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一、人才培養(yǎng)方案設(shè)計思路
人才培養(yǎng)方案的設(shè)計和制訂是整個人才培養(yǎng)過程的基礎(chǔ)和保障,只有建立了科學(xué)合理的人才培養(yǎng)方案才能確保各種培養(yǎng)措施的正確實施,培養(yǎng)目標(biāo)的真正實現(xiàn)。人才培養(yǎng)方案就要確定“培養(yǎng)什么樣的人”和“如何培養(yǎng)”兩個問題,主要包括培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格、課程體系和課程配置等要素。根據(jù)高職教育的目標(biāo)和特點,我們按照以下思路進(jìn)行人才培養(yǎng)方案的設(shè)計:
1.圍繞企業(yè)需求和職業(yè)面向確定培養(yǎng)目標(biāo)。高職院校服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展,應(yīng)通過廣泛、深入的市場調(diào)查和企業(yè)調(diào)研,了解用人單位的需求,根據(jù)專業(yè)的職業(yè)面向和就業(yè)崗位群確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),使高職人才培養(yǎng)具有明顯的職業(yè)方向性和崗位針對性。同時在確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)時還要考慮崗位適應(yīng)性,既要確定直接就業(yè)目標(biāo)還要確定崗位發(fā)展目標(biāo),體現(xiàn)高職教育的基本崗位操作能力與可持續(xù)發(fā)展能力的統(tǒng)一。
2.圍繞職業(yè)能力要求確定能力體系。在明確了就業(yè)崗位和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)后,要進(jìn)行職業(yè)崗位分析,通過對各崗位的具體工作范圍、工作任務(wù)和工作過程的分析,總結(jié)典型工作任務(wù),明確職業(yè)崗位群的職業(yè)能力和素質(zhì)要求,形成定位準(zhǔn)確、內(nèi)容具體、具有可操作性的職業(yè)能力體系。
3.圍繞知識、能力、素質(zhì)目標(biāo)設(shè)計課程體系,進(jìn)行課程配置。在能力體系的基礎(chǔ)上,進(jìn)行能力分解,明確完成工作任務(wù)所需的知識點、能力點和職業(yè)素質(zhì),以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線,以實現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)目標(biāo)為出發(fā)點,建立相應(yīng)的課程體系,并進(jìn)行課程配置。
二、應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案設(shè)計
1.職業(yè)崗位與職業(yè)能力分析,確定培養(yǎng)目標(biāo)。我們通過實地考察、問卷調(diào)查、電話訪談、網(wǎng)上調(diào)研等多種方式,針對專業(yè)的就業(yè)需求、職業(yè)面向、就業(yè)崗位任職條件等問題進(jìn)行調(diào)研,明確專業(yè)所面向的職業(yè)崗位群及職業(yè)技術(shù)能力與素質(zhì)要求,確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和能力體系。
根據(jù)以上的分析,最終確定本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)定位。應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生可在裝備制造業(yè)、電子裝備制造業(yè)配套的電子企業(yè)及電子產(chǎn)品制造類企業(yè)中的電子產(chǎn)品生產(chǎn)、檢修和研發(fā)領(lǐng)域,從事電子產(chǎn)品裝配、檢測、調(diào)試、工藝管理、產(chǎn)品維修、產(chǎn)品輔助設(shè)計等工作,可從事的工作崗位有生產(chǎn)線裝配工、產(chǎn)品在線質(zhì)檢員、生產(chǎn)線工藝員、電子產(chǎn)品維修員、PCB板設(shè)計助理工程師、電路設(shè)計助理工程師等。簡而言之,即培養(yǎng)具有良好的職業(yè)道德意識、精湛的專業(yè)技能和可持續(xù)發(fā)展的學(xué)習(xí)與適應(yīng)能力的德、智、體、美等方面全面發(fā)展的高素質(zhì)技能型專門人才。
2.能力分解,設(shè)計課程體系。實際工作中應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)所面向的職業(yè)崗位對本專業(yè)的高職學(xué)生有一定的層次要求。一般高職學(xué)生在企業(yè)的首崗主要是生產(chǎn)線操作工,經(jīng)過1?3年后約50%的人員會轉(zhuǎn)崗到管理崗位,如設(shè)備維護(hù)、售后服務(wù)、運(yùn)行管理、質(zhì)量檢測與監(jiān)督、工藝管理、線段負(fù)責(zé)人等,在小型電子企業(yè)還有10%左右的人員會轉(zhuǎn)崗從事電子產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計工作。
因此,我們確定本專業(yè)的首崗為生產(chǎn)一線裝配工。目標(biāo)崗位—是生產(chǎn)線工藝員、質(zhì)檢員、現(xiàn)場管理者、產(chǎn)品售后服務(wù)人員,能從事相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用與服務(wù)工作;二是中小型電子企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)人員,能自主完成一般小型電子產(chǎn)品、協(xié)助完成中型電子產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)和技術(shù)推廣,經(jīng)過3?5年的工作實踐后,可以成為企業(yè)的核心技術(shù)人員。我們對能力體系進(jìn)行了層次上和內(nèi)容上的分解,確定了知識、能力和素質(zhì)目標(biāo)。
在此基礎(chǔ)上,我們以能力培養(yǎng)為主線,構(gòu)建以職業(yè)素質(zhì)課程和專業(yè)基礎(chǔ)能力課程為基礎(chǔ),專業(yè)核心能力課程為重點,提高專業(yè)拓展能力的理論學(xué)習(xí)與實踐訓(xùn)練相結(jié)合的課程體系。實行三階段能力遞進(jìn)式人才培養(yǎng)模式,在課程設(shè)置上注重理論與實踐課程的融合,在人才培養(yǎng)的初期、中期和后期設(shè)置了電工技能實訓(xùn)、電子產(chǎn)品制作實訓(xùn)、電子電路設(shè)計實訓(xùn)、電子產(chǎn)品維修實訓(xùn)課程,分別側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的電子產(chǎn)品裝配、設(shè)計和維修等專業(yè)核心能力。在實踐課程中采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法,以真實電子產(chǎn)品為載體,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中完成電子產(chǎn)品的設(shè)計、裝配、調(diào)試維修全過程,使教學(xué)過程與學(xué)生的工作過程相結(jié)合,通過選取的產(chǎn)品載體逐級增加難度和復(fù)雜程度,實現(xiàn)學(xué)生能力的遞進(jìn)培養(yǎng)。
三、關(guān)于人才培養(yǎng)方案設(shè)計的思考
1.注重課程的優(yōu)化和整合。高職教育的職業(yè)性、針對性和實用性要求課程設(shè)置瞄準(zhǔn)職業(yè)崗位群的實際需要,當(dāng)職業(yè)崗位群的職業(yè)技能要求由于經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展變化而發(fā)生變化時,專業(yè)課程和教學(xué)內(nèi)容也要隨之調(diào)整,這就要求我們要以職業(yè)崗位要求的素質(zhì)、知識、能力為構(gòu)架,對原學(xué)科體系課程進(jìn)行改造、整合和優(yōu)化,不斷調(diào)整、充實新的教學(xué)內(nèi)容。
1. 大齊試驗路路基加寬方案設(shè)計的比選
1.1 大齊試驗路的基本概況
大齊公路位于黑龍江省西部松嫩平原301國道中段,屬于我國東北凍融交替區(qū),春季干旱風(fēng)大,夏季短促多雨,秋季低溫早霜。大齊路沿線地勢平坦,草原、濕地和沼澤約占全線總長的20%。其地質(zhì)條件主要屬于第四紀(jì)沉積層,地表土多為粉質(zhì)中液限黏土和中液限黏土、并間有弱堿性鹽漬土的交錯分布,其下為圓礫土、砂礫土和粉質(zhì)黏土。地表排水不良,土壤含水量較大,對路基的穩(wěn)定性與工程施工均有較大的影響。
1.2 大齊試驗路路基加寬方案設(shè)計
根據(jù)大齊路現(xiàn)有路況、水文地質(zhì)條件和可用的地方材料,綜合考慮各種因素對路基剛度差異、不均勻沉降、側(cè)向滑移和防水防滲的影響。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,分別在單側(cè)和雙側(cè)加寬地段各選擇了一個試驗路段,共設(shè)計了7種方案進(jìn)行試驗研究。其中,單側(cè)加寬試驗路位于K74+600~K74+900,共3種方案;雙側(cè)加寬試驗路位于K96+100~K96+400,共4種方案。
1.2.1 基本處治措施
⑴ 基底清淤與換填
舊路修筑時因就地取土而在路基邊坡外側(cè)形成了沿路線走向約1.5m深的積水溝,溝底堆積了大量的淤泥。因此,必須徹底清除邊溝內(nèi)的淤泥以提高路基基底強(qiáng)度,減小由此而造成的新舊路基間的不均勻沉降。邊溝清淤后換填天然砂礫,砂礫層頂面需高出常水位20cm以上,并在其上設(shè)置3%的橫向排水坡以利排水。
⑵ 臺階開挖與構(gòu)筑
為增加新舊路基的整體穩(wěn)定性,在填筑前須先將舊路路基邊坡面開挖成臺階狀。單側(cè)加寬部分第一級臺階寬350cm,高100cm,其上三級臺階的寬×高均為150cm×100cm。雙側(cè)加寬部分均開挖成寬120cm,高分別為120cm、80cm、80cm的三級臺階。
1.2.2 舊路路基單側(cè)加寬方案
方案一(S1):二灰填筑方案,即:基底換填天然砂礫+土工網(wǎng)+天然砂礫+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土+二灰。
在路基頂面以下1.0m范圍內(nèi)采用粉煤灰∶熟石灰=0.9∶0.1(質(zhì)量比)的比例均勻拌和后填筑,以構(gòu)成輕質(zhì)路堤。二灰作為輕質(zhì)路堤填料具有很好的工程性質(zhì):其后期強(qiáng)度高、整體穩(wěn)定性好,能夠有效地減小新舊路基間的剛度差;其自重荷載小,能有效地減小路堤因自重荷載作用而產(chǎn)生的壓縮變形,對確保路基的容許工后沉降非常有利。
方案二(S2):三層土工網(wǎng)方案,即:基底換填天然砂礫+土工網(wǎng)+天然砂礫+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土。
土工合成材料(本試驗路用土工網(wǎng))加筋路堤不僅可以增強(qiáng)新舊路基間的整體穩(wěn)定性,而且還可以使新加寬路基的強(qiáng)度和剛度得到很大的提高,從而可有效地減小新舊路基間的剛度差異。土工合成材料還具有減小新加寬路基的不均勻沉降和側(cè)向位移的作用,從而使得路基橫斷面上的沉降趨于均勻。
方案三(S3):兩層土工網(wǎng)方案,即:基底換填天然砂礫+土工網(wǎng)+天然砂礫+粉質(zhì)土+土工網(wǎng)+粉質(zhì)土。
根據(jù)工程實踐經(jīng)驗,當(dāng)路堤填方高度低于4.0m時,在新加寬路基中可只鋪設(shè)2層土工網(wǎng)。但考慮到行車荷載在新舊路基結(jié)合部的局部荷載作用和路基頂部可能產(chǎn)生的滑動對路面的剪切作用,故在S2方案中鋪設(shè)了3層土工網(wǎng)以進(jìn)行對比試驗。
1.2.3 舊路路基雙側(cè)加寬方案
方案一(D1):粉質(zhì)土填筑方案,即:基底換填天然砂礫+粉質(zhì)土+不透水土工布+粉質(zhì)土+不透水土工布。
在粉質(zhì)土路堤的內(nèi)部和頂面各鋪設(shè)一層不透水土工布,可起加筋和隔離防滲的作用。由于不透水土工布的加筋作用可增強(qiáng)新舊路基間的整體穩(wěn)定性好,減小路基的不均勻沉降;由于不透水土工布的隔離防滲作用,可防止墊層砂礫料的陷入,并能防止雨水浸入對路基的破壞,同時也可在一定的程度上減少路堤自身的壓縮變形。
方案二(D2):粉煤灰填筑方案,即:基底換填天然砂礫+粉煤灰+二灰+不透水土工布。
D2方案的地質(zhì)條件相對較差,采用粉煤灰+二灰的輕質(zhì)填料填筑路堤,不僅可以降低新路堤自重,減小路堤的壓縮變形,而且還可以提高新路堤的強(qiáng)度和剛度,并可減小路基在行車荷載作用下的塑性累積變形。輕質(zhì)填料路堤同時起到了減小新舊路基間剛度差異和不均勻沉降的作用,從理論分析和工程實踐上來看,是舊路加寬方案中較為理想的一種綜合處治措施。
方案三(D3):砂礫填筑方案,即:自基底換填至整個路堤全填天然砂礫。
由于天然砂礫的滲水性填料,可以很好地將浸入路堤中的雨水排出,同時天然砂礫也具有很高的強(qiáng)度和剛度,有利于減小新舊路基間的剛度差,并可減小路基在行車荷載作用下的塑性累積變形。但天然砂礫由于自重較大,使得地基和路堤可能在自重荷載作用下產(chǎn)生較大的沉降和壓縮變形,從而造成新舊路基間較大的不均勻沉降。
方案四(D4):二灰填筑方案,即:基底換填天然砂礫+粉質(zhì)土+二灰+不透水土工布。
D4方案的地質(zhì)條件相對較好,采用粉質(zhì)土+二灰的半輕質(zhì)路堤,可使高新路堤的強(qiáng)度和剛度得到部分提高,并能減小一部分路堤的壓縮變形和塑性累積變形,可作為與其它加寬處治方案的對比試驗。
2. 舊路加寬的地基沉降與路基穩(wěn)定性分析
在舊路加寬改造中,地基沉降和路基穩(wěn)定性分析無疑是非常重要的。沉降的處理就是在路基施工過程中加速因新修路基而引起的地基沉降,或者采取有效措施控制路基由于剪切變形而產(chǎn)生的側(cè)向位移,從而減小路基的工后沉降。對于穩(wěn)定性的處理則必須增大新修路堤及地基的強(qiáng)度,提高其抗剪切變形的能力。
由均質(zhì)粘性土填筑的路堤的穩(wěn)定性根據(jù)Fellenius滑動圓弧法進(jìn)行分析,路堤坍塌破壞時,其滑動面為一曲面,假定其為圓弧形,圓弧滑動面的位置用4.5H法確定。土工合成材料的加筋作用按在常規(guī)的圓弧穩(wěn)定分析方法中增加一個拉力的辦法進(jìn)行考慮,把加筋力作為水平力施加于滑動土體,來計算其穩(wěn)定性和確定加筋層數(shù)。
在舊路加寬改造工程中,由于新舊路基的固結(jié)程度不同,將會導(dǎo)致路基的橫向不均勻沉降,從而造成路面的開裂破壞。因此,必須準(zhǔn)確掌握加寬路基的最終沉降量及固結(jié)度,并驗算其剩余沉降量是否滿足工后沉降量的要求。在沉降分析中,可假定舊路路基下的地基已趨于完全固結(jié),采用分層總和法計算新加寬部分路基的地基總沉降量。
3. 舊路加寬的路基土壓縮變形分析
路基土在其自重和路面結(jié)構(gòu)等靜荷載作用下的變形主要表現(xiàn)為土體的壓縮變形,可通過室內(nèi)試驗測定土的相應(yīng)變形指標(biāo),選取適宜的力學(xué)模型采用有限元法分析路基土的應(yīng)力狀態(tài),從而得到路基與地基的總變形量、不均勻變形量、不均勻變形范圍以及變形與時間的變化關(guān)系等控制指標(biāo)。
在路基土壓縮變形的有限元法分析中,將新填筑的路基土視為彈塑性材料,采用鄧肯非線性模型。而將舊路路基視為彈性材料,將土工織物視為線彈性材料,按平面應(yīng)變問題求解。其中,路基和地基采用平面四邊形等參單元、土工織物采用接觸面單元、路面結(jié)構(gòu)層采用彈性梁單元進(jìn)行模擬,假定土工織物與土體的界面間無相對位移,采用如此所示的有限元分析模型。
4. 路基土在行車荷載作用下塑性累積變形的探索分析
路基土作為一種非線性彈-塑性變形體,在行車荷載作用下除產(chǎn)生彈性變形外,還會產(chǎn)生部分不可恢復(fù)的塑性變形。塑性變形會隨著行車荷載作用而逐漸累積,在行車道中央輪跡帶范圍內(nèi)的路基土所承受的荷載較大,荷載作用次數(shù)也較多,因此產(chǎn)生的塑性累積變形也較其它位置要大,從而導(dǎo)致路基的不均勻變形。
路基土塑性累積變形可采用如下的計算方法:①沿深度方向?qū)⒙坊羷澐譃槿舾蓚€子層,運(yùn)用三變量塑性應(yīng)變方程分別計算各個子層的塑性應(yīng)變;②根據(jù)路基土某一子層塑性應(yīng)變的大小和厚度得出該層的塑性變形;③采用分層總和法將不同深度處各子層的塑性變形累加得到路基土頂面某一點處的塑性累積變形;④綜合考慮水平方向不同位置荷載在同一計算點所引起的塑性變形的疊加,得出路基土頂面某一點的最終塑性累積變形。
因此,可采用如下的計算公式進(jìn)行路基土的塑性累積變形的分析。
δp=∑δjp =∑∑εijphI=∑∑a(σijd/σis)m(Nl˙fj)bhi (i=1,2,…n; j=1,2,…p)
式中:δp——計算點處路基頂面總的塑性累積變形;
fj——第j個軸載作用位置,fj代表軸載在該位置出現(xiàn)的概率,共有p個作用位置;
δjp——第j個作用位置處的軸載在計算點處產(chǎn)生的塑性累積變形;
i——第i個計算子層,hI代表該子層的厚度,σis代表該子層土的靜態(tài)抗壓強(qiáng)度,共分n個子層;
εijp——處于j位置的軸載在第i個計算子層內(nèi)產(chǎn)生的平均塑性應(yīng)變;
σijd——處于j位置的軸載在第i個計算子層內(nèi)產(chǎn)生的平均偏應(yīng)力;
Ni——代表第l個車道累計標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù);
a,m,b——回歸系數(shù),稱為永久變形參數(shù)。
計算深度取決于容許誤差的大小,可通過控制應(yīng)力比(σd/σs)的衰減程度來確定。如可采用應(yīng)力比(σd/σs)的衰減至10%時的深度作為計算深度。如果取固定的計算深度和等層厚可使計算得到簡化經(jīng)過這樣處理得出的計算結(jié)果仍能夠滿足要求。
5. 舊路加寬試驗路的觀測測試
在舊路加寬改造工程中需進(jìn)行必要的現(xiàn)場觀測測試,以便掌握地基和路基的沉降與變形,以及路基土體內(nèi)應(yīng)力狀況。在試驗路單側(cè)加寬段的每個橫斷面均埋設(shè)了6對沉降板和土壓力盒,雙側(cè)加寬段各埋設(shè)了5對沉降板和土壓力盒。
沉降板的埋設(shè)位置是根據(jù)觀測總沉降量、分層沉降量和橫向不均勻沉降的要求來確定的。埋設(shè)在天然原地面的沉降板主要用來測量地基的沉降量;埋設(shè)在加寬路基不同高度上的沉降板,主要用來測量新路基自身的分層沉降量;埋設(shè)在新路基橫斷面表層不同位置的沉降板,主要用來測量新路基表層的橫向不均勻沉降。
土壓力盒均埋設(shè)在沉降板的一側(cè),可用來了解在路堤填筑過程中及路堤填筑完成后的土壓力變化狀況、沉降與土壓力間的相互關(guān)系等。
6. 結(jié)束語
⑴ 舊路加寬處治的方案很多,各種方案都具其自身的優(yōu)缺點和適用條件。在進(jìn)行具體的方案設(shè)計時,要對各種方案進(jìn)行充分的研究,然后綜合考慮具體工程的地質(zhì)條件、道路等級標(biāo)準(zhǔn)和使用要求、現(xiàn)場施工條件,以及對周圍環(huán)境的影響等因素,選擇最適宜的方案。
[關(guān)鍵詞] 高職 網(wǎng)絡(luò) 培養(yǎng) 方案 職業(yè)崗位 典型工作任務(wù)
引 言
基于典型工作任務(wù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才培養(yǎng)模式是很多職業(yè)教育者研究的一個課題,旨在依托行業(yè)企業(yè),校企共同研究人才培養(yǎng)模式,培養(yǎng)適應(yīng)市場需求的高技能性網(wǎng)絡(luò)人才。因此高職院校如何在國家高職教育的指導(dǎo)思想下,結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展情況,教育水平,人才需求結(jié)構(gòu),就業(yè)狀況等培養(yǎng)出與時俱進(jìn)的高素質(zhì)網(wǎng)絡(luò)技能人才是網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的核心,同時也是高職院校必須面對的新挑戰(zhàn)。合理、科學(xué)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才培養(yǎng)方案就顯的尤為重要,它是我們培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才,組織教學(xué)的依據(jù)。
設(shè)計背景
1.網(wǎng)絡(luò)人才遍布在各行各業(yè),就業(yè)面廣、社會需求量大
信息化已成為當(dāng)今世界各國經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的重要手段,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為信息社會的運(yùn)行平臺和實施載體。在社會生產(chǎn)與人類生活中,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的全面延伸促進(jìn)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面發(fā)展。各行各業(yè)和人民生活的各個角落都會需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的人才。
近幾年許多高職院校在原計算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的基礎(chǔ)上,發(fā)展成為設(shè)置獨立的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè),漢中、安康、商洛等市的高職院校80% 開設(shè)有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)。但計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)存在諸多共性問題:定位不準(zhǔn),受師資、實訓(xùn)條件限制,培養(yǎng)的人才知識滯后,職業(yè)技能不強(qiáng),崗位適應(yīng)能力差。相對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)管理人才培養(yǎng)工作相對滯后。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、網(wǎng)頁制作、網(wǎng)絡(luò)資源開發(fā)等方面的人才缺口巨大。
2.區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐環(huán)境
國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的總體目標(biāo)是:西部地區(qū)綜合經(jīng)濟(jì)實力上一個大臺階,基礎(chǔ)設(shè)施更加完善,現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系基本形成,建成國家重要的能源基地、資源深加工基地、裝備制造業(yè)基地和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)基地;發(fā)展目標(biāo)中提到,要做強(qiáng)、做大電子信息,新型能源和航空航天等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),提高現(xiàn)代制造業(yè)綜合競爭力。建設(shè)國家一流的電子信息產(chǎn)業(yè)基地;西部大開發(fā)以及電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更加需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐環(huán)境,必然對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才有大量的需求。
3.本地區(qū)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高技能人才的規(guī)格要求和專業(yè)定位
隨著科技的發(fā)展,單一掌握某一專業(yè)的人才未必能夠在市場上立足,掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所涉及的軟、硬件知識,具備計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計能力;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝、操作、測試和維護(hù)能力;網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)的操作能力;快速跟蹤網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的能力,能真正把基礎(chǔ)理論知識與網(wǎng)絡(luò)實踐能力合二為一的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、 操作等技術(shù)型人才和管理人才才是社會需要的“緊俏商品”。而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的特點正是培養(yǎng)此類人才。
通過調(diào)研漢中市及周邊地區(qū)的典型企業(yè),對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的崗位需求進(jìn)行專業(yè)定位。其中主要走訪調(diào)研了以漢中四通公司為代表的信息產(chǎn)業(yè);以漢中移動、聯(lián)通公司為代表的通信運(yùn)營業(yè);以及漢中鋼鐵廠代表的制造業(yè)、政府機(jī)關(guān)和服務(wù)業(yè)等。這些行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)搭建、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等高素質(zhì)技能性人才提出了崗位要求。
設(shè)計過程
通過行業(yè)企業(yè)市場調(diào)查等方式,確定人才培養(yǎng)目標(biāo);召開專家工人訪談會,確定典型工作任務(wù);邀請企業(yè)專家參與,共同確定學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程;召開專業(yè)指導(dǎo)委員會會議,校企共同制定專業(yè)人才培養(yǎng)方案。通過企業(yè)調(diào)研分析,按照社會對高技能人才的需求,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)技能人才的培養(yǎng)目標(biāo)定位在:“建網(wǎng)”、“管網(wǎng)”、和“用網(wǎng)”。
參考《普通高等學(xué)校高職高專教育指導(dǎo)性專業(yè)目錄專業(yè)簡介》,參照國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)用人單位的崗位標(biāo)準(zhǔn)要求,確定了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)所主要面向的職業(yè)崗位:網(wǎng)絡(luò)安全、信息對抗、網(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)管理、IT產(chǎn)品營銷、數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)、網(wǎng)站建設(shè)等。
1.依托行業(yè)企業(yè),校企共同研究人才培養(yǎng)模式
根據(jù)企業(yè)崗位需求的統(tǒng)計,網(wǎng)絡(luò)及安全管理員是大多數(shù)企事業(yè)單位普遍需要的職業(yè)崗位。校企合作,共同研究工學(xué)結(jié)合的以典型工作任務(wù)為主線的“證書性學(xué)習(xí)、生產(chǎn)性實訓(xùn)、頂崗性實習(xí)”的三階段人才培養(yǎng)模式。
第一階段“證書性學(xué)習(xí)”是指三年制的第一年的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)目標(biāo)主要是圍繞考取職業(yè)證書安排教學(xué)。主要取得勞動部的職業(yè)資格證書,如:計算機(jī)組裝與維護(hù)(建網(wǎng)基礎(chǔ))、網(wǎng)絡(luò)管理員(管網(wǎng)基礎(chǔ))、網(wǎng)頁設(shè)計與制作(用網(wǎng)基礎(chǔ))。以達(dá)到基本職業(yè)素質(zhì)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的入門水平,課程目標(biāo)與學(xué)習(xí)目標(biāo)以取得職業(yè)資格證書為標(biāo)準(zhǔn)。
第二階段“生產(chǎn)性實訓(xùn)”是指三年制的第二年的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)目標(biāo)主要是在校內(nèi)工廠化實訓(xùn)基地以“典型工程項目”安排教學(xué)。以達(dá)到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的較高水平。
第三階段“頂崗性實習(xí)”是指三年制的第三年的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)目標(biāo)主要是在校內(nèi)、外的企業(yè)頂崗工作。以達(dá)到專業(yè)應(yīng)具備的企業(yè)經(jīng)驗和綜合素質(zhì)。在校內(nèi)安排企業(yè)真實性的專業(yè)綜合實訓(xùn),在校外以實訓(xùn)基地為主,有計劃地安排頂崗實習(xí)。
2.在課程開發(fā)方式上,探索建立“教師科研下企業(yè),工程項目進(jìn)課堂,師徒方式傳技能,學(xué)生學(xué)習(xí)如上崗”的模式
產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、校企互動,由學(xué)校教師和企業(yè)專家共同開發(fā)優(yōu)質(zhì)核心課程,突出課程的實踐性、開放性和職業(yè)性,根據(jù)企業(yè)要求和技術(shù)發(fā)展變化及時更新教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生獲得的知識、技能真正滿足職業(yè)崗位的要求。強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),提高學(xué)生適應(yīng)能力。生產(chǎn)一線的高技能人才必須具備良好的創(chuàng)新能力。
召開校企合作專業(yè)指導(dǎo)委員會會議,根據(jù)前階段的工作分析和成果,共同討論和初步確定了2010級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案框架體系。
人才培養(yǎng)方案設(shè)計框架體系
1.確定職業(yè)崗位
計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)為試點,以工作過程為導(dǎo)向,以職業(yè)能力為核心,以體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合為特點,以職業(yè)分析和典型工作任務(wù)為課程設(shè)計基礎(chǔ),以真實工作任務(wù)為載體。校企合作,確定其面向的職業(yè)和職業(yè)崗位,初步提出培養(yǎng)目標(biāo)。
2.典型工作任務(wù)設(shè)計
典型工作任務(wù)指職業(yè)活動中具有代表性的職業(yè)行動,并能反映該職業(yè)本質(zhì)特征的工作過程,它反映了該職業(yè)的典型工作內(nèi)容和形式,應(yīng)包括完成一項任務(wù)的計劃、實施和評估等完整的過程。在該步驟中,確定該職業(yè)的典型工作任務(wù),以便對該職業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確地分析,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行課程開發(fā)。再根據(jù)三級能力的培養(yǎng)思路和職業(yè)養(yǎng)成規(guī)律,由淺入深安排學(xué)習(xí)內(nèi)容,并由企業(yè)實際工作提煉出小型企業(yè)級局域網(wǎng)組建、網(wǎng)絡(luò)工程測試與驗收、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝與調(diào)試等16個典型工作任務(wù)。
3.基于工作過程的課程設(shè)計方案
職業(yè)教育的學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程是工作過程導(dǎo)向的課程方案。是一個由職業(yè)能力描述的學(xué)習(xí)目標(biāo)、工作任務(wù)描述的學(xué)習(xí)內(nèi)容和實踐理論綜合的學(xué)習(xí)時間三部分構(gòu)成的學(xué)習(xí)單元。它是根據(jù)專業(yè)對應(yīng)工作崗位及崗位群實施典型工作任務(wù)分析歸納到行動領(lǐng)域,根據(jù)認(rèn)知及職業(yè)成長規(guī)律遞進(jìn)重構(gòu)行動領(lǐng)域轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)領(lǐng)域(即:課程),再根據(jù)完整思維及職業(yè)特征分解學(xué)習(xí)領(lǐng)域為主題學(xué)習(xí)單元即進(jìn)行學(xué)習(xí)情境的設(shè)計,學(xué)習(xí)領(lǐng)域表現(xiàn)形式是由若干個學(xué)習(xí)情境構(gòu)成,因此設(shè)計學(xué)習(xí)情境將是課程改革的核心和難點。學(xué)習(xí)領(lǐng)域設(shè)置的原則:一是每一學(xué)習(xí)領(lǐng)域都是完整的工作過程;二是各學(xué)習(xí)領(lǐng)域排序要遵循職業(yè)成長規(guī)律;三是各學(xué)習(xí)領(lǐng)域排序要符合學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律,所有學(xué)習(xí)領(lǐng)域組成生產(chǎn)或經(jīng)營過程。
根據(jù)專業(yè)對應(yīng)工作崗位及崗位群實施典型工作任務(wù)分析歸納到行動領(lǐng)域,根據(jù)認(rèn)知及職業(yè)成長規(guī)律遞進(jìn)重構(gòu)行動領(lǐng)域轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)領(lǐng)域(即:課程),再根據(jù)完整思維及職業(yè)特征分解學(xué)習(xí)領(lǐng)域為主題學(xué)習(xí)單元即進(jìn)行學(xué)習(xí)情境的設(shè)計,學(xué)習(xí)領(lǐng)域表現(xiàn)形式是由若干個學(xué)習(xí)情境構(gòu)成。我們對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)技能人才的培養(yǎng)目標(biāo)定位為:“建網(wǎng)”、“管網(wǎng)”、“用網(wǎng)”。
4.課程體系結(jié)構(gòu)
典型工作任務(wù)的實施是有嚴(yán)格的條件限制的,需要有成熟的課程載體、規(guī)范的工作崗位或?qū)嵱?xùn)中心,熟練的指導(dǎo)教師等條件的支撐。就我們目前的教學(xué)環(huán)境來說,尚不具備這樣的條件。所以我們提出“平臺+學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程”的構(gòu)想,兼容當(dāng)前的教育環(huán)境和教學(xué)條件,保證學(xué)生多元發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的能力,在第一學(xué)年奠定一個基礎(chǔ)和平臺,從第三學(xué)期開始采用純粹的典型工作任務(wù)模式的構(gòu)想。
5.教學(xué)計劃設(shè)計
完成了上述步驟之后,編制教學(xué)計劃表,課程開設(shè)順序與周課時安排可根據(jù)實際情況自行確定。當(dāng)專業(yè)的學(xué)習(xí)領(lǐng)域與學(xué)習(xí)情境的幅度大時,或因校企合作、工學(xué)結(jié)合需要,按常規(guī)教學(xué)周無法很好實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)時,可對3年6學(xué)期制進(jìn)行變革。
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)核心課程實施方案
學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間所學(xué)的教學(xué)計劃開出的課程,在能力考核上實施“以認(rèn)證代考試”、“以競賽代考試”、企業(yè)實踐考核與學(xué)??己讼嘟Y(jié)合等方式;在課程考核上采用“開卷+閉卷”、“筆試+口試”、“實際操作+答辯”、社會調(diào)研報告、企業(yè)實踐與學(xué)校考核相結(jié)合等形式,以提高學(xué)生綜合能力,考核成績逐期載入學(xué)生學(xué)業(yè)成績登記表,畢業(yè)時歸入本人檔案具體歸結(jié)為:通過兩種方法來考核,一是教考分離,通過國際、國內(nèi)認(rèn)證考試,二是形成性考核。
教學(xué)條件配置
1.師資要求
師資隊伍是保證人才培養(yǎng)質(zhì)量的首要條件,因此實施本人才培養(yǎng)方案對教師的數(shù)量和素質(zhì)有一定的要求。
(1)具備本專業(yè)或相近專業(yè)大學(xué)本科以上學(xué)歷。
(2)從事實踐教學(xué)的主講教師要具備計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、管理、應(yīng)用開發(fā)和信息安全專業(yè)中級以上的IT認(rèn)證資格證書或工程師資格。
(3)信息系統(tǒng)工程工作過程的每一個環(huán)節(jié),專業(yè)至少有一名教師有實際工程經(jīng)驗,能夠帶領(lǐng)學(xué)生完成實際項目,若能請企業(yè)兼職教師承擔(dān)則更好。
(4)教師“雙師”素質(zhì)的比例要達(dá)到80%以上。
(5)專任教師與學(xué)生比例1:25左右,校外實訓(xùn)基地指導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn)實習(xí)的企業(yè)兼職教師的比例不低于80%。
2.教學(xué)設(shè)備配置
(1)校內(nèi)實訓(xùn)室
支撐實踐教學(xué)計劃所需校內(nèi)實訓(xùn)基地的基本要求包括“網(wǎng)絡(luò)集成實訓(xùn)室”和“網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)室”,輔以2個普通多媒體機(jī)房,可以滿足每屆招生1個標(biāo)準(zhǔn)班(40人)的實訓(xùn)基本要求。出于安全等原因,企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)環(huán)境不會輕易讓學(xué)生使用,校內(nèi)實訓(xùn)環(huán)境應(yīng)盡量擴(kuò)大規(guī)模和覆蓋面,以保障實訓(xùn)需要。條件許可時,應(yīng)跟隨技術(shù)發(fā)展,增加安全、無線、IP語音、網(wǎng)絡(luò)存儲等實訓(xùn)環(huán)境,盡量貼近實際工作環(huán)境。
(2)校外實訓(xùn)基地
校外實訓(xùn)基地包括從事系統(tǒng)集成、信息安全、網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)等領(lǐng)域的企業(yè)和事業(yè)單位的網(wǎng)絡(luò)信息中心。最需要真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開展“網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)”實訓(xùn)實習(xí)卻很難在企業(yè)進(jìn)行,“綜合布線技術(shù)與施工”須借助網(wǎng)絡(luò)工程類企業(yè)開展實訓(xùn)實習(xí)。由于行業(yè)的特殊性,除從事網(wǎng)絡(luò)工程和應(yīng)用開發(fā)的少部分企業(yè)能一次接納多人外,一般企業(yè)接收的學(xué)生數(shù)目也就1到2個,且不會每年接納,因此校外實訓(xùn)基地最好能夠達(dá)到每個標(biāo)準(zhǔn)班級(40人)4個以上,并盡可能多。
總 結(jié)
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程,專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革需要先進(jìn)的思想指導(dǎo),更需要科學(xué)合理的方法,需校企合作,走工學(xué)合作之路,同時要結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平和教育水平,制定出切實可行的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才培養(yǎng)方案。
參考資料:
[1]普通高等學(xué)校高職高專教育指導(dǎo)性專業(yè)目錄課題組.普通高等學(xué)校高職高專教育指導(dǎo)性專業(yè)目錄專業(yè)簡介[M].中國高職高專教育網(wǎng),2005,2.
[2]歐盟Asia-Link項目“關(guān)于課程開發(fā)的課程設(shè)計”課題組.職業(yè)教育與培訓(xùn)學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程開發(fā)手冊[M].北京:高等教育出版社,2007.
關(guān)鍵詞 霧霾路段 電動自行車 車速控制 裝置 系統(tǒng)總體設(shè)計
中圖分類號:TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
1系統(tǒng)設(shè)計概述
電機(jī)控制單元ECU是電動自行車自動限速裝置的控制中心,其功能是是通過GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器對大氣PM2.5濃度值進(jìn)行實時檢測,根據(jù)PM2.5的濃度值來判斷電機(jī)是否要自動減速。5V直流電機(jī)控制單元由電機(jī)的驅(qū)動電路、測速電路、參數(shù)顯示電路等組成。
設(shè)計中選擇了GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器進(jìn)行PM2.5濃度值的測量,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將粉塵傳感器收到的信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可讀的數(shù)字信號。另外用光電傳感器檢測5V直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速,將PM2.5的濃度值與5V直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示在1602液晶顯示屏上。一旦PM2.5濃度值達(dá)到100eg/m3以上,5V直流電機(jī)立即減速,以達(dá)到安全行駛的目的,并使駕駛?cè)藛T盡可能少吸入大氣中的細(xì)小顆粒物。
2系統(tǒng)主要器件選型及簡介
2.1 GP2Y1010AUOF粉塵傳感器
GP2Y1010AUOF粉塵傳感器是日本夏普公司生產(chǎn) 的一款光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器。它被設(shè)計用來感應(yīng)空氣中的塵埃粒子,其內(nèi)部對角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管,使得其能夠探測到空氣中塵埃反射光,即使非常細(xì)小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測到。由于它可測量0.8微米以上的微小粒子,感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉,房屋粉塵等,又具有體積小,重量輕,便于安裝的優(yōu)點,因此廣泛應(yīng)用于空氣清新機(jī),換氣空調(diào),換氣扇等產(chǎn)品,尤其是在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用。
(1)關(guān)于PM2.5傳感器的檢出方法
GP2Y1010AU插上電源后1秒內(nèi)會穩(wěn)定、正常地運(yùn)作,可以進(jìn)行檢出。對GP2Y1010AU輸出電壓的絕對值,并不是判定檢出的有無,我們推薦的使用方法是:無塵時,從輸出電壓的變化量來做判定。另外,更甚者可以根據(jù)輸出電平時間上的變化來對檢出對象物的種別進(jìn)行判別。關(guān)于一般被采用的灰塵和煙的判別方法,作如下說明。
(2)關(guān)于PM2.5傳感器的灰塵和煙的判別方法
從輸出電平的大小的變化及輸出電平時間的變化來看,可以知道檢出對象物是什么?,F(xiàn)在,對灰塵和煙檢出時輸出的區(qū)別,作如下說明。一般,香煙的煙是細(xì)微粒子,密度高,會擴(kuò)散式的大范圍漂移。與此相比,灰塵是一個一個大顆粒,密度低,斷斷續(xù)續(xù)式的進(jìn)入灰塵傳感器的檢出領(lǐng)域。煙是連續(xù)的表現(xiàn)出較高的輸出電壓,灰塵是間隔的表現(xiàn)出較高的輸出電壓。因此,根據(jù)傳感器的輸出電壓值(發(fā)光素子和已同期的脈沖輸出電壓值)在時間上的推移向微機(jī)軟件的讀取,是否無塵/是否有煙/是否有灰塵,不管是哪種狀態(tài),及空氣污染的程度是多少,都可以進(jìn)行檢出。
另外,以前的舊機(jī)種GP2U05/06根據(jù)峰值保持電路,時定數(shù)較大,由于起落的應(yīng)答時間較長,對于單個的灰塵,也有難以檢出的情況發(fā)生。
2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器――ADC0832
在單片機(jī)的實時測量和智能化儀表等系統(tǒng)中,常需要將檢測的連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)對這些數(shù)字量進(jìn)行處理后再對控制對象進(jìn)行控制。本模擬設(shè)計中需要對PM2.5傳感器發(fā)出的信號進(jìn)行采集,并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳送到單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行下一步控制。本模擬設(shè)計使用ADC0832芯片來實現(xiàn)將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號。
ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨可達(dá)256級,可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電壓輸入與參考電壓的復(fù)用,使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32eS,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗,以減少數(shù)據(jù)誤差,轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端,可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。
2.3光電傳感器
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點,而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此在檢測和控制領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。
由于采用光電傳感器,可以實現(xiàn)非接觸測量。光電式轉(zhuǎn)速測量儀表比較容易作為高頻脈沖頻率傳感器。例如,可在每轉(zhuǎn)中發(fā)出幾萬脈沖,因此分辨率高,可測極低的轉(zhuǎn)速,測量范圍幾乎可從零轉(zhuǎn)開始。光電傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高等優(yōu)點,因而本設(shè)計中選用了光電傳感器。
本系統(tǒng)中主要使用光電傳感器進(jìn)行速度的檢測。設(shè)計過程中主要考慮從脈沖式光電轉(zhuǎn)速傳感器的透射式和反射式兩種中進(jìn)行選擇,因為脈沖式光電轉(zhuǎn)速傳感器多用于光電計數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測量等場合。又由于透射式光電傳感器比反射式光電傳感器的測量精度高及使用場合,最終選擇透射式光電傳感器作為本系統(tǒng)檢測速度的傳感器。
參考文獻(xiàn)
電子電路教學(xué)的開展,為計算機(jī)軟件和電路設(shè)計應(yīng)用的結(jié)合提供了發(fā)展前提,這也為我國電子電路技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
2電子電路設(shè)計教學(xué)中軟件應(yīng)用意義探討
在電子電路的實際設(shè)計與開發(fā)中,電路結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計仿真測試已成為當(dāng)下最具有效性的技術(shù),加之越來越多的電子電路設(shè)計者選擇運(yùn)用計算機(jī)軟件對電子電路設(shè)計進(jìn)行研究,這就使計算機(jī)軟件應(yīng)用在電子電路的設(shè)計中具有十分重要的意義。計算機(jī)軟件提供的軟件仿真功能為電子電路的方案設(shè)計提供了有力的參考,學(xué)生能夠利用軟件進(jìn)行對預(yù)先設(shè)計好的電路方案進(jìn)行仿真,并通過對比方案設(shè)計與當(dāng)真結(jié)果對具體內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn),這在幫助學(xué)生完善仿真方案的同時,也進(jìn)一步鞏固了其對知識的掌握,提升了電路設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題和處理問題的能力。與傳統(tǒng)形式的電路測量檢驗方式不同,計算機(jī)軟件的應(yīng)用僅需要將電路接口連接到實驗箱,通過程序調(diào)試模擬實際應(yīng)用環(huán)境,以更為高效率的檢測出電路系統(tǒng)的設(shè)計錯誤。軟件應(yīng)用在為電子電路設(shè)計提供仿真環(huán)境的同時,也能夠在學(xué)生的電子理論學(xué)習(xí)中起到極大的輔助作用。在電子電路教學(xué)開展過程中,課程理論和實驗設(shè)計的有機(jī)結(jié)合能夠進(jìn)一步加深學(xué)生對電路知識的理性認(rèn)知,而在電路的設(shè)計和應(yīng)用檢測過程中,由于校園客觀環(huán)境的限制,電路的檢驗與應(yīng)用通常無法得到充分開展,而利用計算機(jī)軟件設(shè)計則能夠有效實現(xiàn)對電路設(shè)計的檢驗和校正,使得學(xué)生能夠在真正意義上掌握電子電路設(shè)計課程中的研究方法。
3各類軟件在電子電路教學(xué)中的具體運(yùn)用
3.1CAD軟件在電子電路教學(xué)中的應(yīng)用
CAD軟件系統(tǒng)是當(dāng)下電路設(shè)計軟件中圖形設(shè)計功能作為全面的應(yīng)用軟件,其在電子電路設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用也十分廣泛。在電路設(shè)計教學(xué)的開展中,CAD軟件為課程開展提供了繪圖,幾何造型以及特征計算等功能,在進(jìn)行電路設(shè)計過程中,教師能夠通過帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行元件設(shè)計,是學(xué)生進(jìn)一步掌握不同電路元件的功能,并以此為基礎(chǔ),使學(xué)生利用不同元件的特性進(jìn)行電路的功能設(shè)計。CAD軟件在為電路教學(xué)設(shè)置元件設(shè)計功能的同時,也自帶有元件庫,電路的實際設(shè)計可以直接對元件進(jìn)行調(diào)用,這也能夠有效節(jié)約電路原理圖設(shè)計時間。在利用該軟件開展教學(xué)時,教師還要強(qiáng)調(diào)實際元件和虛擬元件的區(qū)別,并通過在教學(xué)過程中著重強(qiáng)調(diào),以保證學(xué)生實際電路連接的準(zhǔn)確性和安全性。
3.2EWB軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用分析
EWB計算機(jī)軟件是一種用于電路設(shè)計與仿真的EDA工具軟件,與CAD軟件不同,EWB軟件中包含更多的高品質(zhì)模擬電路元件和組件模型。教師在開展電子電路設(shè)計教學(xué)時能夠在元件調(diào)用的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生利用軟件進(jìn)行多種功能仿真,如對以連接的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行交流頻率特性分析,靜態(tài)分析和參數(shù)掃描分析等。EWB軟件主要結(jié)構(gòu)包括函數(shù)信號發(fā)生器和仿真電路模板等,學(xué)生能夠在課程設(shè)計中通過元件調(diào)用和參數(shù)整合,完成電路設(shè)計,并通過將電路系統(tǒng)調(diào)用與仿真模板中,對其進(jìn)行功能測試。在電路仿真教學(xué)過程中,教師應(yīng)首先開展信號發(fā)生器教學(xué),使得學(xué)生能夠依據(jù)實際電路結(jié)構(gòu)設(shè)計選定對應(yīng)的激勵信號,以此保證電子電路結(jié)構(gòu)仿真結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和有效性。
3.3PSPICE仿真軟件在電路設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用
作為現(xiàn)階段不同類型電路分析與設(shè)計仿真軟件之一,PSPICE軟件具有十分優(yōu)越的實用性能。該軟件主要包括電子線路仿真,圖形方式輸出,模擬計算電路功能和網(wǎng)表生成等功能,不僅能夠?qū)δM電子線路進(jìn)行仿真與模式實驗,也能夠與實體電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接并開展模擬仿真。在電子電路的設(shè)計教學(xué)中,教師要將課程演示重點放在利用PSPICE軟件模擬連接電路上,使學(xué)生能夠在掌握元件參數(shù)的基礎(chǔ)上,更為全面的掌握電路波形和電壓電流值的檢測方法。PSPICE仿真軟件的應(yīng)用,也為電路設(shè)計教學(xué)中元件參數(shù)的優(yōu)化提供了科學(xué)有效的途經(jīng),教師通過對比軟件中不同模擬元件的功能,以選擇靈敏度高和容差關(guān)系穩(wěn)定的軟件開展教學(xué),這能夠極大的優(yōu)化電路設(shè)計中的元件參數(shù),并使得電子電路設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量得到有效提升。
4結(jié)束語
關(guān)鍵詞:集成電路設(shè)計;應(yīng)用型人才;課程改革
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)14-0059-02
一、引言
在過去的20多年來,中國教育實現(xiàn)兩大歷史性跨越。第一是實現(xiàn)了基本普及義務(wù)教育,基本掃除青壯年文盲的目標(biāo);第二是中國高等教育開始邁入大眾化階段,高教毛入學(xué)率達(dá)到17%。據(jù)《2012年中國大學(xué)生就業(yè)報告》顯示[1],在2011年畢業(yè)的大學(xué)生中,有近57萬人處于失業(yè)狀態(tài),10多萬人選擇“啃老”;即使工作一年的人,對工作的滿意率也只有47%。2012年,全國普通高校畢業(yè)生規(guī)模達(dá)到680萬人,畢業(yè)人數(shù)再創(chuàng)新高,大學(xué)生將面臨越來越沉重的就業(yè)壓力。面對這樣的困境,國家相關(guān)部分提出了一系列的舉措,其中對本科畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)逐漸向應(yīng)用型人才轉(zhuǎn)變[2-4]。集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心,是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),已成為當(dāng)前國際競爭的焦點和衡量一個國家或地區(qū)現(xiàn)代化程度以及綜合國力的重要標(biāo)志。本文將在對集成電路設(shè)計專業(yè)特點分析的基礎(chǔ)上,以北京信息科技大學(xué)集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置為例,介紹面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)地集成電路設(shè)計本科課程現(xiàn)階段存在的問題并給出相關(guān)可行的改革方案。
二、集成電路設(shè)計專業(yè)特點
進(jìn)入本世紀(jì)后,我國的集成電路發(fā)展迅速,集成電路設(shè)計需求劇增。為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要,國家開始加大推廣集成電路設(shè)計相關(guān)課程的本科教學(xué)工作[5]。經(jīng)過十年多的發(fā)展,集成電路設(shè)計專業(yè)特色也越來越明顯。
首先,集成電路設(shè)計專業(yè)對學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識要求高。隨著工藝的不斷進(jìn)步,集成電路芯片的尺寸不斷下降,芯片功能不斷增強(qiáng),功耗越來越低,速度越來越快。但隨著器件尺寸的不斷下降,組成芯片的最基本單元――“器件”的高階特性對電路性能的影響越來越大。除了器件基礎(chǔ),電路設(shè)計人員同時還需要了解后端電路設(shè)計相關(guān)的版圖、工藝、封裝、測試等相關(guān)基礎(chǔ)知識,而這些流程環(huán)環(huán)相扣,任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,很難想象芯片能正常工作[6]。因此,對于一個合格的電路設(shè)計人員,深厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識是必不可少的。
其次,集成電路設(shè)計專業(yè)需要學(xué)生對各種電子設(shè)計自動化工具熟悉,實踐能力強(qiáng)。隨著電子設(shè)計自動化工具的不斷發(fā)展,在電路設(shè)計的每一個階段,電路設(shè)計人員可以通過計算機(jī)完成電路設(shè)計的部分或全部的相關(guān)內(nèi)容。另一方面,電子設(shè)計自動化工具的相關(guān)比較多,即使是同一家公司的同一種軟件的更新速度相當(dāng)快,集成電路設(shè)計工具種類繁多,而且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)這對集成電路設(shè)計教學(xué)增加了很大的難度。
再次,集成電路設(shè)計專業(yè)的相關(guān)教學(xué)工作量大。正如前面所介紹,要完成一個電路芯片的設(shè)計,需要電路設(shè)計人員需要了解從器件基礎(chǔ)到電路搭建、電路仿真調(diào)試、版圖、工藝、封裝、測試等相關(guān)知識,同時還要通過實驗熟悉各種電子設(shè)計自動化工具的使用。所有相關(guān)內(nèi)容對集成電路設(shè)計專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容提出了更多的要求,但從現(xiàn)有的情況看,相關(guān)專業(yè)的課時數(shù)目難以改變,所以在有限的課時內(nèi)如何合理分配教學(xué)內(nèi)容是集成電路設(shè)計專業(yè)教師重要的工作。
最后,集成電路設(shè)計專業(yè)對配套的軟、硬件平臺要求高,投入資金成本高。從現(xiàn)有的情況看,國際上有4大集成電路設(shè)計EDA公司,還有很多中、小型EDA公司。每個公司的產(chǎn)品各不相同,即使針對相同的電路芯片,設(shè)計自動化工具也各不相同。在硬件方面,軟件的安裝通常在高性能的服務(wù)器上,因此,硬件方面的成本也很高。軟硬件方面的成本嚴(yán)重地阻礙了國內(nèi)很多高等院校的集成電路設(shè)計專業(yè)發(fā)展。
三、集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置及存在的問題
在集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置方面,不同的學(xué)校的課程設(shè)置各不相同。但總的來說可以分為三類:基礎(chǔ)課、專業(yè)課和選修課。在三類課程的設(shè)置方面,每個學(xué)校的定義各不相同,主要是根據(jù)本校集成電路設(shè)計專業(yè)的側(cè)重點不同而有所區(qū)別。從國內(nèi)幾大相關(guān)院校的課程設(shè)置看,基礎(chǔ)課主要包括:《固體物理》、《半導(dǎo)體物理》、《晶體管原理》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》等;專業(yè)課主要包括:《模擬集成電路設(shè)計》、《數(shù)字集成電路設(shè)計》、《信號處理》、《高頻電路》等;選修課主要包括:《集成電路EDA》、《集成電路芯片測試》、《集成電路版圖設(shè)計》、《集成電路封裝》等。
從現(xiàn)有的課程設(shè)置可以看到,針對國家應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo),現(xiàn)有的課程設(shè)置還存在很多問題,具體地說:
首先,課程設(shè)置偏于理論課程,實踐內(nèi)容缺乏,不符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求。從上面的課程設(shè)置情況可以看到,各大高校在課程安排方面都側(cè)重于理論教學(xué),缺乏實踐內(nèi)容。比如:《模擬集成電路設(shè)計》課程總學(xué)時為48,實驗學(xué)時為8,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實際需求,難以在短短8學(xué)時內(nèi)完成模擬集成電路設(shè)計相關(guān)實踐活動。雖然集成電路設(shè)計專業(yè)對于專業(yè)基礎(chǔ)知識要求寬廣,但并不深厚,因此,浪費(fèi)太多時間在每個設(shè)計流程相關(guān)的理論知識的闡述是不合適的,也不符合我國大學(xué)生的現(xiàn)狀。
其次,實踐活動不能與集成電路設(shè)計業(yè)界實際需要相結(jié)合,實踐內(nèi)容沒有可行性。從目前各大高等院校的課程內(nèi)容方面調(diào)研結(jié)果表明,對于本科教學(xué)情況,90%以上的實踐內(nèi)容都是教師根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)置一些簡單可行的小電路,學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容按相關(guān)步驟操作即可完成整個實驗過程。實驗內(nèi)容簡單、重復(fù),與集成電路設(shè)計業(yè)界實際需要完全不相關(guān),這對學(xué)生以后的就業(yè)、擇業(yè)意義不大。
最后,沒有突現(xiàn)學(xué)校的專業(yè)特色,不適于當(dāng)今社會集成電路設(shè)計業(yè)界對本科畢業(yè)生的要求。但在競爭激烈的電子信息產(chǎn)業(yè)界,如果想要畢業(yè)生擇業(yè)或者就業(yè)時有更強(qiáng)的競爭力,各大高校需要有自己的專業(yè)特色,但現(xiàn)在各個高校的現(xiàn)狀仍然是“全面發(fā)展,沒有特色”。這對于地方高校的集成電路設(shè)計專業(yè)畢業(yè)生是一個劣勢。
四、面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的課程改革
針對上面闡述的相關(guān)問題,本文給出了面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的集成電路設(shè)計專業(yè)課程改革的幾點方案,具體地說:
首先,削減理論課的課時,加大實驗內(nèi)容比例。理論課時遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實踐課時是當(dāng)今大學(xué)生教育的一個重要弊端,這也直接導(dǎo)致了大學(xué)生動手能力差、實踐活動參與度低、分工合作意識薄弱。而在不增加授課學(xué)時的前提下要改變這一現(xiàn)象,唯一的方法就是改變授課內(nèi)容,適當(dāng)削減理論課的課時,加大實驗內(nèi)容的比例。這樣既能滿足國家對于本科畢業(yè)生應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo),也符合創(chuàng)新型本科生的特點。
其次,積極推進(jìn)“校企聯(lián)合辦學(xué)”,讓學(xué)生更早接觸業(yè)界發(fā)展,指導(dǎo)擇業(yè)、就業(yè)。正如前面介紹,現(xiàn)在各大高等院校的教學(xué)內(nèi)容理論性太強(qiáng),學(xué)生在大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識與實際應(yīng)用相脫離。這也造成很大一部分本科畢業(yè)生在入職后的第一年難以進(jìn)入工作狀態(tài),工作效率差,影響后面學(xué)生的就業(yè)、擇業(yè)。如果能在學(xué)生在校期間,比如大學(xué)三年級或更早,推進(jìn)“校企聯(lián)合辦學(xué)”,使學(xué)生更早了解到業(yè)界真正工作模式以及業(yè)界關(guān)注的重點,這對于學(xué)生后續(xù)進(jìn)入工作非常有利,同時也能推進(jìn)學(xué)??蒲泄ぷ?。
最后,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。這里的教學(xué)資源,除了包括授課筆記、教案、教學(xué)講義外還包括高水平教師。雖然現(xiàn)在高等教育研究相關(guān)機(jī)構(gòu)也開設(shè)了一些青年教師課程培訓(xùn)相關(guān)內(nèi)容,但真正取得的成效還相對比較小。另外,針對集成電路設(shè)計專業(yè)來說,跟隨業(yè)界發(fā)展的相關(guān)知識更新較快,配套的軟硬件代價較高,如果能實現(xiàn)高校軟硬件教學(xué)資源的共享,尤其是高水平高校扶持低水平高校,這將更有利于提高畢業(yè)生的整體水平。
五、結(jié)論
本文詳細(xì)分析面對應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的集成電路設(shè)計專業(yè)的特點,并在對國內(nèi)相關(guān)院校集成電路設(shè)計專業(yè)調(diào)研基礎(chǔ)上給出集成電路設(shè)計專業(yè)的基礎(chǔ)課、專業(yè)課、選修課課程的內(nèi)容以及教學(xué)方式情況,指出面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)現(xiàn)在課程設(shè)置方面存在的問題。同時,文章給出了在當(dāng)今大學(xué)生招生人數(shù)劇增情況下,如何合理安排集成電路設(shè)計專業(yè)課程的方案從而實現(xiàn)應(yīng)用型培養(yǎng)目標(biāo)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:實驗教學(xué) 存在問題 改革措施
《PROTEL電路設(shè)計》是一門實踐性很強(qiáng)的課程,對提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力有重要的作用。目前各大高職院校已探索出適合自己特點的獨特教學(xué)方法和管理手段,并取得了一定的成績。但一些專業(yè)教師對實驗教學(xué)重視不夠,在實驗內(nèi)容的安排上不盡合理,《PROTEL電路設(shè)計》的實驗教學(xué)仍然存在著許多問題,因此,必須對實驗教學(xué)進(jìn)行改革。
1 實驗教學(xué)存在的主要問題
1.1 專業(yè)教師對實驗教學(xué)的重視不夠
一些專業(yè)教師對實驗教學(xué)的重視不夠,把它當(dāng)作掌握書本知識的輔助教學(xué)環(huán)節(jié),使學(xué)生實驗的積極性不高,實驗的興趣降低,直接導(dǎo)致學(xué)生的動手能力差;不考慮實驗課本身的教學(xué)規(guī)律及其對學(xué)生的實踐能力的培養(yǎng),更不說理論與實踐的有機(jī)結(jié)合。
1.2 實驗內(nèi)容的安排不盡合理
《PROTEL電路設(shè)計》的實驗,只是在電腦中畫出電路原理圖,再制作PCB圖,學(xué)生只是掌握了PROTEL的基本操作和基本技能,對學(xué)習(xí)本課程的目的不明確,影響了學(xué)習(xí)效果。
1.3 沒有和其它相關(guān)課程進(jìn)行有效的聯(lián)系
《PROTEL電路設(shè)計》的學(xué)習(xí)目的:是通過前面所學(xué)的電子技術(shù)、電路分析和電路設(shè)計等課程,設(shè)計出電路圖后,然后通過PROTEL這個操作平臺,畫出原理圖和PCB圖,制作出電子產(chǎn)品。而很多的教師在實驗教學(xué)的時候,都沒有和所學(xué)過的課程進(jìn)行有效的聯(lián)系,使學(xué)生缺乏創(chuàng)造性,沒有給他們提供足夠的發(fā)展空間。
1.4 采用傳統(tǒng)陳舊的實驗教學(xué)方法
教師給出實驗題目,講解后,學(xué)生按部就班地操作,使學(xué)生的思維能力受到了限制,創(chuàng)新精神和實踐能力得不到培養(yǎng)。
2 實驗教學(xué)的改革措施
由于實驗教學(xué)存在著如此多的不足,筆者經(jīng)過不斷的探索、改進(jìn)和創(chuàng)新,總結(jié)出一套實驗方法,讓學(xué)生積極地參與到實驗中來,主動地完成實驗任務(wù),收到了良好的效果。
2.1 確立以培養(yǎng)能力為主的思想,改革考核制度。
高職高專培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)是面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理和服務(wù)第一線的高級技能型應(yīng)用人才。因此,必須正確認(rèn)識傳授知識和培養(yǎng)能力的關(guān)系,確立以理論夠用為準(zhǔn)則,將培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神放在更重要的位置上,充分地認(rèn)識到培養(yǎng)學(xué)生能力的實驗教學(xué)比理論教學(xué)具有更重要的地位。甚而根據(jù)內(nèi)容的需要,先進(jìn)行實踐操作,確立了感性認(rèn)識以后,再學(xué)習(xí)理論知識,有利于提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力;而且還可激發(fā)學(xué)生對理論知識的求知欲,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在此基礎(chǔ)上,改革考核制度,采用上機(jī)考試,督促師生更加重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié),進(jìn)一步提高實踐教學(xué)質(zhì)量。
2.2 采用分層次實踐教學(xué)。
分層次實踐教學(xué)包含兩個方面的內(nèi)容:一方面,學(xué)生的分層次,另一方面,實驗內(nèi)容的分層次。針對不同層次的學(xué)生,分別進(jìn)行基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗這種“分層次實踐教學(xué)”的改革方案,學(xué)生只有完成基礎(chǔ)性實驗以后,才能進(jìn)行綜合性實驗和設(shè)計性實驗。
基礎(chǔ)性實驗是讓學(xué)生加深對理論課程內(nèi)容的理解,PROTEL主要培養(yǎng)學(xué)生掌握基本操作和基本技能,能夠熟練地繪制電路原理圖和PCB圖,其內(nèi)容應(yīng)盡量覆蓋理論課教學(xué)的重點。由于PROTEL是英文軟件,所以要引導(dǎo)學(xué)生敢于探索、大膽實踐,由被動的要我做實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥奈乙鰧嶒灒拍軌蚋玫卣莆栈局R,將理論知識變?yōu)椴僮骷寄堋8鶕?jù)市場人才的需求,我們應(yīng)該增加綜合性實驗和設(shè)計性實驗的實踐環(huán)節(jié)。綜合性實驗包括同一課程中各知識點的綜合應(yīng)用、相關(guān)課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用,讓學(xué)生把知識綜合應(yīng)用于實踐,逐步了解工程應(yīng)用的概念。比如:要求學(xué)生畫出電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路圖,并繪制出裝配圖。由于電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路原理圖中,絕大多數(shù)的元件符號和PCB封裝在PROTEL的元件庫中,這就要求學(xué)生自己繪制原理圖元件和PCB封裝,封裝的尺寸大小還必須精確,否則會出現(xiàn)安裝問題,設(shè)計要規(guī)范、合理。設(shè)計性實驗主要由學(xué)生自己完成選題、設(shè)計電路、組裝調(diào)試、測試結(jié)果的全過程,其目的是使學(xué)生掌握工程設(shè)計的步驟,提高工程設(shè)計能力,更為自主地獲取實踐技能,使其實踐能力、分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力得到提高。完成選題后,設(shè)計任務(wù),可以通過PROTEL仿真技術(shù)(還有EWB電子工作平臺、EDA電路仿真實驗組件等)來完成,通過調(diào)整參數(shù),使設(shè)計的電路性能達(dá)到最佳。經(jīng)過指導(dǎo)教師審核通過后,利用現(xiàn)代化儀器儀表,將設(shè)計的電路系統(tǒng)地安裝和調(diào)試出來,整個實驗操作過程由學(xué)生獨立完成。
2.3 密切和其它專業(yè)課程的配合,實驗內(nèi)容互相滲透、互相補(bǔ)充。結(jié)合專業(yè)課程的需要,安排結(jié)合專業(yè)課程的實驗內(nèi)容。
在電路設(shè)計任務(wù)中,必須將電路分析、電子技術(shù)、電路設(shè)計的知識有機(jī)地結(jié)合起來,按照電路設(shè)計的方法和步驟,設(shè)計出電路,才能滿足電路的基本要求,實現(xiàn)電路的功能。只有反復(fù)調(diào)整元件的參數(shù),反復(fù)修改電路,才能使電路性能達(dá)到最佳,完成設(shè)計任務(wù),學(xué)生的創(chuàng)造性才能得到充分發(fā)揮。
2.4 采用開放式教學(xué)。
開放式教學(xué),包括實驗內(nèi)容、要求和實驗室都應(yīng)具有開放性,將封閉式的實驗改為全方位開放性實驗。開放實驗是由學(xué)生自己根據(jù)實驗任務(wù)書的要求,獨立設(shè)計實驗電路,擬定實驗方案,完成實驗過程。輔導(dǎo)教師對學(xué)生的輔導(dǎo)由以前的灌輸式“教”改為啟發(fā)式“導(dǎo)”,只負(fù)責(zé)對實驗方案進(jìn)行審查。在審查學(xué)生設(shè)計方案時,要求學(xué)生陳述自己的設(shè)計思路,學(xué)生在講述過程中就會進(jìn)行再次思維。如果設(shè)計正確,可接著問是否還有其它設(shè)計方案;如果設(shè)計不對,這時再因勢利導(dǎo)地告訴他出錯的原因,學(xué)生就能將容易犯錯誤的知識點消化掉。讓學(xué)生在“開放的空間”里開動腦筋,發(fā)揮想象力,形成自由學(xué)習(xí)的氛圍,讓學(xué)生充分施展個人才能。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)計劃,靈活安排時間來完成課程設(shè)計、課程實驗的內(nèi)容。
3 實驗教學(xué)改革的主要效果
原來,學(xué)生只能在電腦中繪制原理圖和PCB圖,通過實驗教學(xué)改革以后,學(xué)生學(xué)習(xí)電路設(shè)計的興趣空前高漲,形成了設(shè)計制作電路的熱潮:有學(xué)生設(shè)計制作了八路搶答器,正投入到學(xué)校使用,反映效果良好;制作安裝了雙音變音門鈴,也有學(xué)生制作了四聲道功放,還的學(xué)生制作了61單片機(jī)系統(tǒng)……在教師的帶領(lǐng)下,學(xué)院電子協(xié)會的成員正在設(shè)計安裝調(diào)試16路遙控系統(tǒng),已初見成效。
總之,通過改革實驗教學(xué),學(xué)生掌握了電子產(chǎn)品設(shè)計、電子產(chǎn)品制作和電子產(chǎn)品調(diào)試維護(hù)三大職業(yè)能力的全過程,提高了實踐動手能力。
參考文獻(xiàn):
計算機(jī)系統(tǒng)所要求解決的問題日趨復(fù)雜,與此同時,計算機(jī)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。而復(fù)雜性的提高就意味著可靠性的降低,實踐經(jīng)驗表明,要想使如此復(fù)雜的實時系統(tǒng)實現(xiàn)零出錯率幾乎是不可能的,因此人們寄希望于系統(tǒng)的容錯性能:即系統(tǒng)在出現(xiàn)錯誤的情況下的適應(yīng)能力。對于如何同時實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性,大自然給了我們近乎完美的藍(lán)本。人體是迄今為止我們所知道的最復(fù)雜的生物系統(tǒng),通過千萬年基因進(jìn)化,使得人體可以在某些細(xì)胞發(fā)生病變的情況下,不斷地進(jìn)行自我診斷,并最終自愈。因此借用這一機(jī)理,科學(xué)家們研究出可進(jìn)化硬件(EHW,EvolvableHardWare),理想的可進(jìn)化硬件不但同樣具有自我診斷能力,能夠通過自我重構(gòu)消除錯誤,而且可以在設(shè)計要求或系統(tǒng)工作環(huán)境發(fā)生變化的情況下,通過自我重構(gòu)來使電路適應(yīng)這種變化而繼續(xù)正常工作。嚴(yán)格地說,EHW具有兩個方面的目的,一方面是把進(jìn)化算法應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中;另一方面是硬件具有通過動態(tài)地、自主地重構(gòu)自己實現(xiàn)在線適應(yīng)變化的能力。前者強(qiáng)調(diào)的是進(jìn)化算法在電子設(shè)計中可替代傳統(tǒng)基于規(guī)范的設(shè)計方法;后者強(qiáng)調(diào)的是硬件的可適應(yīng)機(jī)理。當(dāng)然二者的區(qū)別也是很模糊的。本文主要討論的是EHW在第一個方面的問題。
對EHW的研究主要采用了進(jìn)化理論中的進(jìn)化計算(EvolutionaryComputing)算法,特別是遺傳算法(GA)為設(shè)計算法,在數(shù)字電路中以現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為媒介,在模擬電路設(shè)計中以現(xiàn)場可編程模擬陣列(FPAA)為媒介來進(jìn)行的。此外還有建立在晶體管級的現(xiàn)場可編程晶體管陣列(FPTA),它為同時設(shè)計數(shù)字電路和和模擬電路提供了一個可靠的平臺。下面主要介紹一下遺傳算法和現(xiàn)場可編程門陣列的相關(guān)知識,并以數(shù)字電路為例介紹可進(jìn)化硬件設(shè)計方法。
1.1遺傳算法
遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化算法,它借鑒了物種進(jìn)化的思想,將欲求解問題編碼,把可行解表示成字符串形式,稱為染色體或個體。先通過初始化隨機(jī)產(chǎn)生一群個體,稱為種群,它們都是假設(shè)解。然后把這些假設(shè)解置于問題的“環(huán)境”中,根據(jù)適應(yīng)值或某種競爭機(jī)制選擇個體(適應(yīng)值就是解的滿意程度),使用各種遺傳操作算子(包括選擇,變異,交叉等等)產(chǎn)生下一代(下一代可以完全替代原種群,即非重疊種群;也可以部分替代原種群中一些較差的個體,即重疊種群),如此進(jìn)化下去,直到滿足期望的終止條件,得到問題的最優(yōu)解為止。
1.2現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)
現(xiàn)場可編程邏輯陣列是一種基于查找表(LUT,LookupTable)結(jié)構(gòu)的可在線編程的邏輯電路。它由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài),工作時需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。當(dāng)用戶通過原理圖或硬件描述語言(HDL)描述了一個邏輯電路以后,F(xiàn)PGA開發(fā)軟件會把設(shè)計方案通過編譯形成數(shù)據(jù)流,并將數(shù)據(jù)流下載至RAM中。這些RAM中的數(shù)據(jù)流決定電路的邏輯關(guān)系。掉電后,F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片,內(nèi)部邏輯關(guān)系消失,因此,F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用,灌入不同的數(shù)據(jù)流就會獲得不同的硬件系統(tǒng),這就是可編程特性。這一特性是實現(xiàn)EHW的重要特性。目前在可進(jìn)化電子電路的設(shè)計中,用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。
2進(jìn)化電子電路設(shè)計架構(gòu)
本節(jié)以設(shè)計高容錯性的數(shù)字電路設(shè)計為例來闡述EHW的設(shè)計架構(gòu)及主要設(shè)計步驟。對于通過進(jìn)化理論的遺傳算法來產(chǎn)生容錯性,所設(shè)計的電路系統(tǒng)可以看作一個具有持續(xù)性地、實時地適應(yīng)變化的硬件系統(tǒng)。對于電子電路來說,所謂的變化的來源很多,如硬件故障導(dǎo)致的錯誤,設(shè)計要求和規(guī)則的改變,環(huán)境的改變(各種干擾的出現(xiàn))等。
從進(jìn)化論的角度來看,當(dāng)這些變化發(fā)生時,個體的適應(yīng)度會作相應(yīng)的改變。當(dāng)進(jìn)化進(jìn)行時,個體會適應(yīng)這些變化重新獲得高的適應(yīng)度?;谶M(jìn)化論的電子電路設(shè)計就是利用這種原理,通過對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行多次地進(jìn)化來提高其適應(yīng)變化的能力。
電子電路進(jìn)化設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。圖中給出了電子電路的設(shè)計的兩種進(jìn)化,分別是內(nèi)部進(jìn)化和外部進(jìn)化。其中內(nèi)部進(jìn)化是指硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)化,而外部進(jìn)化是指軟件模擬的電路的進(jìn)化。這兩種進(jìn)化是相互獨立的,當(dāng)然通過外部進(jìn)化得到的最終設(shè)計結(jié)果還是要由硬件結(jié)構(gòu)的變化來實際體現(xiàn)。從圖中可以看出,進(jìn)化過程是一個循環(huán)往復(fù)的過程,其中是根據(jù)進(jìn)化算法(遺傳算法)的計算結(jié)果來進(jìn)行的。整個進(jìn)化設(shè)計包括以下步驟:
(1)根據(jù)設(shè)計的目的,產(chǎn)生初步的方案,并把初步方案用一組染色體(一組“0”和“1”表示的數(shù)據(jù)串)來表示,其中每個個體表示的是設(shè)計的一部分。染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA上,用來定義FPGA的開關(guān)狀態(tài),從而確定可重構(gòu)硬件內(nèi)部各單元的聯(lián)結(jié),形成了初步的硬件系統(tǒng)。用來設(shè)計進(jìn)化硬件的FPGA器件可以接受任意組合的數(shù)據(jù)流下載,而不會導(dǎo)致器件的損害。
(2)將設(shè)計結(jié)果與目標(biāo)要求進(jìn)行比較,并用某種誤差表示作為描述系統(tǒng)適應(yīng)度的衡量準(zhǔn)則。這需要一定的檢測手段和評估軟件的支持。對不同的個體,根據(jù)適應(yīng)度進(jìn)行排序,下一代的個體將由最優(yōu)的個體來產(chǎn)生。
(3)根據(jù)適應(yīng)度再對新的個體組進(jìn)行統(tǒng)計,并根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果挑選一些個體。一
部分被選個體保持原樣,另一部分個體根據(jù)遺傳算法進(jìn)行修改,如進(jìn)行交叉和變異,而這種交叉和變異的目的是為了產(chǎn)生更具適應(yīng)性的下一代。把新一代染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA中對硬件進(jìn)行進(jìn)化。
(4)重復(fù)上述步驟,產(chǎn)生新的數(shù)代個體,直到新的個體表示的設(shè)計方案表現(xiàn)出接近要求的適應(yīng)能力為止。
一般來說通過遺傳算法最后會得到一個或數(shù)個設(shè)計結(jié)果,最后設(shè)計方案具有對設(shè)計要求和系統(tǒng)工作環(huán)境的最佳適應(yīng)性。這一過程又叫內(nèi)部進(jìn)化或硬件進(jìn)化。
圖中的右邊展示了另一種設(shè)計可進(jìn)化電路的方法,即用模擬軟件來代替可重構(gòu)器件,染色體每一位確定的是軟件模擬電路的連接方式,而不是可重構(gòu)器件各單元的連接方式。這一方法叫外部進(jìn)化或軟件進(jìn)化。這種方法中進(jìn)化過程完全模擬進(jìn)行,只有最后的結(jié)果才在器件上實施。
進(jìn)化電子電路設(shè)計中,最關(guān)鍵的是遺傳算法的應(yīng)用。在遺傳算法的應(yīng)用過程中,變異因子的確定是需要慎重考慮的,它的大小既關(guān)系到個體變異的程度,也關(guān)系到個體對環(huán)境變化做出反應(yīng)的能力,而這兩個因素相互抵觸。變異因子越大,個體更容易適應(yīng)環(huán)境變化,對系統(tǒng)出現(xiàn)的錯誤做出快速反應(yīng),但個體更容易發(fā)生突變。而變異因子較小時,系統(tǒng)的反應(yīng)力變差,但系統(tǒng)一旦獲得高適應(yīng)度的設(shè)計方案時可以保持穩(wěn)定。
對于可進(jìn)化數(shù)字電路的設(shè)計,可以在兩個層面上進(jìn)行。一個是在基本的“與”、“或”、“非”門的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)化設(shè)計,一個是在功能塊如觸發(fā)器、加法器和多路選擇器的基礎(chǔ)上進(jìn)行。前一種方法更為靈活,而后一種更適于工業(yè)應(yīng)用。有人提出了一種基于進(jìn)化細(xì)胞機(jī)(CellularAutomaton)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計架構(gòu)。采用這一結(jié)構(gòu)設(shè)計時,只需要定義整個模塊的適應(yīng)度,而對于每一模塊如何實現(xiàn)它復(fù)雜的功能可以不予理睬,對于超大規(guī)模線路的設(shè)計可以采用這一方法來將電路進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計。
3可進(jìn)化電路設(shè)計環(huán)境
上面描述的軟硬件進(jìn)化電子電路設(shè)計可在圖2所示的設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行。這一設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境對于測試可重構(gòu)硬件的構(gòu)架及展示在FPGA可重構(gòu)硬件上的進(jìn)化設(shè)計很有用處。該設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境包括遺傳算法軟件包、FPGA開發(fā)系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集軟硬件、適應(yīng)度評估軟件、用戶接口程序及電路模擬仿真軟件。
遺傳算法由計算機(jī)上運(yùn)行的一個程序包實現(xiàn)。由它來實現(xiàn)進(jìn)化計算并產(chǎn)生染色體組。表示硬件描述的染色體通過通信電纜由計算機(jī)下載到有FPGA器件的實驗板上。然后通過接口將布線結(jié)果傳回計算機(jī)。適應(yīng)度評估建立在儀器數(shù)據(jù)采集硬件及軟件上,一個接口碼將GA與硬件連接起來,可能的設(shè)計方案在此得到評估。同時還有一個圖形用戶接口以便于設(shè)計結(jié)果的可視化和將問題形式化。通過執(zhí)行遺傳算法在每一代染色體組都會產(chǎn)生新的染色體群組,并被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流傳入實驗板上。至于通過軟件進(jìn)化的電子電路設(shè)計,可采用Spice軟件作為線路模擬仿真軟件,把染色體變成模擬電路并通過仿真軟件來仿真電路的運(yùn)行情況,通過相應(yīng)軟件來評估設(shè)計結(jié)果。
4結(jié)論與展望
進(jìn)化過程廣義上可以看作是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變化。在這個意義上,可以將“可進(jìn)化”這一特性運(yùn)用到無數(shù)的人工系統(tǒng)中,只要這些系統(tǒng)的性能會受到環(huán)境的影響。不僅是遺傳算法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能工程以及胚胎學(xué)都可以應(yīng)用到可進(jìn)化系統(tǒng)中。雖然目前設(shè)計出的可進(jìn)化硬件還存在著許多需要解決的問題,如系統(tǒng)的魯棒性等。但在未來的發(fā)展中,電子電路可進(jìn)化的設(shè)計方法將不可避免的取代傳統(tǒng)的自頂向下設(shè)計方法,系統(tǒng)的復(fù)雜性將不再成為系統(tǒng)設(shè)計的障礙。另一方面,硬件本身的自我重構(gòu)能力對于那些在復(fù)雜多變的環(huán)境,特別是人不能直接參與的環(huán)境工作的系統(tǒng)來說將帶來極大的影響。因此可進(jìn)化硬件的研究將會進(jìn)一步深入并會得到廣泛的應(yīng)用而造福人類。
關(guān)鍵詞:LED燈矩陣 直流固態(tài)繼電器 繼電器驅(qū)動電路
中圖分類號:TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2016)11-0168-01
1 方案設(shè)計
LED燈矩陣驅(qū)動電路包括行列繼電器驅(qū)動控制模塊、LED燈矩陣模塊組成。其中行列繼電器驅(qū)動控制模塊采用高速CMOS集成門電路74HC04、直流固態(tài)繼電器實現(xiàn);LED燈矩陣模塊由11行11列共121個LED燈泡組成,通過控制行列信號實現(xiàn)LED燈的亮滅,從而達(dá)到顯示文字、圖片的效果。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 行列繼電器驅(qū)動控制
由于LED燈泡的額定電壓是交流220V,電路中的行、列信號是數(shù)字量,高電平‘1’是直流5V電壓,低電平‘0’是0V電壓。由于電壓不匹配,需要驅(qū)動電路來實現(xiàn)以弱電控制強(qiáng)電。電路設(shè)計過程中采用直流固態(tài)繼電器作為控制核心,它的輸入信號是直流5V,輸出開關(guān)量可以承受直流250V的電壓,滿足矩陣電路中電壓的要求。
電路設(shè)計要求是行信號為高電平‘1’時,行繼電器線圈得電;列信號為低電平‘0’時,列繼電器線圈得電,行、列信號控制直流固態(tài)繼電器線圈的得、失電,從而控制繼電器觸點的閉合與斷開。根據(jù)要求電路設(shè)計出兩套方案:方案一是三極管驅(qū)動;方案二是數(shù)字集成門驅(qū)動。圖1為兩種方案對比圖。
方案一:三極管驅(qū)動。通過改變?nèi)龢O管的基極電位,使之出現(xiàn)飽和、截止?fàn)顟B(tài),達(dá)到開關(guān)特性。當(dāng)行信號為高電平‘1’時,三極管處于飽和狀態(tài),行繼電器線圈得電;當(dāng)行信號為低電平‘0’時,三極管處于截止?fàn)顟B(tài),行繼電器線圈失電。當(dāng)列信號為低電平‘0’時,三極管處于飽和狀態(tài),列繼電器線圈得電;當(dāng)列信號為高電平‘1’時,三極管處于截止?fàn)顟B(tài),列繼電器線圈失電。
方案二:數(shù)字集成門驅(qū)動。當(dāng)行信號為高電平‘1’時,通過74HC04反向后電壓為低電平‘0’,行繼電器線圈得電;當(dāng)行信號為低電平‘0’時,通過74HC04反向后電壓為高電平‘1’,行繼電器線圈失電。當(dāng)列信號為低電平‘0’時,通過74HC04反向后電壓為高電平‘1’,列繼電器線圈得電;當(dāng)列信號為高電平‘1’時,通過74HC04反向后電壓為低電平‘0’,列繼電器線圈失電。
方案一在焊接調(diào)試過程中,三極管飽和、截止?fàn)顟B(tài)變化受基極電位影響很大。電路中Vcc的電壓是5V,但行、列信號的高電平‘1’達(dá)不到5V,三極管始終處于放大狀態(tài),無法實現(xiàn)開關(guān)特性,無法滿足設(shè)計要求。方案二中的非門選用74HC04,高電平‘1’的電壓滿足設(shè)計要求,繼電器線圈并聯(lián)二極管,可提高繼電器開關(guān)動態(tài)的可靠性。同時具有開關(guān)頻率塊,設(shè)計成本低,最終確定選用方案二。
2.2 LED燈矩陣
傳統(tǒng)的白熾燈泡是電流通過燈絲產(chǎn)生熱量,燈絲在處于白熾狀態(tài)時發(fā)出光來。燈絲的溫度越高,發(fā)出的光就越亮。燈泡壽命與燈絲的溫度有關(guān),溫度越高,燈絲就越容易升華。LED燈完全克服了傳統(tǒng)白熾燈的缺點,可以看成發(fā)光二極管,直接把電轉(zhuǎn)化為光。具有發(fā)光效率高、護(hù)眼、省電、響應(yīng)時間短、環(huán)保等優(yōu)點,未來發(fā)展趨勢將取代傳統(tǒng)白熾燈。燈泡矩陣模塊由11行11列共121個LED燈組成,若燈泡采用白熾燈,每只燈泡的額定功率為20W,電路采用動態(tài)掃描顯示,電源需要11×20=220W;若燈泡采用LED燈,每只燈泡的額定功率為3W(亮度與白熾燈20W相同),電源需要11×3=33W,由此可見亮度相同的情況下LED燈泡省電。結(jié)合以上幾點,電路設(shè)計采用LED燈作為光源。
3 系統(tǒng)測試
(1)測試儀器:直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表。(2)測試方法:直流穩(wěn)壓電源提供5V為電路供電,接通交流220V電源,第一行信號接高電平‘1’,第一列信號接低電平‘0’,這時矩陣中第一行、第一列對應(yīng)的LED燈會亮。第一行信號不變,第二列信號接低電平‘0’,這時矩陣中第一行、第二列對應(yīng)的LED燈會亮,以此類推。(3)出現(xiàn)問題及解決方法:如果電源通電后燈泡不亮?xí)r,數(shù)字萬用表測量橋式整流后電壓是否正常;如果測試過程中遇到某一個燈泡不亮?xí)r,檢測這個燈泡座下的二極管接線是否有松動;如果測試過程中遇到某一行或某一列燈泡不亮?xí)r,檢測行列對應(yīng)的直流固態(tài)繼電器線圈是否得電、觸點是否閉合。
參考文獻(xiàn)
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