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關(guān)鍵詞: 電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 職業(yè)技能 創(chuàng)新能力
1.引言
模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(模電設(shè)計(jì))是電子類專業(yè)學(xué)生的第一門課程設(shè)計(jì),它是模擬電子技術(shù)課程的重要和必要的補(bǔ)充。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的有效開展對(duì)加深模擬電子技術(shù)基本理論的理解,提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、軟件仿真能力、總結(jié)報(bào)告能力及學(xué)生之間的協(xié)作協(xié)調(diào)人際交往能力都有一定的作用??傊ㄟ^模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課可以提高學(xué)生的綜合能力。反之,模電課程設(shè)計(jì)流于形式,學(xué)生找一個(gè)簡(jiǎn)單電路焊接上應(yīng)付了事,甚至電路都是別的學(xué)生代勞的。這不僅浪費(fèi)時(shí)間,而且為以后的設(shè)計(jì)課程產(chǎn)生消極的影響,學(xué)生認(rèn)為凡是設(shè)計(jì)類課程都可以混過去。并且課程設(shè)計(jì)導(dǎo)致消極學(xué)風(fēng),對(duì)學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、職業(yè)技能的培養(yǎng)及未來(lái)的職業(yè)生涯都非常不利[1]-[3]。所以,研究如何搞好模電的課程設(shè)計(jì)是非常必要和重要的。根據(jù)我院多年的課程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和自己的教學(xué)實(shí)踐,我從思想上重視、加強(qiáng)過程管理、貫穿職業(yè)技能培養(yǎng)這三方面加強(qiáng)模電課程設(shè)計(jì)的教學(xué)。
2.思想上重視
課程設(shè)計(jì)是工程實(shí)踐課,其目的不僅僅是鞏固、深化補(bǔ)充和擴(kuò)展理論課的教學(xué)效果,課程設(shè)計(jì)在提高學(xué)生的職業(yè)技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力上起到關(guān)鍵的作用[4]。工程課程設(shè)計(jì)人數(shù)多上課分散,真正負(fù)責(zé)的教師的實(shí)際工作量比較大,如果教師責(zé)任感不強(qiáng),學(xué)生不認(rèn)真對(duì)待,課程設(shè)計(jì)就比較容易流于形式。首先教學(xué)管理部門應(yīng)給予特殊的重視。教務(wù)處實(shí)踐管理科應(yīng)該親自過問督促,親自檢查抽查學(xué)生的上課情況,并把意見和建議及時(shí)反饋給學(xué)院,以便及時(shí)糾正。建議督學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)課程給予關(guān)注,及時(shí)提出寶貴意見。教學(xué)院長(zhǎng)或系主任應(yīng)全程跟蹤管理。其次,課程設(shè)計(jì)之前要給學(xué)生開一次動(dòng)員會(huì),讓學(xué)生明確課程設(shè)計(jì)的目的和意義,提出相應(yīng)的要求。讓學(xué)生在思想深處真正認(rèn)識(shí)到課程設(shè)計(jì)的重要性和必要性,讓學(xué)生積極主動(dòng)地以極大的熱情投入模電課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中。給學(xué)生開動(dòng)員會(huì),要求指導(dǎo)教師必須參加,讓教師對(duì)課程設(shè)計(jì)給予足夠的重視。
3.加強(qiáng)過程管理
(1)把好用人關(guān)(選擇好指導(dǎo)教師)
教師的良好的工作態(tài)度和工作作風(fēng)具有很大的表率作用,這對(duì)學(xué)生的素質(zhì)有正面的影響,教師應(yīng)該表現(xiàn)出認(rèn)真、負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)、周密的態(tài)度,在指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)時(shí)在設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)中的管理及設(shè)計(jì)后的總結(jié)中都進(jìn)行精心的準(zhǔn)備、組織和安排。
選擇好指導(dǎo)教師是非常重要的,它直接決定模電課程設(shè)計(jì)的成效。應(yīng)選擇對(duì)模電理論比較熟悉、實(shí)踐技能比較好、責(zé)任心比較強(qiáng)的教師參加,不能因?yàn)橐胶夤ぷ髁浚x用一些對(duì)模電理論不太熟悉、實(shí)踐技能比較差的教師,這樣做對(duì)學(xué)校、學(xué)生和教師都是不負(fù)責(zé)任的。這樣的指導(dǎo)教師往往處于很尷尬的狀態(tài),學(xué)生也很茫然。學(xué)生作品出現(xiàn)實(shí)際問題教師不知怎么調(diào),學(xué)生問的理論問題教師解決不了,只好硬挺或躲著學(xué)生。但這并不是說,年輕沒經(jīng)驗(yàn)的老師就不能上設(shè)計(jì)課。他們可以把模電理論好好復(fù)習(xí),然后選擇一些設(shè)計(jì)題目反復(fù)做一下,積累一些經(jīng)驗(yàn),經(jīng)考核達(dá)到要求后再參加課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。
(2)把好選題關(guān)
首先是審查指導(dǎo)教師所出的選題報(bào)告,選題報(bào)告應(yīng)有明確的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目的和注意事項(xiàng)及所需的基本理論和主要參考書。題目應(yīng)該是學(xué)生綜合利用所學(xué)的模電知識(shí),再利用參考資料能設(shè)計(jì)出來(lái)的,最好是有聲光指示,可以提高學(xué)生的興趣。但要力戒花哨,禁止超范圍的設(shè)計(jì)題目,如利用數(shù)字電路做出的或者在網(wǎng)上等查處的高難度的電路。這樣的電路學(xué)生只是照?qǐng)D焊接并未得到實(shí)益,教師和學(xué)生都不要有電路越復(fù)雜越好的攀比心理,要看學(xué)生是否得到實(shí)際利益,即要以有利于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和創(chuàng)新能能力為宗旨。選題的難度要有ABC等級(jí),以適合不同水平的學(xué)生選做。選題也不宜過于簡(jiǎn)單,比如有的題目是設(shè)計(jì)輸出電壓為12伏的集成穩(wěn)壓電源,這樣的題目仿真、焊接及報(bào)告兩三個(gè)學(xué)時(shí)就完事,其他時(shí)間學(xué)生就浪費(fèi)掉,學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中也沒學(xué)到什么東西,最多就相當(dāng)于一次模擬電路實(shí)驗(yàn)。題目最好能綜合放大、振蕩、濾波、電源等模擬電子技術(shù)的基本內(nèi)容,讓學(xué)生有抓手,即所謂“跳一跳夠得著”的內(nèi)容,嚴(yán)禁過難和過于簡(jiǎn)單的題目。一個(gè)指導(dǎo)教師(或兩位),所帶的學(xué)生是一大組,一大組中的所有題目盡量涉及模電所有內(nèi)容,以便學(xué)生互相交流,全面復(fù)習(xí)和提升對(duì)模電知識(shí)的理解。
其次是學(xué)生選題,原則上學(xué)生要在教師出的題目中根據(jù)自己的學(xué)習(xí)狀況選擇適和自己的題目,但學(xué)生可根據(jù)自己的能力和愛好自選題目,自選題目的難度要適中,經(jīng)過指導(dǎo)教師的允許。同時(shí)也要注意的是以往課程設(shè)計(jì)只允許每個(gè)同學(xué)選一個(gè)題目即“單選”,但對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生應(yīng)支持和鼓勵(lì)他“多選”。同時(shí)要求一般學(xué)生不單單熟悉自己題目的設(shè)計(jì)方法,更要在課程設(shè)計(jì)期間熟悉其他學(xué)生的設(shè)計(jì)方法(至少熟悉同組的其他題目),可以不焊接電路只做軟件仿真??傊?,選題要切合實(shí)際、分量適當(dāng)、理論性要求高、技術(shù)性要求適當(dāng)。
(3)把好時(shí)間關(guān)
課程設(shè)計(jì)時(shí)間選擇很重要,它關(guān)系到課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。摸電課程設(shè)計(jì)可以選擇集中時(shí)間停課進(jìn)行,也可以選擇不停課分散進(jìn)行。集中停課進(jìn)行可以安排在學(xué)期初,前三周進(jìn)行。這樣在上學(xué)期的期末就應(yīng)該把題目布置下去,學(xué)生在假期可以對(duì)模擬電子技術(shù)進(jìn)行復(fù)習(xí)、查資料、簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)等準(zhǔn)備工作,開學(xué)就可直接進(jìn)入正題。分散時(shí)間進(jìn)行效果相對(duì)較好,缺點(diǎn)是戰(zhàn)線拉得較長(zhǎng),教師投入的工作量較大。但如果真正把課程設(shè)計(jì)搞好,還是應(yīng)該選擇分散時(shí)間進(jìn)行,如每周兩個(gè)晚上連續(xù)12周。學(xué)生可以有充足的時(shí)間對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。
(4)把好驗(yàn)收關(guān)和成績(jī)?cè)u(píng)定關(guān)
建立三級(jí)驗(yàn)收制度,即組內(nèi)驗(yàn)收,年級(jí)統(tǒng)一驗(yàn)收,學(xué)院對(duì)各組抽查驗(yàn)收。驗(yàn)收時(shí)先由各組教師組織學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)驗(yàn)收,然后由基礎(chǔ)電子教研室組織年級(jí)驗(yàn)收,最后由學(xué)院組織抽查驗(yàn)收。這樣可引起學(xué)生和教師的充分重視,使應(yīng)付了事的學(xué)生大大減少。驗(yàn)收時(shí)可從選題的難度、設(shè)計(jì)的情況、焊接的質(zhì)量、布局的好壞及原理的敘述和回答問題等方面進(jìn)行。
實(shí)行兩級(jí)成績(jī)?cè)u(píng)定,即教師打分和學(xué)生打分。成績(jī)?cè)u(píng)定工作很重要,它不僅能反映出學(xué)生設(shè)計(jì)的好壞,而且影響學(xué)生的積極性,對(duì)以后的設(shè)計(jì)課程會(huì)產(chǎn)生積極或消極的影響。要讓設(shè)計(jì)好的學(xué)生得到好成績(jī),讓不認(rèn)真的學(xué)生不能蒙混下去。為此學(xué)生成績(jī)可以由教師打分學(xué)生打分兩部分組成,教師打分可占70%,主要有出勤成績(jī)、報(bào)告成績(jī)、作品質(zhì)量成績(jī)和學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)原理的敘述及回答教師提的問題。學(xué)生打分占30%,主要反映作品是否是自己做的及該學(xué)生在組內(nèi)協(xié)作的能力。
4.貫穿職業(yè)技能培養(yǎng)
在模擬電路課程設(shè)計(jì)中要始終強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的基本技能的訓(xùn)練,如:原件識(shí)別與測(cè)試、常用儀器的使用、資料的查詢和電路的仿真、焊接技術(shù)、基本設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)報(bào)告基本寫作的訓(xùn)練及設(shè)計(jì)可行性論證的語(yǔ)言表達(dá)能力等。
(1)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)
選完題目后,學(xué)生可以根據(jù)題目的要求,選擇合理的設(shè)計(jì)方案。方案確立后分組對(duì)方案進(jìn)行討論,每位學(xué)生都要對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證,這樣也鍛煉學(xué)生的邏輯思維和語(yǔ)言表達(dá)能力,同時(shí)也可以是學(xué)生之間互相借鑒,取長(zhǎng)補(bǔ)短,也對(duì)其他學(xué)生的題目的設(shè)計(jì)有所了解。教師要對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案細(xì)致的研究,提出改進(jìn)措施。
(2)創(chuàng)新能力培養(yǎng)
模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)要有真正的設(shè)計(jì)內(nèi)容,哪管是其中的一部分,絕不能變成電路組裝。如果學(xué)生只是按照教師給的電路或在網(wǎng)上找的電路進(jìn)行組裝,調(diào)試成功后上交一個(gè)作品,那就意義不大。作品必須是學(xué)生自己利用模擬電路的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)出來(lái)的,當(dāng)然教師要給予相應(yīng)的指導(dǎo),而不能布置完題目就撒手不管。退一步說,即使個(gè)別學(xué)生按照現(xiàn)成的電路組裝的,其中一定要再加一些自己設(shè)計(jì)的附加功能。否則就不能稱得上設(shè)計(jì),也不能培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和創(chuàng)新能力。
(3)動(dòng)手能力培養(yǎng)
焊接技術(shù)是實(shí)踐技能的一項(xiàng)重要指標(biāo),指導(dǎo)教師首先要指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拆件練習(xí),可用利用以往課程設(shè)計(jì)的廢板。拆集成電路元件時(shí)可首先讓學(xué)生練習(xí)使用傳統(tǒng)的吸錫線,熟練后再練習(xí)使用吸錫烙鐵進(jìn)行拆卸。在正式焊接作品前,先指導(dǎo)學(xué)生利用舊板和拆下的舊件進(jìn)行焊接練習(xí),焊接出兩個(gè)作品后再進(jìn)行正式作品的焊接。焊接前應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行元件布局。
(4)解決問題能力的培養(yǎng)
設(shè)計(jì)好電路,經(jīng)仿真成功后就可以焊接調(diào)試。學(xué)生在焊接時(shí)往往有虛焊、漏焊、錯(cuò)焊等現(xiàn)象。學(xué)生沒有經(jīng)驗(yàn),只能逐個(gè)元件地找,實(shí)在找不出來(lái)就只有重焊。重新焊接再不好使,學(xué)生就沒有辦法了,只有求助指導(dǎo)教師,這時(shí)指導(dǎo)教師往往代勞,幫助學(xué)生查出故障。這種做法是錯(cuò)誤的,正確的方法是調(diào)試前就教會(huì)學(xué)生調(diào)試方法,教會(huì)學(xué)生如何診斷判斷故障和排除故障,讓學(xué)生自己調(diào)試,出現(xiàn)問題時(shí)教師給予及時(shí)的指導(dǎo),這樣可以使學(xué)生少走彎路,并且鍛煉學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。調(diào)試完成之后,學(xué)生要及時(shí)總結(jié)分析問題的經(jīng)驗(yàn),提高對(duì)模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí),為解決其他設(shè)計(jì)課中出現(xiàn)的問題奠定基礎(chǔ)。
5.結(jié)語(yǔ)
課程設(shè)計(jì)是學(xué)生完成學(xué)習(xí)―構(gòu)思―設(shè)計(jì)―實(shí)現(xiàn)的工程訓(xùn)練過,是培養(yǎng)工程師的最初步的訓(xùn)練內(nèi)容。要做好模擬電路課程設(shè)計(jì),需要先做好思想工作,讓教師和學(xué)生充分重視,要制定一套嚴(yán)格的管理運(yùn)行程序,選好教師選好題目,選擇好時(shí)間,抓好三級(jí)驗(yàn)收、兩極成績(jī)?cè)u(píng)定和總結(jié)工作,這樣才能保證模擬電路課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量,為學(xué)生后學(xué)設(shè)計(jì)課程起個(gè)好頭,為學(xué)生創(chuàng)新能力和職業(yè)技能的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞: 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 教學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)過程
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的綜合性的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,是電子技術(shù)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),是對(duì)電子類和其他相近專業(yè)學(xué)生進(jìn)行綜合能力培養(yǎng)的實(shí)踐課程,對(duì)于全面、系統(tǒng)、深入地理解與掌握電子系統(tǒng)的知識(shí)、設(shè)計(jì)方法具有重要的教學(xué)意義。
1.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與要求
本課程的重點(diǎn)是電路設(shè)計(jì),內(nèi)容側(cè)重綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)制作較為復(fù)雜的功能電路或小型電子系統(tǒng)。一般給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求,通過電路方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、電路安裝調(diào)試和指標(biāo)測(cè)試、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過程,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,提高電路設(shè)計(jì)水平和實(shí)驗(yàn)技能。在實(shí)踐中著重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的能力。
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生根據(jù)題目要求,通過查閱資料、調(diào)查研究等,獨(dú)立完成方案設(shè)計(jì)、元器件選擇、電路設(shè)計(jì)、仿真分析、電路的安裝調(diào)試及指標(biāo)測(cè)試,并獨(dú)立寫出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、文理通順的?shí)驗(yàn)報(bào)告。
具體地說,學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐,應(yīng)達(dá)到以下基本要求:建立電子系統(tǒng)的概念,綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)完成一個(gè)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì);掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法,了解電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù);進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性,掌握合理選用器件的原則;掌握查閱有關(guān)資料和使用器件手冊(cè)的基本方法;掌握用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)與仿真電路系統(tǒng)的基本方法;進(jìn)一步熟悉電子儀器的正確使用方法;學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告;培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
2.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)過程
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在教師指導(dǎo)下,學(xué)生獨(dú)立完成課題,達(dá)到對(duì)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合性訓(xùn)練,要求本課程設(shè)計(jì)涵蓋模擬電路知識(shí)和數(shù)字電路知識(shí),因此課程設(shè)計(jì)的選題要求包含數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)。
教學(xué)環(huán)節(jié)可以分為以下四個(gè)部分。
2.1課堂講授。
課程設(shè)計(jì)開始前,需要確定指導(dǎo)老師。由指導(dǎo)老師通過兩學(xué)時(shí)的教學(xué),明確課程設(shè)計(jì)的要求,主要內(nèi)容包括課程介紹、教學(xué)安排、成績(jī)?cè)u(píng)定方法等。
在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中,指導(dǎo)老師介紹課題的基本情況與要求,要求學(xué)生從多個(gè)課題中選擇一個(gè)。
2.2設(shè)計(jì)與調(diào)試環(huán)節(jié)。
2.2.1前期準(zhǔn)備、方案及電路設(shè)計(jì)。
前期準(zhǔn)備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設(shè)計(jì)、電路仿真等。在確定方案時(shí)要求學(xué)生認(rèn)真閱讀教材,根據(jù)技術(shù)指標(biāo),進(jìn)行方案分析、論證和計(jì)算,獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工作內(nèi)容如下:題目分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具體電路設(shè)計(jì)。
學(xué)生根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì),通過論證與選擇,確定總體方案。此后是對(duì)方案中單元電路進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算,稱為預(yù)設(shè)計(jì)階段,包括元器件的選用和電路參數(shù)的計(jì)算。最后畫出總體電路圖(原理圖和布線圖),此階段約占課程設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)的30%。
2.2.2在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路安裝、調(diào)試,指標(biāo)測(cè)試等。
在安裝與調(diào)試這個(gè)階段,要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行安裝和調(diào)試,達(dá)到任務(wù)書的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。
預(yù)設(shè)計(jì)經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后,學(xué)生即可購(gòu)買所需元器件等材料,并在實(shí)驗(yàn)箱上或試驗(yàn)板上組裝電路。運(yùn)用測(cè)試儀表調(diào)試電路、排除電路故障、調(diào)整元器件、修改電路(并制作相應(yīng)電路板),使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。此階段往往是課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn),所需時(shí)間約占總學(xué)時(shí)的50%。
2.3撰寫總結(jié)報(bào)告,總結(jié)交流與討論。
撰寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告是對(duì)學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報(bào)告能力的訓(xùn)練。學(xué)生寫報(bào)告,不僅要對(duì)設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進(jìn)行全面總結(jié),而且要把實(shí)踐內(nèi)容上升到理論高度。總結(jié)報(bào)告應(yīng)包括以下方面:系統(tǒng)任務(wù)與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外,還應(yīng)對(duì)以下幾部分進(jìn)行說明:設(shè)計(jì)進(jìn)程記錄,設(shè)計(jì)方案說明、比較,實(shí)際電路圖,功能與指標(biāo)測(cè)試結(jié)果,存在的問題及改進(jìn)意見,等等。
總結(jié)報(bào)告具體內(nèi)容如下:課題名稱、內(nèi)容摘要、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求、比較和選擇設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案、畫出系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇。畫出完整的電路圖,并說明電路的工作原理。組裝調(diào)試的內(nèi)容,包括使用的主要儀器和儀表;調(diào)試電路的方法和技巧;測(cè)試的數(shù)據(jù)和波形并與計(jì)算結(jié)果比較分析;調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法??偨Y(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn),指出課題的核心及實(shí)用價(jià)值,列出系統(tǒng)需要的元器件清單,列出參考文獻(xiàn),收獲、體會(huì),并對(duì)本次設(shè)計(jì)提出建議。
2.4成績(jī)?cè)u(píng)定。
課程的實(shí)踐性不僅體現(xiàn)實(shí)際操作能力,而且體現(xiàn)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)和分析的能力。因此,課程設(shè)計(jì)的考核分為以下部分:設(shè)計(jì)方案的正確性與合理性。設(shè)計(jì)成品:觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,是否達(dá)到技術(shù)要求。(安裝工藝水平、調(diào)試中分析解決問題的能力)實(shí)驗(yàn)報(bào)告:實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)具有設(shè)計(jì)題目、技術(shù)指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)方案、測(cè)試數(shù)據(jù)、出現(xiàn)的問題與解決方法、收獲體會(huì)等。課程設(shè)計(jì)答辯:考查學(xué)生實(shí)際掌握的能力和表達(dá)能力,設(shè)計(jì)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)和科學(xué)精神及創(chuàng)新精神,等等。
3.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的步驟
在“電子技術(shù)基礎(chǔ)”理論課程教學(xué)中,通常只介紹單元電路的設(shè)計(jì)。然而,一個(gè)實(shí)用的電子電路通常是由若干個(gè)單元電路組成的。通常將規(guī)模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此,一個(gè)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅包括單元電路的設(shè)計(jì),還包括總體電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)(總體電路由哪些單元電路構(gòu)成,以及單元電路之間如何連接,等等)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,各種通用和專用的模擬和數(shù)字集成電路大量涌現(xiàn),電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了單元電路的設(shè)計(jì)外,還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越重要,不過從教學(xué)訓(xùn)練角度出發(fā),課程設(shè)計(jì)仍應(yīng)保留一定的單元電路內(nèi)容。
電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種。
雖然模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方法有所不同(尤其單元電路的設(shè)計(jì)),但總體電路的設(shè)計(jì)步驟是基本相同的。
電子電路的一般設(shè)計(jì)方法與步驟包括:總體方案的設(shè)計(jì)與方案論證、單元電路的設(shè)計(jì)、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關(guān)鍵電路試驗(yàn)、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。
4.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的效果
學(xué)生經(jīng)過這樣系統(tǒng)訓(xùn)練后,各方面技能都通過考核,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]高吉祥,易凡,丁文霞等.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)(第二版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.
[2]楊志忠,華沙,康廣荃.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.
課程內(nèi)容體系的更新
“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程需要在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)(理論教學(xué)64學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)20學(xué)時(shí))使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。新修訂的課程內(nèi)容體系更加注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的銜接,在保證經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上重點(diǎn)講授集成運(yùn)放組成的各種信號(hào)運(yùn)算、信號(hào)處理和信號(hào)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(xué)生系統(tǒng)級(jí)的分析與設(shè)計(jì)能力。理論教學(xué)應(yīng)簡(jiǎn)化器件內(nèi)部機(jī)理的介紹,弱化缺乏工程背景的解題技巧及公式記憶,強(qiáng)化器件的組合應(yīng)用與接口擴(kuò)展機(jī)制,加強(qiáng)主流新技術(shù)的探討;實(shí)踐教學(xué)應(yīng)重點(diǎn)引入研究型和設(shè)計(jì)型實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),為此出版了課程配套的“十一五”規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教材《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》。目前,多媒體教學(xué)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的發(fā)展使得教學(xué)輔助軟件能夠融入課堂,為學(xué)生豐富的探索和實(shí)踐提供了現(xiàn)代化手段。適用于該課程的研究型教學(xué)輔助軟件包括EDA仿真軟件Multisim、Proteus和工程計(jì)算軟件Matlab、MathCAD。[4]在此基礎(chǔ)上,筆者將EDA仿真作為理論課的工具及學(xué)生進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)的前提,建立了“理論•仿真•硬件”相互融合的教學(xué)模式,以保證研究型教學(xué)落到實(shí)處。
教學(xué)方法與教學(xué)手段的改進(jìn)
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,世界各國(guó)高校都在大力開展網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)應(yīng)用,然而海量的數(shù)字化資源會(huì)使學(xué)生感到無(wú)所適從。為此,筆者通過網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)給學(xué)生提供少而精的數(shù)字化資源,與課堂教學(xué)相輔相成。除了教學(xué)大綱、教學(xué)日歷和教學(xué)課件,網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)提供的數(shù)字化教學(xué)資源還包括教學(xué)輔助軟件、往屆試卷及答案詳解、國(guó)家級(jí)電子技術(shù)精品課程和國(guó)際一流大學(xué)電子技術(shù)課程的網(wǎng)址,方便學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)還提供與課程相關(guān)的在線輔導(dǎo)答疑,并通過微博、QQ群、飛信群等網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)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(shù)的專題討論,并讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查模擬電子技術(shù)的相關(guān)專利與應(yīng)用,撰寫調(diào)研報(bào)告,促進(jìn)學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)。EDA技術(shù)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命,改變了以變量估算和硬件實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)方法。在理論教學(xué)中引入重點(diǎn)內(nèi)容的EDA仿真演示,有利于快捷地將理論性和應(yīng)用性融于一體,實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)的拓展,并為實(shí)踐教學(xué)打下基礎(chǔ)。由于學(xué)時(shí)與場(chǎng)所限制,教師需要在備課時(shí)充分考慮課堂投影演示與本機(jī)顯示的不同,精心設(shè)計(jì)演示范例與互動(dòng)環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生思考,由學(xué)生得出結(jié)論,并事先做好演示范例的中間版本以便重點(diǎn)演示關(guān)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(fù)反饋前后各種參數(shù)、輸入輸出信號(hào)波形、頻率響應(yīng)特性的異同,學(xué)生通過直觀的比較加深了對(duì)負(fù)反饋?zhàn)饔玫睦斫?。此外,筆者在布置書面作業(yè)時(shí)還鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)作業(yè)中的疑難問題進(jìn)行仿真,并在作業(yè)本上寫出心得體會(huì)?,F(xiàn)行的理論教學(xué)往往只講器件和基礎(chǔ)電路,很少涉及如何由各種元器件通過某種聯(lián)結(jié)組成一個(gè)實(shí)用系統(tǒng)。筆者在緒論課中就結(jié)合實(shí)際闡明電路系統(tǒng)的組成及各部分的作用,并給出簡(jiǎn)圖;之后課程中每一個(gè)新內(nèi)容都會(huì)回到系統(tǒng)簡(jiǎn)圖上來(lái),逐漸深化、細(xì)化,并引導(dǎo)學(xué)生尋找反例,這樣不但使學(xué)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(xué)生對(duì)各種電路無(wú)須精確的理論計(jì)算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及其局限性、性能指標(biāo)的折衷考慮。要注意各章節(jié)之間的相互配合和銜接,堅(jiān)持培養(yǎng)學(xué)生“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維,強(qiáng)化以集成運(yùn)放為基礎(chǔ)的知識(shí)體系,使學(xué)生建立系統(tǒng)觀念、工程觀念,學(xué)會(huì)定性分析與辯證的思維方法。
多層次的實(shí)踐教學(xué)
研究型教學(xué)是理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的一種教學(xué)方式。然而由于學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)條件的限制,課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo),利用EDA軟件開展虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驈浹a(bǔ)當(dāng)前課內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。[5]學(xué)生可以通過這些儀器觀察電路的運(yùn)行狀態(tài),查看電路的仿真結(jié)果,許多設(shè)置、使用和讀數(shù)與實(shí)際的測(cè)量?jī)x器類似。因此,課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是首先在EDA實(shí)驗(yàn)室安排了一節(jié)課的Multisim認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí),隨后按教學(xué)日歷分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)三個(gè)階段。各階段都增加了相應(yīng)的仿真設(shè)計(jì)內(nèi)容。在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)之前,筆者要求學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并進(jìn)行Multisim仿真及課外研究,再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室通過儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的硬件操作。虛擬實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)不可重此輕彼,而應(yīng)軟硬結(jié)合。筆者通過實(shí)驗(yàn)課件的演示減少講解時(shí)間,讓學(xué)生有更多的時(shí)間用于實(shí)際操作與硬件調(diào)試。這種“理論•仿真•硬件”相互融合的教學(xué)模式將仿真考核和課外研究作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的重要部分,增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握,提高了學(xué)生的仿真能力、設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)調(diào)試能力。
研究型教學(xué)需要一種類似科學(xué)研究的氛圍以及一對(duì)一的師生互動(dòng)。綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)能夠較好地彌補(bǔ)理論教學(xué)大班授課的不足。有限的學(xué)時(shí)在一定程度上制約了實(shí)踐教學(xué)的深入開展,為此筆者壓縮了前期驗(yàn)證型基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的次數(shù),在實(shí)驗(yàn)課程的后期安排了三次融合整學(xué)期知識(shí)點(diǎn)的綜合實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生強(qiáng)化“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維。期末的課程設(shè)計(jì)則由指導(dǎo)教師布置若干難度適中的研究課題,要求學(xué)生從查閱資料開始自主進(jìn)行電路設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真分析,經(jīng)教師審查后方可選購(gòu)器件,安裝調(diào)試電路,測(cè)量各種參數(shù),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,提出改進(jìn)意見,并根據(jù)規(guī)范格式書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告,完成一次較完整的工程研究訓(xùn)練。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步拓展課程設(shè)計(jì)內(nèi)容并發(fā)表科技小論文,在課程設(shè)計(jì)中表現(xiàn)突出的學(xué)生將被選拔參加各種課外科技活動(dòng)和競(jìng)賽。
關(guān)鍵詞:電子技術(shù);課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革
作者簡(jiǎn)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(xiàng)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(xiàng)目的研究成果。
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2013)02-0098-02
“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”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(xí)成果和“電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課”中所掌握的實(shí)驗(yàn)技能,另一方面是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科研作風(fēng)及在電子技術(shù)方面的實(shí)踐技能,提高學(xué)生綜合運(yùn)用電子技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。[1]
學(xué)生通過熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)、查找資料、設(shè)計(jì)電路、計(jì)算機(jī)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(jì)思路,了解開展科學(xué)實(shí)踐的程序和步驟。學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品工藝的基本知識(shí)和操作技能,培養(yǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)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(xí)和設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備,為將來(lái)能在工作崗位上繼續(xù)學(xué)習(xí)接受新知識(shí),進(jìn)而發(fā)明創(chuàng)新打下良好基礎(chǔ)。因此綜合性強(qiáng),實(shí)踐性突出的“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”對(duì)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(diǎn)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。
一、課程設(shè)計(jì)改革目的
近年來(lái),電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)條件不斷改善,能夠適應(yīng)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”對(duì)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(jì)”改革提供了硬件基礎(chǔ)。同時(shí),隨著學(xué)生人數(shù)不斷增加,電子技術(shù)課程的師資隊(duì)伍也不斷壯大,為豐富課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、提高課程設(shè)計(jì)水平提供了人員保證。
在這樣的情況下,提出并實(shí)施“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”改革,突出學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中的主體地位,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。結(jié)合本校實(shí)際,充分利用學(xué)?,F(xiàn)有的教學(xué)資源,提高課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果和水平。
二、課程設(shè)計(jì)改革中的幾個(gè)措施
1.優(yōu)化設(shè)計(jì)題目
好的設(shè)計(jì)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(xí)動(dòng)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(shí)用性、趣味性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性。題目的難易程度要適中,能體現(xiàn)出對(duì)基本理論、基本概念、基本技能的綜合應(yīng)用。因此,選題時(shí)宜選擇與生活實(shí)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(jì)成品應(yīng)該是一個(gè)包含信號(hào)源、信號(hào)處理、輸出顯示在內(nèi)的完整的小系統(tǒng)。例如《洗衣機(jī)控制器》題目將課堂教學(xué)與生活實(shí)際密切聯(lián)系,讓學(xué)生切身體會(huì)到所學(xué)課程如何在工作中應(yīng)用。再例如《乒乓球游戲機(jī)》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(jí)為單位,每個(gè)班級(jí)配置一名教師,以往的“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”也采用這種方式。由于課程設(shè)計(jì)的題目靈活度較大,也具有一定深度,所以一般每個(gè)教師只會(huì)精通兩到三個(gè)設(shè)計(jì)題目,而學(xué)生就只能在這幾個(gè)題目中選擇。隨著師資隊(duì)伍地壯大,每個(gè)教師掌握兩個(gè)題目,那么所有教師加在一起就一共有三十幾個(gè)題目。本校希望這么多的教學(xué)資源能夠?yàn)樗袑W(xué)生所用。因此在本次教學(xué)改革中打破班級(jí)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(shí)也就選擇了導(dǎo)師。對(duì)某個(gè)題目特別感興趣,可以直接選擇該題目。或者特別喜歡某個(gè)教師,也可以為了追隨那個(gè)教師而選擇他的題目。此外,每四個(gè)學(xué)生為一組,結(jié)組時(shí)也打破班級(jí)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(qiáng)。
3.采用項(xiàng)目教學(xué)法
以往教學(xué)模式中,教師把課程設(shè)計(jì)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(xiàng)目教學(xué)法,由教師引導(dǎo),學(xué)生自主完成一個(gè)個(gè)具體的工程案例,按行動(dòng)路線設(shè)計(jì)教學(xué)思路,培養(yǎng)學(xué)生的探索精神,提高其實(shí)踐能力。
設(shè)計(jì)過程模擬實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)過程,包含項(xiàng)目任務(wù)下達(dá)、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(jì)中的如下環(huán)節(jié):學(xué)生選定設(shè)計(jì)題目與導(dǎo)師、下達(dá)任務(wù)書、確定設(shè)計(jì)方案、電路連線圖仿真、電子元器件的安裝與對(duì)所設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的調(diào)試、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。
為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計(jì),重視啟發(fā)式教學(xué)。教師只在大思路上加以引導(dǎo),對(duì)具體方案和設(shè)計(jì)細(xì)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(shí)踐,充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。同時(shí),為了配合廣大學(xué)生大膽的發(fā)散的設(shè)計(jì),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(shí)
“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”本身就是一個(gè)工程設(shè)計(jì)的縮影,具有很強(qiáng)的工程特性,以其為載體,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)具有天然的優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于一個(gè)工程的實(shí)施,所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能并不是唯一的評(píng)價(jià)指標(biāo)。設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)成本、團(tuán)隊(duì)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(duì)設(shè)計(jì)周期地重視,在課程考核中加入了時(shí)間概念。在完成設(shè)計(jì)要求的情況下,時(shí)間使用最少的組成績(jī)最高。另外,為了提高對(duì)設(shè)計(jì)成本的重視,在設(shè)計(jì)中引入性價(jià)比概念,對(duì)高價(jià)格器件的領(lǐng)用進(jìn)行登記、統(tǒng)計(jì)與限制,推薦學(xué)生采用低價(jià)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(shí),也為學(xué)校節(jié)省資金投入。最后,為了加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)配合,在每個(gè)組的四個(gè)人中推舉一名組長(zhǎng),負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的協(xié)調(diào)。由組員共同討論完成對(duì)項(xiàng)目的理解并做出具體的設(shè)計(jì)方案,然后統(tǒng)一調(diào)配每個(gè)成員所負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)任務(wù)。每個(gè)成員必須在規(guī)定的時(shí)間完成自己所負(fù)責(zé)的部分。在項(xiàng)目調(diào)試過程中必定會(huì)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(gè)人除了了解自己的設(shè)計(jì)部分以外,還必須了解其他人的設(shè)計(jì)思路。因此為了考核團(tuán)隊(duì)配合,在答辯中除了檢驗(yàn)每人分管的部分外,也會(huì)檢驗(yàn)對(duì)整個(gè)方案和設(shè)計(jì)思路的理解。
5.引入模塊化設(shè)計(jì)理念
隨著電子電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在功能、線路等各方面都越來(lái)越復(fù)雜。在實(shí)際的電子電路開發(fā)中,教師一般將電路劃分為多個(gè)模塊,每個(gè)人負(fù)責(zé)一個(gè)模塊。先設(shè)計(jì)單獨(dú)模塊并獨(dú)立調(diào)試,然后再把幾個(gè)模塊聯(lián)調(diào),最終將整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。盡管在課程設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的電路功能較為簡(jiǎn)單,但是為了模擬電子電路的實(shí)際開發(fā)過程,仍然希望在設(shè)計(jì)中能夠引入模塊化設(shè)計(jì)理念。因此,每個(gè)教師開發(fā)自己的題目時(shí),都有意識(shí)的使所設(shè)計(jì)的電路功能齊全,保證整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整。所以在每個(gè)題目中都包含了信號(hào)源、輸入、輸出、控制等多個(gè)部分,可以很方便地劃分為幾個(gè)模塊。每組中的四個(gè)成員可自行選擇設(shè)計(jì)模塊。既讓學(xué)生學(xué)習(xí)了電子電路的設(shè)計(jì)理念,又保證了每個(gè)學(xué)生的工作量,做到人人動(dòng)手。
6.軟件仿真與實(shí)物調(diào)試相結(jié)合
由于計(jì)算機(jī)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(shí)際電子電路的開發(fā)提供了準(zhǔn)確的保證,同時(shí)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(shí)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(shí)際的電子電路的開發(fā)過程共十天的課程,其設(shè)計(jì)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(jì)并調(diào)試電路。調(diào)試成功后根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路制定元器件清單,并進(jìn)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(jìn)行實(shí)物連線與調(diào)試工作,調(diào)試成功后進(jìn)行第二次答辯。然后撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告并提交,完成整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程。在此過程中,每個(gè)學(xué)生都能體會(huì)到軟件仿真與實(shí)物連線各自的特點(diǎn)。比如軟件仿真在原理性錯(cuò)誤的排查方面具有強(qiáng)大的功能,而實(shí)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(duì)元器件的時(shí)間延遲以及因此可能引起的誤動(dòng)作產(chǎn)生更深的體會(huì),這些都是在課本以及“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”課程中不能收獲的。通過課程設(shè)計(jì),讓學(xué)生在軟件設(shè)計(jì)與元器件接線調(diào)試中均得到了鍛煉。
三、結(jié)束語(yǔ)
通過實(shí)踐,筆者發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)教學(xué)改革效果十分明顯。教師們精心準(zhǔn)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(xiàng)目教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的自主性學(xué)習(xí),也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維;加入工程意識(shí)、模塊化設(shè)計(jì)理念以及軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)方式等改革措施在不同方面讓學(xué)生體會(huì)了實(shí)際電子電路的開發(fā)過程,真正將理論與實(shí)踐相結(jié)合。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:生物醫(yī)學(xué)工程;課程設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)平臺(tái)
作者簡(jiǎn)介:方向林(1978-),男,安徽霍山人,廣東醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院,講師。(廣東?東莞?523808)
基金項(xiàng)目:本文系廣東醫(yī)學(xué)院2009年度教育教學(xué)研究課題(項(xiàng)目編號(hào):JY0925)的研究成果
中圖分類號(hào):G642.423?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A?????文章編號(hào):1007-0079(2012)28-0114-01
廣東醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)主要面向各級(jí)醫(yī)院和各類醫(yī)療儀器公司培養(yǎng)臨床工程方面的人才,在參加實(shí)際工作之前,需要掌握基本電子設(shè)備的使用、電子測(cè)量基本方法、簡(jiǎn)單電路故障的檢查與排除以及計(jì)算機(jī)接口技術(shù)和軟件技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí),在平時(shí)的課程教學(xué)中也會(huì)有以上幾方面實(shí)際動(dòng)手能力的鍛煉,但都是在若干課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中進(jìn)行的,如“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“單片機(jī)原理與接口”、“數(shù)字信號(hào)處理”等,這些課程的實(shí)驗(yàn)大多屬于傳統(tǒng)教學(xué),存在諸多不足。一是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置,學(xué)生只需按步驟動(dòng)手接線,一旦離開了實(shí)驗(yàn)裝置,學(xué)生幾乎不知道如何去動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn);二是實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),內(nèi)容固定且單一;三是時(shí)間較短,每次實(shí)驗(yàn)一般只有2~3學(xué)時(shí),只夠完成基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,無(wú)法進(jìn)行深層次的實(shí)驗(yàn)研究;四是前后兩次實(shí)驗(yàn)間隔較長(zhǎng),有些儀器設(shè)備在前次實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)用過,但在下次實(shí)驗(yàn)中因?yàn)闀r(shí)間長(zhǎng)又忘記了。從這些零碎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,很難實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),因此需要進(jìn)行一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn),盡量多地包括上述要求,生物醫(yī)學(xué)工程“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”課程就是為了此目標(biāo)而設(shè)置的實(shí)踐類課程。
一、問題的提出
“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主,而且是自主型實(shí)驗(yàn)教學(xué),要求學(xué)生自行綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)包括硬件電路和計(jì)算機(jī)軟件在內(nèi)的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集、放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、傳輸以及計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ埽€需要針對(duì)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容、過程和結(jié)果撰寫報(bào)告,詳細(xì)記錄設(shè)計(jì)過程與結(jié)果分析。
“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”課程實(shí)驗(yàn)所有環(huán)節(jié)要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐,因此為了便于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行,進(jìn)行了包括實(shí)驗(yàn)硬件儀器、軟件環(huán)境、測(cè)試、資料以及考核等在內(nèi)的整體教學(xué)平臺(tái)的搭建。利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái),學(xué)生在熟悉流程和平臺(tái)環(huán)境的前提下,可以非常方便地自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)
1.實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)
在生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室里,該儀器系統(tǒng)配備有10套電子實(shí)驗(yàn)儀器,8套供學(xué)生使用,一套供測(cè)試使用,一套備用。儀器包括直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字示波器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字電容表等。直流穩(wěn)壓電源除了0~30V可調(diào)臺(tái)式電源外,實(shí)驗(yàn)室還依據(jù)本設(shè)計(jì)情況,設(shè)計(jì)制作了便攜式正負(fù)5V雙電源,方便實(shí)驗(yàn)使用。另外還配有計(jì)算機(jī)20臺(tái),其中16臺(tái)學(xué)生終端,2臺(tái)測(cè)試終端,1臺(tái)管理用機(jī),1臺(tái)服務(wù)器,全部連入網(wǎng)絡(luò)。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),每組使用的儀器包括4臺(tái)計(jì)算機(jī)和2套實(shí)驗(yàn)儀器,數(shù)字示波器都已經(jīng)和計(jì)算機(jī)連接,可以在計(jì)算機(jī)上直接采集示波器波形。具體的儀器使用方法和使用說明書在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部網(wǎng)站上都有介紹,學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行瀏覽。
2.實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)
“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”需要使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行原理性設(shè)計(jì)和模擬仿真,為此實(shí)驗(yàn)室學(xué)生終端計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)需要,配置了相應(yīng)的專業(yè)軟件系統(tǒng),主要包括三個(gè)部分:模擬電路原理設(shè)計(jì)與仿真、單片機(jī)和接口電路設(shè)計(jì)與仿真、上位機(jī)程序設(shè)計(jì)與仿真。軟件系統(tǒng)主要包括以下專業(yè)軟件:Multisim 11、Protues7.5、Keil uVision3、Virtual Serial Port Driver 6.9、SComAssistant V2.2、Visual C# 2005等。具體軟件的使用方法在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部網(wǎng)站上都有介紹或教程下載,學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行瀏覽。
學(xué)生終端計(jì)算機(jī)采用WinXP SP3系統(tǒng),安裝有上述專業(yè)軟件,這些軟件已經(jīng)調(diào)整至最佳使用設(shè)置。為了加強(qiáng)計(jì)算機(jī)終端管理,每臺(tái)計(jì)算機(jī)裝有開機(jī)還原軟件,不用擔(dān)心學(xué)生操作不當(dāng)引起系統(tǒng)崩潰,也不用擔(dān)心病毒木馬的侵害。終端機(jī)裝有局域網(wǎng)文件傳輸軟件飛鴿傳書,可以在內(nèi)部任何兩臺(tái)機(jī)器間互傳文件,避免學(xué)生使用自帶優(yōu)盤,終端名根據(jù)網(wǎng)絡(luò)IP地址進(jìn)行編號(hào),簡(jiǎn)單易記。
3.實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)
學(xué)生在進(jìn)行設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)時(shí),需要自己選擇使用芯片來(lái)搭建電路,由于大多數(shù)人都是首次接觸實(shí)際電路的連接,因此在實(shí)際操作中經(jīng)常出現(xiàn)違規(guī)操作,導(dǎo)致很多時(shí)候電路搭建出來(lái)后,電路功能不能實(shí)現(xiàn),這時(shí)需要進(jìn)行故障判斷和解決,以便確定是何種原因引起的,因此在使用中經(jīng)常需要進(jìn)行芯片的測(cè)試以確保芯片功能完好。
基于上述原因,搭建了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)芯片測(cè)試系統(tǒng),主要用于對(duì)實(shí)驗(yàn)所使用的各種常用芯片進(jìn)行功能測(cè)試,快速檢測(cè)其功能是否正常。該系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、示波器、直流電源以及自行設(shè)計(jì)的測(cè)試電路板。針對(duì)模擬芯片和數(shù)字芯片,測(cè)試板分兩塊,其中模擬芯片測(cè)試板主要測(cè)試模擬運(yùn)放芯片,利用電壓跟隨器輸入輸出之間的關(guān)系,輸入端加上標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào),用示波器觀察輸出端信號(hào)以確定結(jié)果。數(shù)字芯片測(cè)試板主要測(cè)試單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及串行接口等芯片的功能,需要事先設(shè)計(jì)好固定的測(cè)試程序,利用程序執(zhí)行加LED顯示的結(jié)果來(lái)判定。
測(cè)試平臺(tái)的出現(xiàn),對(duì)于常用芯片的測(cè)試有很大的方便,在實(shí)際使用中節(jié)省了不少設(shè)計(jì)時(shí)間。
關(guān)鍵詞:電子技術(shù);課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2015)51-0075-03
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一門集基本理論、工程設(shè)計(jì)于一體的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是電子、信息類本科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程。該課程是對(duì)電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等前期課程所學(xué)內(nèi)容的消化、鞏固、總結(jié)和提高。該課程的教學(xué)不僅要求學(xué)生掌握扎實(shí)的相關(guān)課程基本理論知識(shí),更在于通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練,培養(yǎng)和提高學(xué)生在電子系統(tǒng)方面的工程設(shè)計(jì)能力、元器件裝配能力、綜合調(diào)試能力。同時(shí),也為后續(xù)課程,如單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)及電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐課程的開展打下良好的基礎(chǔ),為學(xué)生今后從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作提供了必要、專業(yè)的實(shí)踐技能。
一、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的不足
根據(jù)過去幾年對(duì)電子技術(shù)課程教學(xué)情況的分析,結(jié)合相關(guān)企業(yè)對(duì)電子類人才的要求,我們認(rèn)為該課程在教學(xué)設(shè)計(jì)上應(yīng)從下面幾個(gè)問題上重點(diǎn)改革。
(一)課程內(nèi)容與社會(huì)需求差距較大,設(shè)計(jì)題目偏少
電子技術(shù)課程主要由理論和實(shí)踐兩部分構(gòu)成,其中實(shí)踐又分為實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。理論是基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)是深入、課程設(shè)計(jì)是提高,它們相輔相成構(gòu)成這門課程完整的教學(xué)體系。針對(duì)課程設(shè)計(jì),一般本科院校的教學(xué)方式較為保守,沿用傳統(tǒng)模式,忽視了相關(guān)行業(yè)、企業(yè)所采用的新技術(shù)、新軟件,不能與社會(huì)同步,學(xué)生走出校門口不能立即勝任崗位工作,而是需要通過進(jìn)一步的崗前培訓(xùn)才能滿足崗位對(duì)人才的需求。同時(shí),設(shè)計(jì)題目和類型偏少,內(nèi)容相對(duì)陳舊,學(xué)生可選擇的范圍也不大,導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)本門課程學(xué)習(xí)的積極性不高,也影響了本課程的教學(xué)效果。
(二)教學(xué)方法較為單一落后
本門課程的教學(xué)時(shí)間為32學(xué)時(shí)(合計(jì)不到一周的教學(xué)時(shí)間),時(shí)間較短,為了在較短的時(shí)間讓學(xué)生完成設(shè)計(jì)任務(wù),教師總是詳細(xì)講解并指定相應(yīng)的資料,將學(xué)生限制在指定的范圍和實(shí)驗(yàn)元件內(nèi),不利于培養(yǎng)出具有競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和創(chuàng)新能力。且在實(shí)驗(yàn)講義中,編寫教師對(duì)設(shè)計(jì)題目的電路實(shí)現(xiàn)方案編寫得較細(xì),學(xué)生可發(fā)揮的空間較小,導(dǎo)致部分學(xué)生不會(huì)自己獨(dú)立思考,直接采用設(shè)計(jì)提示電路,或者直接抄襲其他學(xué)生的設(shè)計(jì)方案,不能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)的積極性。
當(dāng)前我們大部分老師都采用了多媒體授課,在教學(xué)過程中,教師過分地依賴電子課件,而忽略了其他的教學(xué)方法,如課堂演示、學(xué)生上臺(tái)實(shí)操等。在涉及電子設(shè)計(jì)軟件的操作時(shí),學(xué)生需要實(shí)際動(dòng)手訓(xùn)練,邊聽邊做效果會(huì)更好。而用電子課件進(jìn)行授課時(shí),加快了課堂授課的節(jié)奏,學(xué)生對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)來(lái)不及消化,教與學(xué)缺少良好互動(dòng),學(xué)生很難與老師保持同步,使得授課效果大打折扣。
(三)實(shí)踐缺乏工程化思想
在電子信息和儀器儀表領(lǐng)域從事電路設(shè)計(jì)基本上是以工程化的方式進(jìn)行的,將一個(gè)工程分成若干個(gè)模塊,再由不同的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)分頭完成。將現(xiàn)代電子領(lǐng)域里設(shè)計(jì)公司的理念融入課堂,讓學(xué)生以設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為單位開展實(shí)訓(xùn),能夠使學(xué)生走出校門后更快地適應(yīng)自己的崗位,但從目前大多數(shù)學(xué)校開設(shè)的課程來(lái)看,除了畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)有幾個(gè)學(xué)生一起合作完成外,實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等幾乎都是學(xué)生獨(dú)立完成的,很多學(xué)生抱著應(yīng)付的心態(tài)隨大流,沒有主動(dòng)思考的意識(shí),缺乏創(chuàng)新思維。大多數(shù)學(xué)生只是按照老師所給電路圖像搭積木一樣連線,不能真正弄懂電路的意圖,因此在未提供電路圖時(shí)往往束手無(wú)策。嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新思維,使得學(xué)生在走出校門后不能從事完整的工程設(shè)計(jì),面對(duì)很多簡(jiǎn)單的項(xiàng)目也會(huì)缺乏信心,無(wú)法在已有的崗位基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更高的突破。
(四)成績(jī)?cè)u(píng)定體系不夠完善
目前的考核制度,雖然提升了平時(shí)成績(jī)所占比例,但仍然是應(yīng)試教育模式。在成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí),往往根據(jù)調(diào)試結(jié)果以及撰寫的設(shè)計(jì)報(bào)告給出成績(jī),學(xué)生在設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試過程中遇到的問題以及解決方案等具體實(shí)施過程沒有體現(xiàn)出來(lái),評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不能具體量化,不能很好地反應(yīng)學(xué)生在本門課程中的收獲和真實(shí)水平。
二、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的改革
(一)結(jié)合專業(yè)的社會(huì)行業(yè)需求,豐富設(shè)計(jì)題目
設(shè)置合適的設(shè)計(jì)題目是提高電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果的關(guān)鍵。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,新器件不斷涌現(xiàn),將其與課程教學(xué)緊緊結(jié)合,才能跟上時(shí)代的步伐。因此,課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的第一步就是結(jié)合專業(yè)的社會(huì)行業(yè)需求,根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況,提供足夠的課程設(shè)計(jì)選題,同時(shí)保證設(shè)計(jì)課題的內(nèi)容具有綜合性、實(shí)用性、先進(jìn)性。
首先,本設(shè)計(jì)課程為學(xué)生提供了72個(gè)設(shè)計(jì)題目(課題內(nèi)容統(tǒng)計(jì)情況見表1),保證學(xué)生具有較大的選擇空間;每一個(gè)題目具有基本功能和擴(kuò)展功能,從而滿足具有不同實(shí)踐能力的同學(xué)的要求。其次,大部分課題的設(shè)計(jì)要求盡量使用現(xiàn)有的能夠?qū)崿F(xiàn)該設(shè)計(jì)的新器件,設(shè)計(jì)并完成的小電子系統(tǒng)實(shí)用性較強(qiáng),具有相當(dāng)?shù)氖褂脙r(jià)值,可以作為電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和儀器儀表課程設(shè)計(jì)的基本模塊,也可以作為電子競(jìng)賽和創(chuàng)新項(xiàng)目的單元電路。再次,設(shè)計(jì)題目新穎,能激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)調(diào)試興趣;大部分課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容與專業(yè)密切結(jié)合,從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。最后,每個(gè)設(shè)計(jì)題目都能夠盡量訓(xùn)練前期課程中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn),比如:鞏固電路分析基礎(chǔ)中的分壓電路、電容元件特性、變壓器工作原理等;模擬電子技術(shù)課程中的基本共射、共基放大電路、功率放大器、比較器電路、波形發(fā)生電路等;數(shù)字電路中各種邏輯門電路、顯示譯碼器、數(shù)據(jù)選擇/分配器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器、555電路和蜂鳴報(bào)警電路的應(yīng)用等。教師在布置設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí),針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)題目,以系統(tǒng)框圖形式給出2~3個(gè)總體設(shè)計(jì)參考方案,以高集成芯片為核心,由中規(guī)模集成電路構(gòu)成各單元電路,然后組合出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
課程設(shè)計(jì)除了提供5個(gè)類型72項(xiàng)常用的備選設(shè)計(jì)題目之外,還引入了與學(xué)科相關(guān)的科研項(xiàng)目的子課題作為課程設(shè)計(jì)題目,選拔一些優(yōu)秀學(xué)生參與這部分課題的設(shè)計(jì)。同時(shí)結(jié)合每年的本科生創(chuàng)新項(xiàng)目,每年更新一些設(shè)計(jì)課題。以教學(xué)、科研及競(jìng)賽項(xiàng)目為電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目,為學(xué)生創(chuàng)造了研究性學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),提高了其實(shí)踐技能。通過項(xiàng)目開發(fā)過程的工程磨煉,提高了學(xué)生的實(shí)踐技能,激發(fā)了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí),對(duì)于學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)發(fā)揮了較大的作用。同時(shí),學(xué)生參與教學(xué)科研活動(dòng),可以解決創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)開展中的一系列問題,促進(jìn)了創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的開展。
(二)豐富課題設(shè)計(jì)內(nèi)容,合理安排教學(xué)進(jìn)度
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)一般安排在大三上下學(xué)期進(jìn)行分散教學(xué)。教學(xué)學(xué)時(shí)共32學(xué)時(shí),每周3學(xué)時(shí),共11周。教學(xué)進(jìn)度和時(shí)間安排統(tǒng)計(jì)情況見表2。
本著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)踐的理念,我們改變了傳統(tǒng)的“老師講,學(xué)生做”的方式,少講甚至不講理論知識(shí),僅是提綱挈領(lǐng)地給學(xué)生指引一下他們?cè)O(shè)計(jì)所要查找資料的方向,在設(shè)計(jì)的過程中,學(xué)生遇到了實(shí)際問題再進(jìn)行單獨(dú)答疑。
在組織方式上,參照電子競(jìng)賽的方式進(jìn)行,2名學(xué)生一組。每組學(xué)生可在指定的選題中任選一個(gè)設(shè)計(jì)題目,在11周內(nèi)協(xié)力完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)期間,不僅要共同討論設(shè)計(jì)課題和選擇設(shè)計(jì)方案,還必須落實(shí)自己具體的設(shè)計(jì)任務(wù),以達(dá)到了解和熟悉整個(gè)設(shè)計(jì)課題全過程的目的。同時(shí)由于引入了競(jìng)賽機(jī)制,不但可以增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神,還能發(fā)掘他們創(chuàng)新的潛能。
在課程設(shè)計(jì)前期,課程設(shè)計(jì)的任課教師可提前兩周布置課程設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù),在這期間,完成學(xué)生的分組,兩人一組自愿組合,提供課程設(shè)計(jì)題目供學(xué)生自行選擇。學(xué)生選定題目后根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求和參數(shù)獨(dú)立查閱相關(guān)資料,完成電路的初步設(shè)計(jì)。
課程設(shè)計(jì)第一階段,完成方案設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)包括電路方框圖、詳細(xì)的電路原理圖、電路工作原理的說明和元器件清單。完成電路設(shè)計(jì)后,學(xué)生還要使用Multisim軟件完成對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真。通過軟件仿真可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在一些的問題,進(jìn)一步改善設(shè)計(jì)方案。學(xué)生掌握了電子仿真軟件的使用方法,也為以后的課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室將元件清單匯總,盡快完成元器件的準(zhǔn)備工作。
課程設(shè)計(jì)第二階段,完成電路原理圖和PCB板繪制,并且完成PCB的制作。學(xué)生通過學(xué)習(xí)使用Protel軟件,熟悉了電路布局、布線、電路板的制作過程,增強(qiáng)了對(duì)電子系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過程的認(rèn)識(shí)。
課程設(shè)計(jì)第三階段,完成元器件的焊接及整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào),測(cè)試技術(shù)指標(biāo)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下較好地完成元器件的焊接。焊接過程由低到高,分模塊完成。確認(rèn)安裝無(wú)誤后進(jìn)行通電調(diào)試。在調(diào)試階段,采用由前至后的順序,從輸入端開始逐模塊調(diào)試。若存在故障,應(yīng)該分模塊檢查,按照從大到小的范圍進(jìn)行排查,最終找到故障的確切地點(diǎn)并加以解決。學(xué)生通過對(duì)電路的調(diào)試可加深對(duì)電路工作原理的認(rèn)識(shí),學(xué)會(huì)調(diào)試、檢查電路的方法。調(diào)試過程中教師要注重啟發(fā)學(xué)生,自己分析查找故障位置和原因,并獨(dú)立找到解決的方法。要求學(xué)生在測(cè)量完成技術(shù)指標(biāo)后與理論結(jié)果進(jìn)行分析比較,進(jìn)一步了解電子電路學(xué)習(xí)過程中理論與實(shí)踐的區(qū)別。通過課程設(shè)計(jì)為學(xué)生提供鍛煉的平臺(tái),提高了學(xué)生的理論與實(shí)踐能力。
課程設(shè)計(jì)第四階段,完成并提交設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告包括以下部分:①系統(tǒng)方案論證;②各單元電路詳細(xì)設(shè)計(jì);③電路的仿真及仿真結(jié)果;④調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法;⑤系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果;⑥心得體會(huì)。設(shè)計(jì)報(bào)告是對(duì)課程設(shè)計(jì)全過程的總結(jié),學(xué)生要嚴(yán)格按規(guī)定的格式進(jìn)行書寫。設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫可提高學(xué)生的表達(dá)、論證能力、科技寫作能力等基本素質(zhì),為后續(xù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告及畢業(yè)論文的撰寫打下基礎(chǔ)。
(三)改進(jìn)教學(xué)方法,提高課程教學(xué)效果
在電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中,利用視頻、圖片等多媒體手段展示相關(guān)內(nèi)容,可以激發(fā)學(xué)生對(duì)所選課題的興趣。利用教學(xué)網(wǎng)站,提供一些跟學(xué)生課程設(shè)計(jì)題目相關(guān)的資料,學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行查閱。同時(shí)加大實(shí)驗(yàn)室開放力度,課程設(shè)計(jì)的時(shí)間不局限于課堂。實(shí)行開放式管理模式,時(shí)間開放和資源開放。學(xué)生可以根據(jù)需要通過網(wǎng)上自由預(yù)約的形式,課余時(shí)間自行到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行課程設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)室提供自主學(xué)習(xí)環(huán)境。由于帶著任務(wù),學(xué)生雖然沒有教師時(shí)刻管理也會(huì)很自覺地進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時(shí)由于帶著問題去學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的效率也更高,而且這樣也可以更節(jié)省實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)資源。采用這種形式,增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間,增強(qiáng)了學(xué)生進(jìn)度安排的靈活性,有助于學(xué)生自主設(shè)計(jì)能力、工程能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(四)完善成績(jī)?cè)u(píng)定體系
驗(yàn)收考核環(huán)節(jié)采取硬件實(shí)現(xiàn)情況、軟件調(diào)試情況及考核答辯的方式。相同題目之間的小組,根據(jù)所完成項(xiàng)目的性能、指標(biāo)及完成速度進(jìn)行評(píng)定。
從電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)這門課程的設(shè)置目的出發(fā)建立成績(jī)?cè)u(píng)定體系(見表3):①方案設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性,電路設(shè)計(jì)的正確性;②對(duì)Multisim、Protel等電路設(shè)計(jì)、仿真軟件的熟練掌握程度、制作效果;③元件安裝、焊接的工藝質(zhì)量;④電路調(diào)試、故障排除、結(jié)果分析及回答問題的情況;⑤課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。
在進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí),注重調(diào)試效果正確的同時(shí),應(yīng)強(qiáng)調(diào)整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)施的整體情況,若部分同學(xué)的設(shè)計(jì)電路調(diào)試結(jié)果不盡如人意,只要學(xué)生能找出其中的原因,并提出相應(yīng)的方法進(jìn)行改進(jìn),仍可獲得不錯(cuò)的成績(jī)。另外,注重學(xué)生是否已掌握設(shè)計(jì)方法、制作工藝、儀器使用、調(diào)試方法、論文撰寫等不同的環(huán)節(jié),即使同組同學(xué)根據(jù)不同的表現(xiàn)也可給出不同的成績(jī)。
三、結(jié)束語(yǔ)
電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)生進(jìn)行的第一個(gè)專業(yè)基礎(chǔ)課程的課程設(shè)計(jì)。在課程改革中突出了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及工程素質(zhì)的養(yǎng)成,體現(xiàn)了“內(nèi)容綜合、面向工程”的特征,促進(jìn)了電子技術(shù)創(chuàng)新教育體系的不斷完善和可持續(xù)發(fā)展。通過本門課程的教學(xué)改革,豐富設(shè)計(jì)題目,且與實(shí)際聯(lián)系,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的興趣。由于合理安排教學(xué)環(huán)節(jié),學(xué)生經(jīng)過自主查找資料和小組討論,完成電路方框圖、電路原理圖、電路布線圖的設(shè)計(jì);完成對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行安裝、焊接、調(diào)試、檢查解除故障、測(cè)試參數(shù);掌握了相關(guān)軟件的應(yīng)用。充分發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,提高了分析和解決電子電路中各種問題的能力。較為完善的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系也較好地保證了課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量。通過后續(xù)的課程學(xué)習(xí),學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力不斷提高。
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《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計(jì)是電子信息工程專業(yè)課階段理論知識(shí)的綜合應(yīng)用?!峨娮酉到y(tǒng)CAD》課程設(shè)計(jì)是針對(duì)電子信息工程高年級(jí)學(xué)生開設(shè)的,這時(shí)理論課程已經(jīng)學(xué)了很多,例如模擬電子技術(shù),數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù),單片機(jī)應(yīng)用及原理,C程序設(shè)計(jì)等,通過《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計(jì)把各門課程更加有效的綜合起來(lái),提高學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。而原課程的設(shè)置中普遍存在以下幾個(gè)問題:以單片機(jī)小系統(tǒng)實(shí)物展開設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng),而且掌握的電子系統(tǒng)開發(fā)工具相對(duì)單一;原教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)使用單片機(jī)匯編語(yǔ)言,但是當(dāng)前企業(yè)中大部分用單片機(jī)C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件開發(fā),與企業(yè)不能有效的接軌;系班級(jí)學(xué)生成績(jī)兩級(jí)分化嚴(yán)重,特別是高年級(jí)的專業(yè),任務(wù)布置上使用一刀切,不利于程度不同的學(xué)生有效的掌握,影響教學(xué)的有效性;驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。對(duì)《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)布置、考核方式等方面進(jìn)行了改革,使其更好的發(fā)揮本課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果,節(jié)約成本同時(shí)讓學(xué)生有更多的鍛煉機(jī)會(huì),并能讓學(xué)生掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的使用方法和軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。
2教學(xué)改革的內(nèi)容
2.1改革教學(xué)內(nèi)容
改革《電子線路CAD》課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容,掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的protel軟件、multisim電路仿真軟件、proteus軟件、KeilC軟件等軟硬件仿真軟件的使用方法。并從protel硬件設(shè)計(jì)、multisim仿真設(shè)計(jì)電路分析性能、keilC與proteus聯(lián)合仿真調(diào)試的形式,從硬件工程師和軟件工程師的兩個(gè)方面來(lái)了解一個(gè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程。同時(shí)針對(duì)目前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展,軟件設(shè)計(jì)時(shí)利用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)編程,代替原來(lái)的匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì),并且用軟件項(xiàng)目管理的架構(gòu)進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這四種軟件都是電子設(shè)計(jì)工作者需要掌握的。Protel一個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng),包含有電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、PCB自動(dòng)布線、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、模擬/數(shù)字信號(hào)仿真等功能模塊,并具有Client/Server(客戶/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu)。Protel軟件功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便,它最具代表性的是電路原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)[1]。Multisim適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力??梢允褂肕ultisim交互式地搭建電路原理圖,并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù),PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程[2]。
KeiluVision2與匯編相比,C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì),因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中,這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含:編譯器,匯編器,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),項(xiàng)目管理器,調(diào)試器。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、MSP430等,在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。
2.2改革教學(xué)方法與手段
針對(duì)本系學(xué)生特點(diǎn),充分運(yùn)用各種教學(xué)手段和教學(xué)資源,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性,活躍課堂氛圍,提高教學(xué)質(zhì)量和效果。從簡(jiǎn)單并能看到結(jié)果的系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始做起,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如學(xué)生完成一個(gè)LED燈循環(huán)點(diǎn)亮,程序簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)時(shí)學(xué)生會(huì)有成就感。改進(jìn)任務(wù)書的布置方式,實(shí)行分級(jí)多任務(wù)的布置。針對(duì)不同學(xué)生的不同學(xué)習(xí)能力,分為簡(jiǎn)單任務(wù)題庫(kù)和復(fù)雜任務(wù)題庫(kù)。復(fù)雜任務(wù)題庫(kù)的任務(wù)分基礎(chǔ)部分和提高部分,分等級(jí)分步驟臺(tái)階式的遞進(jìn)增長(zhǎng)。
2.3改革考核方式
特別強(qiáng)調(diào)的是考核方式是加入平時(shí)成績(jī)的登記和最后答辯成績(jī)登記,并且增大平時(shí)成績(jī)和答辯成績(jī)占的總成績(jī)的比例。平時(shí)成績(jī)的登記,是督促學(xué)生認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)的重要手段。最后答辯成績(jī)登記,是區(qū)別實(shí)驗(yàn)是否優(yōu)秀的重要方法,杜絕實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲的現(xiàn)象。
3教學(xué)改革的效果
因本課程設(shè)計(jì)改革側(cè)重點(diǎn)放在軟硬件設(shè)計(jì)工具的掌握和軟硬件電路仿真設(shè)計(jì)上,掌握電子系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的流程,并且用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),提高我系學(xué)生自主設(shè)計(jì)的能力??己朔绞絿?yán)格把關(guān),杜絕抄襲現(xiàn)象。提高教學(xué)效果的有效性:針對(duì)不同程度的學(xué)生給出不同難度的題目,讓大多數(shù)的學(xué)生都有收獲,解決有些學(xué)生拿到題目無(wú)從下手的困境。同時(shí)多任務(wù)也可以杜絕實(shí)驗(yàn)報(bào)告的抄襲現(xiàn)象。節(jié)約成本并提高效率:軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需要在機(jī)房中進(jìn)行,不需要購(gòu)買元器件。并且能讓每個(gè)人都有鍛煉的機(jī)會(huì)。
關(guān)鍵詞:課程設(shè)計(jì);實(shí)踐教學(xué);創(chuàng)新能力;仿真實(shí)驗(yàn)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2012)09-0135-02
按照我校新修訂的教學(xué)大綱的要求,電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生修完電子技術(shù)類課程的基礎(chǔ)上而開設(shè)的一門實(shí)踐課程,以加強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力和綜合應(yīng)用的能力,為畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來(lái)的獨(dú)立工作打下良好的基礎(chǔ)。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一門獨(dú)立的必修課,以本專業(yè)某一設(shè)計(jì)為任務(wù)進(jìn)行電路的分析、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試,最終使之成為具有特定功能的電子產(chǎn)品。這一實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),既加深了學(xué)生對(duì)電路電子理論知識(shí)的理解,同時(shí)還提高了學(xué)生的實(shí)踐技能,實(shí)現(xiàn)了由知識(shí)向技能轉(zhuǎn)化的能力。當(dāng)前,加強(qiáng)各類實(shí)踐性教學(xué)已經(jīng)成為各高校的共識(shí),我校在修訂新版教學(xué)計(jì)劃時(shí),有針對(duì)性地突出實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比重,開設(shè)適合本專業(yè)的課程設(shè)計(jì)題目,以培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
一、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)存在的問題
我院為適應(yīng)新的教學(xué)大綱的要求,不斷探討電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)新的教學(xué)方法,教學(xué)質(zhì)量得到一定的提高,但由于社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的多樣化和多層次化的更新需求,仍存在一些實(shí)際問題。首先是傳統(tǒng)的電子、電氣、測(cè)控、自動(dòng)化等專業(yè)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目單一、專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)。教學(xué)實(shí)踐環(huán)境偏“硬”,沒有加強(qiáng)一些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí),和工程實(shí)際問題離得太遠(yuǎn)。其次是電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)往往由老師將印刷好的電路板成品直接發(fā)給學(xué)生,學(xué)生按照設(shè)計(jì)好的電路原理圖焊接元器件,最后進(jìn)行調(diào)試。只要電路原理圖連線準(zhǔn)確,焊接點(diǎn)牢固,基本上都可以調(diào)試出較好的結(jié)果。然而,實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn),很多同學(xué)對(duì)電路中的各應(yīng)用模塊功能和具體的元器件的參數(shù)如何選擇不太了解,設(shè)計(jì)的局限性限制了學(xué)生的發(fā)揮,沒有達(dá)到最佳的實(shí)踐效果。因此,優(yōu)化電子課程設(shè)計(jì)內(nèi)容,改進(jìn)課程設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)模式,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)改革的重要方面。
二、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)改革的方法
1.優(yōu)化電子課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。電子技術(shù)發(fā)展迅速,產(chǎn)品更新?lián)Q代快,新技術(shù)和新方法層出不窮。為了適應(yīng)這種變化,使學(xué)生們能夠更好地掌握當(dāng)今技術(shù)發(fā)展,高校應(yīng)該優(yōu)化電子課程設(shè)計(jì)這一實(shí)踐環(huán)節(jié),淘汰陳舊的元器件和設(shè)計(jì)方法,增加新的課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和設(shè)計(jì)手段,充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。電子課程設(shè)計(jì)時(shí)間緊,任務(wù)重,要求在1.5周內(nèi)完成從總體方案確定單元電路設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算器件選擇電路圖繪制電子電路仿真焊接調(diào)試撰寫設(shè)計(jì)說明書等一系列任務(wù),這就要求同學(xué)們能對(duì)所學(xué)的內(nèi)容很好地融會(huì)貫通,形成完整的知識(shí)體系,才能較好完成課程設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)。這就需要建立系統(tǒng)、科學(xué)的課程體系。即在課程設(shè)計(jì)開始之前,學(xué)生們應(yīng)該修完電路、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等相關(guān)課程,同時(shí)應(yīng)該增加電子工藝實(shí)習(xí)、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)電子輔助設(shè)計(jì)CAD和Protel軟件設(shè)計(jì)電路板等一系列電路設(shè)計(jì)模塊,使課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)更深入、更豐富、更科學(xué)。在課程設(shè)計(jì)的選題上,指導(dǎo)教師應(yīng)該選擇具有實(shí)用性、綜合性、先進(jìn)性的題目,題目既不要太大,也不要過于簡(jiǎn)單,應(yīng)該符合教學(xué)大綱的要求,突出理論聯(lián)系實(shí)際,激發(fā)學(xué)生們對(duì)課程設(shè)計(jì)產(chǎn)生較濃厚的興趣。還可以讓一些動(dòng)手能力強(qiáng),參加過課外科技競(jìng)賽,有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)自擬課程設(shè)計(jì)的題目,鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)多套設(shè)計(jì)方案,自行選擇器件,計(jì)算元器件參數(shù)等,拓展學(xué)生工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。在設(shè)計(jì)過程中,指導(dǎo)教師及時(shí)指導(dǎo)與糾正錯(cuò)誤,總結(jié)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的新思路和新方法,不斷改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)內(nèi)容。
2.改進(jìn)課程設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)模式。傳統(tǒng)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì),根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的方案,將插座、電子元件等在電路板上面手工連線進(jìn)行焊接,然后再使用信號(hào)源、萬(wàn)用表等電子設(shè)備進(jìn)行調(diào)試,檢驗(yàn)一定的模擬輸入信號(hào)下是否產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。如果輸出與輸入信號(hào)不符又無(wú)法查明具體原因,就需要更換較多的元件進(jìn)行試驗(yàn),既浪費(fèi)了大量的時(shí)間又增加了材料的損耗。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,將電子設(shè)計(jì)新技術(shù)、新方法融入到設(shè)計(jì)中,建立仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),使學(xué)生們可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真,提高了效率和準(zhǔn)確性。常用的仿真軟件如Protel和Mutisim都可以根據(jù)仿真給出相關(guān)器件的參數(shù),以及輸入輸出數(shù)據(jù)和波形圖。我校的仿真軟件選取的是Protel99SE軟件,它是一個(gè)基于Windows平臺(tái)的EDA設(shè)計(jì)系統(tǒng),主要包含五大功能模塊:原理圖設(shè)計(jì)模塊、印刷電路板設(shè)計(jì)模塊、自動(dòng)布線模塊、可編程邏輯器件模塊和仿真模塊,它的功能模塊在課程設(shè)計(jì)中可以起到驗(yàn)證、糾錯(cuò)和優(yōu)化的功能,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的過程。
3.注重過程,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中,設(shè)計(jì)結(jié)果雖然重要,但整個(gè)設(shè)計(jì)過程更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。指導(dǎo)教師只從設(shè)計(jì)要求和內(nèi)容上進(jìn)行指導(dǎo),放手讓學(xué)生自己去查閱資料,設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行論證。盡可能讓學(xué)生走出校門,自己進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研,對(duì)新的電子產(chǎn)品和器件有所了解,自主選擇和購(gòu)買。這樣更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。開放實(shí)驗(yàn)室管理,讓學(xué)生在整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間自由安排時(shí)間,設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試自己設(shè)計(jì)的電路;提供網(wǎng)路服務(wù),學(xué)生可以在網(wǎng)上下載學(xué)習(xí)資料、研究設(shè)計(jì)方案和進(jìn)行相應(yīng)的仿真設(shè)計(jì);提供充足的元器件和調(diào)試所需的一切實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,保證設(shè)計(jì)過程的順利進(jìn)行,為學(xué)生們提供自主寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。
4.完善考評(píng)制度。建立科學(xué)完善的考評(píng)制度,對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行合理公平的評(píng)定,是保證教學(xué)質(zhì)量和充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的重要方面。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容采取不同的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行評(píng)分,將課程設(shè)計(jì)細(xì)分為設(shè)計(jì)過程、焊接過程、調(diào)試結(jié)果和答辯等內(nèi)容,按照3:3:3:1的權(quán)重綜合各項(xiàng)分?jǐn)?shù)得到最后的成績(jī)。指導(dǎo)教師對(duì)每個(gè)學(xué)生的表現(xiàn)要把握準(zhǔn)確,既要考慮過程的完成質(zhì)量,還要考慮學(xué)生本身對(duì)理論的掌握和實(shí)際問題的聯(lián)系,對(duì)有創(chuàng)新思維的同學(xué)要相應(yīng)提高分?jǐn)?shù)。
課程設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),有利于學(xué)生們對(duì)理論知識(shí)的深入理解,并及時(shí)了解前沿的新技術(shù)和新方法,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),增強(qiáng)動(dòng)手能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明,實(shí)施的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)改革是有效果的,在全國(guó)和遼寧省舉辦的各種如“挑戰(zhàn)杯”“大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”等課外科技創(chuàng)新活動(dòng)中,我校大學(xué)生均取得非常好的成績(jī),學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到明顯提高。
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關(guān)鍵詞:Multisim7 ;74LS90 ;交通信號(hào)燈
Design and Simulation of traffic signal lamp based on Multisim7
WANG Xue¬¬zhong
Wanbo Institute of Science and Technology, Hefei 230031, Anhui ,China
Abstract: with the rapid development of computer technology, computer simulation software Multisim7 in electronics course design is widely used, this paper introduces the function and characteristic of Multisim7, and combining the traffic signal lamp design and simulation as an example, a further indication of Multisim7 in digital circuit course design application
Key words: Multisim7;74LS90 ;traffic signal lamp
1 引言
在傳統(tǒng)的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)當(dāng)中,通常都是在實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室里用元器件、導(dǎo)線、面包板進(jìn)行連接,再用儀器進(jìn)行測(cè)試,由于受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料、經(jīng)費(fèi)等條件限制,往往達(dá)不到預(yù)期的效果。同時(shí)電路連線也較多,學(xué)生也會(huì)因經(jīng)常連錯(cuò)線而導(dǎo)致元器件的損壞,還有面包板在使用一段時(shí)間以后,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象,需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力檢查、排除故障。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)仿真軟件Multisim7廣泛的應(yīng)用,為數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)提供了極大的便利條件,有效地克服了傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的不足,起到事半功倍的效果。
2 Multisim7功能介紹
Multisim7是加拿大Interactive Image Technologies公司于2003年推出的電子仿真軟件,是Multisim2001的升級(jí)版,是目前電子仿真軟件中比較實(shí)用和廣泛流行的一款。它具有操作界面方便友好,元件庫(kù)豐富(提供了從分立元件到集成電路、從模擬電路到數(shù)字電路等領(lǐng)域6000多種元件或模型,并可以導(dǎo)入新元件,建立用戶元件庫(kù)),完整的模擬/數(shù)字混合仿真,強(qiáng)大的分析功能和虛擬儀器功能,可以與電路板設(shè)計(jì)軟件無(wú)縫連接,能直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、曲線、原理圖和元件清單等??傊琈ultisim7如果和其它相關(guān)軟件配合使用,可以完成從電路原理圖輸入、電路分析、仿真、自動(dòng)化部線到制作印刷電路版等全套自動(dòng)化工序,是一種功能相當(dāng)強(qiáng)大的仿真軟件。
3 交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)與仿真
在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中,交通信號(hào)燈是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。下面以交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與仿真為例,說明Multisim7在課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
假設(shè)有某個(gè)十字交叉路口,分別有南北(NB),東西(DX)方向兩條道路,交通信號(hào)等的控制方式如下:
南北(NB)道路綠燈先亮3秒、然后再黃燈亮1秒,此時(shí)東西(DX)道路為紅燈亮4秒;而南北(NB)道路為紅燈4秒時(shí),東西(DX)道路先綠燈亮3秒,然后黃燈亮1秒;如此循環(huán)。
從上述可知:交通燈控制的一個(gè)循環(huán)的時(shí)間為8秒,可以采用一片2-5-10進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74LS90來(lái)完成時(shí)間控制,相當(dāng)于模8的計(jì)數(shù)器。
假如南北(NB)、東西(DX)道路的紅、綠、黃等分別用RNB、GNB、YNB和RDX、GDX、YDX表示,則交通信號(hào)燈電路的真值表。
3.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)
74LS90為中規(guī)模TTL集成計(jì)數(shù)器,可實(shí)現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻等功能,它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成,將輸出QA與輸入INB相接,就構(gòu)成8421BCD碼計(jì)數(shù)器。74LS90是由四個(gè)主從JK觸發(fā)器和一些附加門電路組成,整個(gè)電路可分兩部分,其中FA觸發(fā)器構(gòu)成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器;FD、FC、FB構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器,在74LS90計(jì)數(shù)器電路中,設(shè)有專用置“0”端R01、R02和置位(置“9”)端R91、R92。其引腳排列圖和功能表。
根據(jù)芯片的引腳和功能信息設(shè)計(jì)的電路如圖3所示:
3.3 計(jì)算交通燈邏輯邏輯表達(dá)式并化簡(jiǎn)
根據(jù)交通信號(hào)燈控制電路的真值表,通過Multisim7提供的虛擬器件邏輯轉(zhuǎn)換儀就可以獲得對(duì)應(yīng)的邏輯表達(dá)式。圖4所示為獲得YNB邏輯表達(dá)式的方式。在邏輯轉(zhuǎn)換儀中分別選擇A、B、C、D四個(gè)輸入端,將YNB的真值表輸入右側(cè),執(zhí)行 ,就可獲得邏輯表達(dá)式,YNB= 。對(duì)照74LS90芯片可獲得實(shí)際邏輯表達(dá)式為:YNB = ,同理可以獲得其它燈的邏輯表達(dá)式。
GNB= + RNB = RDX=
GDX= + YDX=
3.4 交通信號(hào)燈控制電路的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)上述邏輯表達(dá)式,可以用門電路畫出相應(yīng)的電路圖,如圖5所示。
3.5 電路仿真
交通信號(hào)燈控制電路的控制規(guī)律可以通過圖5所示的電路中的指示燈觀察,為了更直觀地觀察各燈之間的時(shí)間關(guān)系,可以將該電路的指示輸出接到邏輯分析儀中,即將RNB、GNB、YNB和RDX、GDX、YDX六個(gè)端口依次接到邏輯分析儀進(jìn)行仿真分析,仿真的結(jié)果如圖6所示,從輸出的波形中可以看出與真值表中所描述的關(guān)系一致,說明電路設(shè)計(jì)是正確的。
4 結(jié)論
與傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)相比較,Multisim7仿真軟件具有元件庫(kù)豐富,虛擬儀器齊全,連線快捷,查找問題方便,而且還不怕連錯(cuò)線,不怕燒壞芯片等優(yōu)點(diǎn)。在交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)過程當(dāng)中,我們要留意在使用邏輯轉(zhuǎn)換器生成各燈的邏輯表達(dá)式時(shí),A、B、C、D四個(gè)變量依次表示二進(jìn)制的從高位到低位的變化,這剛好與計(jì)數(shù)器74LS90上表示的相反。因此,我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際接線情況對(duì)邏輯表達(dá)式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,否則會(huì)出錯(cuò)。
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