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全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽參賽學(xué)生的人數(shù)從1994年第一屆600余名增加到今年第11屆14200余名。獲全國一等獎(jiǎng)的學(xué)生隊(duì)從1994年的11個(gè)隊(duì),增加到今年的127個(gè)隊(duì)。人數(shù)翻了24倍,獲獎(jiǎng)的隊(duì)數(shù)也翻了11余倍。我們學(xué)校參賽的情況也是如此。大賽之所以受到越來越多的學(xué)校重視,吸引越來越多的學(xué)生參加,規(guī)模越來越大,關(guān)鍵在于:大賽開創(chuàng)了一個(gè)讓全國大學(xué)生都能參加的“展示電子設(shè)計(jì)能力”的巨大舞臺(tái)。也為高校提供了一個(gè)交流“教學(xué)改革研究與實(shí)踐”經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái)。因此,大賽促進(jìn)了高校的教學(xué)改革,調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,讓一批優(yōu)秀人才脫穎而出。
由此可見,學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽,既要熟練地掌握電子電路的基本理論和方法,還要具有選用新器件的能力。在電子設(shè)計(jì)大賽的促進(jìn)下,課內(nèi)教學(xué)與課外活動(dòng)應(yīng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。我們在這方面做了一些探索性的工作。
二、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的改革
我們將低頻、高頻、數(shù)字邏輯電路等實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化,成為“電子線路設(shè)計(jì)與測試”課程,面向信息學(xué)院開課。該課程分為三個(gè)層次:基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)-綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)-設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)”。各個(gè)層次的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法是:(1)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn):開設(shè)一定數(shù)量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),包括模擬電路、數(shù)字電路以及高頻電路三門課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用EDA進(jìn)行仿真、比較實(shí)驗(yàn)與仿真的結(jié)果。(2)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn):以集成電路和可編程器件為主,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、裝調(diào)電子電路,培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力,啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。(3)設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn):打破多門課程界線,進(jìn)行綜合性、研究性課題設(shè)計(jì),如電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),CPLD/FPGA的數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),電子系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)與仿真。
采用“三開放”的教學(xué)方法,即(1)時(shí)間開放:學(xué)生可以通過上網(wǎng)預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)儀器1人1組。(2)內(nèi)容開放:學(xué)生完成基本的實(shí)驗(yàn)后,可以擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(3)元器件開放:與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的所有元器件發(fā)給學(xué)生,由學(xué)生保管。學(xué)生每做完一個(gè)實(shí)驗(yàn)課題,教師收集學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問題,組織同學(xué)課堂討論,還可以在課堂上提問,師生共同討論。理論與實(shí)踐相結(jié)合,學(xué)生以自學(xué)為主,實(shí)驗(yàn)為主,教師現(xiàn)場指導(dǎo)的方法進(jìn)行教學(xué),同時(shí)還用多媒體課件給學(xué)生講授20學(xué)時(shí)的理論課,介紹電子線路的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)思路,新器件和EDA技術(shù)的應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)測試方法等問題。
三、實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的教學(xué)方法
1.先理論后實(shí)踐的缺點(diǎn)
電子類課程理論較難掌握,相當(dāng)一部分學(xué)生成績較差,分析其原因,課程理論知識(shí)比較難只是一方面,最重要的是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高,覺得理論知識(shí)沒有用處。而參加電子設(shè)計(jì)大賽的同學(xué)學(xué)習(xí)卻非常輕松。由于比賽的題目多數(shù)都是和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,甚至要求設(shè)計(jì)一種全新的產(chǎn)品,學(xué)生在制作過程中會(huì)深刻體會(huì)到理論知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的作用,實(shí)際問題的解決要靠理論知識(shí)來支撐。教師無數(shù)次地強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的重要性也沒有學(xué)生一次實(shí)際經(jīng)歷給他們的印象深刻。
2.實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的作用及效果
低年級的同學(xué)參賽前沒有學(xué)習(xí)電子類課程,相關(guān)的知識(shí)也只是中學(xué)階段和課外自學(xué)獲得的,并沒有系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)。因此在實(shí)際制作過程中,會(huì)遇到很多問題無法解決,使他們帶著問題學(xué)習(xí)理論課程,問題解決后,也已掌握大部分的理論內(nèi)容。因此,在電子課程的教學(xué)中,我們采用實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的教學(xué)方法。具體實(shí)施如下:
教師在先實(shí)踐后理論的教學(xué)中要起主導(dǎo)作用。主要是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣。在指導(dǎo)實(shí)踐過程中,教師對電路原理只做簡單的講解,告知學(xué)生如何應(yīng)用相關(guān)組件,并強(qiáng)調(diào)在后續(xù)的理論課程學(xué)習(xí)中會(huì)學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)。在理論課程教學(xué)中,以學(xué)生制作過的電路等為實(shí)例,結(jié)合課程內(nèi)容詳細(xì)講解其工作原理,讓學(xué)生懂得電路為什么能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。在開始的實(shí)踐引導(dǎo)下掌握好理論知識(shí),再將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去,是我們的教學(xué)目的。理論后的實(shí)踐是學(xué)生自主應(yīng)用理論知識(shí)的過程,這時(shí)我們給學(xué)生提供的只是場所,由他們自由發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力,目的明確地設(shè)計(jì)和制作小產(chǎn)品。
3.與項(xiàng)目教學(xué)法相結(jié)合
我們在先實(shí)踐后理論的教學(xué)中緊密聯(lián)系項(xiàng)目教學(xué)方法,以實(shí)現(xiàn)一定功能的機(jī)器人設(shè)計(jì)和組裝作為主要項(xiàng)目,結(jié)合電源設(shè)計(jì)、功放設(shè)計(jì)和收音機(jī)組裝等純電子線路設(shè)計(jì),對學(xué)生進(jìn)行基本的電子實(shí)踐訓(xùn)練。教師全程參與到教學(xué)過程中去,從純粹的知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)過程的組織者和指導(dǎo)者。
在初始階段,教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者,根據(jù)教學(xué)目標(biāo)由教師或師生共同確定教學(xué)項(xiàng)目。教師要幫助學(xué)生完成信息的收集、計(jì)劃的制定與論證。由于我們是機(jī)電專業(yè),強(qiáng)調(diào)機(jī)械電子相結(jié)合,我們給學(xué)生推薦的項(xiàng)目是機(jī)器人設(shè)計(jì)和組裝,機(jī)器人是典型的機(jī)械電子產(chǎn)品,既有機(jī)械設(shè)計(jì)部分,又有電子控制部分,能讓學(xué)生對機(jī)械電子結(jié)合有很深的感性認(rèn)識(shí),能夠很好地滿足教學(xué)要求。
設(shè)計(jì)制作過程中,教師對學(xué)生遇到的問題進(jìn)行引導(dǎo)解決,對于部分自主學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生,可以鼓勵(lì)他們自主學(xué)習(xí),自行解決問題。解決一個(gè)問題學(xué)習(xí)到的知識(shí)遠(yuǎn)比純粹的理論講授印象深得多。
設(shè)計(jì)制作結(jié)束后的評價(jià),以制作結(jié)果的性能可靠性作為主要的評價(jià)依據(jù),還參考制作過程中對遇到問題的主動(dòng)解決能力。這種實(shí)踐主要以激發(fā)學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性為目的,因此并不作為成績記錄,讓學(xué)生無須擔(dān)心最后的成績,可以盡情發(fā)揮自己的想象力,在教師總的要求下,做出有自己特色的產(chǎn)品來。
1典型的設(shè)計(jì)
ASIC現(xiàn)在電子產(chǎn)品更新極快,復(fù)雜度也在不斷提高,有時(shí)候一個(gè)看起來比較簡單電子系統(tǒng)它的組成也許是數(shù)萬的中小規(guī)模集成電路,這樣就使電子系統(tǒng)經(jīng)常遭遇耗能高、可靠性低等問題的挑戰(zhàn)。ASIC芯片是對此問題進(jìn)行改善的一個(gè)有效途徑。它包涵了FPGA和CPLD器件,F(xiàn)PGA/CPLD是實(shí)現(xiàn)EDA的基礎(chǔ),也是EDA思想的最終表述手段,屬于高密度的可編程邏輯器件,一般像樣品的研制或者是批量不大的產(chǎn)品開發(fā)它們都能適用,并且極大的縮短設(shè)計(jì)周期,削減開銷,避免風(fēng)險(xiǎn),使產(chǎn)品能夠盡快上市。FPGA和CPLD的結(jié)構(gòu)有所不同,前者是標(biāo)準(zhǔn)的門陣列,而后者是與或陣列,但是二者的集成度及易用性都頗為相似,因而可以并駕齊驅(qū)。當(dāng)然二者也有各自的特點(diǎn),其差異表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)顆粒粗細(xì)不同。與CPLD相比,F(xiàn)PGA的顆粒相對細(xì)一些,它的一個(gè)顆粒只是邏輯宏單元,而CPLD的則是邏輯宏塊。(2)適用結(jié)構(gòu)不同。FPGA更適合應(yīng)用于觸發(fā)器相對豐富的結(jié)構(gòu)之中,CPLD比較適合應(yīng)用于觸發(fā)器有限但是積項(xiàng)特別豐富的結(jié)構(gòu)之中。(3)編程方式不同。FPGA在邏輯門下就可以實(shí)現(xiàn)編程,多采用改變內(nèi)部布線的方式,具備很強(qiáng)的靈活性。GPLD只有在邏輯快下才可實(shí)現(xiàn)變成,多采用修改已經(jīng)固定了的內(nèi)連電路的邏輯功能的方式,速度更快。(4)功能消耗不同。FPGA消耗小,CPLD消耗比較而言大一些。
2EDA技術(shù)在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
EDA技術(shù)屬于一種層次比較高的電子設(shè)計(jì)方式,也可以稱作系統(tǒng)級設(shè)計(jì)方法,它以概念來驅(qū)動(dòng),電子設(shè)計(jì)工作者并不需要利用門級原理圖,只是針對確定了的設(shè)計(jì)目標(biāo)就可以實(shí)現(xiàn)對電路的描述,這樣一來,就少了電路細(xì)節(jié)的約束和限制,使設(shè)計(jì)可以更多的放開從而更具創(chuàng)造性,待設(shè)計(jì)人員有了概念構(gòu)思之后,再講高層次描述輸入到計(jì)算機(jī)中去,EDA系統(tǒng)在規(guī)則驅(qū)動(dòng)下就會(huì)自動(dòng)完成整個(gè)電子的設(shè)計(jì)。如此,新的概念就可以在段時(shí)間中就成為產(chǎn)品,基于EDA技術(shù)的電子設(shè)計(jì)流程如圖1所示:可以看到電子EDA技術(shù)設(shè)計(jì)的工作流程包括:系統(tǒng)劃分、VHDL代碼或圖形的輸入、代碼級功能仿真、送配前時(shí)序仿真、編程下載、ASIC實(shí)現(xiàn)。電子設(shè)計(jì)的第一步是借助文本或者是圖形編輯工具將設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出來,即實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)描述。第二步是借助編譯器實(shí)施錯(cuò)排編譯,也即HDL程序輸入,至于選擇那種輸入形式并不一定,一般設(shè)計(jì)的原理圖比較直觀,所以不難掌握,也不難被接受,并且編輯器中可供利用的單元器件非常多,這時(shí)候就給設(shè)計(jì)者提供了根據(jù)自己需要選擇表達(dá)的方式的機(jī)會(huì),倘使是編譯文件是VHDL文件,那么在進(jìn)行綜合之前還要進(jìn)行的一項(xiàng)重要工作就是仿真,就是把設(shè)計(jì)原程序送入VHDL仿真器之中,這個(gè)仿真過程可以有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。第三步就是綜合,溝通軟件和硬件設(shè)計(jì),待綜合后,就可以生成網(wǎng)表,針對網(wǎng)表,可以實(shí)施功能仿真,從而保證設(shè)計(jì)描述嚴(yán)格遵循并符合設(shè)計(jì)意圖,仿真功能實(shí)際上只是從邏輯功能上對電子設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測,并不涉及器件的一些硬件方面的特性,例如典型的有延遲特性,一些不甚嚴(yán)格的設(shè)計(jì),這一層仿真通常可以省去。最后一步是編程下載,通過仿真確定設(shè)計(jì)正確無誤后,利用FPGA/CPLD來完成邏輯映射操作,適配,最后利用JTAG編程器或者其它下載設(shè)計(jì)項(xiàng)目到目標(biāo)器件PFGA之中,完成系統(tǒng)級設(shè)計(jì)。
3基于EDA技術(shù)的電子設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)
1目前專業(yè)教學(xué)中存在的問題
1.1重視理論教學(xué),輕視實(shí)踐教學(xué)理論與實(shí)踐不相適應(yīng),所講理論知識(shí)與現(xiàn)場應(yīng)用中的實(shí)際問題有一定的距離,不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。許多學(xué)生理論基礎(chǔ)尚可而動(dòng)手能力較差,參與意識(shí)較強(qiáng)而工程素養(yǎng)不足,這反映出這些學(xué)生平時(shí)重理論而輕實(shí)踐、重軟件而輕硬件,理論設(shè)計(jì)正確卻無法在工程上實(shí)現(xiàn)。
1.2教學(xué)方法和能力培養(yǎng)要求不相適應(yīng)主要體現(xiàn)在我們的教學(xué)方式仍然是以教師講為中心,學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)力沒有充分發(fā)揮出來。它注重了完整的教學(xué)體系和規(guī)格化的培養(yǎng)模式,忽略了學(xué)生的個(gè)性培養(yǎng)。教育學(xué)家多年來提倡的因材施教沒有得到應(yīng)有的重視,不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。
1.3考核方法和素質(zhì)提高不相適應(yīng)目前我們實(shí)行的考試方法仍然是以課本理論知識(shí)為主,以閉卷筆試為主,注重死記硬背,不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
1.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊由于長期使用傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,形式單一,實(shí)驗(yàn)安排過多過細(xì),重復(fù)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)太多而自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)少,單科性實(shí)驗(yàn)多而綜合性實(shí)驗(yàn)少,采用傳統(tǒng)的方法多而應(yīng)用最新的技術(shù)少。這樣的教學(xué)模式削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,阻礙了學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)揮和實(shí)踐能力的提高。1.6缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的高水平教師競賽的成績是學(xué)校教師的教學(xué)水平和科研能力的綜合表現(xiàn),不同學(xué)校學(xué)生實(shí)踐能力之間的差別,反映出教師教學(xué)水平之間的差距。而西部地區(qū)高校面臨的一個(gè)共同問題就是缺乏高水平的師資。
2以電子設(shè)計(jì)競賽促進(jìn)教學(xué)改革
電子設(shè)計(jì)競賽的舉辦為電子信息教學(xué)的改革指明了方向和提供了契機(jī),下面就從教學(xué)計(jì)劃調(diào)整、課堂教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、課外活動(dòng)安排、師資隊(duì)伍建設(shè)等方面探討電子信息教學(xué)改革。
2.1重新制訂教學(xué)計(jì)劃重構(gòu)課程體系,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和發(fā)揮個(gè)性特長以及協(xié)作能力為重要依據(jù)修訂專業(yè)教學(xué)計(jì)劃。教學(xué)計(jì)劃修訂的主要內(nèi)容有:調(diào)整理論教學(xué)學(xué)時(shí),加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。壓縮課內(nèi)學(xué)時(shí)數(shù),減小必修課程數(shù)量,增大實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),從而減輕學(xué)生負(fù)擔(dān),讓學(xué)生有更多的時(shí)間參與實(shí)踐,提高其動(dòng)手能力。
2.2改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容,適應(yīng)電子時(shí)代要求首先應(yīng)調(diào)整電子技術(shù)課程內(nèi)容。隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展,集成器件的廣泛應(yīng)用,對課程內(nèi)容必須不斷充實(shí)和更新。在教學(xué)中,在強(qiáng)調(diào)基本原理、基本分析方法的同時(shí),應(yīng)注意增講新器件,增加有應(yīng)用前景的專用集成電路,使基本原理與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。例如,在功率放大電路部分可以增加介紹應(yīng)用廣泛的LA4100~LA4102集成功放,從連接方式說明如何根據(jù)要求將芯片分別構(gòu)成OCL和OTL功放。在電源部分增加介紹三端直流穩(wěn)壓電源CW78、CW79系列,可調(diào)式三端穩(wěn)壓電源CW317系列,以及擴(kuò)展輸出電壓、電流的方法。通過對新器件和專用集成電路的介紹,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并為將來從事本專業(yè)的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.3改革實(shí)驗(yàn)課程體系、內(nèi)容和方法注重提高實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量,激發(fā)大學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)踐教學(xué)的積極性,盡可能多地安排設(shè)計(jì)性、綜合性和開放性的實(shí)驗(yàn),修訂實(shí)驗(yàn)大綱,將單一驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)逐步轉(zhuǎn)向科學(xué)驗(yàn)證、分析設(shè)計(jì)、系統(tǒng)綜合相結(jié)合。(1)改進(jìn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué),加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要由模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路分析等專業(yè)基礎(chǔ)課的配套實(shí)驗(yàn)組成,以基本電子器件的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋理論教學(xué)課程中的重要知識(shí)點(diǎn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生處于被動(dòng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理的狀態(tài),盡管有些收獲,但成效不顯著。因此,以電子設(shè)計(jì)競賽為契機(jī),改革傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,讓學(xué)生在掌握了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上,在應(yīng)用實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中增設(shè)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)、集成電路實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生通過安裝調(diào)試,學(xué)會(huì)在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試元件參數(shù),以滿足實(shí)驗(yàn)要求。通過簡單的設(shè)計(jì)使學(xué)生熟悉常用元器件,并掌握快速查閱元器件手冊及通過網(wǎng)絡(luò)搜尋所需資料的方法,使他們能正確選擇所需器件,并能進(jìn)行器件之間的參數(shù)匹配。并通過電子實(shí)習(xí),安排學(xué)生裝配收音機(jī),使他們熟練使用電烙鐵和萬用表等工具和儀器儀表,對電路的制作、安裝和調(diào)試有一定的了解和掌握。(2)增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由老師擬定設(shè)計(jì)題目,提出設(shè)計(jì)要求,給出主要參考器件,由學(xué)生設(shè)計(jì)電路原理圖、焊接實(shí)際電路、測試電路數(shù)據(jù)、繪制電路波形、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告,這些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)的完成,能促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)由知識(shí)到技能,再由技能到素質(zhì)的躍變,從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,可以鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)思維能力,建立一定的工程意識(shí),培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí),提高動(dòng)手能力。(3)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入一些新器件(如CPLD、FPGA等)和新技術(shù)(如EDA、電子電路軟件仿真、虛擬儀器技術(shù)等),從而豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和手段,提高實(shí)驗(yàn)課的技術(shù)含量。EDA是電子器件與電子設(shè)計(jì)發(fā)展的技術(shù)潮流,由此掌握EDA技術(shù)是對當(dāng)今電子工程師的最基本要求。學(xué)院建立了EDA實(shí)驗(yàn)室,積極開展EDA的教學(xué),提高了學(xué)生電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的水平。(4)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng),推動(dòng)教學(xué)改革。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)在大量增加,教學(xué)時(shí)數(shù)要求壓縮,課時(shí)資源緊張是一大難題。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)的不足,解決了上述矛盾。另外也解決了經(jīng)費(fèi)緊張、器件品種和數(shù)量少等現(xiàn)實(shí)問題,有些不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜實(shí)驗(yàn),則可以用仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。
2.4改革考試方式采用理論閉卷考試、實(shí)驗(yàn)開卷考試、實(shí)物設(shè)計(jì)考試等綜合考核方法。例如讓學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)規(guī)模不太大的電子系統(tǒng),讓他們在課下先設(shè)計(jì)好,然后來實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試或用有關(guān)電子虛擬軟件進(jìn)行仿真,根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能否達(dá)到題目要求、電路是否合理、花費(fèi)時(shí)間長短來確定成績。
2.5加強(qiáng)學(xué)生的課外實(shí)踐活動(dòng)(第二課堂)學(xué)院所有的實(shí)驗(yàn)課都對學(xué)生課外開放。另外建立專門的電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室,在開放實(shí)驗(yàn)室里除了配備信號源、示波器、萬用表等常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備外,還應(yīng)配備單片機(jī)開發(fā)器,DSP實(shí)驗(yàn)板,計(jì)算機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備,為學(xué)生課外科技活動(dòng)提供實(shí)驗(yàn)場地和儀器設(shè)備,為部分優(yōu)秀學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的環(huán)境,提供發(fā)揮創(chuàng)新思維、展現(xiàn)創(chuàng)造力的廣闊空間。
2.6加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)由于設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的開出,特別是學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽要涉及到模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路、通信原理、單片機(jī)技術(shù)、可編程器件等多門課程,因而對實(shí)驗(yàn)教師就提出了更高的要求。傳統(tǒng)課程體系下的教師,如果不繼續(xù)學(xué)習(xí)更新知識(shí),難以從容面對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和發(fā)展。要求教師必須具有更寬的知識(shí)面和更豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),會(huì)應(yīng)用新器件、新技術(shù)才能勝任當(dāng)前的教學(xué)工作。我校從2007年參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽以來,先后獲得了四個(gè)省級一等獎(jiǎng),五個(gè)省級二等獎(jiǎng)。通過參加競賽,促進(jìn)了學(xué)校電子信息工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)了動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
1對電子設(shè)計(jì)競賽高職組試題的探討
大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽命題一般是以電子電路(含模擬和數(shù)字電路)應(yīng)用設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容,可以涉及模-數(shù)混合電路、單片機(jī)、可編程器件、EDA軟件工具和PC機(jī)(主要用于開發(fā))的應(yīng)用。題目包括“理論設(shè)計(jì)”和“實(shí)際制作與調(diào)試”兩部分,著重考核學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)的能力,考核學(xué)生的創(chuàng)新精神和獨(dú)立工作能力,考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能(制作、調(diào)試)。具體的競賽試題一般具有特定工程背景,其涉及的專業(yè)知識(shí)面廣,綜合應(yīng)用性強(qiáng)。在給定功能和性能參數(shù)要求的情況下,由一個(gè)參賽隊(duì)在四天內(nèi)共同設(shè)計(jì)、制作完成。起初在競賽的選題上,高職院校的參賽選手與本科生沒有什么區(qū)別,都是從同一組試題中進(jìn)行選題,其競賽的成績與本科生差距明顯,多數(shù)參賽隊(duì)伍都難以按要求完成其中的理論設(shè)計(jì)部分。從2007年開始,組委會(huì)采用了本科生組(甲組)和高職高專學(xué)生組(乙組)分開的兩組競賽題目,高職組的題目相對本科組除難度小些,要求降低外,其他方面并沒有多大區(qū)別,仍然是以電路的綜合設(shè)計(jì)與制作為主,評分標(biāo)準(zhǔn)也大體相同。從今年9月份舉辦的競賽來看,仍是這種情況,給人的感覺只是本科生試題要求的縮水。競賽對高職生在理論設(shè)計(jì)上的要求分量顯得過重,與當(dāng)前高職教學(xué)改革的方向似乎有些偏離。高職教育在我國經(jīng)歷了十多年的發(fā)展,全國各類高職院校成立之初,課程的設(shè)置與本科院校同類專業(yè)差別不大,許多課程只是本科課程的壓縮。隨著高職教學(xué)改革的深入開展,其培養(yǎng)目標(biāo)和職業(yè)崗位定位越來越清晰。教育部對高職生的培養(yǎng)目標(biāo)是要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力與實(shí)踐能力,要求學(xué)生畢業(yè)后從事生產(chǎn)第一線的設(shè)備維護(hù)、維修、安裝、調(diào)試等工作,這與就業(yè)市場對高職生的需求是相符的。高職的課程改革也逐漸走上了以就業(yè)為導(dǎo)向,校企合作、工學(xué)結(jié)合的道路。在這種趨勢下,大學(xué)生電子競賽對高職生在電路綜合設(shè)計(jì)方面的要求則難以發(fā)揮導(dǎo)向作用,以至于一些院校為了應(yīng)付競賽而另外為參賽選手開設(shè)培訓(xùn)課程的情況。既然競賽專門開設(shè)了高職高專組,在題目的設(shè)計(jì)和要求上是否能多考慮高職教育的特點(diǎn)和職業(yè)崗位的要求,不僅在難度上與本科組有所區(qū)別,在競賽的側(cè)重點(diǎn)和評分標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)有所不同。例如本科組可側(cè)重綜合設(shè)計(jì),高職組側(cè)重制作和測試,這樣更符合不同層次的高等院校對人才培養(yǎng)的定位要求。
2綜合設(shè)計(jì)型人才難以成為高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)
雖然高職生也是從每年的高考中錄取的,但是在入學(xué)分?jǐn)?shù)上畢竟比本科生差了一個(gè)等次,這個(gè)差距反映出他們的中學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力與本科生的差距。許多學(xué)生讀高職是想學(xué)一門專業(yè)技術(shù),希望在動(dòng)手能力上強(qiáng)于本科生,在今后的就業(yè)市場上找到屬于自己的位子。基礎(chǔ)、能力和心理上的定位預(yù)期決定了他們中的大多數(shù)人難以在電子電路的綜合設(shè)計(jì)上有所作為。電子信息技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的高新技術(shù),其理論抽象、高深,初學(xué)者不容易理解和掌握。高職生由于中學(xué)的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差,教學(xué)中他們普遍反映專業(yè)理論課程的學(xué)習(xí)難度大,感到內(nèi)容抽象、難以掌握,理論考試不及格的情況在各高職院校都較為普遍。另外,高職生在校學(xué)習(xí)時(shí)間短,也制約了他們深入、全面地學(xué)習(xí)電子信息技術(shù)和相關(guān)知識(shí)。許多高職生實(shí)際在校學(xué)習(xí)時(shí)間為2年或2年半,最后一年或半年學(xué)校安排到企業(yè)實(shí)習(xí)。所以每屆參賽的高職生,多以二年級的學(xué)生為主,以他們的課程安排來說,還只是學(xué)了一些基礎(chǔ)理論,加上近年來的高職教學(xué)改革更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)操能力,許多理論課程被壓縮,或降低要求,有設(shè)計(jì)要求的課程很少。在這種情況下,培養(yǎng)的高職生大多數(shù)不具備綜合全面的設(shè)計(jì)能力。因此,課程難度與學(xué)習(xí)時(shí)間的限制決定了難以將高職生培養(yǎng)成為電子電路方面的設(shè)計(jì)型人才。就業(yè)市場對高職生的需求和定位也越來越清晰,多數(shù)電子企業(yè)并不要求高職生具備設(shè)計(jì)開發(fā)電子產(chǎn)品的能力。以我校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)多年來畢業(yè)生的就業(yè)情況來看,在電子行業(yè)工作的大多數(shù)畢業(yè)生都是從事電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造與維修工作,只有極個(gè)別的學(xué)生有機(jī)會(huì)從事電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)。因此,就業(yè)的導(dǎo)向也決定了高職電子信息類專業(yè)教學(xué)不能以培養(yǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)型的人才為目標(biāo)。
3以專業(yè)職業(yè)崗位技能要求為導(dǎo)向設(shè)計(jì)高職競賽題目
高職院校的辦學(xué)目標(biāo)定位就是要培養(yǎng)出符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的高素質(zhì)技能型人才,其核心任務(wù)就是要提高學(xué)生的職業(yè)技能與綜合職業(yè)素質(zhì)。在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)領(lǐng)域,職業(yè)崗位對高職生技能的要求是能夠從事更高級、更復(fù)雜、更精細(xì)的工作。如果考慮到目前高職教育的特點(diǎn),以電子專業(yè)職業(yè)崗位技能要求為導(dǎo)向設(shè)計(jì)高職電子競賽試題,可以從兩方面考慮出題,一是以電子電路的制作與測試為主;二是以電子產(chǎn)品故障的分析與維修為主。這兩方面是電子信息專業(yè)的高職生要掌握的主要職業(yè)技能,把這兩方面的職業(yè)技能要求引入到競賽中,通過賽項(xiàng)的設(shè)計(jì)將引導(dǎo)高職泛信息類相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)改革、人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新方向。大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽高職高專組的命題設(shè)計(jì),可以側(cè)重考核參賽者的電路制作與測試能力,降低對電路綜合與程序設(shè)計(jì)要求,甚至不做要求,直接給出電路原理圖和控制程序,變設(shè)計(jì)制作為分析、制作和測試為主。讓高職生在識(shí)讀電路原理功能、弄清信號流程、讀懂程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行PCB電路板的設(shè)計(jì)制作;元器件的選擇安裝;程序的輸入調(diào)試;電路功能的實(shí)現(xiàn);整機(jī)性能參數(shù)的測量。以充分反映參賽的高職生對電路的理解和將圖紙變?yōu)閷?shí)物的技能水平。全國職業(yè)院校技能大賽高職電子信息類的選題,可以以電子產(chǎn)品故障的分析與維修為主。今年全國職業(yè)院校技能大賽高職組的“芯片級檢測維修與信息服務(wù)”試題,就是按照完整的芯片級維修工作過程設(shè)計(jì)競賽題目,競賽內(nèi)容體現(xiàn)實(shí)際工作過程的真實(shí)性。今后的競賽若能以電子產(chǎn)品整機(jī)的維修作為競賽項(xiàng)目(如數(shù)字電視、手機(jī)、電腦、數(shù)碼產(chǎn)品等),在一個(gè)產(chǎn)品上設(shè)置多種故障,能涉及更多更全面的維修知識(shí)和技能。對高職生的維修技能要求應(yīng)與經(jīng)驗(yàn)型維修有所區(qū)別,應(yīng)重點(diǎn)要求能從硬件和軟件原理分析,儀器檢測等分析復(fù)雜故障,寫出故障分析報(bào)告。對于一般的維修技能也應(yīng)有所要求,如根據(jù)電路板繪出局部電路圖、軟件的擦寫、芯片的拆焊、元器件的代換、維修工具的使用等。
4高職電子信息專業(yè)培養(yǎng)的能力目標(biāo)定位
1、如何引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好本門課程;當(dāng)今時(shí)代ProtelDXP等制圖軟件的應(yīng)用已經(jīng)非常普及,不論是高等院校還是中等職業(yè)學(xué)校,它都是電類專業(yè)的學(xué)生必須掌握的工具之一。因此學(xué)校必須要具備上這門課的條件——需要足夠的計(jì)算機(jī)設(shè)備,這樣學(xué)生才有大量的實(shí)操時(shí)間。如果光是紙上談兵,學(xué)生根本就沒有興趣。所以教師應(yīng)合理安排理論內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容的比例,充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。在課程結(jié)構(gòu)安排上,應(yīng)堅(jiān)持以工作過程為主線,以學(xué)生能力為本位,以學(xué)生就業(yè)為導(dǎo)向,從簡單到復(fù)雜,從單一到綜合,形成一系列彼此聯(lián)系、層次漸近的工作任務(wù)。以參與,體驗(yàn),互動(dòng),交流,合作的方式充分發(fā)揮學(xué)生的認(rèn)知能力,調(diào)動(dòng)他們已有的知識(shí)儲(chǔ)備,在實(shí)踐中感知,體驗(yàn)學(xué)習(xí)所帶來的快樂。
2、采用何種教學(xué)方法,讓學(xué)生有計(jì)劃和目的,學(xué)習(xí)更充實(shí);重理論而輕實(shí)踐的傳統(tǒng)教學(xué)方法無疑已經(jīng)暴露出嚴(yán)重的弊端。當(dāng)前許多院校已經(jīng)開始重視這門課程實(shí)踐教學(xué)的重要性,但理論知識(shí)與實(shí)踐操作結(jié)合不緊密,也是一個(gè)值得深入探討的問題。若在教學(xué)過程中,引入若干與實(shí)際應(yīng)用能夠緊密結(jié)合的具有典型功能且相對完整的小型項(xiàng)目,以項(xiàng)目為課程的知識(shí)載體,圍繞項(xiàng)目進(jìn)行組織和開展教學(xué),使學(xué)生直接參與項(xiàng)目的全過程從而解決實(shí)際問題,引導(dǎo)學(xué)生“學(xué)中做,做中學(xué)”,并能夠在整個(gè)項(xiàng)目完成過程中積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和問題解決策略,這就是項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)理念。項(xiàng)目教學(xué)法在實(shí)施過程中,不再以孤立地講解某個(gè)知識(shí)點(diǎn)為中心,而是對原有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重組,并使知識(shí)服務(wù)于技能,技能服務(wù)于任務(wù),使教學(xué)內(nèi)容更加符合崗位需求。教師在進(jìn)行必要的知識(shí)點(diǎn)點(diǎn)播之后,按照項(xiàng)目實(shí)施過程中的關(guān)鍵步驟設(shè)置工作任務(wù),以學(xué)生為主體,由學(xué)生自主完成項(xiàng)目,同時(shí),教師提供一定的指導(dǎo)和監(jiān)控,對學(xué)生的課上及考試作品進(jìn)行檢查、評價(jià),以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和崗位適應(yīng)能力,提升職業(yè)素養(yǎng)。
3、如何在后續(xù)課程中使學(xué)生能力得以鞏固和提高;《電子設(shè)計(jì)CAD》要配備課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、集中實(shí)訓(xùn)、認(rèn)證培訓(xùn)等后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)。在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,使得熟練使用ProtelDXP成為學(xué)生的一項(xiàng)基本技能,也使這門課程不再單一的成為學(xué)習(xí)目標(biāo),而能與其他課程緊密結(jié)合起來,更有助于學(xué)生實(shí)踐能力的提高。集中實(shí)訓(xùn)是一種講、練結(jié)合,更注重實(shí)際操作的教學(xué)模式,它可以體現(xiàn)學(xué)生的主體地位,實(shí)現(xiàn)學(xué)生樂于接受,樂于實(shí)踐的目的,進(jìn)而迸發(fā)出更高的學(xué)習(xí)興趣和熱情,從被動(dòng)灌輸變?yōu)橹鲃?dòng)汲取,若條件允許,集中實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果最佳。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加全國性的PCB工程師職業(yè)資格認(rèn)證,培養(yǎng)雙師型人才,在提升學(xué)生知識(shí)能力的同時(shí),也提升了學(xué)生的就業(yè)幾率。
4、如何合理利用教學(xué)設(shè)備能夠?qū)⒗碚撨\(yùn)用于實(shí)踐;環(huán)保型多功能快速制板機(jī)STR-FII采用透明環(huán)保型的制作工藝,10分鐘制作單面板,1小時(shí)制作含過孔鍍鎳工藝的雙面板,非常適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)和小批量PCB生產(chǎn)。該設(shè)備的引進(jìn)為《電子設(shè)計(jì)CAD》課程能夠理論聯(lián)系實(shí)際提供了強(qiáng)有力的平臺(tái),學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)和上機(jī)操作只能提升軟件操作的熟練程度,而通過制板機(jī)能夠親手制作一塊PCB,這無疑是對學(xué)生設(shè)計(jì)水平的一次強(qiáng)有力的反饋,哪里走線太細(xì),哪里布局不合理,哪里規(guī)則設(shè)置不正確等問題在學(xué)生之間頻繁展開討論,學(xué)習(xí)氣氛十分濃厚,設(shè)計(jì)的反復(fù)修改不僅進(jìn)一步提高了學(xué)生上機(jī)操作的熟練水平,同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從而更能夠適應(yīng)今后的崗位需求。利用STR-FII快速制板設(shè)備,學(xué)生可以參與到教師的科研項(xiàng)目、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)競賽等時(shí)間要求緊迫的實(shí)踐中來,讓學(xué)生在第二課堂得以淋漓盡致的發(fā)揮。