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1.1ARM處理部分
針對(duì)ARM內(nèi)核的高速可順序執(zhí)行特性,更適合處理復(fù)雜協(xié)議信息。ARM處理部分在設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)協(xié)議層處理工作,包括通信信息、人機(jī)交互設(shè)定、系統(tǒng)工作參數(shù)監(jiān)測(cè)、報(bào)警數(shù)據(jù)設(shè)定、監(jiān)測(cè)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理等多方面的工作,整體采用搶占式進(jìn)行多任務(wù)分配,提高CPU利用率以及系統(tǒng)魯棒性。
1.2FPGA控制部分
總體來(lái)看,F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)硬件設(shè)備底層驅(qū)動(dòng)的讀寫,作為ARM的一個(gè)外部擴(kuò)展RAM進(jìn)行外設(shè)數(shù)據(jù)交換,所有FPGA采集、輸出的數(shù)據(jù)均可通過(guò)ARM的可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器(FlexibleStaticMemoryController,F(xiàn)SMC)總線讀寫。在設(shè)計(jì)中運(yùn)用FPGA獨(dú)特的可多任務(wù)并行執(zhí)行的特性,F(xiàn)PGA控制部分主要負(fù)責(zé)外部通信模式的選擇;外部模擬信號(hào)的采集、輸出溫度的控制、時(shí)鐘同步、時(shí)鐘移相、數(shù)碼管計(jì)數(shù)顯示等多項(xiàng)功能的處理。在外部模擬量、氫原子鐘內(nèi)爐溫度采集部分,由FPGA內(nèi)部硬件采用狀態(tài)機(jī)形式通過(guò)兩片AD7490D對(duì)外部32路模擬量采集,并直接用模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制處理;另一個(gè)狀態(tài)機(jī)通過(guò)熱敏電阻對(duì)內(nèi)爐頂,上,底等三部分溫度進(jìn)行采集;在溫度輸出控制部分,通過(guò)三路PWM控制方式,以外部溫控器作為驅(qū)動(dòng)信號(hào),調(diào)節(jié)加熱功率。在模數(shù)轉(zhuǎn)換部分由專用基準(zhǔn)電壓芯片REF192產(chǎn)生參考電壓,溫度轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)帶有前置運(yùn)算放大器(Operationalamplifier,OP)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣,并同時(shí)具有抑制50Hz抑制功能,以抵消測(cè)量中所產(chǎn)生的工頻干擾。在通信電路的設(shè)計(jì)部分由FPGA來(lái)選擇所采用的通信方式,其中串口通信采用隔離式電平變換芯片,避免電平不兼容或是不同設(shè)備間的靜電釋放(Electro-Staticdischarge,ESD)所帶來(lái)的放電損壞;以太網(wǎng)部分采用專用以太網(wǎng)接口模塊,可同時(shí)兼容TCP/IPv4、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UserDatagramProtocol,UDP)等。
1.串口通信接口的電路設(shè)計(jì)
原本的串口通信設(shè)計(jì)為了滿足兩路串口通信的技術(shù)指標(biāo),采用AT89C52結(jié)合通用同步異步接收發(fā)送器8251A實(shí)現(xiàn)雙串口的擴(kuò)展。本文采用ADM3251E[3]來(lái)解決多路串口的通信功能。ADM3251E是一款高速、2.5kV完全隔離、單通道RS-232/V.28收發(fā)器、具有isoPower隔離電源的雙通道數(shù)字隔離器,設(shè)計(jì)中無(wú)需使用單獨(dú)的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。由于RIN和TOUT引腳提供高壓ESD保護(hù),因此該器件非常適合在惡劣的電氣環(huán)境中工作,或頻繁插拔RS-232電纜的場(chǎng)合。ADM3251E采用ADI公司的芯片級(jí)變壓器iCoupler技術(shù),能夠同時(shí)用于隔離邏輯信號(hào)和集成式DC-DC轉(zhuǎn)換器,因此該器件可提供整體隔離解決方案。
2.ADC模擬量采樣電路設(shè)計(jì)改進(jìn)
原本的ADC采樣電路使用兩片ADC0816。ADC0816是逐次比較式16路8位A/D轉(zhuǎn)換器,其內(nèi)部包含有一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器和16路的單端模擬信號(hào)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),轉(zhuǎn)換精度為1/2LSB,轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us(時(shí)鐘頻率為640KHz)。改進(jìn)設(shè)計(jì)中采用AD7490,它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同時(shí)AD7490采用單電源工作,電源電壓為2.7V至5.25V,最高吞吐量可達(dá)1MSPS;其內(nèi)置一個(gè)低噪聲、寬帶寬采樣/保持放大器,可處理1MHz以上的輸入頻率;轉(zhuǎn)換過(guò)程和數(shù)據(jù)采集過(guò)程通過(guò)CS和串行時(shí)鐘進(jìn)行控制,從而為器件與微處理器接口創(chuàng)造了條件。
3.溫度控制部分的設(shè)計(jì)改進(jìn)
溫度對(duì)于氫原子鐘來(lái)說(shuō)是個(gè)很重要的因素,溫度控制不好會(huì)引起氫原子鐘穩(wěn)定度變差;溫度失控會(huì)直接導(dǎo)致氫原子鐘沒(méi)有中頻信號(hào)輸出。因此在溫度控制的設(shè)計(jì)中首先要做到可靠、穩(wěn)定。原先的溫度控制系統(tǒng)采用模擬控制多塊電路板各溫度區(qū)域獨(dú)立控制模式,其缺點(diǎn)是變?nèi)荻O管參數(shù)數(shù)值不在正常工作范圍內(nèi)之后,需要人為調(diào)整電路板的電位器,即通過(guò)人為改變電阻的模式來(lái)達(dá)到調(diào)整溫度的目的。在數(shù)字化智能溫控設(shè)計(jì)中采用AD7792[4],AD7792具有兩個(gè)高精度的可編程恒流激勵(lì)源,內(nèi)置有可編程的儀表放大器,可以對(duì)不同的輸入信號(hào)選擇相對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù),實(shí)現(xiàn)信號(hào)的匹配。它內(nèi)置16位ADC,采用SPI串行接口,容易實(shí)現(xiàn)光耦隔離,有三路差分模擬輸入,可以滿足設(shè)計(jì)中分別對(duì)內(nèi)爐頂,上,底三部分溫度進(jìn)行采集的設(shè)計(jì)要求。AD7792為適應(yīng)高精度測(cè)量應(yīng)用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端,內(nèi)置一個(gè)低噪聲、帶有三個(gè)差分模擬輸入的16位Σ-Δ型ADC。它還集成了片內(nèi)低噪聲儀表放大器,因而可直接輸入小信號(hào);內(nèi)置一個(gè)精密低噪聲、低漂移內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電壓源,而且也可采用一個(gè)外部差分基準(zhǔn)電壓。圖2中所示CHAN表示溫度區(qū)域,其中CH1代表內(nèi)爐頂,CH2代表內(nèi)爐上,CH3代表內(nèi)爐底;ACTU代表采樣溫度數(shù)值,SET代表設(shè)定溫度數(shù)值,OUT代表了輸出功率的大小。
4.移相同步精度設(shè)計(jì)改進(jìn)
傳統(tǒng)控制板同步精度為100ns±邏輯門延時(shí)(約幾個(gè)ns),移相分辨率為0.1us。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)后,采用獨(dú)特的先倍頻后同步技術(shù),可大大提高移相同步分辨率。在本次應(yīng)用中,先對(duì)外部輸入的10MHz方波信號(hào),經(jīng)過(guò)FPGA內(nèi)部的鎖相環(huán)(PhaseLockedLoop,PLL)的配置進(jìn)行零度移相五倍頻,得到和輸入信號(hào)零相位差的50MHz信號(hào)。上一幅為10MHz信號(hào)波形,下一幅為倍頻后的50MHz方波信號(hào)波形。
5.DDS電路設(shè)計(jì)部分
之前控制板在綜合器設(shè)計(jì)輸出時(shí),采用AT89C52驅(qū)動(dòng)三片74LS595串入并出輸出6位8421碼共24位數(shù)據(jù)信息經(jīng)25芯彎角插座(DR-25)將數(shù)據(jù)傳輸至接收機(jī)控制板,再由CPLD處理后輸出所需的頻率信號(hào)。而目前設(shè)計(jì)中選取AD9956[5],使用直接數(shù)字式頻率合成器(DirectDigitalSynthesizer,DDS)技術(shù)直接從監(jiān)控板輸出所需的頻率信號(hào),AD9956是由美國(guó)AnalogDevice公司推出的高性能的DDS芯片,提供速度高達(dá)400MHz的內(nèi)部時(shí)鐘,可合成頻率高達(dá)160MHz,支持2.7GHz的時(shí)鐘輸入(可選2,4或8分頻)、內(nèi)部集成14位的D/A轉(zhuǎn)換器,具備快速頻率轉(zhuǎn)換、精細(xì)頻率分辨率和低相位噪聲輸出的性能,適用于快速跳頻頻率合成器的設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)DDS輸出頻率信號(hào)可以根據(jù)鍵盤鍵入的頻率值不同而輸出不同的頻率值。
6.存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)改進(jìn)
氫原子鐘必需具有對(duì)時(shí)間以及對(duì)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存的功能。然而外部存儲(chǔ)器的選擇也是多種多樣的,目前應(yīng)用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM這三種方案。我們目前使用的存儲(chǔ)器就是采用SRAM加后備電池的模式,型號(hào)62256,它是組織結(jié)構(gòu)為32K*8位字長(zhǎng)的高性能CMOS靜態(tài)RAM。在設(shè)備掉電的情況下,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)易丟失。同時(shí)SRAM加后備電池的方法增加了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,降低了系統(tǒng)的可靠性;EEPROM方式可擦寫次數(shù)較少(約10萬(wàn)次),且寫操作時(shí)間較長(zhǎng)(約10ms);而NVRAM的價(jià)格問(wèn)題又限制了它的普遍應(yīng)用。因此越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)。鐵電存儲(chǔ)器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):可以總線速度寫入數(shù)據(jù),而且在寫入后不需要任何延時(shí)等待;有近乎無(wú)限次擦寫壽命;數(shù)據(jù)保持45年不丟失;具有較低的功耗。設(shè)計(jì)中采用的FM25L16是串行FRAM。其內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為2k×8位,地址范圍為0000H~07FFH,F(xiàn)M25L16支持SPI方式0和方式3。具有先進(jìn)的寫保護(hù)設(shè)計(jì),包括硬件保護(hù)和軟件保護(hù)雙重保護(hù)功能。FM25L16的數(shù)據(jù)讀寫速度能達(dá)到18MHz,可與當(dāng)前高速的RAM相媲美。結(jié)束語(yǔ)從設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)果來(lái)看,全新的設(shè)計(jì)模式對(duì)電路的性能,可靠性,穩(wěn)定性等多方面都有很大的提高,具體表現(xiàn)如下所示:
(1)設(shè)計(jì)中采用AD7490替代ADC0816,從而使得ADC精度提高8bit升級(jí)到12bit,精度提高了16倍,并且無(wú)需經(jīng)過(guò)外接模擬開(kāi)關(guān),減少了信號(hào)經(jīng)過(guò)多個(gè)模擬芯片引起誤差。
(2)溫度控制系統(tǒng)采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)模式,提高測(cè)量精度,降低干擾,可避免處理運(yùn)放電路所造成的對(duì)溫度飄移的影響以及多級(jí)模擬帶來(lái)的累計(jì)誤差,最重要的一點(diǎn)就是不用再人為的通過(guò)改變電阻模式來(lái)達(dá)到調(diào)整溫度的目的。
(3)綜合器設(shè)計(jì)部分采用DDS處理技術(shù),直接從監(jiān)控板輸出所需頻率信號(hào),從而大大減少設(shè)計(jì)中潛在的故障點(diǎn),大大提高了設(shè)計(jì)的可靠性,穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】電子設(shè)備 電子電路 接地技術(shù) 抗干擾能力 干擾抑制
中圖分類號(hào):V443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):
一.引言
我們知道在電子電路設(shè)計(jì)中的接地技術(shù)直接關(guān)系到了電器的使用壽命以及安全程度。在我國(guó)當(dāng)前,各種各樣的電子產(chǎn)品相繼誕生,電子產(chǎn)品的應(yīng)用也日益的廣泛,可以說(shuō)電子產(chǎn)品已經(jīng)成為了人們生活工作的一個(gè)重要的組成部分。我們知道電子干擾是有很大的危害性的,它不僅僅嚴(yán)重的降低了電子系統(tǒng)的可靠性,還能夠?qū)θ梭w的健康產(chǎn)生很大的負(fù)面作用。例如一些電子產(chǎn)品以及儀器就對(duì)電子電路的干擾十分的敏感,最常見(jiàn)的有家用電器比如收音機(jī),電視機(jī)等等,還有一些醫(yī)用設(shè)備,比如心臟起搏器等等。這些對(duì)電子電路的干擾電磁波都十分的敏感,干擾嚴(yán)重影響了這些設(shè)備的正常工作,嚴(yán)重的甚至使這些設(shè)備無(wú)法工作。為此,我們必須重視電子電路抗干擾能力的設(shè)計(jì),可以說(shuō)電子電路的抗干擾能力已經(jīng)成了當(dāng)前電子電路設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的一方面,這是因?yàn)槿绱私拥丶夹g(shù)才顯得如此重要,可以說(shuō)接地技術(shù)的高低已經(jīng)直接影響到了電子電路的抗干能力了。
二.接地技術(shù)的種類和目的
我們知道電磁干擾對(duì)電器具有很大的影響,嚴(yán)重的降低了其穩(wěn)定性,也不利于工作人員的身體健康。為了保證用戶用電的安全可靠,必須注意電子電路設(shè)計(jì)中接地技術(shù)的科學(xué)合理性。我們知道安全保護(hù)接地是接地技術(shù)中比較常見(jiàn)的一種,采用這種接方式地主要是為了保護(hù)用戶的安全,在實(shí)際的生活中有的電器年記哦久了,則其絕緣性能下降,這樣就給用戶帶來(lái)了很大的安全隱患,采用這種保護(hù)性的接地就是為了消除這種安全隱患而采取的措施。再者一些電器設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生積累靜電,這樣就及其容易引起接觸性的觸電,甚至引起電器的爆炸,其危害極大,為了防止類似情況的發(fā)生,一般采用的接地方法是屏蔽接地法,能夠有效的防止靜電積累造成的損失。最后我們知道電磁干擾對(duì)電器設(shè)備是有很大的影響的,為了避免電器設(shè)備受到太多的電磁干擾,采取接地的方法可以有效的配出干擾,保證電器正常運(yùn)行。
三.接地技術(shù)中的接地方式
電子電路設(shè)計(jì)中接地方式是比較多的,其接地方式不同那么它產(chǎn)生的效果也會(huì)不同,所以對(duì)于比較常見(jiàn)的幾種接地方式我們要充分的了解,只有這樣才能在具體的電子電路設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用自如。以下介紹兩種最為普片使用的接地方式。
保護(hù)接零
一般用于三相四線制供電系統(tǒng)中的中性線,是電路環(huán)路的重要組成部分,在零線直接接地的一相四線制電網(wǎng)中,設(shè)計(jì)中一定要注意將電子電器設(shè)備征程運(yùn)行時(shí)小帶電的金屬外殼于電剛的零線連接起來(lái),這樣一旦當(dāng)電器設(shè)備中的某一項(xiàng)發(fā)乍漏電或者是碰殼時(shí),由于事先金屬外殼與零線相連,形成的單向短路,電流非常大,使電路保護(hù)裝置迅速動(dòng)的切斷電源,從而保護(hù)了操作人員的人身安全和電網(wǎng)其他部分的正常運(yùn)行,同時(shí)也可以避免一些重大安全事故的發(fā)生。
保護(hù)接地
接地保護(hù)的主要目的是為了防止用戶觸電,為了保護(hù)用戶的安全而采取的措施,保護(hù)接地可以說(shuō)是電子電路設(shè)計(jì)中最為常見(jiàn)的接地方式,一般來(lái)說(shuō)對(duì)于那些中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)都采用保護(hù)性的接地方式,采用這種方式則電器設(shè)備的支架以及外殼均要接地,這樣能夠取得比較好的效果,有效的保護(hù)的電器安全一用戶的安全。
四.電子電路設(shè)計(jì)中系統(tǒng)接地
通過(guò)接地技術(shù)的研究我們知道電子電路儀器中的電子儀器設(shè)備控制系統(tǒng)中遇到經(jīng)常需要解決的就是系統(tǒng)接地問(wèn)題,這也是設(shè)計(jì)中的一大難點(diǎn)。系統(tǒng)接地線是各種電路中的靜態(tài),動(dòng)態(tài)電流的通道,同時(shí)又是各級(jí)電路通過(guò)共同的接地電阻相互耦合的途徑,這樣就形成了電路之間相互干擾的薄弱環(huán)節(jié),所以電子電路設(shè)備中的切抗干擾技術(shù),都和接地有很直接的關(guān)系。設(shè)計(jì)合理的接地足抑制噪音和防止干擾的主要途徑,不儀能保證電子電器設(shè)備的正常,穩(wěn)定和可靠性工作。
五.電子電路設(shè)計(jì)中系統(tǒng)接地的原則
根據(jù)不同的干擾源要設(shè)計(jì)不同的接地技術(shù)和工藝,不能存在僥幸認(rèn)為電路中只要有一點(diǎn)接地就能消除干擾,要尋求綜合性質(zhì)的接地方式,才是最為安拿有效的,接地點(diǎn)的選擇要恰當(dāng),避免設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的新的干擾。接地點(diǎn)的選擇除了安全性外、還要一并考慮屏蔽效果的兼容性,就是要通過(guò)接地屏屏蔽技術(shù)達(dá)到消除多種干擾的綜臺(tái)目的。一般來(lái)說(shuō).電子電路設(shè)計(jì)如何和大地接觸,與系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性能有著極為密切的關(guān)系,設(shè)計(jì)中常用以下三種方式。
1.浮地方式.不接觸大地的懸浮方式。是將電路設(shè)備與公共地可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開(kāi)來(lái),從而抑制來(lái)自接地線的干擾。這種接地方式的缺點(diǎn)是設(shè)備不與大地直接相連.容易出現(xiàn)靜電積累現(xiàn)象,這樣積累起來(lái)的電荷達(dá)到·定程度后,在設(shè)備和大地之間會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)人放電電流的靜電擊穿現(xiàn)象。
2.單點(diǎn)接地方式,我們知道采取兩點(diǎn)接地扥方式很容易形成接地環(huán)路,一點(diǎn)接地的主要功能就是消除接地環(huán)路的形成。
3.多點(diǎn)接地方式,對(duì)于工作頻率較高的高頻電路,由于各元器件的引線和電路本身布局的電感都將增加接地線的阻抗,一點(diǎn)接地方式已不再適用
五.結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)電子行業(yè)的迅速發(fā)展,各種電子產(chǎn)品相繼誕生,并且應(yīng)用日益廣泛。在當(dāng)前,我們已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代,各種各樣的電子產(chǎn)品已經(jīng)成為了人們生活的一部分,和人們的生活緊密相連,所以電子產(chǎn)品已經(jīng)成為了當(dāng)今不可或缺的一部分。但是我們知道,電子產(chǎn)品都存在電磁干擾,這不僅僅嚴(yán)重影響了電子系統(tǒng)的可靠性而且也嚴(yán)重危害到了工作人員以及用戶的健康狀態(tài)。所以,正是因?yàn)檫@個(gè)原因在進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)時(shí),我們要充分考慮其接地技術(shù),這樣可以有效的抗干擾能力。提高電子設(shè)備的抗干擾能力不僅僅可以提高經(jīng)濟(jì)利益還可以提高社會(huì)效益??梢哉f(shuō)科學(xué)的接地技術(shù)已經(jīng)成為了電子電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的方面,是在電子電力設(shè)計(jì)工作中必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題,其重要性不言而喻。所以本文就這個(gè)問(wèn)題作了簡(jiǎn)單的探討。
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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(guò)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(guò)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(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)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(wèn)題和解決問(wèn)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(guò)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(shuō),學(xué)生通過(guò)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(guò)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(kāi)始前,需要確定指導(dǎo)老師。由指導(dǎo)老師通過(guò)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(guò)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(huà)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(shū)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(guò)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??偨Y(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(shuō)明:設(shè)計(jì)進(jìn)程記錄,設(shè)計(jì)方案說(shuō)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(wèn)題及改進(jìn)意見(jiàn),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(huà)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(huà)出完整的電路圖,并說(shuō)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。總結(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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)這樣系統(tǒng)訓(xùn)練后,各方面技能都通過(guò)考核,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
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【關(guān)鍵詞】電子競(jìng)賽 創(chuàng)新人才培養(yǎng) 探索與實(shí)踐
【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2016)31-0240-01
教育部在《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2015-2018年)》中,明確提出“將學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)和創(chuàng)新思維養(yǎng)成融入教育教學(xué)全過(guò)程”,“探索將學(xué)生完成的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、、專利獲取、自主創(chuàng)業(yè)等成果折算為學(xué)分,將學(xué)生參與課題研究、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)認(rèn)定為課堂學(xué)習(xí);為有意愿有潛質(zhì)的學(xué)生制定創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)計(jì)劃”[1] 。近年來(lái),我校樹(shù)立創(chuàng)新人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想,深入開(kāi)展高職教育教學(xué)改革,打通創(chuàng)新人才培養(yǎng)渠道,在電子信息專業(yè)開(kāi)展了“以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為抓手,提升高職學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力”的教育教學(xué)改革[2]-[4],建立了包含項(xiàng)目化課程、研究性課程、學(xué)生科技創(chuàng)新社團(tuán)活動(dòng)、大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新立項(xiàng)課題及大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽五部分組成的較為完善的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系,取得了可喜的實(shí)績(jī)與顯著的成效。
一、項(xiàng)目化課程
電子競(jìng)賽課題具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)用性,其包含的知識(shí)點(diǎn)涉及到電子信息專業(yè)的所有課程。競(jìng)賽要求學(xué)生具有熟悉應(yīng)用各種器件,能夠采用各種軟硬件技術(shù)綜合設(shè)計(jì),具備文獻(xiàn)資料查閱能力、分析解決問(wèn)題能力、報(bào)告梳理寫作能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識(shí)等綜合素質(zhì)和能力。因此,我們以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為抓手,開(kāi)展了基于“項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、過(guò)程導(dǎo)向”的項(xiàng)目化課程改革和課程建設(shè),將電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容提煉內(nèi)化為課程與教材改革項(xiàng)目,形成了有利于電子信息專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的項(xiàng)目化、綜合化、設(shè)計(jì)性、研究性系列課程。通過(guò)實(shí)施以學(xué)生為主體的“項(xiàng)目教學(xué)”、“教學(xué)做一體化”教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐、主動(dòng)思考、分工協(xié)作來(lái)完成項(xiàng)目任務(wù)。推進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)性的實(shí)踐學(xué)習(xí)、應(yīng)用性的技能學(xué)習(xí)、創(chuàng)新型的研究學(xué)習(xí),提升了學(xué)生創(chuàng)新能力。
項(xiàng)目課程以電子電路系統(tǒng)或電子產(chǎn)品為載體,將電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容提煉內(nèi)化為課程與教材改革項(xiàng)目,如:《電工電路設(shè)計(jì)與制作》、《模擬電路設(shè)計(jì)與制作》、《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作》、《電子工程制圖》、《射頻裝置的制作與調(diào)試》、《單片機(jī)小系統(tǒng)的制作及應(yīng)用》、《可編程器件原理與項(xiàng)目訓(xùn)練》、《電子設(shè)計(jì)與制作》、《電子技術(shù)綜合應(yīng)用》等。通過(guò)項(xiàng)目課程教學(xué),學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到大大提升。
二、研究性選修課程
開(kāi)設(shè)本學(xué)科領(lǐng)域或跨學(xué)科領(lǐng)域的具有綜合性、開(kāi)放性、可研究性的課程,系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生掌握從事科研工作從理論到實(shí)踐的方法。通過(guò)幾年的實(shí)踐積累,研究性選修課形成了“簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)應(yīng)用、處理器應(yīng)用開(kāi)發(fā)、復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”三個(gè)層次,開(kāi)發(fā)的主要課程有:《實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)》、《技術(shù)報(bào)告和學(xué)術(shù)論文撰寫》、《基于CPLD的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用》等,有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。
三、學(xué)生科技創(chuàng)新社團(tuán)活動(dòng)
成立學(xué)生電子制作興趣小組、家電維修小組、電子設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新社團(tuán),每個(gè)社團(tuán)制定具體活動(dòng)計(jì)劃,學(xué)校提供一定的資助資金,且配有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)教師輔導(dǎo),制定輔導(dǎo)計(jì)劃。低年級(jí)學(xué)生側(cè)重于電子小制作活動(dòng),高年級(jí)學(xué)生開(kāi)展家電維修社區(qū)服務(wù)、參加電子設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新社團(tuán)。電子設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新社團(tuán)主要圍繞電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求開(kāi)設(shè)模塊化課程,進(jìn)行從總體設(shè)計(jì)論證到分模塊的軟硬件設(shè)計(jì)制作、調(diào)試、撰寫報(bào)告等一系列電子設(shè)計(jì)制作訓(xùn)練,保證了學(xué)生有理論有實(shí)踐地在教師指導(dǎo)下完成電子設(shè)計(jì)制作項(xiàng)目的研究和學(xué)習(xí)。
四、學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐立項(xiàng)課題
一部分動(dòng)手能力較強(qiáng)、對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)有強(qiáng)烈興趣愛(ài)好的學(xué)生3~5人組成小組,自主申報(bào)院級(jí)科技創(chuàng)新課題立項(xiàng),優(yōu)秀的課題申報(bào)省級(jí)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃課題立項(xiàng),科研骨干參加學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室改造立項(xiàng)課題研究或教師的科研項(xiàng)目。三個(gè)層次的立項(xiàng)課題學(xué)校均提供一定的資金資助,學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,利用課余開(kāi)展科技創(chuàng)新研究。
按照電子信息專業(yè)高職學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系開(kāi)展的一系列實(shí)踐活動(dòng),全面提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐課題研究、和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等方面取得豐碩的成果。
五、校內(nèi)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽
學(xué)校在每年十月舉辦為期1-2個(gè)月的科技創(chuàng)新節(jié),本專業(yè)組織開(kāi)展電子知識(shí)競(jìng)賽、電子技能競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、創(chuàng)新成果展示會(huì)和新技術(shù)專題講座等。常規(guī)化院級(jí)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)為學(xué)生提供了較大的施展空間,學(xué)生參加的積極性越來(lái)越高,參加的人數(shù)越來(lái)越多,促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。參加省級(jí)、國(guó)家級(jí)的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽,已連續(xù)獲得五屆全國(guó)一等獎(jiǎng),極大提高了學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力。
學(xué)校以大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī),著眼于培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才,先后投數(shù)百萬(wàn)元,高起點(diǎn)規(guī)劃和組織建設(shè)了學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的硬件環(huán)境。通過(guò)幾年的研究實(shí)踐,課程改革和課程建設(shè)均取得了豐碩成果,獲得國(guó)家教學(xué)成果獎(jiǎng)一項(xiàng),省級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)一項(xiàng)。
電子競(jìng)賽推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐、主動(dòng)研究,動(dòng)手實(shí)踐、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力全面提高,促進(jìn)了人才培養(yǎng)質(zhì)量和專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)。畢業(yè)生深受用人單位的歡迎,就業(yè)質(zhì)量逐年提高,企業(yè)滿意率達(dá)95%以上,有些學(xué)生已成為企業(yè)的技術(shù)骨干。尤其是在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)制作競(jìng)賽中的優(yōu)勝學(xué)生,畢業(yè)后深受各用人單位的歡迎、好評(píng)與肯定。
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[4]孫雷,占永寧.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽深化電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索. 科技信息,2013年4期,19頁(yè)。
關(guān)鍵詞:實(shí)踐教學(xué);應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè);改革
作者簡(jiǎn)介:梁超(1965-),男,廣西岑溪人,江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,研究方向?yàn)殡娮与娐吩O(shè)計(jì)、單片機(jī);廖芳(1962-),女,江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授,研究方向?yàn)殡娮庸に嚺c電路設(shè)計(jì)、科研管理。
課題項(xiàng)目:本文系江西省高校省級(jí)教改立項(xiàng)項(xiàng)目“電子技能競(jìng)賽對(duì)高職實(shí)踐性教學(xué)改革影響的研究”(編號(hào):JXJG-10-41-2)成果之一。
中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1001-7518(2012)29-0020-02
一、高職院校實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀
(一)內(nèi)容、模式陳舊
高職院校的培養(yǎng)方案,是建立在中專學(xué)校的基礎(chǔ)上、參照本科院校的培養(yǎng)方案修訂而成的。實(shí)踐教學(xué)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,課程設(shè)計(jì)的項(xiàng)目少、且往往以理論設(shè)計(jì)為主,畢業(yè)實(shí)習(xí)以畢業(yè)設(shè)計(jì)論文為主、設(shè)計(jì)制作為輔,應(yīng)用性不強(qiáng)。
(二)安排不夠合理、實(shí)踐教學(xué)手段單一
高職院校的實(shí)踐教學(xué)往往編排在某些課程的實(shí)驗(yàn)中,且課時(shí)量嚴(yán)重不足,實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所、師資力量缺乏,一個(gè)教師需要同時(shí)指導(dǎo)幾十名學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn),教師講解、演示幾乎占用了一半的時(shí)間,剩下的時(shí)間學(xué)生只能模擬教師重新驗(yàn)證一遍。
(三)重視程度不夠
對(duì)實(shí)踐教學(xué)重視程度不夠的具體表現(xiàn)是,實(shí)踐教學(xué)考核的隨意性。多數(shù)實(shí)踐項(xiàng)目的考核,都是與相關(guān)的課程一起綜合評(píng)定完成的,實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)成績(jī)比例通常不足課程成績(jī)的一半。因?qū)嵺`場(chǎng)地受限、師資力量不足,導(dǎo)致教師對(duì)實(shí)踐課學(xué)生的管理難以到位,學(xué)生有沒(méi)有操作、操作過(guò)程和結(jié)論有沒(méi)有錯(cuò)誤,教師難以辨別,只要學(xué)生上了實(shí)驗(yàn)課,實(shí)踐考核就算通過(guò)。實(shí)踐考核成為學(xué)生最容易通過(guò)的項(xiàng)目。
二、我院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革探索與實(shí)踐
(一)實(shí)踐教學(xué)體系的改革
在專業(yè)建設(shè)中,注重“以實(shí)踐性、技能型為主”的培養(yǎng)目標(biāo),確立了“電子產(chǎn)品整機(jī)裝配、調(diào)試、測(cè)試技術(shù),電路設(shè)計(jì)與PCB技術(shù)的制作技術(shù),現(xiàn)代電子設(shè)備的維護(hù)技術(shù)”等三項(xiàng)專業(yè)核心技能。
在課程體系的建設(shè)中,以核心技能課程為主線,設(shè)置專門的實(shí)踐技能課程,設(shè)立了電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與實(shí)訓(xùn)、電子測(cè)量與技能訓(xùn)練、現(xiàn)代電子設(shè)備維修、電路設(shè)計(jì)與制板Protel、AutoCAD、智能儀器儀表的使用與維護(hù)等實(shí)踐技能課程。
在實(shí)踐技能內(nèi)容的安排上,將實(shí)踐內(nèi)容分配為基礎(chǔ)技能、專業(yè)技能、綜合技能和創(chuàng)新技能等幾個(gè)層次,建立一個(gè)與專業(yè)方向和培養(yǎng)目標(biāo)緊密相關(guān)的、獨(dú)立的實(shí)踐教學(xué)體系,建立從基礎(chǔ)技能訓(xùn)練到專業(yè)技能訓(xùn)練、綜合技能訓(xùn)練、創(chuàng)新技能訓(xùn)練的循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)模式。
(二)實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)的改革
改善、更新原有的電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,增加電子儀器設(shè)備的品種;新建電子工藝設(shè)計(jì)制作實(shí)訓(xùn)室、電子綜合實(shí)訓(xùn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室;開(kāi)發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)室,優(yōu)化校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的資源配置,為學(xué)生提供了更多的動(dòng)手操作場(chǎng)所。
注重校外實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè),在步步高、廣州瑞通千里激光設(shè)備有限公司、旭璟光電科技有限公司等多個(gè)電子類企業(yè)建立了校外實(shí)訓(xùn)基地,使學(xué)生在畢業(yè)前能夠直接參與實(shí)踐工程項(xiàng)目,以縮小學(xué)校教學(xué)和實(shí)踐工作的差距,加快學(xué)生適應(yīng)社會(huì)、服務(wù)社會(huì)的進(jìn)程。
(三)實(shí)踐教學(xué)方式及手段的改革
1.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化。將原有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向綜合、設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)轉(zhuǎn)化,如將“串并聯(lián)電路分流、分壓關(guān)系的驗(yàn)證”改為“串并聯(lián)電路的連接及測(cè)試”,“日關(guān)燈電路的測(cè)試”改為“日光燈的安裝與測(cè)試”等;大幅度增加實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,如“元器件的識(shí)別與檢測(cè)”、“印制板的設(shè)計(jì)與制作”、“直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試”等等。這些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的改革,強(qiáng)化的不僅僅是實(shí)踐教學(xué)的手段,更主要的是將理論知識(shí)及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的技能。
2.改革實(shí)訓(xùn)主導(dǎo)地位。從“教師講解、演示為主,學(xué)生動(dòng)手為輔”的實(shí)踐教學(xué)方式變革為“學(xué)生為主,教師指導(dǎo)為輔”的實(shí)踐教學(xué)方式。以專業(yè)知識(shí)的轉(zhuǎn)化和實(shí)踐技能的掌握為目的,鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程的多樣化、實(shí)訓(xùn)結(jié)果的規(guī)定性和獨(dú)創(chuàng)性結(jié)合。如:在“穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)、制作”的實(shí)訓(xùn)中,只給出“將220V/50Hz交流電壓變換為輸出6V穩(wěn)定直流電壓”要求,由學(xué)生自我完成穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)制作。學(xué)生可以采用分立元件設(shè)計(jì)、也可以采用集成電路設(shè)計(jì);可以是固定的6V直流電壓輸出、也可以是包括了6V的可調(diào)直流電壓輸出;可以是先仿真再進(jìn)行實(shí)物制作,也可以直接進(jìn)行實(shí)物制作;可以采用萬(wàn)能板安裝制作,也可以自制印制電路板后、再進(jìn)行安裝制作。不拘一格的實(shí)訓(xùn)過(guò)程,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高了學(xué)習(xí)積極性。
3.仿真實(shí)訓(xùn)與真實(shí)實(shí)訓(xùn)的結(jié)合。對(duì)于較復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,訓(xùn)練學(xué)生將專業(yè)知識(shí)與計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)操作相結(jié)合的本領(lǐng);即復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)制作項(xiàng)目,先運(yùn)用Protel、AutoCAD、Multisim7等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真,得出最佳結(jié)果時(shí)再進(jìn)行實(shí)際制作。通過(guò)“電腦設(shè)計(jì)-仿真-改進(jìn)設(shè)計(jì)-制作-完善-創(chuàng)新”這種仿真實(shí)訓(xùn)與真實(shí)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方式,可以縮短設(shè)計(jì)制作的時(shí)間,降低設(shè)計(jì)制作成本,提高電子電路設(shè)計(jì)制作的成功率,同時(shí)有利于學(xué)生將多門學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用。
4.課堂教學(xué)與課外教學(xué)的結(jié)合。在課堂實(shí)踐教學(xué)中,制定好各門課程的實(shí)訓(xùn)大綱,大幅度提高實(shí)踐教學(xué)課時(shí)比例(>40%總課時(shí)),加大設(shè)立實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,合理安排實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,使實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容來(lái)自于課程理論,但又有所突破。鼓勵(lì)學(xué)生自己構(gòu)思、設(shè)計(jì)、完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提高學(xué)生的操作能力。
采用開(kāi)放實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的方式,學(xué)生可以在課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所,完成自己設(shè)想的項(xiàng)目或需要鞏固的技能知識(shí);充分發(fā)揮第二課堂的作用, 將專業(yè)知識(shí)技能與電子競(jìng)賽相結(jié)合,積極組織學(xué)生參與各種層次的電子競(jìng)賽,使學(xué)生在競(jìng)賽前的培訓(xùn)和競(jìng)賽過(guò)程中,鞏固和升華電子基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí),培養(yǎng)、訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí);以學(xué)生的社會(huì)團(tuán)體-電子協(xié)會(huì)為平臺(tái),在業(yè)余時(shí)間開(kāi)展電子知識(shí)講座、電子作品小制作、電子產(chǎn)品維修、學(xué)生優(yōu)秀電子作品展、獲電子競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)交流等活動(dòng);不定期地聘請(qǐng)行業(yè)、企業(yè)的工程師、高級(jí)工程師進(jìn)行階段性講課、講座或?qū)嵱?xùn)指導(dǎo),注重學(xué)校教學(xué)與實(shí)際工作的關(guān)聯(lián)性和一致性;利用假期讓學(xué)生去校外電子實(shí)習(xí)基地進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí),由企業(yè)工程技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)踐輔導(dǎo),學(xué)生在電子企業(yè)可以直接參與實(shí)踐工程項(xiàng)目,大大縮小了學(xué)校教學(xué)和實(shí)踐工作的差距,真正做到學(xué)校教學(xué)與實(shí)際的銜接、擴(kuò)展。
多方位、多渠道的實(shí)踐教學(xué),加快了學(xué)生適應(yīng)社會(huì)、用專業(yè)知識(shí)服務(wù)社會(huì)的進(jìn)程,有效地提高學(xué)生的專業(yè)技能和畢業(yè)之后的就業(yè)率。
(四)實(shí)踐成績(jī)?cè)u(píng)定的改革
采取實(shí)踐教學(xué)單獨(dú)考核、實(shí)踐項(xiàng)目分項(xiàng)考核、競(jìng)賽成績(jī)列入考核(創(chuàng)新考核)、實(shí)踐項(xiàng)目和實(shí)訓(xùn)報(bào)告綜合考核等手段,加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的管理力度,使之對(duì)實(shí)踐課教師和參加實(shí)踐課程的學(xué)生都起到促進(jìn)、提升的作用。
實(shí)踐項(xiàng)目分項(xiàng)考核的具體做法是:根據(jù)不同階段和不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的內(nèi)容要求,對(duì)學(xué)生進(jìn)行逐個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作測(cè)試評(píng)分。實(shí)訓(xùn)報(bào)告考核的主要內(nèi)容:條理是否清楚,實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容、測(cè)試方法、實(shí)訓(xùn)結(jié)論、改進(jìn)創(chuàng)新方法等是否齊全。創(chuàng)新考核是指根據(jù)學(xué)生參加各種層次電子競(jìng)賽的情況(完成情況、獲獎(jiǎng)名次等),進(jìn)行不同的加分。
三、我院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革成效
(一)教師開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、編寫實(shí)踐性課程教材的能力和水平大大提高。近年來(lái),我院教師編寫出版的實(shí)踐性教材有:電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與管理、Multisim7.0仿真設(shè)計(jì)、電熱電動(dòng)器具原理與維修、單片機(jī)原理及應(yīng)用、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等;其中,由我院教師主編的實(shí)踐性教材《電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與管理》入選為國(guó)家級(jí)“十一”規(guī)劃教材,并獲江西省高??萍汲晒?jiǎng),獲江西省普通高校優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng),獲全國(guó)電子信息類高職高專優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)。
(二)學(xué)生積極參與全國(guó)和江西省的各類電子科技競(jìng)賽活動(dòng),并獲得較好的成績(jī)。近年來(lái),學(xué)生參加江西省及國(guó)家級(jí)各種電子競(jìng)賽獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì):其中12人獲得一等獎(jiǎng)、25人獲二等獎(jiǎng)、29人獲三等獎(jiǎng),2次獲團(tuán)體三等獎(jiǎng),1次獲團(tuán)體第3名。
(三)畢業(yè)生的就業(yè)率高,受到用人單位的好評(píng)。由于畢業(yè)生的動(dòng)手能力強(qiáng)、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)好、專業(yè)素質(zhì)高,使畢業(yè)生的就業(yè)情況良好,近年來(lái)就業(yè)率均在90%以上,且受到用人單位的好評(píng)。
四、結(jié)束語(yǔ)
高職實(shí)踐教學(xué)的改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、教育改革的不斷深化,高職實(shí)踐教學(xué)改革的步伐必將更加堅(jiān)實(shí)。
關(guān)鍵詞:電子技術(shù);研究型教學(xué)模式;教學(xué)考核
作者簡(jiǎn)介:丁國(guó)強(qiáng)(1974-),男,河南南陽(yáng)人,鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院,副教授;郭凌云(1981-),女,河南駐馬店人,鄭州輕工業(yè)學(xué)院外語(yǔ)系,助教。(河南鄭州450002)
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2012)14-0073-02
根據(jù)電子技術(shù)大規(guī)模集成技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,“電子技術(shù)”課程教學(xué)中理論性逐漸弱化,實(shí)踐性不斷增強(qiáng),由此對(duì)現(xiàn)代電子技術(shù)課程教學(xué)模式提出了新要求。依據(jù)大學(xué)本科教育以培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才的根本培養(yǎng)任務(wù),適應(yīng)鄭州輕工業(yè)學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我?!保?duì)于技術(shù)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)理論夠用、強(qiáng)化動(dòng)手實(shí)踐能力、培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo),突出電子技術(shù)課程教學(xué)兼顧理論性的實(shí)用性和實(shí)踐性原則來(lái)組織課程結(jié)構(gòu)體系,適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容的工科專業(yè)教學(xué)要求,本文總結(jié)了研究性教學(xué)模式在“電子技術(shù)”課程教學(xué)中應(yīng)用的一些實(shí)踐研究成果。
研究性教學(xué)要求教師在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)探索研究的教學(xué)情境或者途徑,在教師精心組織和指導(dǎo)下,通過(guò)學(xué)生自主探索、實(shí)踐和學(xué)習(xí)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,總結(jié)和掌握基本的科學(xué)知識(shí)和方法,并能夠應(yīng)用解決實(shí)際問(wèn)題。在研究性教學(xué)模式實(shí)施過(guò)程中,要求學(xué)生能夠?qū)W會(huì)對(duì)課堂信息的收集、分析和判斷,進(jìn)而在課題研究和項(xiàng)目設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)更多的創(chuàng)新機(jī)會(huì),在創(chuàng)造中體驗(yàn)成功和學(xué)習(xí)樂(lè)趣。
研究性教學(xué)模式立足于教材,具有明確的課堂研究目標(biāo)、精心設(shè)計(jì)的課堂活動(dòng),以教材中蘊(yùn)含的科學(xué)方法和科學(xué)思想為核心,注重學(xué)生在知識(shí)獲取過(guò)程中的主動(dòng)性探索能力和情感體驗(yàn),要求學(xué)生根據(jù)個(gè)人實(shí)際能力制定研究課題和研究計(jì)劃,并且相互配合、共同完成研究過(guò)程,進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生間的科研協(xié)作精神與能力。這種教學(xué)模式在充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)性特長(zhǎng)、啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維、提高學(xué)生素質(zhì)等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方式;研究性教學(xué)模式同時(shí)對(duì)教師教學(xué)能力提出了更高素質(zhì)要求,教師必須能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、收集大量的資料、提供精心設(shè)計(jì)的問(wèn)題與研究課題,能夠幫助學(xué)生設(shè)計(jì)制定研究課題和研究方案,建立科學(xué)的研究性學(xué)習(xí)步驟和方法。
一、“電子技術(shù)”課程研究性教學(xué)模式
實(shí)施研究性教學(xué)模式的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力,“電子技術(shù)”課程作為工科專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程,它必須以學(xué)科專業(yè)教學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合該課程教學(xué)專業(yè)對(duì)象和研究性教學(xué)特點(diǎn),總結(jié)電子技術(shù)研究性教學(xué)模式實(shí)施方案。從專業(yè)應(yīng)用角度看電子技術(shù)課程研究性教學(xué)模式實(shí)施大致分為研究與選用教材、專題調(diào)研、確立教學(xué)內(nèi)容的研究課題、研究性學(xué)習(xí)與實(shí)踐步驟、課題研究報(bào)告與教師的總結(jié)評(píng)價(jià)等幾個(gè)階段。首先依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱要求,對(duì)選用教材進(jìn)行深層次解讀,充分備課,收集配備能夠反映教學(xué)內(nèi)容的電子電路設(shè)計(jì)原理圖、電子器材,并盡可能充分地根據(jù)學(xué)生專業(yè)方向以及學(xué)生個(gè)人發(fā)展需要,對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)層次分類,選擇具有啟發(fā)性、思辨性、趣味性的能夠激發(fā)學(xué)生研究欲望的方法和問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生研究學(xué)習(xí),課后安排學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)手段收集閱讀課堂相關(guān)的擴(kuò)展性材料,學(xué)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容的具體應(yīng)用性問(wèn)題,以及如何對(duì)課堂教授的一些概念、觀點(diǎn)等存疑。針對(duì)各學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)、思維等個(gè)體差異以及學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和進(jìn)度不同,教師能夠深入學(xué)生當(dāng)中,及時(shí)了解其學(xué)習(xí)情況,有針對(duì)性地啟發(fā)引導(dǎo)。對(duì)于比較復(fù)雜、學(xué)生感興趣的問(wèn)題,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專門的問(wèn)題調(diào)研,收集相關(guān)資料,最后確立一個(gè)比較有深度的問(wèn)題作為研究課題。
研究性教學(xué)實(shí)質(zhì)是學(xué)生主體的研究性學(xué)習(xí)和教師的科學(xué)指導(dǎo)。首先擬訂研究性學(xué)習(xí)方案時(shí),教師指導(dǎo)學(xué)生自主制訂學(xué)習(xí)策略、內(nèi)容及方法,教師能夠?yàn)閷W(xué)生的研究性學(xué)習(xí)提供一些工具書(shū)籍、必備的實(shí)驗(yàn)器材或者提示網(wǎng)絡(luò)查找的范圍,為學(xué)生創(chuàng)造多種學(xué)習(xí)環(huán)境,如多媒體和網(wǎng)絡(luò)化資源環(huán)境,指導(dǎo)學(xué)生注重電子技術(shù)理論與電子電路新技術(shù)及應(yīng)用的緊密結(jié)合。學(xué)生主體進(jìn)行自主學(xué)習(xí)中,要經(jīng)歷觀察、調(diào)查、閱讀、查詢、歸納分析和整理等環(huán)節(jié),盡可能多地掌握第一手資料,獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及模型,獲得感性認(rèn)識(shí)。在研究性學(xué)習(xí)達(dá)到一定階段后寫出階段性總結(jié)報(bào)告,最終形成學(xué)習(xí)成果,包括課題研究報(bào)告、相關(guān)電路圖等。課題研究報(bào)告以電子電路圖、模型和電子文件為載體,將前面階段學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)中遇到的困難及其解決方案一一寫出來(lái),并標(biāo)明相關(guān)電路參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。這一環(huán)節(jié)中學(xué)生應(yīng)該及時(shí)將研究性學(xué)習(xí)成果進(jìn)行交流、分析,實(shí)現(xiàn)相互啟發(fā)、取長(zhǎng)補(bǔ)短,從而形成科學(xué)合理的研究成果。這些環(huán)節(jié)訓(xùn)練可以強(qiáng)化學(xué)生探索科學(xué)的欲望、激勵(lì)學(xué)生再研究,并使其在探索過(guò)程中獲得成功的快樂(lè),達(dá)到其自我價(jià)值發(fā)現(xiàn)的目的。
在總結(jié)評(píng)價(jià)階段,師生共為評(píng)價(jià)主體,對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),對(duì)本次研究成果給予肯定,將學(xué)生個(gè)體的成果提高到理性認(rèn)識(shí),每一個(gè)課題學(xué)生都會(huì)得出多種結(jié)果,盡管有些結(jié)果不是很完善,但只要有道理,在評(píng)價(jià)時(shí)均應(yīng)給予熱情的鼓勵(lì)和肯定,增強(qiáng)學(xué)生的自信心,最后比較哪些方法較完善,哪些方案最優(yōu)秀,哪些學(xué)生設(shè)計(jì)電子電路參數(shù)設(shè)置合理,并具有較高應(yīng)用價(jià)值。不完善的設(shè)計(jì)方案以及不正確的參數(shù)設(shè)置會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題,都在師生共同評(píng)價(jià)過(guò)程中給予合理的解釋和解答,在此過(guò)程中要求學(xué)生盡可能地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)研究,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生實(shí)踐得出自己的結(jié)論,并在實(shí)驗(yàn)中獲得實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)和能力。
根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容的不同,具體教學(xué)實(shí)踐中可以不必遵循上述的研究性教學(xué)階段,可以在其基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的整合、添加和刪除。
二、“電子技術(shù)”課程研究性教學(xué)模式的具體應(yīng)用
對(duì)于高校教師而言,在正確定位講授內(nèi)容基礎(chǔ)上才可能獲得比較好的授課效果。“電子技術(shù)”作為一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課,強(qiáng)調(diào)電學(xué)基本原理和基本分析方法以及實(shí)際電子技術(shù)應(yīng)用學(xué)習(xí),為后續(xù)專業(yè)課程應(yīng)用電子技術(shù)打好基礎(chǔ)。我校信息通信類電子技術(shù)課程教學(xué)要求是啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生在信息通信專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)設(shè)計(jì)應(yīng)用電子技術(shù)的能力和素質(zhì),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,切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐操作能力,學(xué)會(huì)使用電子儀器,調(diào)試、測(cè)量電子電路基本方法,培養(yǎng)學(xué)生電子技術(shù)應(yīng)用中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
“電子技術(shù)”課程具有較強(qiáng)的理論性,涉及基本電學(xué)概念和知識(shí)較多且分散,不同于電路等基礎(chǔ)課“電子技術(shù)”課程中電子元器件參數(shù)分散性較大,分析計(jì)算電子電路時(shí)常用到近似計(jì)算,學(xué)生很不容易掌握正確的電子元件分析方法和技術(shù),因此在教學(xué)過(guò)程中若要取得較好的教學(xué)效果,必須抓住重點(diǎn)、舉一反三。模擬電子技術(shù)以研究信號(hào)放大控制等基本單元電路和多級(jí)集成電路應(yīng)用為主線展開(kāi),其中基本放大電路是重點(diǎn),學(xué)生應(yīng)該掌握三種基本放大電路組態(tài)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析和電路特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合,在此基礎(chǔ)上逐步深入掌握負(fù)反饋放大電路、集成運(yùn)放電路、正弦振蕩電路、功率放大電路和穩(wěn)壓電源等內(nèi)容。數(shù)字電子技術(shù)部分教學(xué)內(nèi)容包含邏輯數(shù)學(xué)、邏輯門電路、組合邏輯和時(shí)序邏輯電路、存儲(chǔ)器、觸發(fā)器、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器電路等內(nèi)容。在學(xué)習(xí)放大電路諸如靜態(tài)工作點(diǎn)、放大增益等概念之前,可以讓學(xué)生直接面對(duì)各種不同參數(shù)的實(shí)際電路,引導(dǎo)學(xué)生改變電路元件參數(shù),在電路連接調(diào)試出不同的現(xiàn)象,學(xué)生在觀察輸入輸出信號(hào)波形中會(huì)猜測(cè)電路功能和作用,進(jìn)而產(chǎn)生各種思考,如信號(hào)為什么會(huì)放大、為什么要加直流電源、直流電流改變后會(huì)對(duì)信號(hào)波形產(chǎn)生什么影響、放大增益由什么決定的等等問(wèn)題,這些問(wèn)題的產(chǎn)生會(huì)引發(fā)學(xué)生探索知識(shí)的興趣,從而達(dá)到從實(shí)踐中去感性認(rèn)識(shí)的目的。
在研究型教學(xué)模式實(shí)施過(guò)程中,如學(xué)極管和三極管原理及外特性時(shí),課堂上通過(guò)日常生活應(yīng)用實(shí)例介紹其基本原理,如光控開(kāi)關(guān)、音頻放大器等,從而學(xué)生能夠知道所學(xué)內(nèi)容的實(shí)際用途,引導(dǎo)學(xué)生如何查閱相關(guān)的技術(shù)資料,如何設(shè)計(jì)制作這些電子裝置,如何形成技術(shù)實(shí)施方案等課題研究環(huán)節(jié);課后指導(dǎo)學(xué)生完成課題研究,在研究設(shè)計(jì)制作過(guò)程中,學(xué)生需要根據(jù)電子技術(shù)原理計(jì)算相關(guān)元器件的參數(shù),在實(shí)踐中強(qiáng)化其對(duì)課堂教授內(nèi)容的理解和應(yīng)用能力。其他諸如多波形信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)制作、立體聲調(diào)音控制器設(shè)計(jì)制作、音頻功放裝置設(shè)計(jì)制作、直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)制作等等研究課題,這些研究課題基本上覆蓋了模擬電子技術(shù)部分的全部講授內(nèi)容,具有趣味性、生動(dòng)性和應(yīng)用性等特點(diǎn),能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情,在研究制作中學(xué)生能夠體會(huì)到研究的樂(lè)趣、成功的喜悅;隨著新技術(shù)發(fā)展數(shù)字電子技術(shù)部分更強(qiáng)調(diào)集成器件應(yīng)用性學(xué)習(xí),在保證基本知識(shí)和理論前提下,減少分立元件電路及小規(guī)模集成電路內(nèi)容,淡化中小規(guī)模器件的內(nèi)部具體電路,加重可編程邏輯器件內(nèi)容部分,并積極引入EDA技術(shù)到課程教學(xué)中去,如門電路中只介紹晶體管的開(kāi)關(guān)作用而避開(kāi)其工作機(jī)理,重點(diǎn)介紹CMOS門電路的電氣特性、邏輯功能;對(duì)于組合邏輯和時(shí)序邏輯電路及可編程邏輯器件部分,在強(qiáng)調(diào)數(shù)字電路的一般分析、設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上系統(tǒng)介紹小規(guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)方法,突出常用集成組合邏輯電路的外特性,加強(qiáng)PLD器件電路特點(diǎn)、編程技術(shù)介紹。在研究性課題設(shè)計(jì)中,積極引入學(xué)生日常生活中常見(jiàn)的數(shù)字電子芯片應(yīng)用例子,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)字電子鐘表系統(tǒng)設(shè)計(jì)、交通燈控制邏輯設(shè)計(jì)、汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)、電動(dòng)車防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)、電梯控制邏輯電路設(shè)計(jì)和出租車計(jì)費(fèi)裝置設(shè)計(jì)等等課題研究。
三、“電子技術(shù)”課程研究型教學(xué)考核
考核方式作為教學(xué)活動(dòng)的指揮棒,能夠有效地推動(dòng)研究性教學(xué)的順利開(kāi)展,探索建立科學(xué)的電子技術(shù)課程研究性教學(xué)考核體系是成功實(shí)施研究性教學(xué)模式的關(guān)鍵部分。研究型教學(xué)模式考核特點(diǎn)是從記憶型、模仿型學(xué)習(xí)向思考型、創(chuàng)新型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變,注重定性考核和定量考核的有機(jī)結(jié)合、教學(xué)過(guò)程考核與教學(xué)結(jié)果考核的有機(jī)結(jié)合、知識(shí)掌握程度考核與問(wèn)題研究能力考核有機(jī)結(jié)合、理論水平與工程實(shí)踐能力考核有機(jī)結(jié)合等各個(gè)方面。
結(jié)合電子技術(shù)課程特點(diǎn),研究性教學(xué)考核按照平時(shí)研究性學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)知識(shí)考核、知識(shí)運(yùn)用能力等三個(gè)方面考核,根據(jù)具體情況,設(shè)置它們?cè)谧罱K考核中所占的權(quán)重。在考核形式上,主要有研究性報(bào)告、閉卷知識(shí)測(cè)試和開(kāi)卷運(yùn)用知識(shí)能力測(cè)試等。在每一個(gè)學(xué)期期中,應(yīng)該進(jìn)行常規(guī)期中閉卷考試,以檢測(cè)研究性學(xué)習(xí)中學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度。對(duì)于考試成績(jī)突出的學(xué)生,可以不參加期末考試,但是需要在完成階段性研究報(bào)告基礎(chǔ)上不斷完善課題報(bào)告,形成論文,進(jìn)行答辯。學(xué)生最終成績(jī)由期中考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、論文成績(jī)和平時(shí)成績(jī)四大部分組成。由于每個(gè)學(xué)生的研究課題都不一樣,其考核的具體內(nèi)容也應(yīng)各不相同,這樣可以有效地發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性,在一定程度上還可以控制考試作弊現(xiàn)象;這種考核方式可以增強(qiáng)“電子技術(shù)”課程教學(xué)的靈活性,對(duì)學(xué)生的考核也更全面,可以有力地推動(dòng)學(xué)生自主研究性學(xué)習(xí)。
表1至表3列出了研究性教學(xué)班級(jí)(實(shí)驗(yàn)組I)和常規(guī)教學(xué)班級(jí)(對(duì)照組II)在知識(shí)掌握情況調(diào)查、考試成績(jī)比對(duì)、教學(xué)滿意度調(diào)查的比較數(shù)據(jù)。其中實(shí)驗(yàn)組53人,對(duì)照組103人。表1是學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)掌握情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),可以看出,研究性教學(xué)班級(jí)對(duì)大部分知識(shí)點(diǎn)掌握情況要好于對(duì)照組;表2是學(xué)生對(duì)不同教學(xué)方式滿意度調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),滿意程度分為四個(gè)檔次,非常滿意、滿意、一般和不滿意等,分別從授課方式、學(xué)習(xí)方式和考核方式等三個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查比較,可以看出學(xué)生對(duì)研究性教學(xué)模式的教學(xué)情況滿意度要優(yōu)于對(duì)照班級(jí);表3是學(xué)生考試成績(jī)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),不論是從平均成績(jī)、高分還是及格率來(lái)看都是研究性教學(xué)班級(jí)要高。綜合來(lái)看,在“電子技術(shù)”課程中推廣研究性教學(xué)模式,學(xué)習(xí)效果較好。
四、結(jié)論
研究性教學(xué)模式本質(zhì)上是一種以科學(xué)研究主導(dǎo)教學(xué)過(guò)程的教學(xué)方法,該方法能夠通過(guò)科學(xué)研究的知識(shí)應(yīng)用過(guò)程,讓學(xué)生在科學(xué)探索中獲得知識(shí)、提高專業(yè)技能,實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐檢驗(yàn)并重的教學(xué)理念,達(dá)到高校高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的?!半娮蛹夹g(shù)”課程中研究性教學(xué)模式的應(yīng)用實(shí)施,能夠有效提高該課程的教學(xué)效果,為電學(xué)類應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定良好的專業(yè)基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:電力電子技術(shù);仿真;教學(xué)模式;MATLAB;Simulink
作者簡(jiǎn)介:龔建芳(1970-),女,上海人,上海電機(jī)學(xué)院電氣學(xué)院,副教授。(上海 200240)
基金項(xiàng)目:本文系2011年上海市重點(diǎn)課程電力電子技術(shù)建設(shè)項(xiàng)目(課題編號(hào):2012SZDKC-08)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)16-0063-03
“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,[1]該課程的特點(diǎn)在于既有較強(qiáng)的理論性,又有較廣的工程背景;教學(xué)內(nèi)容既多又比較抽象,并且相對(duì)于其他的課程,電力電子技術(shù)的內(nèi)容更新較快。[2]課程的主要內(nèi)容包括電力電子器件、電力電子電路及控制技術(shù)三大部分,學(xué)習(xí)難度較大,比如電力電子電路部分其變換器的電路拓?fù)湫问蕉鄻?,并且在不同?fù)載情況下變換器的工作特性和輸出波形也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。在課程教學(xué)過(guò)程中碰到學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容不容易理解、容易被本課程表面的繁雜所迷惑甚至感到無(wú)所適、總體感覺(jué)比較費(fèi)力等問(wèn)題時(shí),采用普通的教學(xué)方法,形式單調(diào),學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性難以提高,很難達(dá)到良好的教學(xué)效果。
因此,在“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)過(guò)程中,將仿真軟件與課堂理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,倡導(dǎo)一種基于仿真平臺(tái)的,理論與實(shí)踐并進(jìn),實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段相結(jié)合,課內(nèi)和課外實(shí)驗(yàn)并進(jìn)的“電力電子技術(shù)”教學(xué)模式。其關(guān)鍵在于通過(guò)仿真電路和畫(huà)面顯示,讓學(xué)生能夠把各種電力電子變換器的工作原理、物理波形及數(shù)學(xué)關(guān)系等緊密聯(lián)系在一起,有效解決電力電子變換電路波形抽象、電路變換復(fù)雜等難點(diǎn),[3]將電力電子技術(shù)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及仿真有機(jī)結(jié)合起來(lái)。本文從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行了探討。
一、仿真軟件的選擇
國(guó)內(nèi)高校電類專業(yè)都已引入各種仿真軟件,如MATLAB、EWB、Protel、Saber、PISM及 PSpice等,[4]其中MATLAB、Saber、PISM及PSpice等是在電力電子領(lǐng)域使用較多的仿真軟件,并取得了一定成效。仿真軟件的選擇是根據(jù)筆者所在上海電機(jī)學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我校”)的實(shí)際情況來(lái)確定的。我校的“電力電子技術(shù)”課程是這樣設(shè)置的:普通班級(jí)共64學(xué)時(shí),其中理論58學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí),而人才實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)試點(diǎn)班級(jí)設(shè)置的“電力電子技術(shù)”課程共64學(xué)時(shí),其中理論48學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。人才實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)試點(diǎn)班級(jí)的教學(xué)模式應(yīng)以不刪減教學(xué)內(nèi)容、不增加學(xué)時(shí)以及契合我校學(xué)生實(shí)際情況為前提,因此,仿真軟件必須具有易學(xué)易用、運(yùn)算快速等特點(diǎn),同時(shí)結(jié)合我校學(xué)生在學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)時(shí)已經(jīng)接觸到了MATLAB 軟件的情況,因此選用MATLAB軟件。MATLAB/Simulink中提供的SimPowerSystem模型庫(kù),是進(jìn)行電力電子系統(tǒng)仿真的理想工具,SimPowerSystem模型庫(kù)中包含了常用的電源模塊、電力電子器件模塊等。通過(guò)使用這些模塊可以搭接各種電路,能方便得到電路中的電流、電壓等各種波形,并能方便改變電路參數(shù)而得到不同的波形。
二、MATLAB/Simulink軟件在理論教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用
利用MATLAB/Simulink軟件能夠非常容易地構(gòu)建與實(shí)際相符合的教學(xué)場(chǎng)景。教師在教學(xué)中引入仿真軟件,在講授基本變流理論時(shí),利用 MATLAB/ SIMLINK軟件構(gòu)建電力電子電路進(jìn)行仿真演示,電力電子變換與控制領(lǐng)域所遇到的多數(shù)典型開(kāi)關(guān)電路均可建立仿真模型,通過(guò)對(duì)模型的仿真,可直觀展示各種參數(shù)變化對(duì)電路波形圖的影響以及數(shù)值計(jì)算,以便學(xué)生全面準(zhǔn)確理解教學(xué)內(nèi)容,可以為教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)造一種真實(shí)的電力電子電路工作場(chǎng)景,既具體又生動(dòng)。除此以外,還可以利用軟件提供的參數(shù)設(shè)置功能,通過(guò)改變器件參數(shù)值,學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候,可以先自己分析某種參數(shù)值條件下電路的工作情況和對(duì)應(yīng)的波形圖,然后再在仿真模型中輸入相應(yīng)的參數(shù)值,把自己分析的結(jié)果與仿真結(jié)果相對(duì)比。同時(shí),在電路仿真時(shí),可以模擬各種電力電子器件故障,如開(kāi)路、短路或脈沖丟失等,能夠清晰地展示各種電力電子電路的工作過(guò)程,使學(xué)生能夠直觀、全面地掌握課程學(xué)習(xí)內(nèi)容,同時(shí)將學(xué)習(xí)活動(dòng)情境化、趣味化,這大大加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解,使學(xué)生能夠?qū)㈦[性的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為顯性的技能。
在教學(xué)設(shè)計(jì)上,教學(xué)初期,剛剛講授電路變換時(shí),學(xué)生初次接觸,實(shí)際的感觀并不多,對(duì)電路電壓、電流波形、管子的切換、工作原理等理解有些困難,需要構(gòu)建一個(gè)與實(shí)際相符合的情境,并且學(xué)生對(duì)MATLAB仿真軟件的應(yīng)用還不熟練,需要在課堂上現(xiàn)場(chǎng)建立仿真模型。以單相半控橋式整流電路為例,把電路圖投影到大屏幕上,教師首先要分析電路的組成和工作原理,然后再一步一步建立MATLAB單相半控橋式整流電路仿真模型,該電路的仿真過(guò)程可以分為建立仿真模型、設(shè)置模型參數(shù)和觀察仿真結(jié)果。
1.建立仿真模型
(1)建立一個(gè)仿真模型的新文件。從MATLAB窗口進(jìn)入Simulink環(huán)境有三種方式,我們選擇其中一種:在MATLAB的菜單欄上點(diǎn)擊File,選擇 New,再在彈出菜單中選擇 Model,這時(shí)出現(xiàn)一個(gè)空白的仿真平臺(tái),在這個(gè)平臺(tái)上可以繪制電路的仿真模型。
(2)提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點(diǎn)擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫(kù)瀏覽器,找到Simulink/PowerSystem的模型窗口,在模型庫(kù)中提取所需的模塊放到仿真窗口。組成單相半控橋式整流電路的元器件有交流電源、晶閘管、二極管、脈沖發(fā)生器、RLC負(fù)載、示波器等。
(3)將電路元器件模塊按單相半控橋式整流電路原理圖連接起來(lái)組成仿真電路,如圖1所示。
2.設(shè)置模型參數(shù)
設(shè)置模型參數(shù)是保證仿真準(zhǔn)確和順利進(jìn)行的重要一步。有些參數(shù)由仿真任務(wù)決定,如電壓、電流等,有些參數(shù)是需要通過(guò)仿真來(lái)確定的。設(shè)置模型參數(shù)可以雙擊模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,然后按框中提示輸入,若有不清楚的地方可以借助help幫助。在本例中,參數(shù)設(shè)置交流電源、晶閘管、二極管、負(fù)載、脈沖等。以下以交流電源參數(shù)設(shè)置為例:雙擊交流電源模塊,彈出對(duì)話框,設(shè)置電壓為220V,頻率為50Hz,初始相位為0°。
3.觀察仿真結(jié)果
在模型開(kāi)始仿真前還必須首先設(shè)置仿真參數(shù)。在菜單中選擇Simulation,在下拉菜單中選擇Simulation parameters,在彈出的對(duì)話框中設(shè)置的項(xiàng)目很多,主要有開(kāi)始時(shí)間、終止時(shí)間、仿真類型等。
在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開(kāi)始仿真。在菜單Simulation下選擇Start,立即開(kāi)始仿真,若要中途停止仿真可以選擇Stop。
在仿真計(jì)算完成后即可以通過(guò)示波器來(lái)觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點(diǎn)上放置示波器,雙擊示波器圖標(biāo),即彈出示波器窗口顯示輸出波形,同時(shí)在Display模塊可以看到輸出電壓的平均值。以下是不同負(fù)載時(shí)的仿真波形圖。
(1)Rd負(fù)載時(shí)的仿真波形。如圖2所示為控制角α=60°單相半控橋式整流電路電阻負(fù)載時(shí)二次側(cè)電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載的電壓和電流及管子VT1兩端的電壓波形。
(2)Rd+Ld負(fù)載時(shí)的仿真波形。研究阻感性負(fù)載時(shí)電路工作情況,只需重新設(shè)置負(fù)載參數(shù)。再次啟動(dòng)仿真,在單相半控整流電路中,阻感性負(fù)載時(shí)電路的二次側(cè)電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載的電壓以及管子二端的電壓波形都同阻性負(fù)載時(shí)相同,如圖2所示。與阻性負(fù)載不同的是負(fù)載電流波形不同,阻性負(fù)載時(shí)負(fù)載電流波形為斷續(xù)的,而阻感負(fù)載時(shí)負(fù)載電流的波形為連續(xù)的。
(3)失控時(shí)的仿真。在研究單相半控橋式整流電路電阻電感負(fù)載時(shí),當(dāng)觸發(fā)脈沖丟失會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象,只需斷開(kāi)一個(gè)觸發(fā)脈沖,再次啟動(dòng)仿真,得到如圖3所示波形。
通過(guò)這樣一個(gè)過(guò)程,使學(xué)生在腦海里深深留下了電路的各點(diǎn)波形形狀,電壓波形為什么會(huì)變化,電壓波形變化同哪些參數(shù)有關(guān)?控制角與輸出電壓波形有著怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系?怎樣的情況下發(fā)生失控,失控時(shí)電路的工作情況又是如何?引導(dǎo)學(xué)生自然地進(jìn)入單相半控橋式整流電路的知識(shí)學(xué)習(xí)。
在教學(xué)過(guò)程的中后期,學(xué)生已經(jīng)熟悉MATLAB/Simulink軟件使用,就不必在課堂上現(xiàn)場(chǎng)建立電路的仿真模型。為了節(jié)約時(shí)間,把《電力電子技術(shù)》教材各個(gè)電路的仿真模型都事先建好備用,當(dāng)講解到哪個(gè)電路時(shí)就可以運(yùn)行這個(gè)模型,改變參數(shù)看電路仿真結(jié)果。
通過(guò)這樣一個(gè)環(huán)節(jié),讓學(xué)生能夠把電力電子變換器的工作原理、物理波形及數(shù)學(xué)關(guān)系等緊密聯(lián)系在一起,從而全面掌握變換器的工作過(guò)程,為學(xué)生提供一種直接感性的學(xué)習(xí)方式,幫助學(xué)生更深刻地理解這門課程。
三、MATLAB/Simulink軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用
傳統(tǒng)本科電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)大都依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是安全、方便管理。但是依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)基本都屬于演示性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),硬件實(shí)驗(yàn)條件很難覆蓋知識(shí)點(diǎn)的各個(gè)方面,動(dòng)手能力提高較慢,同時(shí),學(xué)生誤操作多、實(shí)驗(yàn)裝置損壞較嚴(yán)重,而且出現(xiàn)問(wèn)題不知道如何分析解決,只能等老師來(lái)解決[4],其主要原因是學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握不夠以及對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和操作缺少感性認(rèn)識(shí),直接導(dǎo)致誤操作,學(xué)生應(yīng)掌握的知識(shí)和應(yīng)具備的能力沒(méi)能落到實(shí)處。同時(shí)實(shí)驗(yàn)基本上局限于對(duì)教材中部分理論的驗(yàn)證,不能很好地與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系,這使得教學(xué)工作比工程實(shí)際滯后很多,不能充分實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)于學(xué)生能力的培養(yǎng)和將來(lái)的就業(yè)很不利。
因此,我們?cè)趯?shí)踐教學(xué)中采用實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段相結(jié)合的模式,即先仿真實(shí)驗(yàn)后實(shí)物實(shí)驗(yàn)的雙實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)上,依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行,每章精選出1-2個(gè)實(shí)驗(yàn)作為必做實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生通過(guò)做這些實(shí)驗(yàn),熟悉并掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表的使用方法,在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),各種電力電子器件的性能特性、各種應(yīng)用電路的工作過(guò)程及技術(shù)指標(biāo)也通過(guò)實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證。同時(shí),在現(xiàn)有條件的情況下,針對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題,采用計(jì)算機(jī)模擬仿真的手段進(jìn)行彌補(bǔ),用MATLAB/ Simlink仿真軟件對(duì)電力電子電路進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(10個(gè)課外實(shí)驗(yàn)),教師在課內(nèi)布置要完成的項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目給學(xué)生提出一個(gè)設(shè)計(jì)要求(如設(shè)計(jì)一個(gè)三相交流電到直流電的變換電路,給出這個(gè)直流電源的具體性能指標(biāo),如輸出電壓的變化范圍、電流大小、電壓紋波系數(shù)等等,要求自己選擇元器件,設(shè)計(jì)電路,并最終實(shí)現(xiàn)或仿真驗(yàn)證),要求學(xué)生完成簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)所要求的電路功能,可以讓學(xué)生在課外利用仿真軟件自主完成。教師驗(yàn)證結(jié)果,做到課內(nèi)和課外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,培養(yǎng)自信,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。同時(shí),通過(guò)對(duì)實(shí)際電路的仿真分析,可進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)電路的認(rèn)識(shí)分析和創(chuàng)新能力,彌補(bǔ)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的不足。
四、結(jié)束語(yǔ)
本文提出的基于MATLAB仿真平臺(tái)的“電力電子技術(shù)”教學(xué)模式,以MATLAB/Simulink仿真技術(shù)為工具,探究教學(xué)創(chuàng)新模式為手段,形成理論與實(shí)踐并進(jìn),實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段相結(jié)合,課內(nèi)和課外實(shí)驗(yàn)并進(jìn)的教學(xué)模式,將電力電子技術(shù)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及仿真有機(jī)結(jié)合起來(lái),為課程的教與學(xué)提供了一種新的思路和模式。
該教學(xué)模式已在我校電氣學(xué)院人才培養(yǎng)模式實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)試點(diǎn)班級(jí)中應(yīng)用,取得了較好的教學(xué)效果,學(xué)生在理論知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力兩方面都得到很大提高,通過(guò)應(yīng)用仿真軟件,還可以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)使用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行電路分析和研究,學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)電力電子電路并加以驗(yàn)證,為下一階段的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。也能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性,進(jìn)一步鍛煉了他們自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,提高了學(xué)生的知識(shí)轉(zhuǎn)化能力和實(shí)際動(dòng)手能力。
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1修改人才培養(yǎng)方案人才培養(yǎng)方案制定得是否合理,關(guān)系到本專業(yè)的生存和發(fā)展。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,電類的各專業(yè)的界線越來(lái)越模糊,各學(xué)科相互交叉、相互滲透,電氣專業(yè)傳統(tǒng)的“發(fā)電、輸電、用電”知識(shí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足當(dāng)今人才培養(yǎng)要求。因此,對(duì)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整。由于電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)強(qiáng)電和弱電相結(jié)合的寬口徑專業(yè),而電力電子技術(shù)是諸多學(xué)科相互交集的學(xué)科,是由基礎(chǔ)課到專業(yè)課過(guò)渡的橋梁和紐帶,是強(qiáng)電和弱電的有機(jī)結(jié)合。因此,在修改和調(diào)整人才培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃時(shí),要體現(xiàn)出電氣專業(yè)的“以強(qiáng)電為主、弱電為輔、強(qiáng)弱協(xié)調(diào)”的主導(dǎo)思想,加大教學(xué)力度,要意識(shí)到“電力電子技術(shù)”課程在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中重要性和必要性,以拓寬學(xué)生的知識(shí)面,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力以及擴(kuò)大學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)面。
2教材內(nèi)容的合理取舍任課教師要選擇一本合適的電力電子技術(shù)課程教材作為主教材,再參考其他的輔助教材,取長(zhǎng)補(bǔ)短,主講教師應(yīng)具有寬闊的知識(shí)面及豐富的電力電子工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),注重應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。教材的內(nèi)容既有豐富的理論知識(shí),還要注重工程實(shí)際的應(yīng)用,要體現(xiàn)電力電子技術(shù)發(fā)展的新技術(shù),也要體現(xiàn)出“電力電子技術(shù)”課程是基礎(chǔ)課到專業(yè)課平穩(wěn)過(guò)渡的橋梁,使教材內(nèi)容更符合二本院校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)的要求。主教材中除重點(diǎn)講授交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流四大類基本變流電路及它們的組合之外,還要聯(lián)系當(dāng)今電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用情況,注重電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)及其他工程領(lǐng)域中的應(yīng)用,注重主電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇,還應(yīng)該適當(dāng)介紹SVC、SVG、高壓直流輸電、開(kāi)關(guān)電源、UPS電源、感應(yīng)加熱電源、光伏逆變器等裝置的工作原理和實(shí)際應(yīng)用情況,以適應(yīng)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)寬口徑就業(yè)要求。
3課堂教學(xué)方式改革教學(xué)過(guò)程中應(yīng)以學(xué)生為主,教師為輔,避免一人堂和填鴨式教學(xué)方法,針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的具體情況組織安排教學(xué)內(nèi)容。由于“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容繁多,課堂教學(xué)中需要繪制大量的電路圖和波形圖,以及諸多公式推導(dǎo)及各種參數(shù)計(jì)算等。由于課程學(xué)時(shí)少而教學(xué)內(nèi)容又多,僅僅依靠傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式顯然是達(dá)不到教學(xué)效果的,所以多媒體技術(shù)逐漸走進(jìn)了“電力電子技術(shù)”的課堂教學(xué),大大地提高了課堂教學(xué)效果。這里需要強(qiáng)調(diào)的是,多媒體教學(xué)的引進(jìn)并非完全取消黑板加粉筆的課堂教學(xué)方式,二者應(yīng)該相互協(xié)調(diào)、相輔相成,各有各的長(zhǎng)處。對(duì)于復(fù)雜的電路及波形的繪制和分析,可以充分利用多媒體的音容并茂的特點(diǎn),使學(xué)生更容易理解和掌握電路的基本原理和工作過(guò)程,如以flas的方式顯示電力電子器件的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程、過(guò)電流和過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)程、電路的輸入輸出電壓和電流波形等,使學(xué)生感到生動(dòng)而有趣,使學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)不再枯燥無(wú)味;而對(duì)于簡(jiǎn)單電路的分析以及例題習(xí)題的講解,還是黑板加粉筆的方式顯得更簡(jiǎn)單便捷,更具親和力,加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的互動(dòng)和情感交流??傊?,課堂教學(xué)十分重要,教師要根據(jù)自身的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的素質(zhì),充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段及互聯(lián)網(wǎng)資源,在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi),最大程度地使學(xué)生理解和吸收所學(xué)的知識(shí)。
4改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力,對(duì)原有的電力電子實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行了更新和改造,引進(jìn)近幾年內(nèi)較為先進(jìn)的電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備,對(duì)原有的驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行了修改和調(diào)整,盡量減少簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增大設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比例,根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)和理論教學(xué)情況組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我院現(xiàn)有的電力電子綜合實(shí)驗(yàn)室可開(kāi)出多種實(shí)驗(yàn),囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大電力變換所需的實(shí)驗(yàn),如整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)、交流調(diào)壓及交流調(diào)功實(shí)驗(yàn)、直流斬波實(shí)驗(yàn)、無(wú)源逆變變實(shí)驗(yàn)等。為了培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí),還增設(shè)了開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的知識(shí)交流,也使電力電子課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到課外,對(duì)教學(xué)時(shí)間的不足起了一定程度的彌補(bǔ)作用;同時(shí),在我院的大學(xué)生電子挑戰(zhàn)杯大賽中,部分學(xué)生的競(jìng)賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān),提高了學(xué)生的電力電子技能。另外,我院每個(gè)學(xué)期舉行教師實(shí)踐技能大賽,有相當(dāng)一部分競(jìng)賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān),大大提高了教師的電力電子技術(shù)實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。
5將Matlab仿真軟件引進(jìn)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)Matlab仿真軟件是各院校普遍開(kāi)出的課程,將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程相結(jié)合,在課堂上,利用Matlab仿真軟豐富友好的圖形界面,使學(xué)生更直觀地掌握所學(xué)的知識(shí),也避免了教師畫(huà)電路圖、波形圖的繁瑣及時(shí)間的浪費(fèi);將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,是原有的實(shí)驗(yàn)操作的有益補(bǔ)充,同時(shí)又具備原有實(shí)驗(yàn)裝置不具備的優(yōu)點(diǎn),如解決設(shè)備費(fèi)用高、實(shí)驗(yàn)所花時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大的缺點(diǎn)。而利用仿真教學(xué)工具代替實(shí)際元件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真,既不擔(dān)心元器件損壞,也沒(méi)有任何危險(xiǎn),學(xué)生完全可以在無(wú)人指導(dǎo)的情況下,在任何地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)上自行完成電力電子電路的仿真實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)性實(shí)驗(yàn),這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更重要的是提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和實(shí)際動(dòng)手的能力,會(huì)收到事半功倍的實(shí)訓(xùn)效果。
6課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改革“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革后,在課程教學(xué)的后期,增加了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),由主講教師布置該課程的設(shè)計(jì)任務(wù),為避免雷同,每人一題,主要以電力電子技術(shù)的四大電力變換為核心,結(jié)合工程實(shí)際,根據(jù)給出的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo),要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí),設(shè)計(jì)出總體方案、主電路圖、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等,并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算及元器件選擇。較簡(jiǎn)單的題目,要求制作電路板和元器件焊接,并使用實(shí)驗(yàn)室的儀器和工具進(jìn)行調(diào)試;較復(fù)雜的題目要求用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備驗(yàn)證或進(jìn)行matlab仿真,最終以論文的形式完成課程設(shè)計(jì),并進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的增加,拓寬了學(xué)生的知識(shí)面,提高了學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,是理論與實(shí)踐相結(jié)合的有益補(bǔ)充,同時(shí)為后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)、就業(yè)及將來(lái)打下基礎(chǔ)。
7畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改革為了提高電氣專業(yè)學(xué)生的電力電子技術(shù)理論知識(shí)和工程實(shí)踐能力,近幾年來(lái),在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)過(guò)程中,除了到發(fā)電廠、變電所參觀實(shí)習(xí)外,有相當(dāng)一部分學(xué)生到電力電子裝置的廠家實(shí)習(xí);有時(shí)也請(qǐng)電力電子產(chǎn)品的專家學(xué)者做專題報(bào)告。在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題方面,除了發(fā)電廠、變電所、繼電保護(hù)、電氣照明等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)題目外,許多教師在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中也增加了許多有關(guān)電力電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)課目,如感應(yīng)加熱電源、大功率開(kāi)關(guān)電源、UPS電源、光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)、SVC、SVG、高壓直流輸電等方面的題目。有些設(shè)計(jì)題目還獲得了省級(jí)或校級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文。
二、結(jié)束語(yǔ)
全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是信息產(chǎn)業(yè)部人事司和教育部高等教育司主辦的四大學(xué)科競(jìng)賽之一,是具有權(quán)威性和很大影響力的全國(guó)性電子類專業(yè)大學(xué)生課外科技競(jìng)賽活動(dòng)。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的開(kāi)展,不僅提高了大學(xué)生的電子設(shè)計(jì)制作能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作精神,同時(shí)也促進(jìn)了電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提高。我校自2005年開(kāi)始已連續(xù)參加了三屆,本文依據(jù)我校參賽和培訓(xùn)的情況,淺談我校以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽促進(jìn)電子技術(shù)類課程實(shí)踐教學(xué)改革,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的體會(huì)。
1.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的意義
1.1有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)踐課的興趣
傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的輔助,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多數(shù)是驗(yàn)證理論知識(shí),學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的方法和步驟就可完成實(shí)驗(yàn),整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生完全是被動(dòng)的[1]。這樣的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),難以激發(fā)學(xué)生的對(duì)實(shí)踐教學(xué)的興趣。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求參賽學(xué)生在四天內(nèi)完成從選題、搜集資料、設(shè)計(jì)方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試、測(cè)試、排除故障、做出成品和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的全過(guò)程,并且要求三人組隊(duì)參賽,是對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的全面考核,具有極大的挑戰(zhàn)性[2]。比賽中既要?jiǎng)邮植偈崭迦掌冢?011-4-16基金項(xiàng)目:湖南省教育廳教學(xué)改革資助項(xiàng)目“應(yīng)用型本科電子技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系改革的研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號(hào):湘教通[2009]321號(hào))。作者簡(jiǎn)介:張新安(1957-),男,湖南永州人,本科,副教授,研究方向?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理及實(shí)踐教學(xué)改革。作,又要理論分析。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和參加競(jìng)賽的學(xué)生,其實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力都得到很大的提高,同時(shí)激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的興趣。
1.2有利于增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和就業(yè)能力
在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中能脫穎而出的都是理論知識(shí)扎實(shí),動(dòng)手能力強(qiáng),經(jīng)過(guò)嚴(yán)格訓(xùn)練,具有創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)作精神的優(yōu)秀學(xué)生。無(wú)論獲獎(jiǎng)與否,參加過(guò)培訓(xùn)和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、方案論證、合作精神與創(chuàng)新能力等方面都有很大的提高,在畢業(yè)設(shè)計(jì)中受到老師的青睞,在實(shí)際工作中,表現(xiàn)出較好的獨(dú)立性,創(chuàng)新精神、協(xié)作能力與競(jìng)爭(zhēng)意識(shí),得到社會(huì)及用人單位一致的肯定和好評(píng),增強(qiáng)了就業(yè)能力[3]。
1.3有利于推動(dòng)電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革
電子競(jìng)賽題目是一批高水平的教授、專家根據(jù)電子技術(shù)發(fā)展的最新信息擬出的。選題涵蓋了模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路、單片機(jī)應(yīng)用、可編程器件、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和EDA等課程的內(nèi)容[4],競(jìng)賽中既要考察學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力,又要考察學(xué)生的理論知識(shí)和創(chuàng)新能力;既有涉及知識(shí)面廣、功能多的系統(tǒng)設(shè)計(jì),又有單一功能的電路設(shè)計(jì);既有以指標(biāo)性設(shè)計(jì)為目的的題目,又有以功能性設(shè)計(jì)為目的的題目;既有基本要求,又有發(fā)揮部分,同時(shí)在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中又鼓勵(lì)學(xué)生使用新技術(shù)、新器件和新電路,以滿足先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。所以,對(duì)電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革具有指導(dǎo)和推動(dòng)作用。
2.對(duì)參賽學(xué)生的能力要求
參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生應(yīng)具備的實(shí)踐能力包括[5]:電子元器件的識(shí)別及使用方法、印制電路板設(shè)計(jì)與制作等電子設(shè)計(jì)制作基礎(chǔ);集成直流穩(wěn)壓電源、運(yùn)算放大器電路、信號(hào)產(chǎn)生電路和處理電路、顯示電路和A/D轉(zhuǎn)換器等單元電路設(shè)計(jì);通用鍵盤及顯示電路、單片機(jī)與液晶顯示接口電路、單片機(jī)與D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路等單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì);FPGA最小系統(tǒng)和配置電路的設(shè)計(jì)及FPGA的最小系統(tǒng)板下載等可編程邏輯器件系統(tǒng)設(shè)計(jì),以及資料查閱、綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告等。
3.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中反映的問(wèn)題我校歷屆培訓(xùn)及競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng),主要表現(xiàn)出以下一些問(wèn)題[6]。
(1)查閱參考資料的能力差。在拿到競(jìng)賽題目后,學(xué)生都是先翻教科書(shū),不去查找具有最新技術(shù)的期刊文獻(xiàn),特別是上網(wǎng)搜集資料的能力差。
(2)對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力不強(qiáng)。對(duì)一個(gè)制作項(xiàng)目能夠提出的設(shè)計(jì)方案很少,不能對(duì)方案進(jìn)行充分的論證和比較,生搬硬套參考電路,不能設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單先進(jìn)的電路,綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力較差。反映我們的實(shí)踐教學(xué)缺少綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。
(3)新技術(shù)、新器件的應(yīng)用能力差。有的制作項(xiàng)目如能采用新技術(shù)、新器件,如FPGA、CPLD等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),不僅性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)電路,而且電路簡(jiǎn)單。反映我們的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊,不能緊跟電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
(4)不適應(yīng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。競(jìng)賽中學(xué)生對(duì)競(jìng)賽題目的各類技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和改善上感到無(wú)從下手。
(5)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力不強(qiáng)。競(jìng)賽過(guò)程中,一部分同學(xué)在安裝、焊接、電路調(diào)試、故障查找和排除等過(guò)程中操作不熟練,不能適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格,不能通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納、總結(jié)去分析、解決問(wèn)題。反映我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多,綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)少,學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用能力沒(méi)有得到應(yīng)有的訓(xùn)練。
(6)單片機(jī)知識(shí)的應(yīng)用能力有限。很多競(jìng)賽題要用到單片機(jī)的知識(shí)去完成設(shè)計(jì),部分參賽同學(xué)因單片機(jī)知識(shí)與應(yīng)用能力不夠,未能取得較好的競(jìng)賽成績(jī)。
(7)設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫的質(zhì)量不高。設(shè)計(jì)報(bào)告的格式與內(nèi)容存在很多缺陷,方案論證不夠充分,理論分析不夠嚴(yán)謹(jǐn)。反映我們的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)忽視了實(shí)驗(yàn)報(bào)告這個(gè)重要環(huán)節(jié)。
4.電子技術(shù)類課程的實(shí)踐教學(xué)改革
根據(jù)全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容及要求,針對(duì)學(xué)生在培訓(xùn)和競(jìng)賽過(guò)程中暴露的問(wèn)題,我們對(duì)電子技術(shù)類課程的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了如下改革。
4.1改革實(shí)踐教學(xué)體系
依據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn),結(jié)合我校實(shí)際,將實(shí)踐教學(xué)從理論教學(xué)中分離出來(lái),單獨(dú)設(shè)課、單獨(dú)考核,構(gòu)建起一個(gè)與理論教學(xué)體系相互匹配,相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充,相對(duì)獨(dú)立、科學(xué)優(yōu)化的實(shí)踐教學(xué)體系。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為三個(gè)層次[7]。
(1)基本技能訓(xùn)練層:以電子工藝實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)為教學(xué)內(nèi)容,掌握萬(wàn)用表的使用,電子元器件識(shí)別、檢測(cè),印制板制作、焊接,直流穩(wěn)壓電源組裝,收音機(jī)安裝調(diào)試等基本操作技能。以電路分析、電子測(cè)量、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)容,掌握信號(hào)發(fā)生器和示波器等常用儀器的使用方法,培養(yǎng)正確記錄、處理數(shù)據(jù)及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。
(2)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)層:以電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、EDA技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)的主要內(nèi)容。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì),熟悉常用電子元器件,學(xué)會(huì)查閱元器件手冊(cè)及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)尋找所需資料的方法,讓學(xué)生通過(guò)安裝調(diào)試,學(xué)會(huì)通過(guò)調(diào)整元件參數(shù),滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求。
(3)綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐層:以傳感器技術(shù)及應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)、EDA技術(shù)、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)等課程實(shí)驗(yàn)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等課外活動(dòng)為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),掌握用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和最新的工具進(jìn)行高效的綜合設(shè)計(jì),用組裝的系統(tǒng)電路板,用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具,進(jìn)行“虛、實(shí)、軟、硬”相結(jié)合的現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)踐。要求學(xué)生能獨(dú)立完成從設(shè)計(jì)到制作的全過(guò)程,提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路級(jí)的綜合設(shè)計(jì)能力以及系統(tǒng)級(jí)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和創(chuàng)新能力。
4.2更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
實(shí)踐教學(xué)改革的關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容的改革,要根據(jù)認(rèn)知規(guī)律、學(xué)科特點(diǎn)、實(shí)踐教學(xué)自身的規(guī)律和學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求,更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
(1)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增加應(yīng)用性、設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統(tǒng)和虛擬儀器等先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容[8]。增加單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課時(shí),加強(qiáng)其實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)應(yīng)用,增加EDA技術(shù)和Protel課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課時(shí),加強(qiáng)Protel電路設(shè)計(jì)軟件和EDA電路設(shè)計(jì)仿真軟件的實(shí)踐應(yīng)用;增加電子實(shí)習(xí)課時(shí),增加和競(jìng)賽有關(guān)電路的制作內(nèi)容。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)最新的科技成果,反映運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新的實(shí)驗(yàn)方法,實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)。
(2)增加能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力的工藝性操作實(shí)踐。注重電子元器件特別是新型元器件的使用[9]。元器件選擇方面,除個(gè)別驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仍保留部分分立器件外,其余均采用集成化,數(shù)字化,模塊化的器件,如集成穩(wěn)壓電源、集成運(yùn)放、集成功放、集成A/D,D/A等器件,RAM、EPROM集成電路,以及ASIC可編程控制器。對(duì)于綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),指導(dǎo)學(xué)生選擇最新器件來(lái)完成設(shè)計(jì)。
(3)對(duì)整個(gè)課程體系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化組合,將同類課程體系或同類學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目合并,創(chuàng)建新的綜合實(shí)驗(yàn)課程,實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的互相交叉滲透。修改綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容,把本專業(yè)的理論知識(shí)同單片機(jī)技術(shù)和PLC技術(shù)更多地結(jié)合應(yīng)用,并把電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽知識(shí)結(jié)合其中。
(4)設(shè)立學(xué)生科研基金,資助運(yùn)用新技術(shù)、新器件、新思想的電子設(shè)計(jì)與制作的學(xué)生課題[10]。把科研引進(jìn)教學(xué)過(guò)程,鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研工作和生產(chǎn)中急需解決或探索的實(shí)際問(wèn)題的研究,培養(yǎng)學(xué)生的方案論證、裝配、調(diào)整、檢測(cè),數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、總結(jié)歸納,撰寫科研論文等能力。
4.3改革實(shí)踐教學(xué)方法
(1)實(shí)施開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)在實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐時(shí)間、實(shí)踐方法、組織形式等方面實(shí)行開(kāi)放式教學(xué),打破時(shí)間、空間的限制,提供給學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造的環(huán)境,讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體[11]。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上,設(shè)定必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)的比例,前者保證教學(xué)基本要求和基本技能訓(xùn)練,后者則由學(xué)生根據(jù)自身的條件與興趣,在眾多的實(shí)驗(yàn)課題中選擇,以達(dá)到因材施教的目的。課程設(shè)計(jì)、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),教師只提出設(shè)計(jì)的總體要求和要達(dá)到的效果,不制定統(tǒng)一的參數(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)步驟,給學(xué)生一個(gè)較大的創(chuàng)造空間。提倡方案的多樣性,給學(xué)生充分的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。由學(xué)生完成從方案制定、電路設(shè)計(jì)、元件篩選、焊接組裝、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試到設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫、答辯等全部過(guò)程,教師變指導(dǎo)為引導(dǎo),充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。
(2)增大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的力度在安排好課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上,充分利用實(shí)驗(yàn)室資源,制訂實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放項(xiàng)目、開(kāi)放計(jì)劃。在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間里,為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的同時(shí),還為學(xué)生提供萬(wàn)用表、信號(hào)源、示波器、電類實(shí)驗(yàn)箱、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱等設(shè)備,還安排教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。建立現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)預(yù)約與管理系統(tǒng),在開(kāi)放的平臺(tái)上,選做實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以個(gè)人預(yù)約,預(yù)約的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間、場(chǎng)地、內(nèi)容、指導(dǎo)教師等,這種“集中”和“自由”相結(jié)合的開(kāi)放管理方式,提高了實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的利用率。
(3)開(kāi)設(shè)電子技術(shù)實(shí)踐選修課根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的情況,我們?yōu)殡婎悓I(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)了如“電子制作”、“電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)”等選修實(shí)踐課,內(nèi)容包括簡(jiǎn)單電路、系統(tǒng)電路和有創(chuàng)新特色的電子電路等的設(shè)計(jì)與制作等,為愛(ài)好電子設(shè)計(jì)的學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。
(4)舉辦校內(nèi)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣我校每年舉行的全校大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽,按照全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的方式進(jìn)行,在為電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者提供施展才能機(jī)會(huì)的同時(shí),也為參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔了隊(duì)員。在校領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的支持及全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的影響下,參賽人數(shù)逐年增多,大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽已成為我校學(xué)生最喜愛(ài)的科技活動(dòng)。
(5)認(rèn)真組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽我校是專升本不久的本科院校,電子類專業(yè)的辦學(xué)時(shí)間不長(zhǎng),基礎(chǔ)薄弱,參加全國(guó)性的電子設(shè)計(jì)大賽的經(jīng)驗(yàn)更少,我們把參賽作為學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、取經(jīng)、提高的過(guò)程,參賽成績(jī)逐年提高。