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電子技術(shù)課程設(shè)計是電類專業(yè)學(xué)生學(xué)習完數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)理論課及實驗課之后的重要的理論和實踐綜合設(shè)計環(huán)節(jié),是學(xué)生掌握和具備電子技術(shù)基礎(chǔ)知識和單元電路的設(shè)計能力之后,進一步學(xué)習電子電路系統(tǒng)的設(shè)計方法和實驗方法,是把理論運用到實踐中進行再體會,著重提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神,為以后從事電子系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)應(yīng)用打好基礎(chǔ)。如何在這一環(huán)節(jié)啟發(fā)學(xué)生人創(chuàng)新意識和實踐能力,并掌握電子設(shè)計的新技術(shù)新方法是一個值得不斷探索的課題[1,2,3]。近年來,隨著EDA技術(shù)的普及與應(yīng)用,將EDA技術(shù)引入到電子技術(shù)課程設(shè)計中,在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和工程設(shè)計能力方面作了一些探索和嘗試,經(jīng)過幾個學(xué)期的實踐取得了較好的效果。
1傳統(tǒng)電子技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)的弊端
傳統(tǒng)的電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)過程中有一些弊端,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。第一受到教學(xué)經(jīng)費及實驗場地和實驗時間的制約,輔導(dǎo)教師缺少;第二,課程設(shè)計題目狹隘,缺少個性,有的課程設(shè)計題目向乎是紙上談兵,設(shè)計過程枯燥乏味;第三,學(xué)生綜合能力培養(yǎng)受到限制,阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展和發(fā)揮,導(dǎo)致學(xué)生對課程設(shè)計興趣降低,不利于學(xué)生主動探索精神的培養(yǎng)。
2電子技術(shù)課程設(shè)計的教學(xué)改革
2.1教學(xué)方法的改革
電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)是當前工程設(shè)計的新技術(shù),它的應(yīng)用使得電子系統(tǒng)的設(shè)計手段產(chǎn)生了深刻的變革[4,5,6,7]。在教學(xué)中采用虛實結(jié)合法,“虛”是指學(xué)生在完成電子系統(tǒng)的初步設(shè)計方案以后,用應(yīng)用軟件對整體電路進行仿真,驗證設(shè)計方案的或能,修改方案設(shè)計中的原理性錯誤?!皩崱笔侵笇W(xué)生對所設(shè)計的電路在實驗室進行實物制作。虛實結(jié)合法中“虛”是手段,“實”是目的,虛擬仿真不受實物實驗條件的限制,能夠拓寬學(xué)生的設(shè)計思路,實物制件與調(diào)試是最終實現(xiàn)的結(jié)果。虛實結(jié)合法進行電子課程設(shè)計的流程如圖1所示:1)選題及方案設(shè)計:根據(jù)課程設(shè)計的預(yù)期目標,提出幾個不同的、難度大體相當?shù)?、具有實用性的電子電路設(shè)計題目及性能指標,由小組成員集體討論選擇設(shè)計題目,組織小組成員查找相關(guān)資料,并要求小組成員每人都提出自己的初步設(shè)計方案。然后小組成員討論各自的方案,相互提出修改意見,發(fā)揮團體精神,集思廣益,最后確定設(shè)計方案。2)電路虛擬仿真:電子設(shè)計自動化是當前工程設(shè)計的新技術(shù),它的應(yīng)用使得電子系統(tǒng)的分析設(shè)計手段產(chǎn)生了深刻的變革,是電類學(xué)生從事工程技術(shù)工作必須掌握的技能。在學(xué)生根據(jù)設(shè)計課題初步確定方案后,要求先在虛擬仿真臺上對設(shè)計方案進行仿真,觀察電路功能是否滿足設(shè)計要求,分析主要元器件參數(shù)對電路指標的影響,初步了解電路的工作情況,適當更改元件參數(shù)使之達到技術(shù)指標的要求,為電路的實際調(diào)試做準備。3)實物制作及調(diào)試:對實物電路進行安裝,可以培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、求真的科學(xué)態(tài)度和認真踏實的工作作風。從實物的制作及連接可以讓學(xué)生接觸實際中使用的元器件及識別,觀察實際元件的外形及標稱方法,可以在實物制作中提高焊接的技能以及集成芯片和面包板的使用。調(diào)試技術(shù)是工程技術(shù)人員必須熟練掌握的基本技能,在加信號的情況下進行單元電路的調(diào)試,單元電路能正常工作后再逐步擴大調(diào)試范圍,直到完全符合設(shè)計要求。調(diào)試完畢后,比較電路實測的性能與計算機的虛擬仿真結(jié)果,認識虛擬仿真在電子技術(shù)設(shè)計中所起的作用,培養(yǎng)學(xué)生軟硬件的綜合應(yīng)用能力。4)答辯及設(shè)計報告:答辯主要檢查的提問課程設(shè)計課題的基本原理、基本設(shè)計方案、電路圖等相關(guān)內(nèi)容及學(xué)生的理解和掌握情況。答辯以小組為單位,采取搶答的形式,答辯題目按難易區(qū)分2-3個層次,搶答的題目難度越大則得分越高。總結(jié)報告是學(xué)生對課程設(shè)計全過程的系統(tǒng)總結(jié),按規(guī)定的格式進行書寫,作圖要規(guī)范,通過撰寫總結(jié)提高學(xué)生的方案表達能力、工程制圖能力和科技寫作能力等基本綜合素質(zhì)。
2.2設(shè)計課題內(nèi)容的改進
電子技術(shù)課程設(shè)計所選的課題來源于工程實際,能夠反映現(xiàn)實生活中的應(yīng)用,并且能盡量覆蓋電子技術(shù)理論的主要知識點。比如,振蕩電路、組合邏輯電路、計數(shù)器、譯碼器、寄存器、循環(huán)脈沖發(fā)生器等,既要使大多數(shù)學(xué)生能夠在規(guī)定時間順利完成,又要使課題有一定的自由空間,以開闊學(xué)生思路,發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和主動性。結(jié)合幾個學(xué)期的工程實踐經(jīng)歷,目前電子技術(shù)課程設(shè)計已經(jīng)開設(shè)的題目有數(shù)字鐘、數(shù)字頻率計、交通燈控制、籃球比賽計時器、救護車報警器、搶答器、循環(huán)彩燈等。在選題時,學(xué)生自由選擇提供的課程設(shè)計題目,也可以自擬題目。
3教學(xué)的收效
上述教學(xué)實踐極大地激發(fā)了學(xué)生的設(shè)計熱情,從學(xué)生所寫的課程設(shè)計總結(jié)來看,大多數(shù)學(xué)生在不同方面都有很大收獲。3.1激發(fā)了學(xué)生的積極性學(xué)生感覺到利用所學(xué)的電子技術(shù)知識可以實實在在的做出電路來,提高了學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識的信心,激發(fā)了學(xué)習理論課的熱情。3.2掌握開展實踐活動的科學(xué)方法學(xué)生對開展工程實踐活動的科學(xué)方法和步驟有了切身體會,為進一步學(xué)習其它專業(yè)課的設(shè)計和以后的專業(yè)工作奠定了基礎(chǔ)。3.3增強了團隊合作能力以團隊合作的形式完成任務(wù),分別查找資料、模塊設(shè)計、電路調(diào)試等從而使學(xué)生在設(shè)計過程中學(xué)會相互溝通協(xié)調(diào),相互支持配合,增強了責任感和團隊合作能力。
4結(jié)束語
關(guān)鍵詞:電子技術(shù);課程設(shè)計;教學(xué)改革
作者簡介:金丹(1978-),女,遼寧建平人,上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院,講師;王魯楊(1963-),女,天津人,上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院,副教授。(上海 200093)
基金項目:本文系上海電力學(xué)院“085智能電網(wǎng)技術(shù)本科教改研究”項目的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)02-0098-02
“電子技術(shù)課程設(shè)計”是電氣與控制類工科專業(yè)本科生的必修課程,該課程的基本任務(wù)一方面是鞏固和加深模擬“電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”課程的學(xué)習成果和“電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗課”中所掌握的實驗技能,另一方面是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科研作風及在電子技術(shù)方面的實踐技能,提高學(xué)生綜合運用電子技術(shù)知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。[1]
學(xué)生通過熟悉設(shè)計任務(wù)、查找資料、設(shè)計電路、計算機仿真、安裝調(diào)試、整理總結(jié)等環(huán)節(jié),初步掌握電子工程設(shè)計思路,了解開展科學(xué)實踐的程序和步驟。學(xué)習電子產(chǎn)品工藝的基本知識和操作技能,培養(yǎng)專業(yè)學(xué)習的熱情,養(yǎng)成良好的專業(yè)素質(zhì),為較好完成后續(xù)課程的學(xué)習和設(shè)計做準備,為將來能在工作崗位上繼續(xù)學(xué)習接受新知識,進而發(fā)明創(chuàng)新打下良好基礎(chǔ)。因此綜合性強,實踐性突出的“電子技術(shù)課程設(shè)計”對學(xué)生的訓(xùn)練和鍛煉是其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的,是專業(yè)建設(shè)中值得重點建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。
一、課程設(shè)計改革目的
近年來,電子技術(shù)課程實驗條件不斷改善,能夠適應(yīng)“電子技術(shù)課程設(shè)計”對硬件設(shè)施所提出的更加靈活、更加高端的要求,為“電子技術(shù)課程設(shè)計”改革提供了硬件基礎(chǔ)。同時,隨著學(xué)生人數(shù)不斷增加,電子技術(shù)課程的師資隊伍也不斷壯大,為豐富課程設(shè)計內(nèi)容、提高課程設(shè)計水平提供了人員保證。
在這樣的情況下,提出并實施“電子技術(shù)課程設(shè)計”改革,突出學(xué)生在課程設(shè)計過程中的主體地位,培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力與創(chuàng)新能力。結(jié)合本校實際,充分利用學(xué)?,F(xiàn)有的教學(xué)資源,提高課程設(shè)計的教學(xué)效果和水平。
二、課程設(shè)計改革中的幾個措施
1.優(yōu)化設(shè)計題目
好的設(shè)計題目可以激發(fā)學(xué)生的興趣,提高學(xué)生的積極性,這種內(nèi)在的學(xué)習動力不僅能夠提升教學(xué)效果,而且真正寓教于樂。
題目的選擇原則是內(nèi)容的豐富性、實用性、趣味性、先進性、創(chuàng)新性。題目的難易程度要適中,能體現(xiàn)出對基本理論、基本概念、基本技能的綜合應(yīng)用。因此,選題時宜選擇與生活實際相關(guān)的題目;采用的芯片為目前主流的中等規(guī)模、大規(guī)模芯片;設(shè)計成品應(yīng)該是一個包含信號源、信號處理、輸出顯示在內(nèi)的完整的小系統(tǒng)。例如《洗衣機控制器》題目將課堂教學(xué)與生活實際密切聯(lián)系,讓學(xué)生切身體會到所學(xué)課程如何在工作中應(yīng)用。再例如《乒乓球游戲機》題目,將課程與游戲相聯(lián)系,活潑新穎,獲得了學(xué)生的喜愛。
2.采用導(dǎo)師制
通常的課程都是以班級為單位,每個班級配置一名教師,以往的“電子技術(shù)課程設(shè)計”也采用這種方式。由于課程設(shè)計的題目靈活度較大,也具有一定深度,所以一般每個教師只會精通兩到三個設(shè)計題目,而學(xué)生就只能在這幾個題目中選擇。隨著師資隊伍地壯大,每個教師掌握兩個題目,那么所有教師加在一起就一共有三十幾個題目。本校希望這么多的教學(xué)資源能夠為所有學(xué)生所用。因此在本次教學(xué)改革中打破班級的概念,采用導(dǎo)師制。所有教師的所有題目均面向全體學(xué)生開放,學(xué)生可自由選擇,選擇題目的同時也就選擇了導(dǎo)師。對某個題目特別感興趣,可以直接選擇該題目。或者特別喜歡某個教師,也可以為了追隨那個教師而選擇他的題目。此外,每四個學(xué)生為一組,結(jié)組時也打破班級的概念,學(xué)生可自由選擇合作伙伴。所以學(xué)生不僅可以選擇題目、教師,也可以選擇同伴,自足選擇性很強。
3.采用項目教學(xué)法
以往教學(xué)模式中,教師把課程設(shè)計的電路、具體步驟都傳授給學(xué)生,學(xué)生很少思考,很少質(zhì)疑,更沒有探索。本次改革中采用項目教學(xué)法,由教師引導(dǎo),學(xué)生自主完成一個個具體的工程案例,按行動路線設(shè)計教學(xué)思路,培養(yǎng)學(xué)生的探索精神,提高其實踐能力。
設(shè)計過程模擬實際的項目開發(fā)過程,包含項目任務(wù)下達、方案設(shè)定、軟件仿真、硬件調(diào)試等各環(huán)節(jié)。體現(xiàn)為課程設(shè)計中的如下環(huán)節(jié):學(xué)生選定設(shè)計題目與導(dǎo)師、下達任務(wù)書、確定設(shè)計方案、電路連線圖仿真、電子元器件的安裝與對所設(shè)計電子系統(tǒng)的調(diào)試、撰寫課程設(shè)計報告。
為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,強調(diào)學(xué)生自主設(shè)計,重視啟發(fā)式教學(xué)。教師只在大思路上加以引導(dǎo),對具體方案和設(shè)計細節(jié)不做過多干預(yù),只起組織、引導(dǎo)、檢查、把關(guān)和解決一些疑難問題的作用,放手讓學(xué)生大膽實踐,充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。同時,為了配合廣大學(xué)生大膽的發(fā)散的設(shè)計,提供了門類齊全、種類豐富的元器件供學(xué)生選擇。[2]
4.提高工程意識
“電子技術(shù)課程設(shè)計”本身就是一個工程設(shè)計的縮影,具有很強的工程特性,以其為載體,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識具有天然的優(yōu)勢。
對于一個工程的實施,所設(shè)計產(chǎn)品的性能并不是唯一的評價指標。設(shè)計周期、設(shè)計成本、團隊配合也同樣重要。為此,在課程改革中相應(yīng)地采取了一些措施。首先,為了提高對設(shè)計周期地重視,在課程考核中加入了時間概念。在完成設(shè)計要求的情況下,時間使用最少的組成績最高。另外,為了提高對設(shè)計成本的重視,在設(shè)計中引入性價比概念,對高價格器件的領(lǐng)用進行登記、統(tǒng)計與限制,推薦學(xué)生采用低價格的元器件完成相同的功能。在幫助學(xué)生提高成本概念的同時,也為學(xué)校節(jié)省資金投入。最后,為了加強團隊配合,在每個組的四個人中推舉一名組長,負責整個設(shè)計過程的協(xié)調(diào)。由組員共同討論完成對項目的理解并做出具體的設(shè)計方案,然后統(tǒng)一調(diào)配每個成員所負責的設(shè)計任務(wù)。每個成員必須在規(guī)定的時間完成自己所負責的部分。在項目調(diào)試過程中必定會出現(xiàn)一些問題,而解決這些問題需要各部分的密切配合。因此要求每個人除了了解自己的設(shè)計部分以外,還必須了解其他人的設(shè)計思路。因此為了考核團隊配合,在答辯中除了檢驗每人分管的部分外,也會檢驗對整個方案和設(shè)計思路的理解。
5.引入模塊化設(shè)計理念
隨著電子電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,所設(shè)計的產(chǎn)品在功能、線路等各方面都越來越復(fù)雜。在實際的電子電路開發(fā)中,教師一般將電路劃分為多個模塊,每個人負責一個模塊。先設(shè)計單獨模塊并獨立調(diào)試,然后再把幾個模塊聯(lián)調(diào),最終將整個系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。盡管在課程設(shè)計中所設(shè)計的電路功能較為簡單,但是為了模擬電子電路的實際開發(fā)過程,仍然希望在設(shè)計中能夠引入模塊化設(shè)計理念。因此,每個教師開發(fā)自己的題目時,都有意識的使所設(shè)計的電路功能齊全,保證整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整。所以在每個題目中都包含了信號源、輸入、輸出、控制等多個部分,可以很方便地劃分為幾個模塊。每組中的四個成員可自行選擇設(shè)計模塊。既讓學(xué)生學(xué)習了電子電路的設(shè)計理念,又保證了每個學(xué)生的工作量,做到人人動手。
6.軟件仿真與實物調(diào)試相結(jié)合
由于計算機軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,在電子應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生了很多成熟的開發(fā)與仿真軟件,為實際電子電路的開發(fā)提供了準確的保證,同時節(jié)約了大量人力物力。EWB、Protel、ORCAD、PSPIC、Multisim等都是目前較為流行的電子電路仿真軟件,在實際的電子電路開發(fā)中也得到了廣泛的應(yīng)用。因此,在本次教學(xué)改革中,模擬實際的電子電路的開發(fā)過程共十天的課程,其設(shè)計分成五天軟件仿真和五天硬件調(diào)試。前面五天學(xué)生采用自己喜歡的仿真軟件設(shè)計并調(diào)試電路。調(diào)試成功后根據(jù)所設(shè)計的電路制定元器件清單,并進行第一次答辯。答辯通過后根據(jù)清單領(lǐng)取元器件以及面包板、導(dǎo)線等硬件設(shè)備。后面五天進行實物連線與調(diào)試工作,調(diào)試成功后進行第二次答辯。然后撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告并提交,完成整個課程設(shè)計過程。在此過程中,每個學(xué)生都能體會到軟件仿真與實物連線各自的特點。比如軟件仿真在原理性錯誤的排查方面具有強大的功能,而實物連線除了讓學(xué)生更熟悉元器件管腳排列以外,更加讓學(xué)生對元器件的時間延遲以及因此可能引起的誤動作產(chǎn)生更深的體會,這些都是在課本以及“電子技術(shù)實驗”課程中不能收獲的。通過課程設(shè)計,讓學(xué)生在軟件設(shè)計與元器件接線調(diào)試中均得到了鍛煉。
三、結(jié)束語
通過實踐,筆者發(fā)現(xiàn)這項教學(xué)改革效果十分明顯。教師們精心準備的題目引起了學(xué)生的極大興趣;采用導(dǎo)師制給了學(xué)生更多的自主選擇性;采用項目教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的自主性學(xué)習,也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維;加入工程意識、模塊化設(shè)計理念以及軟硬件結(jié)合的設(shè)計方式等改革措施在不同方面讓學(xué)生體會了實際電子電路的開發(fā)過程,真正將理論與實踐相結(jié)合。
參考文獻:
改革的方法
1.設(shè)計題目及內(nèi)容的改革
對于“電子技術(shù)課程設(shè)計”題目的選擇尤為重要。首先,設(shè)計的題目要夠多,這樣學(xué)生的可選擇性才夠大;其次,設(shè)計內(nèi)容要新穎有趣,有一定的使用價值,每個題目都可以鞏固學(xué)習電子技術(shù)課程重要的知識點,比如:電壓超限報警電路的設(shè)計可鞏固學(xué)習比較器和555電路以及各種邏輯門的使用;編碼電子鎖的設(shè)計可鞏固學(xué)習觸發(fā)器和門電路;多路數(shù)據(jù)巡回檢測電路會用到包括寄存器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器等多個中等規(guī)模集成電路的內(nèi)容;廣告燈控制電路包括了可逆計數(shù)、逐位顯示和蜂鳴報警電路等單元部分,會用到顯示譯碼器、計數(shù)器和555電路等電子知識。指導(dǎo)教師在告訴學(xué)生設(shè)計題目的同時還要把實驗室的現(xiàn)有資源給學(xué)生講清楚,學(xué)生可在這些限定的條件下進行設(shè)計,比如:實驗室可提供的觸發(fā)器只有D觸發(fā)器,邏輯門只有與非門。這樣,學(xué)生在設(shè)計過程中用到其他的觸發(fā)器和邏輯門時可以相應(yīng)地改成實驗室已有的器件。這就要求他們要熟練地掌握課本上的理論知識,能夠隨機應(yīng)變。當然如果實驗室確實無法提供器件,也要鼓勵學(xué)生自己去購買,這使得他們熟悉了更多新型電子器件的規(guī)格和功能,提高他們親歷親為的能力和學(xué)習興趣。
2.預(yù)設(shè)計方案的確立
進行預(yù)設(shè)計時要鼓勵學(xué)生用模塊化的分析和設(shè)計方法進行設(shè)計。學(xué)生通過查閱資料,根據(jù)設(shè)計要求自行確定實施方案,給學(xué)生提供更大的自,使學(xué)生能夠相對獨立地進行實踐,充分揚其所長。由于學(xué)生受到知識面的限制和其他主、客觀原因的影響,初步的設(shè)計方案難免存在遺漏和錯誤,教師要對學(xué)生的設(shè)計進行把關(guān),保證他們的設(shè)計能實現(xiàn)基本功能。同時,也可通過集體答疑的方式組織學(xué)生公開講解設(shè)計方案,讓學(xué)生互找問題、討論解決方法,從而達到優(yōu)化設(shè)計方案的目的。這些方法增強了教學(xué)的互動性,同時也為學(xué)生提供了充分發(fā)揮個人能力的空間,調(diào)動了學(xué)生們學(xué)習和創(chuàng)作的積極性。初步的設(shè)計方案確定以后就要進行仿真實驗。Multisim是非常適合模擬/數(shù)字電路仿真的軟件,它提供了大量的仿真元件模型,且儀器儀表種類之多是很多電子實驗室無法比擬的。通過Multisim進行功能仿真可以發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計中存在的問題,進一步優(yōu)化設(shè)計方案,同時增強了學(xué)生學(xué)習的興趣,加深了學(xué)生對理論知識的理解,提高了學(xué)生的實踐能力,也使學(xué)生掌握了電子仿真軟件的使用方法,為后續(xù)課程學(xué)習打下良好基礎(chǔ)。最后,學(xué)生把初步的設(shè)計方案上升到理論的高度,寫出一份詳細的預(yù)設(shè)計報告,包括設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、總體方案的設(shè)計、單元電路的設(shè)計、元器件的選擇與參數(shù)計算,畫出總體電路圖,列出所用元器件的詳細列表和參考文獻。這樣,做到設(shè)計思路清晰明了,為后面的安裝調(diào)試做好充分的準備。
3.安裝調(diào)試
按照自己的設(shè)計方案進行安裝調(diào)試,是學(xué)生非常期待也是最能得到滿足感的一個環(huán)節(jié)。按照預(yù)設(shè)計報告中元器件列表領(lǐng)取器件,然后分模塊進行安裝。在這個環(huán)節(jié)指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生注意整體布局的美觀、規(guī)范,比如:電源線和地線要分開,各成一列,并分別用不同顏色的導(dǎo)線進行區(qū)分。在確定安裝無誤的情況下進行通電調(diào)試。在調(diào)試階段,有些學(xué)生只要發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果不對就手忙腳亂無從下手,指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生從信號輸入的一端開始逐個模塊進行調(diào)試,排除故障的方法要從大范圍到小范圍,最終找到故障的確切地點。在調(diào)試過程中要啟發(fā)學(xué)生自己查找、分析原因,找到解決的方法。通過調(diào)試使學(xué)生加深對電路工作原理的理解,學(xué)會調(diào)試電路查找故障的方法。調(diào)試完畢后,不要馬上拆線交給老師完事,指導(dǎo)老師要鼓勵學(xué)生用調(diào)試好的電路做實驗,例如:可以對單元電路的輸出進行實際的測算,并跟理論分析結(jié)果進行比較,進一步理解電路的特性。這樣做可以通過課程設(shè)計為學(xué)生提供鍛煉的平臺,提高學(xué)生的實踐能力和學(xué)習積極性。
4.撰寫總結(jié)報告
總結(jié)報告是學(xué)生對課程設(shè)計全過程的系統(tǒng)總結(jié),不能等同于平時的實驗報告,因此,學(xué)生應(yīng)按規(guī)定的格式進行書寫??偨Y(jié)報告的圖紙要規(guī)范,所有圖紙都按工程設(shè)計標準嚴格要求。這樣可提高學(xué)生的方案表達能力、工程制圖能力和科技寫作能力等基本綜合素質(zhì),為畢業(yè)論文的書寫打下基礎(chǔ)。
5.建立完善的成績評定體系是保證課程設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵
在注重結(jié)論正確的同時,應(yīng)該強調(diào)整個設(shè)計方案實施的全過程。成績評定包含五個部分:一是預(yù)設(shè)計方案的正確性與合理性及仿真的結(jié)果,占總成績的25%;二是實驗動手能力(包括安裝工藝水平、儀器使用、調(diào)試過程中分析和解決問題的能力以及創(chuàng)新精神等),占總成績的30%;三是學(xué)生的答辯情況,占總成績的10%;四是設(shè)計過程中的學(xué)習態(tài)度、工作作風和科學(xué)精神,占總成績的10%;五是總結(jié)報告(包括方案的論證、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、收獲和體會等)占總成績的25%。這樣一種相對完善的成績評定體系使學(xué)生在課程設(shè)計的任何一個環(huán)節(jié)都能認真對待,提高了學(xué)生學(xué)習的積極性和主動性。
改革的效果
1.培養(yǎng)了學(xué)生對設(shè)計性實驗的興趣,增強了學(xué)生動手實驗的信心由于設(shè)計題目與實際緊密聯(lián)系,充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習熱情和自覺性,學(xué)生在獨立完成電路后興奮不已,很多同學(xué)對自己設(shè)計并調(diào)試成功的電路愛不釋手。
2.提高了學(xué)生多方面的能力在動手實踐設(shè)計過程中,學(xué)生們從通過查找資料給出預(yù)設(shè)計方案到互相配合著進行安裝調(diào)試,最終得出實驗結(jié)果,每一環(huán)節(jié)都發(fā)揮了他們的主動性和創(chuàng)造性,提高了分析和解決各種問題的能力以及相互合作的能力。
結(jié)束語
自計算機和集成電路出現(xiàn)后,通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,以3G移動通信和WLAN為代表的現(xiàn)代通信技術(shù)的應(yīng)用普及,使得通信工程日漸成為發(fā)展最快和最具影響力的專業(yè)之一,與此同時,技術(shù)的發(fā)展和更新也對該類專業(yè)人才的素質(zhì)提出了更高的要求,近年來在招聘中出現(xiàn)了一個現(xiàn)象,用人單位更傾向于電子競賽中獲獎的學(xué)生,所以提高學(xué)生的動手能力和實踐水平,就可能獲得更多更好的就業(yè)機會,而主要承擔專業(yè)人才培養(yǎng)任務(wù)的高等學(xué)校也必須要緊跟上技術(shù)的步伐,不少學(xué)校在通信專業(yè)的實驗實踐教學(xué)方面進行了一些探索。山東科技大學(xué)是一所應(yīng)用型本科院校,根據(jù)學(xué)校特點,我們對專業(yè)階段的除課程中包含的實驗以外的實踐類課程做了一些調(diào)整和內(nèi)容改革,將以往依賴于軟件仿真和硬件小系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容,變成以完成單元電路的設(shè)計,子系統(tǒng)設(shè)計到涵蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層乃至網(wǎng)絡(luò)層的完整系統(tǒng)設(shè)計的相互之間緊密聯(lián)系的、層層遞進的系統(tǒng)化設(shè)計,目的在于開拓學(xué)生的專業(yè)視野,使他們真正感覺到通信系統(tǒng)是軟件和硬件的統(tǒng)一體,不僅包含振蕩器、調(diào)制器等硬件電路,也包含編碼、協(xié)議等軟件程序,對將來從事專業(yè)技術(shù)工作有一個全面的、深層次的認識。同時也讓學(xué)生完成通信系統(tǒng)從單元模塊到功能子系統(tǒng)再到完整系統(tǒng)最后到通信網(wǎng)絡(luò)的完整認識。
2實踐課程內(nèi)容的設(shè)計思想
通信工程專業(yè)自第四學(xué)期進入專業(yè)課程階段,專業(yè)階段實踐類課程(除課程當中的實驗課以外)包括:單片機原理課程設(shè)計、信號與系統(tǒng)課程設(shè)計、高頻電子線路課程設(shè)計、生產(chǎn)實習、通信原理與系統(tǒng)課程設(shè)計、專業(yè)方向課程設(shè)計和創(chuàng)新性實驗。由于單片機原理課程設(shè)計和信號與系統(tǒng)課程設(shè)計屬于基礎(chǔ)課,因此本次規(guī)劃只涉及其余的5門課程。原先這5門課程設(shè)計的內(nèi)容主要有:(1)高頻電子線路:等幅調(diào)制發(fā)射電路仿真設(shè)計以及收音機組裝與調(diào)試;(2)生產(chǎn)實習:電視機組裝與調(diào)試;(3)通信原理與系統(tǒng)課程設(shè)計:MATLAB仿真驗證編碼和調(diào)制原理;(4)專業(yè)方向課程設(shè)計:通信系統(tǒng)方案設(shè)計;(5)創(chuàng)新性實驗3個,分別在第4、5、6學(xué)期,內(nèi)容由指導(dǎo)教師自選。在專業(yè)實踐教學(xué)的調(diào)整和構(gòu)建中,設(shè)計了分層次漸進的體系結(jié)構(gòu),遵循“基礎(chǔ)理論知識學(xué)習—電路設(shè)計能力培養(yǎng)—系統(tǒng)設(shè)計能力培養(yǎng)”的實踐教學(xué)培養(yǎng)思路,同時基于一體化的考慮,規(guī)劃了統(tǒng)一的設(shè)計任務(wù),即設(shè)計一個完整通信系統(tǒng):多個無線傳輸站點構(gòu)成的多點對多點的基本通信網(wǎng)絡(luò)。各課程在這一統(tǒng)一的任務(wù)下,承擔不同的子任務(wù),如無線收發(fā)模塊設(shè)計、糾錯編碼、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計等。對所涉及課程任務(wù)進行統(tǒng)一設(shè)計的好處如下:(1)完整系統(tǒng)的設(shè)計。經(jīng)歷由細節(jié)到整體,由電路單元到功能系統(tǒng)的設(shè)計過程,使學(xué)生了解針對不同層次的功能實現(xiàn)需要不同的設(shè)計思路。(2)節(jié)省實驗經(jīng)費。一體化任務(wù)設(shè)計,使前期課程的設(shè)計成果,可用于后續(xù)的設(shè)計,如無線收發(fā)信機,可以用于構(gòu)建數(shù)字編碼通信系統(tǒng)。(3)避免知識的重復(fù)。以前的課程設(shè)計在內(nèi)容上出現(xiàn)不同程度的重復(fù),去掉重復(fù)部分后可節(jié)省時間學(xué)習其他新知識。
3一體化課程規(guī)劃和層次化內(nèi)容設(shè)計
按照課程時間計劃,課程設(shè)計和生產(chǎn)實習按時間先后依次是:高頻電子線路課程設(shè)計、生產(chǎn)實習、通信原理與系統(tǒng)課程設(shè)計、專業(yè)方向課程設(shè)計,其時間順序和所屬的層次如圖1所示。創(chuàng)新性實驗分3個階段,分別設(shè)在第4、第5、第6三個學(xué)期,完成不同的任務(wù)。調(diào)整后高頻電子線路課程設(shè)計主要是驗證上變頻、下變頻以及振蕩器的工作機理,用MultiSim構(gòu)建電路,并進行仿真;生產(chǎn)實習是讓學(xué)生學(xué)會電路圖紙和PCB版圖制作,設(shè)計和制成無線收/發(fā)信機電路板;通信原理與系統(tǒng)課程設(shè)計的目的是實現(xiàn)點對點通信系統(tǒng),任務(wù)是調(diào)試收/發(fā)信機、信道糾錯編碼設(shè)計等;專業(yè)方向課程設(shè)計的目的是用收/發(fā)信機模塊和控制終端構(gòu)建RS-485總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)或是簡單的ALOHA網(wǎng)絡(luò)。
4課程體系改革措施
為保證一體化實踐課程教學(xué)任務(wù)的順利實施,采取了以下措施:(1)打破課程界限,設(shè)立可分解的綜合任務(wù)。將整個實踐課程內(nèi)容設(shè)計為一個統(tǒng)一任務(wù),即建設(shè)一個通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),但各個課程的任務(wù)又是相對獨立和完整的一個子任務(wù),前期課程的設(shè)計成果用于后期課程的任務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)。(2)專業(yè)實驗室全面向?qū)W生開放。由于課程設(shè)計環(huán)環(huán)相扣,前期設(shè)計的成果就是后續(xù)設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ),因此本次課程設(shè)計必須成功才能進行下次的設(shè)計,而且性能越好下一級課程設(shè)計成功的可能性越大。為了保證設(shè)計任務(wù)順利進行,開放有關(guān)實驗室為學(xué)生提供實驗場所。(3)設(shè)立專門的團隊從頭至尾全程負責。整個課程體系設(shè)置成一個大的綜合任務(wù),前后之間緊密聯(lián)系,因此,指導(dǎo)教師必須要對此次設(shè)計之前和之后的任務(wù)非常清楚,這樣才能保證整個設(shè)計任務(wù)的順利實施,為此成立專門的實踐課程教學(xué)團隊負責整個任務(wù)的實施,每位教師都要熟悉流程中所有任務(wù)內(nèi)容。
5課程內(nèi)容改革實施效果
通過對2009、2010、2011級本科生的實施效果來看,學(xué)生的學(xué)習成績和能力獲取方面有明顯改善。(1)拓寬了學(xué)生對專業(yè)知識和專業(yè)領(lǐng)域的認知視野,加深了他們對專業(yè)課程之間以及課程與具體工程實際之間關(guān)系的理解,激發(fā)了學(xué)生對本專業(yè)知識的學(xué)習興趣,他們在信息論與編碼、通信原理等理論課程的成績都有明顯的提升。(2)提高了學(xué)生的工程實踐能力和科研素質(zhì)。改革后的課程體系和內(nèi)容,對學(xué)生掌握學(xué)以致用的能力的提升作用頗為明顯。學(xué)生在進入畢業(yè)論文階段,其動手能力表現(xiàn)得到導(dǎo)師們的一致認可。(3)彌合了通信技術(shù)理論和工程實踐的裂隙。通過改革實踐課程,可以一定程度上彌合課程的課本知識是與工程實踐相脫節(jié)的裂隙,與工程實際的銜接也激發(fā)了許多同學(xué)課外實踐的興趣,近年來,越來越多的通信專業(yè)學(xué)生利用課余時間或暑假進入實驗室進一步拓展學(xué)習。(4)多名學(xué)生在近幾年參加山東省大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國電子專業(yè)人才設(shè)計大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)大賽、全國信息技術(shù)大賽、山東省機器人大賽等各級電子設(shè)計競賽、創(chuàng)新性項目中獲得優(yōu)異的成績。(5)畢業(yè)生就業(yè)崗位層次有了很大提升。實施教學(xué)改革后,除去考上研究生的同學(xué)外,有一批學(xué)生進入通信設(shè)備公司,從事技術(shù)含量較高的研發(fā)或設(shè)備技術(shù)支持工作,就業(yè)工作崗位層次明顯提升。
6總結(jié)
【關(guān)鍵詞】汽車設(shè)計 教學(xué) 改革
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,它不僅將機械、電子、液壓、材料、軟件工程等多種成熟技術(shù)應(yīng)用于汽車開發(fā)中,同時,還將這些技術(shù)柔和在一起,形成具有自身特點的新興技術(shù)。特別是電子技術(shù)在汽車技術(shù)中的大量應(yīng)用,使得電子設(shè)備在整車制造成本所占比例達到30%以上。因此,在汽車的設(shè)計中,往往需要涉及到電子、軟件工程等一些非機械工程學(xué)科的領(lǐng)域。這就對高等學(xué)校汽車設(shè)計教學(xué)提出了更高要求,傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和模式已顯落后趨勢。本文在闡述汽車設(shè)計課程的特征的基礎(chǔ)上,分析了目前汽車設(shè)計教學(xué)存在的問題,在此基礎(chǔ)上提出了汽車設(shè)計教學(xué)的改進方法,并進行了相關(guān)教學(xué)實踐。
一、課程內(nèi)容及特征
傳統(tǒng)的汽車設(shè)計課程教學(xué)分為理論授和課程設(shè)計。理論授課一般在50~60學(xué)時。主要介紹汽車整車設(shè)計及底盤各總成設(shè)計所需的基本知識,包括汽車總體設(shè)計、離合器、變速器、萬向傳動軸、驅(qū)動橋、懸架、轉(zhuǎn)向系和制動系等各總成設(shè)計應(yīng)滿足的要求、結(jié)構(gòu)方案分析、主要參數(shù)及零部件載荷的確定、強度計算方法、主要結(jié)構(gòu)元件的分析等。理論教學(xué)通常不講授課程設(shè)計的知識內(nèi)容,通過課程設(shè)計補充完善。該課程要求學(xué)生必須具備高等數(shù)學(xué),工程力學(xué),機械設(shè)計、汽車構(gòu)造、汽車理論等知識。
課程設(shè)計一般選擇理論教學(xué)中一兩個相對獨立,難度適中的零部件進行機械設(shè)計(如鋼板彈簧,轉(zhuǎn)向橋等),訓(xùn)練學(xué)生的載荷確定、強度分析和繪圖等方面的能力。課程設(shè)計在教師初步講解設(shè)計、校核方法的基礎(chǔ)上,以學(xué)生自學(xué)為主,教師答疑為輔,在設(shè)計過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題。解決問題,訓(xùn)練學(xué)生獨立設(shè)計的能力。
總地說來,汽車設(shè)計是汽車專業(yè)課程的精髓所在。它綜合運用了大學(xué)基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課,其涉及面廣,專業(yè)跨度大,授課難度較大。同時,它是將理論知識應(yīng)用于設(shè)計實踐的典型課程,對教師的設(shè)計經(jīng)驗也提出較高的要求。
二、課程教學(xué)目前存在的問題
1.教學(xué)內(nèi)容陳舊
汽車設(shè)計的對象主要是傳統(tǒng)的零部件。而隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,很多新型的結(jié)構(gòu)、零部件甚至總成在實際中已得到大量應(yīng)用,而汽車設(shè)計課程在新技術(shù)方面所涉及到的內(nèi)容較少。比如,變速器設(shè)計主要是針對傳統(tǒng)的手動變速器。而目前自動變速器在車輛上得到大量的應(yīng)用。在美國和日本,自動變速器車輛已經(jīng)占到了90%以上,在我國也將達到50%。在這樣的技術(shù)背景下,汽車設(shè)計課程在變速器設(shè)計部分關(guān)于自動變速器的設(shè)計內(nèi)容非常有限,更談不液力變矩器、濕式多片離合器、行星齒輪等關(guān)鍵零部件的設(shè)計。而這些內(nèi)容又是目前的變速器生產(chǎn)企業(yè)進行技術(shù)改革和創(chuàng)新所急需的掌握的技術(shù)。
2.設(shè)計思想單一,與實際脫節(jié)
汽車設(shè)計課程的主要是將載荷確定,強度計算,校核的傳統(tǒng)靜態(tài)機械設(shè)計方法應(yīng)用到汽車零部件上,機械類課程安排較多。而目前汽車設(shè)計所考慮的因素越來越多,除了強度壽命,還有法規(guī)標準、小型輕量化、NVH等等,這都需要在設(shè)計階段綜合考慮。因此,汽車設(shè)計越來越趨向于動態(tài)設(shè)計、一體化綜合設(shè)計的方向。而目前汽車設(shè)計課程的內(nèi)容和方法還不具備這種設(shè)計思路。這就造成教學(xué)與實際的脫節(jié),使得學(xué)生在實際的工作中,設(shè)計知識單一,往往單純從機械設(shè)計的角度思考零部件乃至整車的設(shè)計,與現(xiàn)代汽車設(shè)計理念存在較大的偏差,需要較長的時間來適應(yīng)工作。
3.專業(yè)跨度大,授課難度大
目前的汽車設(shè)計雖然主要是以零部件的機械設(shè)計為主,但各個零部件之間的要求、結(jié)構(gòu)和工況都存在著較大的差異。這就要求教師熟悉汽車構(gòu)造、汽車理論和機械設(shè)計方法。如果考慮到機電一體化設(shè)計,還需要教師具有汽車軟件工程、電子技術(shù)等方面的知識,要求非常高,還要起到對本科課程總結(jié)和應(yīng)用的作用。所以汽車設(shè)計不僅是專業(yè)課程,也是總結(jié)提高的課程。其授課難度較大。
4.師資力量有待增強
參與課程設(shè)計的教師數(shù)量相對較少。一個班一般由2~3名教師進行指導(dǎo),學(xué)生問題較多時,會出現(xiàn)排隊答疑的現(xiàn)象,使得沒有足夠的精力主動檢查學(xué)生設(shè)計進展情況,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題,造成一些共性的問題無法及時糾正。近年來,青年教師參與汽車設(shè)計課程設(shè)計逐漸增加。青年教師往往學(xué)歷較高,理論基礎(chǔ)深厚,但實踐經(jīng)驗相對較少,對實際設(shè)計問題理解不深刻,使得課程設(shè)計指導(dǎo)與答疑質(zhì)量受到一定影響,課程設(shè)計效果不理想。
三、課程教學(xué)改革
1.改進汽車設(shè)計內(nèi)容及其相關(guān)課程
(1)增加先進零部件設(shè)計
電子穩(wěn)定系統(tǒng)、自動變速器、整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)應(yīng)經(jīng)被廣泛應(yīng)用到當今的汽車上。汽車設(shè)計課程的教學(xué)不應(yīng)該僅僅拘泥于教材的內(nèi)容,還需要適當增加一些現(xiàn)代汽車上應(yīng)用較為普遍又相對先進零部件設(shè)計方法。
(2)增加法規(guī)標準相關(guān)內(nèi)容
在教學(xué)中,還應(yīng)強調(diào)法規(guī)標準對設(shè)計的約束作用。在實際的汽車開發(fā)中,法規(guī)標準是第一要素,如果不滿足要求,就會造成在量產(chǎn)階段變更設(shè)計甚至無法上市的后果。從目前的教學(xué)效果來看,學(xué)生在法規(guī)標準方面的概念較弱??蛇m當增加涉及安全(制動、操縱穩(wěn)定性、燈光等)、環(huán)境要求以及經(jīng)濟性和排放等方面重要標準及法規(guī)內(nèi)容。
(3)改進方式
①在不增加課時的前提下,壓縮一些傳統(tǒng)內(nèi)容的授課時間,增加新技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。
②學(xué)生課外自學(xué),完成課程作業(yè)。
③在自學(xué)的基礎(chǔ)上,以課堂討論、教師答疑、學(xué)生講課等互動方式完成增補內(nèi)容教學(xué)。
④對相關(guān)課程(如《汽車構(gòu)造》、《汽車電器》等課程)加強現(xiàn)代汽車技術(shù)的內(nèi)容,增加法規(guī)標準等課程內(nèi)容。
2.課程設(shè)計改革
課程設(shè)計的目的是使學(xué)生在實際的設(shè)計過程中,掌握設(shè)計方法,理會和理解汽車設(shè)計思想。由于課程設(shè)計的時間相對緊張,為了讓學(xué)生有充分的時間進行學(xué)習、消化和創(chuàng)新,可適當減少課程設(shè)計的題目,提高難度。要求學(xué)生完成包括方案分析、參數(shù)的設(shè)計計算、繪制零件圖和總裝圖以及靈活運用手冊、標準、規(guī)范和經(jīng)驗數(shù)據(jù)等設(shè)計資料,鼓勵學(xué)生采取不同的設(shè)計方法。
3.教學(xué)方式改革
為了保證每個章節(jié)的教學(xué)質(zhì),可采取多個教師共同完成汽車設(shè)計教學(xué)課程的方式。一個教師負責兩至三個章節(jié)的講授,由一個經(jīng)驗豐富的教師進行系統(tǒng)把握和貫穿。這樣既保證了整個教學(xué)的完整性和系統(tǒng)性,又減少由于教學(xué)內(nèi)容廣,教師對知識理解不深刻等問題。