的重要性,認為EDA技術是一門十分有用的學科,它必將取代傳統設計方法而成為主要的設計手段。
EDA技術是一門實踐性很強的課程,EDA課改的重點放在學生掌握印刷線路板設計與制作能力,掌握利用EDA技術進行電路分析與仿真的基本技能,同時學生把理論課上學習的知識應用到自己的實踐環節中去。通過加強學生上機操作訓練和實際動手操作環節,學生在掌握理論課所學內容的同時獲得了實際的操作訓練,提高了本課程的教學質量。
EDA課程改革重點是使學生掌握Protel和Tina Pro軟件的使用,能夠獨立進行計算機電子電路輔助設計與電路分析、仿真,加強學生實際動手能力,在此基礎上我們還向學生介紹了其它EDA技術,如Tina Pro軟件的仿真應用和Protel最新版本軟件等,從而擴大了學生的知識面,為將來學生從事電子產品開發奠定了基礎。
EDA技術發展非常快,實踐過程不可能與學生畢業所面臨的工作一模一樣。EDA課程改革應立足于培養學生對EDA技術基本方法的掌握和應用,學生需要在今后的工作中不斷學習,對他們進行學習先進技術能力的培養更為重要。參與EDA課改,參與者應不斷通過自身的學習提高,把世界上最先進的技術和最新的知識帶學生,起到拋磚引玉的作用。
三、結束語
綜上所述,在當前高校電子技術課程的教學當中,為適應電子技術的發展和社會發展對人才的需求,引入EDA技術是十分必要的,它能加快教學手段現代化的進程,加強理論聯系實際,鞏固學生的專業知識,培養學生的實踐動手能力,加強對所學課程的更深層次理解,極大地促進電子技術和科研水平的進一步提高。
參考文獻
[1]丁文霞,易凡.淺談高等院校電類專業引入EDA技術[J].高等教育研究學報,2009.
[2]崔建明.電工電子EDA仿真技術.高等教育出版社,2008.
關鍵詞:電子技術基礎;課程內容;教學模式;課程建設創新
高職教育的目的是培養具有全面素質和綜合職業能力的、面向生產、建設、管理、服務第一線的高級應用型人才,核心問題是以職業崗位需求為依據,培養學生的綜合能力。傳統的《電子技術基礎》課程教學模式在此背景下顯示出其局限性。因此,新的教學模式要打破以學科為中心的課程模式,建立以全面素質為基礎,以綜合職業能力為本位,以職業實踐為主線,以項目課程為主體的模塊化專業課程體系和教學模式,切實有效提高高職人才培養的針對性和實效性。為培養更多更好的高職人才,需要從《電子技術基礎》的課程內容、教學模式和課程建設等方面進行創新和探索。
高職院校《電子技術基礎》的課程內容及改革
(一)教學目的
《電子技術基礎》是研究各種半導體的性能、電子電路的組成、功能及應用的學科,其任務是使學生獲得電子方面的基礎理論、基本知識和基本技能,培養學生分析問題和解決問題的能力。該課程的理論性和實踐性都很強,在整個專業教學中起著承上啟下的作用。
高職院校《電子專業技術》課程在新形勢下的教學目的是,培養學生掌握必要的、能適應崗位需要的l~2項具有明顯特色的專業技能,注重提高學生的自學能力、獨立分析和解決問題的能力以及培養學生作為現代電子技術應用人員所必備的基本技能,為后續課程的學習、各類創新競賽、畢業設計乃至就業打下良好基礎。
(二)教學內容及其改革
目前高職教育中的《電子技術基礎》課程設置基本上是以學科為中心,這需要既要考慮較完整的學科體系,又要加強實踐技能的訓練,結果教學往往達不到預期的教學目標。因此,課程教學模式的改革必須首先轉變傳統的教育觀念,充分分析與研究高職教育的任務、特點和規律,認清教育必須面向電子行業發展的趨勢和生產崗位的需要,對職業能力的形成規律及高職畢業生的崗位(群)進行深入分析和研究,廣泛吸取生產、管理第一線的技術管理人員的意見,制定如下所示的職業能力分析(DACUM)表,并以此為依據進一步制定教學計劃和教學大綱。
該表系統、全面地體現了高職《電子技術基礎》課程的教學內容和要求,清晰地反映了各單項能力之間的內在規律與聯系,確定了以下關鍵能力:電子儀器的使用能力,電子產品的分析和制作能力,電子線路的設計能力和EDA技術的應用能力。職業能力分析(DACUM)表還給學生提出了職業能力和考核測試的要求,體現了培養目標的導向性,這樣,學生對自己所學的知識和應具備的能力做到了心中有數,有助于充分發揮學生學習的主動性。
改革后的高職《電子技術基礎》課程教學內容應包括模擬電子技術、數字電子技術、電子工藝基礎、實驗實訓、課程設計、EDA仿真技術、技能培訓等。這些課程往往在內容上有重復,在能力培養上有斷層,例如模擬電子技術、數字電子技術課程教學中進行的綜合實驗及綜合實訓與電子工藝課程中的教學內容有重復。又如基本實驗后隨即進行對實用電路的分析制作,中間能力的培養存在斷層等。因此,節省教學課時,提高課堂教學質量,彌補能力培養的不足就成為重要的問題。
從“理論+實踐”到“知識+技能”的教學模式創新
(一)教學手段和培養方式的創新
針對當前各學科之間相互滲透、界線逐漸模糊的特點,應當把《電子技術基礎》的課程內容當作整體來考慮。根據高職的培養目標,對現有各門課程的知識點、需要培養的能力等教學要求進行綜合分析,對現有課程進行大膽整合,把傳統的以“理論+實踐”為指導的教學模式轉變成以“知識+技能”為指導的教學模式,模糊學科體系及學科之間的界線,強調教學以學生的能力培養為主線。具體的做法是:
(1)理論教學以夠用為原則。對課程之間的重復內容、理論偏深的內容和陳舊的知識要大膽進行刪減,而對所需的新技術、新知識、新工藝及新器件則應進行補充,例如讓學生了解特種放大器、可編程邏輯器件及EDA技術等。
(2)提高實踐課程的比例,增設綜合性的實訓課程。增加綜合的集中實踐課程,要求學生在教師的指導下,通過查閱資料,確定原理圖,裝接好電路并進行各種參數的測定與分析,寫出相應報告。
(3)依托實訓基地培養學生的技能,努力實現車間、教室合一。課堂即實驗實訓室,車間就是學場;學生、學徒合一,學生既是專業技能的學習者,又是合格產品的生產者。加強學校與企業之間的人才交流、技術交流和信息交流,推進教育與生產勞動相結合,堅持校企合作。實訓基地建設要服務企業發展,吸引企業參與,跟蹤企業技術進步,不斷探索和建立優勢互補、互利雙贏的合作機制,真正實現“訂單式”教育,推進高職院校招生與企業招工的一體化,培養出適應現代企業需要的技能型人才和操作型人才。
(二)軟硬件相結合的教學模式創新
隨著教育現代化進程的不斷推進和素質教育的深入開展,傳統的“粉筆+書本”教學模式必須進行改革,教師要綜合運用多種教學手段,充分利用現有的EDA、EWB等軟件、課程設計、制作和實驗實訓等硬件教學資源和工具,進一步優化教學效果。
傳統的《電子技術基礎》課程實驗教學一般是讓學生先自行設計電路,再在實驗室搭線,進行電路調試。由于受到經費和數量品種的限制,在調試過程中,不僅不能及時提供全部所需器件來調整電器元件參數,而且存在儀器和元件的損壞問題。隨著電子信息和通信領域新技術的飛速發展,當前EDA已經成為現代電子設計技術的核心,電子系統的設計已越來越依賴于EDA軟件工具的支持。因此,改革傳統課程設計教學結構和模式,把EDA教學與《電子技術基礎》課程設計結合起來既是適應了信息技術發展的需要,也是高職教育實踐環節教學改革的必然趨勢。
為進一步激發高職學生對專業課程的學習興趣和愛好,在《電子技術基礎》課程中還應采用EWB軟件進行輔助教學。EWB被譽為“計算機里的電子實驗室”,它采用仿真方法在計算機上虛擬出測試儀器。學生通過學習EWB軟件,可以在計算機上進行自學或對相關課程的內容進行預習和練習。比如可以對放大器進行靜態和動態技術指標的檢測,可以觀察電路中某些參數變化的情況等,可以利用它來進行各類驗證型、綜合型和創新型的實驗,幫助學生更快、更好地掌握課堂講授的內容。
與傳統的實驗方法相比,采用計算機仿真技術進行電路的分析和設計,真正體現了以學生為中心的開放式教學模式,這種“以虛代實”、“以軟代硬”的教學方法是當今教學模式改革的一種趨勢,它在大幅提高教學效率的同時,進一步培養了學生的綜合分析能力。
(三)考核方式的改革
把以理論為主的考試改革為以考核學生對單元電路的分析測試等綜合技能為主,考核方式也從筆試為主改革為平時實際動手操作與筆試相結合(如期末筆試占40%,實踐操作占40%,平時占20%),強化平時實踐環節的考核力度,重視學生基本專業素質的培養,全面提高學生的競爭意識和就業適應能力。同時,為培養和考核學生的技能水平,還應在教學計劃中專門設置技能訓練環節,通過實際訓練使學生拿到相應的等級工證書。
高職《電子技術基礎》的課程建設
(一)師資建設
高職教育的職業性、實用性和技術性特征決定了從業教師應該是既能傳授專業理論知識,又能指導專業實踐的“雙師型”教師。因此,具備較強的專業技術應用能力、職業技能和實踐經驗是高職院校教師應當具備的最基本的教學能力。
應當鼓勵和支持專業教師參加職業資格和職業技能的考核認證,鼓勵和支持專業教師結合教學和生產實際進行技術改造和技術創新,大力提高專業教師和實習指導教師的技能水平。鼓勵理論教師深入基層進行調查研究,采用下企業鍛煉、掛職頂崗、跟班研討、師傅帶徒弟等方式,定期派理論教師到生產第一線了解生產設備、工藝技術的科技信息。通過與企業合作的方式,積極進行技術方面的開發與服務,積累教學所需的職業技能、專業技術和實踐經驗。通過項目開發等活動,促使教師得到實踐鍛煉,實現由單一教學型向教學、科研、生產實踐一體化的“一專多能”型人才的轉變。
(二)教材建設
目前高職《電子技術基礎》課程基本上按照普通高校的學科體系編寫教材,區別僅在于降低了理論要求,增加了一些實踐內容,而高職教學需要的卻是以能力培養為主線編寫的教材。因此,高職《電子技術基礎》課程教材要以應用性為依托,把握好“專業基礎性與專業性并舉”的原則。
教材內容的選擇要緊密聯系實際,體現實用,注重實踐,講究實效,摒棄實用價值不高及偏難、偏深的內容,增加各部分知識點相應的應用知識。要配以實踐、實訓環節,并使之與實際緊密結合,還要在編排上反映出最新的科技成果。
教材結構體系的設計和運作方式要盡量淡化純理論性知識,恰到好處地應用這些知識;力求做到圖文并茂,深入淺出;力求做到符合學生的特點,符合學生的認知規律。
(三)組織學生參加各類競賽
通過組織學生參加各類競賽,把理論、實驗、設計、技能有機地結合起來,是一種行之有效的教學模式。比如在實驗中減少驗證型實驗內容,增加以學生為主體的設計型實驗;增加課程設計的內容,由學生自己進行選題、設計、購件和制作,從各方面提高學生的能力。通過課程設計提高學生在電子技術方面的硬件應用能力,增強團結協作精神等。在平時的授課中,對一些與競賽相關的設計題目進行講解,使學生在開始學習課程時就對競賽有所了解;在實驗實訓和課程設計等過程中引入競賽模式,要求學生自己設計、選件和制作,最終做出實物,寫出論文,完成答辯。
高職教育最關注的是學生的就業能力和發展能力。學校必須通過教學模式的改革和創新統一和協調就業、教育、生源三方面的現狀,促使《電子技術基礎》課程的設置更加符合時代和企業的需求,使教學模式和教學方法更加符合學生的學習心理,努力使大多數學生具有初步的設計、制作、調試、分析及綜合總結的能力。學校必須根據社會對工程技術人才的需求,全面考慮各個教學環節的作用,逐步建立綜合性、多樣性、多層次性的新型教學模式和教學體系,為社會培養出更多更好的新型高技能人才。
參考文獻
[1]葉春生.高等職業教育的探索與理論[M].蘇州:蘇州大學出版社,1998.
[2]侯長城.中國高等教育理論研究[M].北京:中國大地出版社,2002.
[3]彭介華.電子技術課程設計指導[M].北京:高等教育出版社,1997.
關鍵詞:研究性教學;電子技術;創新能力
中圖分類號:G647 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)33-0073-02
“電子技術”是一門理論性和實踐性較強的非電類專業學科基礎課程,包含模擬電子和數字電子兩部分,既強調知識的綜合性、實用性,又強調創新能力、綜合分析和解決生產實踐問題的能力,但是在教授“電子技術”課程的過程中,存在以下幾個問題:
對于非電專業學生,模擬電子部分的非線性思維的建立需要一定時間,求解問題在工程上不需要像數學計算那樣嚴密的精確。
對于數字電子,學生缺少對實用電路的綜合認識,缺乏對能完成實際功能的數字電路的設計調試的能力。
為此結合模擬電子和數字電子兩部的不同特點,分別開展了模擬電子和數字電子部分研究型教學的實踐與探索工作。
一、研究型教學的總體思路
研究性教學的理念是在教學過程中不斷引導學生進行研究性學習,讓學生在掌握知識的同時培養學生的研究能力和創新能力。研究性教學的目的不僅是使學生掌握系統的科學知識,更重要的是使學生綜合運用知識去發現、分析和解決問題,得到思維訓練,學會知識的應用,學會研究與探索。
對于電子技術,開展研究型教學的總體思路是將科學研究的基本要素(提出問題、查閱文獻、猜想與假設、方案設計、分析論證、科學思想和交流與合作等)結合課程核心的教學內容,包括基本概念、重要的分析方法和實際電路的仿真實現以及拓展環節以研究型獨有的教學模式(論文研究、基于問題的學習、案例分析研究和實際電路仿真訓練等)進行教學。通過研究性的探討形式將課程內容內化構建到自身的認知結構中;使得學生除了掌握課程的核心框架和知識體系之外,還可以獲得學習過程本身的價值,經歷并體驗開展科學研究的規律,同時達到提升各方面能力目標。[1,2]
研究型教學體系應十分強調學生的主體性地位。學生不僅是文化知識的被動接受者,而且是知識的積極探索者,師生共同參與知識的研究與傳播,科學的發現與發展,共享探索的成果與經驗。因此,設計的研究型教學體系應該寓學于研,在課堂教學中為學生創造探究式學習的機會,提供參與科研的條件,使學生在自主學習、研究活動中逐步建立基于教師指導下的探索研究的學習模式,訓練基本研究能力,學會提出問題特別是有創見的問題。
在電子技術課程中進行了研究性教學的探索和實踐中把分成三個階段:準備階段是教師提煉合適的研究型專題;學習階段是使學生獲取知識,訓練思維和培養能力;第三階段是實施階段。
二、研究型教學的模式的準備
根據電子技術大規模集成技術發展現狀,“電子技術”課程教學中理論性逐漸弱化,實踐性不斷增強,由此對現代電子技術課程教學模式提出了新要求[3]。
準備階段是研究型教學模式的關鍵環節,要提出合適的研究探討專題,并選擇合適的教學模式,既能把要研究的課題突出,又能把培養學生的特定能力融入其中。
針對模擬電子部分,根據各章節掌握的內容重點可以提出以下專題:
(1)半導體器件:針對基于三極管輸入、輸出特性曲線,介紹線性元件與非線性元件、線性電路與非線性電路理論。
培養目標:通過查閱文獻、分析討論的形式使學生順利地從線性思維過渡到非線性思維。并在研究性的學習中力圖培養學生:發掘、梳理和分析有關信息資料的能力;提煉或提出有價值問題的能力。
(2)基本放大電路:以分壓偏置式靜態工作點穩定電路的數學解析與工程近似解為例進行計算復雜度對比。
培養目標:幫助學生建立工程思維,實際應用中,如果使用工程近似的方法,將快速獲得近似解,扭轉他們從精確、嚴謹到粗略、估算的思維習慣。
(3)集成運算放大器:通過實際運放到理想運放的對比,介紹從實際器件到理想器件簡化問題的方法。
培養目標:通過查閱文獻、分析討論的形式使學生通過運放各個實際參數理想化的過程,培養學生從實際到理想的思維,簡化問題的能力。
(4)放大電路中的反饋:通過Multisim仿真各種正反饋和負反饋放大電路的對比。
培養目標:不同仿真電路的對比分析,使學生探究放大電路中的反饋的實質,自己總結分析負反饋和正反饋具有的不同能力,對放大電路的不同的影響。
(5)直流穩壓電源:直流穩壓電源的歷史發展與現狀,可以結合日常實用的電器,例如目前手機電池的歷史發展與現狀的調查報告。
培養目標:通過查閱文獻、分析討論的形式使學生探究科技發展中發現問題解決問題再發現問題再解決問題的發展歷程,培養發現問題解決問題的思維方式。
針對數字電子部分,融合組合邏輯電路和時序邏輯電路可以提出以下專題:
(1)元器件的市場調研,列如74LS00兩輸入與非門芯片的市場調研。
培養目標:可以讓學生通過網絡和市場上親自購買芯片,培養學生在實踐中探究器件的分類和挑選,內部結構和參數性能探究和好奇,提高學生極大的興趣和自主動手能力。
(2)多個實用性數字電路設計,例如數字電子鐘的設計,通過分析問題,發現問題,解決問題最終實現設計電路的完成。
培養目標:培養了學生的調查研究、查閱文獻、分析論證、制定方案、設計或實驗、分析總結等方面的綜合能力;
以上各種專題的設置引導學生在掌握電子技術課程的知識體系的基礎上融入自己獨有特點,把學習過程中的變被動接受轉變為主動探究性學習。
三、研究型教學的模式的學習
要想把以上的專題進行順利,達到學生的培養目標,可以采用多種教學模式。
1.采用任務驅動模式教學過程
教學是知識獲取建立在真實事件或者真實問題之上。具體的教學過程是由教師提出預先設計好的、發生在身邊的真實問題,用一根主線將問題的解決過程以及課程的知識點融入其中,學生在教師的引導下、自主地探索中循序漸進地引出相關的知識,使學生置身在提出問題、思考問題和解決問題的動態過程中進行研究和學習[4]。
2.采用啟發模式教學過程
在教學中注意充分發揮教師的引導作用和學生的主體作用,不采用傳統的“灌輸”式教學方法,而是采用教師啟發、引導的方式,循序漸進地誘導、啟發、鼓勵學生對問題和現象進行思考、討論,再由教師總結、答疑。對于一些容易混淆的概念,一些知識點在個案中的運用分析,都可以采用啟發式的教學方法。既有利于提高學生學習的積極、主動性,又有利于培養學生分析、解決問題的能力。
3.采用討論模式教學過程
在教學中,對于一些有爭議的疑難問題、一些可能有所創新或具有獨特見解的新課題等,都可以采取討論式教學方法。討論式教學形式,既可以是小組討論、專題匯報、小組辯論、也可以通過小組討論后派代表在全班演講,并且作為平時成績的一部分,以激發學生的積極性。討論式教學法使學生變被動聽課為主動學習,既有利于提高學生學習的積極性、主動性,又有利于學生分析問題、解決問題能力的提高和表達能力、團隊合作能力的培養。
4.采用互動式教學法
教學中強調采用互動式教學,克服學生被動學習的局面。課堂上不僅僅是教師提問學生,同時鼓勵學生向教師提問。一改往日教師滿堂灌的傳統授課方式,在講課中通過提問問題,激發學生參與討論和積極思考的主觀能動性,形成教學互動,同時實現寓教于樂。
授課教師還要注意將最新的學術研究成果轉化到教學中,培養學生的創新能力,這里的學術研究成果有兩種:一是學術界的最新研究成果,二是課程教師的學術研究成果。講授前者,能夠使學生了解電子技術及相關領域的研究現狀與前沿;后者則授以學生分析方法,把教學內容提升到研究性的程度。
四、研究型教學的模式的實施
實施方法。首先,教師更新教學內容,實施大課堂精講,使學生獲得本學科基本的理論知識。其次,按照自由結合或特長優勢等原則,將人數眾多的班級學生分為不同的小組,并從每個小組中抽取一位學生組成一個團隊,以這些小組和團隊為單位開展接下來既需要合作又相對獨立的學習活動。接著,精心提供覆蓋面廣、難度適宜的科研項目,供各小組選擇進行課程設計。然后,各小組成員進行文獻搜集、方案制定、軟件實現、模擬仿真、設計優化、研究總結、成果展示等工作,在充分發揮自己主觀能動性、教師必要指導以及研究生團隊的幫助下,自主完成項目設計。最后,從研究報告、多媒體演示、源程序及效果四個方面對各小組的項目設計進行綜合評價。
通過實際的電路設計與仿真,也加強了學生的工程意識,培養了創新思維和設計能力,還讓學生體會到理論與實際應用的聯系與區別。有的學生做完一個題目還不過癮,自己又加大難度要求多做題目;還有不少同學由課程設計題目中找到了科技創新點和完成科技創新的信心。近三年的本科生科技創新項目申請中我們課堂的學生申請非常踴躍;由課程設計延伸出的1組校級項目,5組院級項目均已順利結題,現還有一組正在申請國家級項目支持。
五、總結
研究性教學模式本質上是以科學研究主導教學過程的教學方法,該方法能夠通過科學研究的知識應用過程,讓學生在科學探索中獲得知識、提高專業技能,實現理論教學與實踐檢驗并重的教學理念,達到高校高素質應用型人才培養的目的。“電子技術”課程中研究性教學模式的應用,能夠有效提高該課程的教學效果,為電學類應用型人才培養奠定良好的專業基礎。
參考文獻:
[1]I.Takahashi,T.Noguchi.A new quick-response and high-efficiency control strategy of an induction motor[J].IEEE Transaction on Industry Applications,1986,22(5):820-827.
[2]Zhong L,Rahman M F,Hu Y W,et al.Analysis of direct torque control in permanent magnet synchronous motor drives[J].IEEETransaction on Power Electronics,1997,12(3):528-535.
[3]史雪飛,李江昀,等.研究型教學在“模擬電子技術”中的應用[J].電氣電子教學學報,2012,34(6):90-92.
[4]Pyrhonen J,Niemela M. Test results with the direct flux linkage control of synchronous motors[J].IEEE AES Systems Magazine,1998(4):23-27.
第一屆全國大學生電子設計競賽于1994年在北京、四川和陜西3個省市開展試點;1995年在9個省市開展了第二屆競賽活動,全國有60多個代表隊參賽;到1997年,第三屆競賽活動已擴大到18個省市,有200多所高校1000多個代表隊參賽。原國家教委高教司決定,以后每兩年競賽一次。這說明電子設計競賽越來越被全國高等院校和有關部門重視。電子設計競賽是全國范圍的一種內容全面、要求較高的綜合能力考試,既考理論知識,又考設計、安裝、調試、相互協作、論文撰寫等多方面的能力。現將前三屆競賽試題作一分析。第一屆競賽有2個題目,第二、三屆競賽各有4個題目,大致可歸納為6類:(1)電源類。如簡易數控直流電源,直流穩定電源。除此之外,其他題目所需電源也要自己設計;(2)信號源類。如實用信號源的制作;(3)測控類。如多路數據采集系統,水溫控制系統;(4)儀器儀表類。如簡易電阻、電容和電感測試儀,簡易數字頻率計;(5)放大器類。如實用低頻功率放大器;(6)無線電類。如簡易無線電遙控系統,調幅廣播收音機。分析以上試題有下列特點:(1)試題涉及的課程多。包括模擬電子電路、數字電子電路、高頻電子電路、功率電子技術、微機原理、單片機接口技術、PLD在系統編程技術、電工電子測量、自控原理;(2)綜合性強。每個題目必須依靠多學科知識才能解決問題,僅有理論水平是不夠的,還應具有較強的設計能力、實驗技能、計算機應用能力以及隊員之間的協作能力等;(3)實用性強。上述題目都是工業、科研、實驗室等方面經常用到的電路或儀器。
二、電子類課程存在的問題
通過分析以上試題,發現電子類課程目前存在著如下問題:(1)教學內容與科技發展不相適應。電子技術是發展最快、應用最廣的一門技術,而我們目前的教學內容與當今迅速發展的電子技術有較大差距,正像有些畢業生所說:“學的用不上,有用的沒有學”;(2)教學方法與能力培養要求不相適應。主要體現在我們的教學方式仍然是以知識傳播為主,以教師講為中心,學生的內在動力沒有充分發揮出來,不利于學生能力的培養;(3)理論與實際不相適應。所講內容與現場應用中的實際問題有一定距離,不利于調動學生學習的積極性;(4)考核方法與素質提高不相適應。目前我們實行的考試方法仍然是以書本知識為主,以閉卷筆試為主,注重死記硬背,不利于提高學生素質。
三、培養大學生電子設計能力的幾點措施
1.更新教學內容,重構課程體系
盡管電子技術的發展日新月異,新的器件層出不窮,但電子技術課的基礎地位不能動搖。因此,模擬和數字電路中的放大、振蕩、反饋、頻率特性、邏輯函數、組合邏輯電路的設計、時序邏輯電路的設計等基礎內容不能削弱。在此基礎上要更新教學內容,著重分析由功能單元構成的通用集成電路(如集成運放、集成功放、集成A/D、D/A變換器等)和計算機應用集成電路(RAM、EPROM等),同時還要加強ASIC教學內容(如PLD、FPGA等)。電子技術基礎是工程設計性很強的課程,在教學改革中必須用系統的觀念重構課程體系,建議將模擬和數字電路學完后,再開一門“現代電子系統設計”。
2.加強EDA教學,提高大學生電子設計自動化水平
國際電子技術的發展動態顯示出,ASIC與EDA是電子器件與電子設計發展的技術潮流。ASIC的開發必須借助于EDA工具,因此掌握EDA技術是對當今電子工程師的最基本要求。目前,美國等西方發達國家,全部都開展了EDA教學,其大學生在校期間就能用EDA技術開發出先進的電子產品。而我國在EDA教學方面還比較落后,只有一些重點院校才剛剛起步,多數院校還沒有將EDA納入教學中。從參加全國大學生電子設計競賽的獲獎作品看,凡利用了EDA技術用ASIC芯片實現的題目,均做得比較完善,關鍵是它大大節省了設計時間。因此,必須盡快建立EDA實驗室,積極開展EDA教學,提高大學生電子設計自動化水平。
3.改變教學方法,激發學生學習的動力
我們在培訓參加電子設計競賽隊員的過程中受到很大的啟發,盡管培訓時間短,但收效很大,關鍵是有一種非常強的學習動力在支持著他們,他們是在興趣中學習,主動性和積極性得到了很好的發揮。同時,這一經驗也給我們提出了一個新的問題,在我們平時的教學過程中,學生有沒有動力?他們學習的主動性、積極性是否完全發揮出來了呢?這是值得深思的問題。在當今教學改革的大潮中,應大膽改革教學方法和教學手段,給學生確立一個明確目標,通過該課程的學習,讓學生達到什么標準、完成什么任務,然后,圍繞該目標,采取多方位的教學模式,啟發學生動腦設計、動手制作,最終達到該目標。目前應特別注意學生對計算機、因特網感興趣這一特點,充分利用現代化的教學資源(校園網絡、計算機、多媒體教室),開發一些學生感興趣的課件,最大限度地激發他們學習的動力。
4.加強實踐環節,使理論能夠聯系實際
電子技術課程的特點是實踐性強,因此,必須加強這一環節,使他們學以致用,理論聯系實際。加強實踐環節可以采取多種方式,應根據本校特點確定自己的最佳模式。我們目前采取了如下幾種形式:①課內實驗。一般占課程總學時的1/4~1/3;②課外實驗。我們研制了180套微型數字電路實驗箱,給每個學生發一臺,讓他們帶回宿舍,自己隨時都可以做;③虛擬實驗。由于經費緊張,器件品種和數量少等現實問題,有些不能實現的復雜實驗,可以利用EWB、Pspice等軟件進行仿真實驗;④課程設計;⑤實習基地;⑥開設以實驗為主的“電子系統工程設計”選修課;⑦優異生參加老師的科研活動。
關鍵詞:數字電子技術 EDA技術 課程整合
一、引言
高職教育的培養目標是適應社會發展需要的一線技術型、應用型人才,這種技術型、應用型人才應具有基礎理論知識、技術應用能力等。高職電子、電氣、計算機及相關專業開設的數字電子技術是重要基礎課程。傳統的數字電子技術教學只懂得電子技術的基本理論和方法而不懂現代電子技術的設計方法,無疑對就業和未來潛力的發展都是一種阻力。為了改變傳統理論課程與實踐教學相分離的狀況,獲得更好的教學效果,將EDA (Electronic Design Automation)技術引人教學環節,顯得十分必要。將EDA仿真軟件運用到高職的電子技術類課程教學中去,不僅可以豐富教學內容,提高教學水平和教學效率。
二、傳統教學中不足點
(一)傳統的教學目標不符合高職教育對人才培養的要求,教學內容的重點仍放在邏輯門,觸發器的解釋,中小規模集成電路的使用方法,數字電路系統的設計還是以真值表和邏輯方程的表達,手工打造的電路模塊的電路板設計,調試的方法,使得復雜的電路設計是非常困難的。電子技術發展的今天,分立元件和中小電路已由大規模集成電路取代,這種教學內容和電路實驗已經不能滿足電子技術的飛速發展的需要,其重要性將繼續減少。
(二)教學手段單一,教學方法和實驗資源不足。“黑板十粉筆+實驗”的教學方法不利于調動學生的積極性。在理論教學中,“數字電子技術”課程邏輯性強,內容大多是抽象和難以理解,教師使用傳統的“黑板+粉筆”的教學模式,不僅學生覺得無聊,而且教學效果不理想;并在實驗教學中,由于資金短缺的壓力,往往不能完全滿足學生實驗需求。
(三)教師素質沒有及時改善。傳統教學模式下的數字電子技術課程教學,教師沒有學習新的知識和技能,因此,不能在在電子技術教學中增加相應的設計方法和EDA技術的知識,同樣的課程是由兩位老師分別擔任,這可能不能對基本知識和和先進設計方法進行有機結合,更不會有好的教學效果。
三、EDA技術
(一) EDA技術概述
EDA(Eleetronie Design Automation)即電子設計自動化,它以計算機為工作平臺,融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制的電子CAD通用軟件包。它可以實現邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合與優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或專用集成芯。它不僅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。
(二)EDA技術的功能
(1)EDA軟件平臺中具有各類元件設計數據庫模塊。豐富的元器件庫不僅為學生掌握各類電子元器件提供了堅實的基礎,也可以通過元器件庫了解各種元器件的性能參數,并為創新設計提供了取之不盡且零消費的試驗元件。
(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。通過原理圖的設計可以幫助學生理解原理圖的結構及各級電路之間的關系,對學生讀圖和識圖起到事半功倍的作用。
(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)EDA軟件平臺可以進行多種類型的仿真分析。分析結果以數值或波形圖顯示出來,豐富直觀的逼真數據不但為學生進行電路分析提供方便,而且其得出的結論更滿足理論論證和接近實踐性。
四、EDA技術與數字電子整合的優點
(一)課程整合的必要性
大多數的高職院校將“數字電子技術”課程放在第二、三學期學習,“EDA應用技術”課程放在第五、六學期學習,這種先學習理論后進行實踐的傳統教學模式主要以熟悉工具軟件的使用和一些數字電路驗證實驗為主。從理論到實踐教學使學生學習數字電路的理論知識和實踐教學脫節,無法解決實際問題,所以傳統的教學模式已經不適應EDA技術發展的需要,需要將“數字電子技術”和“EDA應用技術”課程合并成為新課程:“數字電子EDA技術”。
(二)EDA在數字電子技術中應用
(1)在課程內容體系中,基于EDA技術與數字電子技術的數字系統的設計,體現了“數字系統EDA設計”和“數字電子技術應用”的核心技能。在數字電子EDA技術課程中,從培養學生工程應用能力和創新意識的角度基于教學的組織和實施,內容分為多個基本知識模塊和創新實驗模塊,構成一個能力培養層次化、教學內容模塊化、理論和實踐緊密結合的課程體系。
(2)EDA技術與數字電路教學的整合。教學中,介紹了EDA技術在數字電路課程設計的教學和實驗中的應用,學生只要學習EDA軟件和VHDL語言就可以自行進行數字電路實驗。在學生課前對實驗項目設計時,對使用MAX + PLUS原理圖設計或描述VHDL電路,進行綜合適配。綜合適配成功后,然后進行仿真分析,模擬結果與設計的特點是否一致。若不一致則對原理圖或文本進行修訂,綜合,自適應,仿真,直至一致。最后,下載自己完成的邏輯設計,在實驗系統上對硬件進行測試,最后根據數據寫出實驗報告。
(3)引導學生進行獨立研究的實驗室實驗中,鼓勵學生創建課外興趣小組,共同研究學習中遇到的問題,一起合作開發大家感興趣的電子設計。在設計與綜合實踐中,給學生實際的項目和目標,引導學生討論計劃,方法。學生完成任務的所有方面,根據任務目標,進行信息檢索,實驗設計,設備調試,實踐結果的測量和處理,學生在明確任務目標的基礎上,充分發揮主觀能動性,培養學生的獨立工作能力。
(4)采用國際標準和提高學生的英語水平。由于EDA編程語言的應用技術和相關軟件都是英文版本,相關網站和一些新知識也是英文的,因此,要鼓勵學生提高他們的英語水平,參閱相關的外文資料,加深對電子設計的理解,通過瀏覽相關的國外大型網站,激發學生的學習興趣。
五、總結
EDA技術引入數字電子技術的理論教學與實踐教學中,采用先進的教學方法,學生不僅可以直觀地了解電路的相關原理和工作過程,而且還可以修改電路形式或參數,還可以培養學生的實驗能力和創新能力,激發學生的學習電子電路設計先進技術的興趣,培養學生主動探索,努力進取,團結協作精神。
參考文獻:
【1】閻石.數字電子技術基礎[M]].北京:高等教育出版社,1998.
【2】顧斌,趙明忠.數字電路EDA設計[M].西安電子科技大學出版社,2004.
【3】王艷芬.數字電子電路及其EDA技術[M].化學工業出版社,2007.
論文關鍵詞:通信工程;本科專業;新疆;塔里木
目前新疆維吾爾自治區普通本科院校共計11所,其中綜合類院校3所,即新疆大學、石河子大學和塔里木大學。新疆大學、石河子大學是新疆維吾爾自治區的“211工程”本科院校,位于新疆維吾爾自治區的北疆。塔里木大學是排位僅次于這兩所大學的在新疆維吾爾自治區綜合實力排名第三的本科院校,也是新疆維吾爾自治區南疆地區唯一的一所綜合性大學。
塔里木大學原名塔里木農墾大學,位于塔里木河畔的阿拉爾市,創建于1958年,2004年5月經教育部批準更名為塔里木大學。塔里木大學原為農業部直屬院校,現為中央和新疆生產建設兵團共建。塔里木大學信息工程學院成立于2003年9月,現有教職工76人,專任教師65人,副高以上職稱占17%,碩士學位的教師占64%。學院包括5個教研室:計算機應用基礎教研室、計算機軟件教研室、計算機硬件教研室、通信工程教研室、數學教研室以及1個計算機實驗室。目前該學院有計算機科學與技術及通信工程2個本科專業。其中通信工程本科專業于2009年開始招生,每屆兩個班,每班30余人,該專業現有專業任課教師7人。
一、專業課程設置
1.專業必修課
塔里木大學信息工程學院通信工程專業人才培養方案中所設置的專業必修課有:高等數學、大學物理、線性代數、概率論與數理統計、大學計算機基礎、c語言程序設計、電路分析、現代電子技術、信號與系統、通信原理、通信電子線路、微波技術與天線、信息論與編碼技術、單片機與外圍電路、計算機網絡、數字信號處理、光纖通信、移動通信、現代交換原理與技術、嵌入式系統原理及應用等。
與中央民族大學通信工程本科專業培養方案(2010年版)相比,其多開設的專業必修課有大學計算機基礎(由于中央民族大學生源較好,因此沒必要開設該門課程)。中央民族大學按照專業選修課開設、塔里木大學按照專業必修課開設的課程有:計算機網絡、光纖通信、移動通信、現代交換原理與技術、嵌入式系統原理及應用等(由于中央民族大學通信工程本科專業是按照兩個主要專業方向培養學生,即無線通信和通信網絡,因此這種設置是合理的)。塔里木大學通信工程本科專業未開設的專業必修課有:機械制圖、數學物理方法、電磁場與電磁波、通信網理論基礎等。
2.專業選修課
塔里木大學通信工程本科專業大一上學期開設的專業選修課:通信工程專業導論。大二?上學期開設的專業選修課:數據庫原理。大二下學期開設的專業選修課:通信仿真技術eda。大三上學期開設的專業選修課:matlab及仿真應用、綜合布線技術。大三下學期開設的專業選修課:web系統與開發技術、現代傳輸技術、dsp原理與應用。大四上學期開設的專業選修課:通信工程專業英語、多媒體通信技術、前沿技術專題講座、寬帶無線通信、圖像處理與通信。四學年開設的專業選修課共計13門。
中央民族大學通信工程本科專業所開設的專業選修課分布如下:大二下學期開設專業選修課3門,大三上學期開設專業選修課5門,大三下學期開設的專業選修課8門,大四上學期開設的專業選修課16門(由于大部分學生專業選修課的學分在前三學年已選夠,且到了大四很多學生要考研究生、找工作、忙著聯系出國等,故大四上學期能夠真正開設的專業選修課寥寥無幾)。四學年開設專業選修課共計32門。
通過以上數據可看出,中央民族大學通信工程本科專業所開設的專業選修課數量遠遠多于塔里木大學通信工程本科專業所開設的專業選修課數量。但在塔里木大學通信工程本科專業所開設的專業選修課中也不乏頗具特色的課程,如綜合布線技術就是一門實用性很強的課程。
二、其他專業教學環節
1.實驗與實踐教學
塔里木大學信息工程學院的實驗教學樓建筑面積8800平方米,擁有10個多媒體教室、10個公共機房和8個專業實驗室(計算機組成原理、計算機硬件、計算機軟件、計算機網絡、自動控制、通信工程、數學建模、計算機創新)。通信工程專業所開設的實驗課有:電路分析實驗、現代電子技術實驗、信號與系統實驗、單片機與外圍電路實驗、c語言程序設計實驗、通信電子線路實驗、通信原理實驗、matlab及應用實驗、數據庫原理實驗、通信仿真技術實驗、現代交換原理與技術實驗、計算機網絡實驗、光纖通信實驗、移動通信系統實驗、嵌入式系統原理及應用實驗等。專業實踐性教學環節包括信號與系統課程設計、現代電子技術課程設計、通信原理課程設計、通信電子線路課程設計、嵌入式系統課程設計、專業認知實習、計算機網絡實習等。
2.專業實習
塔里木大學信息工程學院通信工程專業的專業實習安排在第六學期暑假進行,時間為8周(4學分)。塔里木大學信息工程學院十分重視學生的專業實習,為學生聯系了多個新疆維吾爾自治區與通信工程專業有關的實習單位,如新疆阿克蘇移動通信公司在通信工程專業建設、實習基地建設、教師實踐鍛煉、實驗通信機房建設等方面都給予了塔里木大學信息工程學院大力支持。為了保證專業實習的效果及真實性,每個實習點都有學院專業教師帶隊,發現問題隨時解決,并保持和學院的經常聯系。這種保質保量的專業實習為學生們畢業后走向社會并盡快融入企業打下了良好的基礎。
3.畢業設計
塔里木大學的畢業設計安排在第8學期進行,時間為12周(6學分)。為了保證畢業設計質量,塔里木大學信息工程學院嚴把開題關,提倡畢業設計內容與實際工程相聯系,避免學生在畢業設計中弄虛作假。為了鼓勵教師搞好畢業設計工作,帶一個本科生畢業設計給10個課時的工作量;若所帶的學生畢業設計成績優秀,則工作量加倍。為了使學生的畢業設計成績公平、公正,塔里木大學信息工程學院制定了一系列嚴格的畢業設計成績評定程序與標準。
4.學科競賽
塔里木大學信息工程學院非常鼓勵與支持學生參加新疆維吾爾自治區及全國舉辦的各項學科競賽,并取得了不錯的成績。如在2011年的全國大學生數學建模競賽中,通信工程專業有兩名同學分別獲得了國家的二等獎,一名同學獲得了新疆維吾爾自治區的一等獎,三名同學分別獲得了自治區的二等獎,還有兩名同學獲得了自治區的三等獎。全國大學生數學建模競賽由教育部高等教育司和中國工業與應用數學學會共同主辦,是教育部重點支持的全國大學生四大競賽之一,目前已成為全國高校規模最大的基礎性學科競賽,也是世界上規模最大的數學建模競賽。作為創辦時間很短的塔里木大學信息工程學院通信工程本科專業,能在這樣的大賽上取得如此成績實為不易。
此外,為了使學生能夠較早地對所從事職業有所認知并做好就業準備,塔里木大學信息工程學院為學生還安排有職業規劃與就業指導課程。
【關鍵詞】數字電路課程;實踐平臺;工程設計;實驗
1概述
在教學過程中,具備數字系統設計實踐工程能力,涉及相關數字系統課程體系教學與實踐,在各高校的電氣、電子信息類專業中,數字電路是一門專業基礎課程,隨著數字技術應用領域的不斷擴大,在后續專業課程中,顯而易見,隨著電子產品數字化部分比重增大,它在數字系統設計中基礎性地位越來越突出。
因此,培養適合現代電氣、電子、信息技術發展的卓越人才,創新數字電路的課程幾次理論與工程實踐教學迫在眉睫。
根據我校近幾年電氣、電子課堂教學的實踐情況,數字電路課程應該以面向應用的數字電路設計為核心,在熟練掌握基本電路教學內容的基礎上引入先進的數字系統設計方法的課程教學和實踐內容。
工程實踐過程中,逐步從自底向上的設計方法逐步轉變到自頂向下的設計方法中來,以教師科研應用來拓展,以全面培養優秀數字設計卓越技術人才[1]。
2探索構建數字電路教學中的多層次的創新實踐平臺
2.1多層次的數字電路創新實驗平臺構思。
面向卓越人才培養的數字電路課程創新實踐教學,可以分層次進行在各個教學階段逐步推進,包括:面向基礎的數字設計的基本原理與工程創新實驗教學模塊、面向應用的數字電路課程設計教學和結合科研項目的創新實踐平臺[2][6]。
多層次的數字電路創新實驗平臺架構如圖1所示。
2.2數字設計的基礎原理與實驗教學。
數字電路基礎原理和實驗教學是數字系統設計的課程體系的基礎入門階段,是培養數字邏輯代數與邏輯電路的重要過程,大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路,其中時序邏輯電路主要包括:鎖存器、觸發器和計數器,組合邏輯電路包括,編譯碼器、多路復用器、比較器、加(減)法器、數值比較器和算術邏輯單元等。教學的目的是訓練學生掌握組合和時序邏輯電路堅實理論基礎,使學生掌握數字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能,不但要注重基本數字電路與系統設計理論的理解,同時讓學生在學習中逐步了解面向應用和現代科技進步數字電路新的設計理念[2][3]。
2.3面向應用的數字電路課程設計實踐教學。
隨著電子設計自動化技術(EDA)和可編程器件(CPLD)的不斷發展和應用,以EDA技術為主導的數字系統理念已經成為企業工程技術的核心。數字電路課程設計主要培養學生利用中小規模數字集成電路器件和大規模可編程器件進行數字電路設計和開發能力。在卓越工程師培養背景下,結合前階段數字電路課程理論教學和實驗教學的實際情況及EDA技術的發展狀況,適時進行數字電路課程設計和EDA技術課程的綜合銜接,以及課程深度融合[4]。主要內容包括:
2.3.1基于Multisim等相關軟件的數字系統仿真實驗。可以構建虛擬數字實驗系統,不但較好地模擬實物外觀外,還可以利用系統提供的實驗平臺開展實驗的設計、仿真,進行實驗內容的邏輯驗證。
2.3.2基于通用和專用數字芯片的數字系統設計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。
2.3.3基于硬件描述語言(HDL)的數學系統硬件描述。采用硬件描述語言實現數字邏輯設計,基于EDA環境仿真和驗證。可以結合上述(1)和(2)的優點,采用硬件設計軟件化技術應用于數字電路課程設計的實驗教學中,通過綜合性實驗的自行設計和實驗,對實驗內容、實驗規模、實驗方法進行了綜合創新設計[5]。
2.4結合科研項目的數字設計實驗創新平臺。
在高等院校,教師即承擔教學任務,同時有各自的科學研究方向,同學們可以根據自己的研究興趣,加入教師的科研團隊,形成教學與科研互利的良性循環。面向卓越工程師培養的數字系統設計,可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學體系。比如:搭建在線可編程門陣列(FPGA)創新實驗平臺,形成數字電路、電路線路課程設計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統設計,形成面向數字系統設計的課程體系[3]。同時,應用高校與知名企業建立的校企合作平臺,把企業界的研究信息和研發需求引入到教學平臺,開拓了學生的研究思路和視野,提升了學生設計復雜數字系統的能力;目前,我校正在與國際知名的半導體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續建立卓越人才大學培養計劃,利用大學設置小學期,在FPGA和PSoC開發平臺上進行了面向實際應用的數字系統設計,在實踐平臺上不僅有學校的任課教師,還有知名企業派來的一線工程師指導同學們的實踐,相比改革前,取得很好的實踐效果,同學們的數字系統設計水平得到了提高,同時在編程、接口、通信協議等方面也有了深刻的認識。
對于優秀的學生,借助全國各種形式的大學生電子(信息)設計競賽這個創新平臺,組織他們積極參與,激發他們的學習研究興趣和創新意識,綜合所應用的數字系統設計知識,發揮競賽團隊的協作精神。每年,我們都有部分優秀學生通過努力,創新設計的作品獲得專業認可,并取得了良好的參賽成績,也使得數字設計課程體系的建設上了一個新的臺階。
3基于創新平臺的課程體系優化與實踐
卓越工程師培養要求的數字電路系統設計課程體系協調好相關電氣、電子類專業上下游相關理論課程、實驗綜合性設計同時得到協調發展。如何實踐論文所提到的創新實驗平臺,應該引進現代數字設計理念,重點把EDA軟件、設計工具、開發平臺與傳統的數字電路基礎理論教學相銜接。我們在這幾年對數字系統設計課程體系、創新實踐教學內容等方面的進行了改革與探索,取得了一定的成效。經過這幾年的實踐,我們逐步構建了面向應用的數字系統設計課程優化體系[5],如圖2所示。
4不斷探索數字電路理論教學內容的改革與實踐
4.1以數字電路設計為目的強化基本邏輯電路理論教學。
在進行復雜數字系統設計之前應該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路,包括電路的功能、電路的描述以及電路的應用場合等。
樹立電路設計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次,樹立電路設計思想需要理論講解與實踐相結合,逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數字系統設計強調采用硬件描述語言來對電路與系統進行描述、建模、仿真等[2][3]。
4.2掌握面向應用的數字系統工程設計方法。
學生在掌握數字電路基本概念和一般電路的基礎上,進一步掌握數字系統設計的方法、途徑和手段。其主要內容包括:數字系統與EDA的相關概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數字系統的設計方法、開發環境與實驗開發平臺以及應用實例的介紹等。這些課程內容涉及面較廣,為了提高教與學的效果,探索總結了以下的教學重點內容,并作為教學實踐中的教學切入點[1]。
隨著電子技術不斷發展與進步,現代數字系統設計在方法、對象、規模等方面已經完全不同于傳統的基于固定功能的集成電路設計[1][2]。現代數字系統設計采用硬件描述語言(HDL)描述電路,用可編程邏輯器件(PLD)來實現高達千萬門的目標系統。這一過程需要也應該有先進的設計方法。根據硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結構特點以及應用的需要,在教學過程中闡述了先進設計方法。例如:采用基于狀態機的設計方法設計復雜的控制器(時序電路),應用或設計鎖相環或延時鎖相環來處理時鐘信號,應用自行設計(IPcore)軟核來提高數據吞吐量[1][2][3]。
4.3深化數字電路實驗教學改革。
實驗實踐教學過程中,注重基礎訓練與實踐創新相結合的實驗教學改革思路,加強學生工程思維訓練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力,理論與實踐相結合的分析能力。在實踐過程中的提高創新性和綜合性能力,面向應用的數字電路創新平臺建設,需要不斷提高課程試驗、實驗和實踐過程在教學中的比例,在符合認知規律的同時,逐步加強來源與實際需要的綜合性數字設計實驗。
5結語
數字電路是電氣、電子信息類專業的一門重要的專業基礎課程,論文針對當今卓越工程師培養的要求,以及在教學過程中遇到的主要問題,探討了面向應用的數字電路課程創新實踐平臺。提出了多層次的數字電路創新實驗平臺結構和面向應用的數字系統設計課程優化體系。目的在于,通過課程及相關課程體系改革與創新,使得學生更快、更好的適應現代數字技術發展的需求。
參考文獻
[1]孔德明.《數字系統設計》課程教學重點的探討,科技創新導報,2012.1,173-174.
[2]任愛鋒,孫萬蓉,石光明.EDA實驗與數字電路相結合的教學模式的實踐,實驗技術與管理,2009.4,200-202.
[3]葉波,趙謙,林麗萍.FPGA課程教學改革探索,中國電力教育,2010,24,130-131.
[4]秦進平,劉海成,張凌志等.電類專業數字系統綜合實驗平臺研制,實驗技術與管理,2012.6,75-78.
關鍵字:電子技術;教學方法;實踐教學;工程素質
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)19-0135-02
一、引言
當今社會正飛速地進入信息化時代,以電子信息科學技術為特征的高新技術產業已成為全社會發展最強勁的產業,而電子技術正是其發展的基礎之一。[1]電子技術課程是高等院校電子、電氣、物理類專業的專業基礎課,是人才培養體系中介于公共基礎平臺和專業技能平臺之間的重要環節,是學生在本科學習期間從理論分析模式轉向工程應用模式最重要的節點[2]。它為學生學習本專業后繼課程和畢業后從事相關專業技術工作提供必要的專業理論知識和專業實踐技能,是培養學生系統掌握本專業知識、應用理論知識解決工程實際問題、訓練科學實驗能力和創新能力的重要環節。
二、存在的問題
(一)傳統的理論教學模式落后
以“教員課堂講課為主體、學員課后練習為輔助、試卷考核為評價手段”的“知識驅動”型教學模式,這種圍繞電子技術知識學習的模式未能良好地實現“教員為主導、學員為主體”的教學實施指導思想。從教學實施過程和教學效果上看,該模式的主要弊端是造成了很多學員在學習過程中“上課被動接收、課后應付作業、考前臨陣磨槍、通過萬事大吉”的現狀,學員在課程學習結束后只記得學了哪些課程知識,對知識的掌握理解卻不深刻,更難以達到應用專業知識解決實際問題的水平,導致學員電子技術專業素養培養不夠,綜合知識實踐能力鍛煉不到位的等問題的產生。
(二)課堂實踐模式單一,制約學員創新能力的發展
比如,傳統的數字邏輯實驗是采用常規的TTL邏輯器件,以手工連線的方法來實現一定邏輯功能,當實驗電路規模達到一定程度時,電路的可靠性會大大下降,而且各器件需要很多連線,一旦改變設計方案,不但需要更換器件,還需要重新進行大量連線工作,學員在實驗過程中很多精力被牽扯進連線和差錯這些瑣事中,因此會感到枯燥、乏味。這種模式缺乏靈活性,效率低,在一定程度上制約了學員實驗興趣的培養和創新能力的發展[3]。
三、主要方法
(一)改進教學方法,拓展教學手段
現代教育不再是以教師為中心的知識灌輸,而是圍繞學生需要,對學生工程素養的培養,包括思維能力、實驗能力、自學能力和團隊合作能力的綜合培養[4]。電子技術專業的培養必須時刻緊扣現代電子技術的發展,調整優化教學內容,研究改革教學方法,豐富教學手段,提升教學效果。突出“討論式教學法”為主線的多模式現代教學方法的綜合嘗試,重點激發學員學習的內在興趣和動力,啟發學員深入思考課程內容,提高學員獨立思考和自主學習的能力。教法促進學法改變,采用課外學習、課堂研討、課堂翻轉、同伴學習、案例引入等具體手段,加強師生、生生的深層次互動。同時完善考核評價體系,促進學員腳踏實地、求真務實地學習。
在《模擬電子線路》課程中采用了討論式教學法,將原有的60學時的理論課時和30學時的實驗課時重新規劃安排,以“理論講授”“學習討論”“實驗實踐”為三個主要授課模塊。其中“理論講授”環節擬以知識點講授為主要元素構建體系,大約實施31學時。“學習討論”是在“理論講授”的基礎上,通過學員課外準備、課上研討,進一步加深對理論講授的理解,同時填充理論講授與課程標準要求的知識間隙。“學習討論”安排大約23學時,另外習題課為6學時。
(二)新教學設計,提高教學效率
教學設計是對一門課的組織形式和組織結構進行擬定,其中心問題是確立課程的范圍、順序[5],并盡量結合實際,選用一些實用性、趣味性較強的案例,或選擇學生熟悉易知且能充分反映事物本質的具體現象提供給學生,增加學生的感性認識和學習興趣,可不斷更新教學內容以適應電子技術的發展[6]。
例如,在講授“晶體二極管”時,教師可通過演示兩個對比實驗引入新課。實驗一:在音樂卡片電路中正向串聯一只晶體二極管,接通電源后,便會奏出悅耳動聽的音樂;實驗二:在實驗一的基礎上,將二極管反向串接到電路中,接通電源后,卻無音樂聲發出。這“一響一靜”兩個實驗現象,會激發學生極大的好奇心和探究其原因的強烈欲望。此時,教師不失時機地導入所要教授的內容,可謂引人入勝。在課程教學中注意引導學生學會運用基本理論和方法來解釋工程現象和分析解決實際問題,淡化純粹的解題技巧的訓練。例如,放大電路的電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的分析計算,讓學生了解分析這幾個動態指標的意義,并學會運用晶體管的微變等效電路進行分析計算即可。
(三)深化課程內容,融合實驗模式
首先,針對學科人才培養方案的變革,根據學員進入專業課學習情況或畢業后的工作需求不斷梳理、調整教學內容。其次,在課程框架設計上,重視基礎性,強調應用性,體現軍隊特色;在內容安排上,精選經典,加強現代。再者,在教學過程中,注意從“基礎、技術、應用”三大規模合理定位。教學內容實現“三個轉變”:由分立元件電路向集成電路轉變;由小規模集成電路向中大規模集成電路轉變;由固定功能電路向可編程邏輯功能轉變。精講基礎,合理運用分析手段,增加EDA演示的內容,適當穿插綜合應用的內容,提高對學生應用、創新能力的要求。
充分重視課程的實踐環節,融合傳統的手工接線方法和基于EDA技術的CPLD實驗模式。可以避免因接線錯誤、芯片接觸不良等帶來的問題,使得電路設計從傳統的硬件搭建轉到了軟件設計和仿真調試上來,但是傳統的實驗模式對于學員建立硬件概念,有利于培養學員細致、耐心和嚴謹的工作作風,因此,必須融合這兩種實驗模式,例如,對于儀器的使用、芯片參數的測試內容,就適合用傳統的實驗方法來完成,而對于復雜的組合邏輯電路、時序邏輯電路等內容,就適合運用EDA手段來實驗。另外,一些原理相同,可以分別通過這兩種方法實現,比如實現兩位加法(減法)的設計,可以用傳統的方法,對于四位加法器的設計,可以用EDA模式來實現,這樣,可讓學員體驗到兩種方法實現相同實驗目標的不同之處,同時軟硬兩方面的知識也得到鞏固提高。
猿擲礪塾朧導相結合的教學道路,通過課程作業、基礎實驗、綜合設計實驗、課程設計、電子創新月及學科競賽作等形式,讓學員們更好地理解所學知識,加強學員的實際分析問題、解決問題的能力,做到能學會用。
四、總結
在傳統的教學模式中,理論教學采用“知識驅動型”教學模式,并且與實踐課程教學相互獨立,嚴重影響和制約學員的學習興趣,被動學習情況普遍,教學效果不理想。為讓參與教育過程的學員真正“活”起來,成為“中心”,成為“主體”。我們在電子技術系列課程中通過改進教學方法、創新教學設計、融合多種實驗模式等教學手段,使電子技術教學在教學理念上,實現學員電子技術類課程學習從“要我學”轉變為“我要學”,學習積極性增強;在培養效果方面,更為注重運用專業知識解決實際問題的專業實踐能力,提高了學生的基本工程思維能力和綜合工程素質。
參考文獻:
[1]趙芳.電子技術課程教學改革淺析[J].高校實驗室工作研究,2012,(3):9-11.
[2]劉素貞,李華,耿躍華等.電工電子教學實驗中心創新實驗體系的建設[J].電氣電子教學學報,2012,34(2):147-149.
[3]李悅麗,張漢華.電路課程教學中的實例教學法探討[J].中國電子教育,2013(2):54-56.[3]吳根福,吳科杰,高海春.優化設計整合資源提高實驗教學質量[J].實驗室研究與探索.2016,(8):203-206.
[4]單德偉,唐善梅.“雙院制多元立交式”實踐育人模式的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2016,35(3):165-168.
[5]陳萬強.創新校區合作機制提高應用型人才培養水平[J].中國高等教育,2012,(8):13-15.
[6]鄢志丹,王宇紅,廖明燕.基于大學生創新訓練計劃的創新實驗室建設[J].實驗科學,2013,16(4):98-100.
The Electronic Technology Teaching Reform and Practice Based on the Cultivation Engineering Thinking Ability
WU Su,MA Zhi-yuan,CHEN Shao-chang
(Department of Electronic Engineering,Navy University of Engineering,Wuhan,HuBei 430033,China)