創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)課程體系的建設(shè)與實(shí)施

陳平平，張志堅(jiān)

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東 東莞 523808)

·實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、探索與創(chuàng)新·

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)課程體系的建設(shè)與實(shí)施

陳平平，張志堅(jiān)

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東 東莞 523808)

為了更好地發(fā)揮創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的功能，使學(xué)生得到完整而全面的知識積累和工程開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為將來的職業(yè)生涯打下基礎(chǔ)，制定了完善的培訓(xùn)課程體系。東莞理工學(xué)院通過合理安排大一至大四的四年時間，在注重理論知識的基礎(chǔ)上，增加大量的實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)例的練習(xí)來積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，該培訓(xùn)課程的實(shí)施達(dá)到了夯實(shí)學(xué)生知識基礎(chǔ)，提高實(shí)踐動手能力和工程研發(fā)能力的目的。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室；培訓(xùn)；工程實(shí)踐

東莞理工學(xué)院地處珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛的東莞市，自升級為本科院校以來，學(xué)院確定了人才培養(yǎng)的定位，即：立足東莞，以培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的，具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型工程人才為目標(biāo)[1]。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是提高學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要整體[2-3]，為此我院成立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，配有專任教師管理和指導(dǎo)，并提供了院級和校級大學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新項(xiàng)目供學(xué)生申請并提供經(jīng)費(fèi)支持。目前我院建有500多平方米的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，提供200個座位，每個座位上都配備直流穩(wěn)壓電源、示波器、信號發(fā)生器、萬用表、電工工具箱、開發(fā)板、實(shí)驗(yàn)箱等基本設(shè)備與工具。同時，還配備有若干臺邏輯分析儀、頻譜分析儀、LCR測試儀、掃頻儀、高精度臺式萬用表等精密儀器。另外，還有激光雕刻機(jī)、電鋸、PCB雕刻機(jī)、金屬切割機(jī)、回流焊、波峰焊等大型加工設(shè)備。使學(xué)生在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制板、焊接、調(diào)試、外觀成型等一系列的步驟都能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。在參考眾多學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室人才培養(yǎng)課程體系的基礎(chǔ)上[4-13]，我院也建設(shè)了完善的人才培養(yǎng)系統(tǒng)并得到良好的實(shí)施。

1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)入制度

2 培訓(xùn)課程體系

按照目前的學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室制度，主要是通過能力考核。如果按照正常的教學(xué)體系，等學(xué)生學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課，特別是專業(yè)課時已經(jīng)是大三大四了。這時才申請進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，有些偏晚。而且完全靠學(xué)生自己的興趣，自己提前去自學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課，然后再考核進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室也是比較難的。所以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提供了大一到大四一系列的培訓(xùn)課程。同時提供一定量的思政課程，主要是道德修養(yǎng)、法律與安防、職業(yè)規(guī)劃等方面的講座。

考慮到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師的精力有限，所以培訓(xùn)主要是由高年級學(xué)生來培訓(xùn)低年級學(xué)生。教師只培訓(xùn)非常重要的課程(特別是需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的課程和新興技術(shù)課程)，或是某些課程的核心部分。如模擬電子技術(shù)必須由教師來講授，C語言和單片機(jī)技術(shù)主要由三年級較為優(yōu)秀的同學(xué)來進(jìn)行講課，最后由教師進(jìn)行一個2個學(xué)時的重點(diǎn)、要點(diǎn)點(diǎn)評和實(shí)際開發(fā)使用過程中的易錯或注意事項(xiàng)。主要是要發(fā)揮教師的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢。電子元件、儀器儀表主要由二年級的優(yōu)秀學(xué)生來指導(dǎo)。

2.1 大一時期

大一時期的四門課程是公開課，是對所有想進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生都開放的。課程有C語言編程、51單片機(jī)(C語言)、電子元器件認(rèn)識和焊接技術(shù)和儀器儀表使用。在正常教學(xué)體系中，C語言課程內(nèi)容稍微偏簡單，主要介紹入門和簡單的使用方法，在指針、結(jié)構(gòu)體方面的教學(xué)要求較低。而在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的培訓(xùn)體系中，要補(bǔ)上這個短板，同時采用單片機(jī)與C語言幾乎同步的培訓(xùn)計(jì)劃。以單片機(jī)為實(shí)體平臺，在單片機(jī)上編程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。既能同時學(xué)習(xí)兩門課程，因又能增加課程的趣味性。即C語言比單片機(jī)先10個學(xué)時的課程。在C語言的前10個學(xué)時，培訓(xùn)使用的編譯器是VC6.0，而在后面的54個學(xué)時中，使用單片機(jī)的開發(fā)軟件——KEIL3.0。在前10個學(xué)時，主要講授C語言的常量、變量，運(yùn)算符，表達(dá)式與語句，數(shù)組，函數(shù)等6個內(nèi)容。目的是入門，然后在學(xué)習(xí)單片機(jī)時，進(jìn)行在實(shí)踐中學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。在后面與單片機(jī)一塊講授的C語言內(nèi)容主要是函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體等三大C語言的重點(diǎn)與難點(diǎn)，單片機(jī)的培訓(xùn)基礎(chǔ)內(nèi)容有IO口的輸入輸出控制、定時計(jì)數(shù)器的使用、中斷和串口等4大部分內(nèi)容合計(jì)36個學(xué)時，并由創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一提供單片機(jī)入門學(xué)習(xí)板。要求實(shí)驗(yàn)時必須使用C語言進(jìn)行編程。這兩門課的基礎(chǔ)內(nèi)容在大一第一學(xué)期就能培訓(xùn)完，然后給學(xué)生2個大作業(yè)題，要求能完成者方能繼續(xù)跟班培訓(xùn)。對于能完成2個大作業(yè)的學(xué)生，將繼續(xù)進(jìn)行單片機(jī)技術(shù)的培訓(xùn)，主要有單片機(jī)的總線系統(tǒng)，串行總線技術(shù)(包括RS485、SPI、IIC)，鍵盤與顯示技術(shù)(包括LCD、LED點(diǎn)陣、觸摸屏)。同時，還要進(jìn)行電子元件的認(rèn)識與焊接技術(shù)的培訓(xùn)，期間將利用東莞的地理位置優(yōu)勢安排到電子廠參觀，學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程。儀器儀表的使用，主是學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源、示波器、信號發(fā)生器和萬用表等4種儀器儀表的使用。特別是示波器，重點(diǎn)講授對不同信號的測量方法的區(qū)別，注意項(xiàng)目與技巧。

2.2 大一暑假時期

大一暑假，是個很好的時間，基本上有兩個月的時間，整整相當(dāng)于一學(xué)年的課余時間。主要培訓(xùn)模擬電子技術(shù)(112學(xué)時)、數(shù)字電子技術(shù)(96學(xué)時)與電路設(shè)計(jì)與仿真(120學(xué)時)，課程主要以實(shí)踐為主，以模擬電子技術(shù)為例，理論課程56學(xué)時，實(shí)踐課程56學(xué)時。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常的課程體系的教學(xué)學(xué)時，目的為了是讓學(xué)生充分深入地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，理論學(xué)時由有工程經(jīng)驗(yàn)的老師來上課。實(shí)踐課程主要是大四較為優(yōu)秀的高年級學(xué)生來輔導(dǎo)，這三門課的培訓(xùn)先后順序是，電路設(shè)計(jì)與仿真先6個學(xué)時；然后是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)再同步講授。這樣做的目的是，學(xué)生在學(xué)習(xí)模擬電子或是數(shù)字電子技術(shù)時，特別是實(shí)踐課程時，都要求先理論分析，再仿真分析；最后是實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)還要求是學(xué)生自己焊接實(shí)驗(yàn)電路板。到了后半期時，即電路設(shè)計(jì)與仿真的PCB制板的內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢后，模擬、數(shù)字課程的實(shí)驗(yàn)板，將由學(xué)生自畫實(shí)驗(yàn)板的PCB，并在PCB雕刻機(jī)上雕刻出PCB，最后焊接實(shí)驗(yàn)。大一暑假同時也是接受進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的申請時間。學(xué)習(xí)在申請后，可邊做考核項(xiàng)目邊學(xué)習(xí)新內(nèi)容。

2.3 大二時期

大二時期，是微控制器學(xué)習(xí)時間。即兩個學(xué)期都是學(xué)習(xí)微控制器的相關(guān)內(nèi)容。第一學(xué)期是92個學(xué)時的單片機(jī)(包含微機(jī)原理與匯編語言)培訓(xùn)，這次培訓(xùn)的內(nèi)容是對大一的內(nèi)容的補(bǔ)充。主要講授微機(jī)原理36學(xué)時、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)28學(xué)時和匯編指令28學(xué)時。采用大二時才培訓(xùn)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和匯編指令的方式，是因?yàn)檫@部分內(nèi)容相對枯燥且比較難理解。學(xué)習(xí)在學(xué)會單片機(jī)的控制后，正返回來學(xué)習(xí)，能夠更有興趣深入地學(xué)習(xí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和匯編指令，為將來學(xué)習(xí)其他系列的單片機(jī)、微處理器打好基礎(chǔ)。

寒假與第二學(xué)期是培訓(xùn)增強(qiáng)型51單片機(jī)、PIC單片機(jī)或Cortex m3系列的ARM。從大二第二學(xué)期開始采用逐步引導(dǎo)自學(xué)的培訓(xùn)方式，即老師不進(jìn)行大量的講課，而只是講授基本的入門方法與要點(diǎn)。后面的讓自己查看實(shí)驗(yàn)箱手冊與芯片手冊進(jìn)行自學(xué)。即增強(qiáng)型51單片機(jī)理論授課學(xué)時為18學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐學(xué)時為90個學(xué)時。PIC單片機(jī)或Cortex m3的理論課學(xué)時為28個學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課學(xué)時為120個學(xué)時。培訓(xùn)增強(qiáng)型51目的是為了讓學(xué)生接觸更多的51單片機(jī)，特別是那些集成了ADDA、SPI、IIC、CAN、PWM、USB、TCPIP和多個定時器、多外中斷口等等模塊的單片機(jī)。PIC單片機(jī)與Cortex m3系列的ARM是二選一進(jìn)行培訓(xùn)的，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇一門課進(jìn)行學(xué)習(xí)。PIC是目前工業(yè)上應(yīng)用廣的單片機(jī)，這種單片機(jī)從4～32位，從小引腳、低成本到高速、高性能都有。而Cortex m3是新興的高性價比的32位處理器，在中低端的控制領(lǐng)域有取代各種單片機(jī)的趨勢。因?yàn)榇笠粫r的培訓(xùn)過程中進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)與仿真課程的學(xué)習(xí)，所以在整個大二的微控制器學(xué)習(xí)期間，要求學(xué)生結(jié)合學(xué)習(xí)計(jì)劃進(jìn)行一定量的電路設(shè)計(jì)(PCB制板)，要求一年內(nèi)的PCB制板(雕板)數(shù)量大于20塊。

2.4 大二暑假時期

大二暑假時期是二選一的培訓(xùn)，學(xué)生可選擇USB技術(shù)或是TCPIP技術(shù)，各有350個學(xué)時，其中理論授課學(xué)時為50個學(xué)時。在學(xué)習(xí)USB方面要求學(xué)生必須掌握一種USB控制器包括(主控制器、從控制器、OTP控制器)和集成USB控制器的處理器的使用。因?yàn)閁SB是較為復(fù)雜的通信協(xié)議，在描述和使用這些協(xié)議時，需要應(yīng)用大量的結(jié)構(gòu)體、針指函數(shù)來進(jìn)行描述與使用。即學(xué)生在學(xué)習(xí)USB技術(shù)的同時也深入地學(xué)習(xí)C語言編程，學(xué)習(xí)大規(guī)模代碼的編寫方法和培養(yǎng)良好的代碼編寫習(xí)慣。TCPIP技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)所使用的通信協(xié)議，協(xié)議龐大復(fù)雜，也是大量地使用了結(jié)構(gòu)體與指針。即通過大二暑假的培訓(xùn)，把學(xué)生鍛煉為：能夠靈活、熟練地應(yīng)用C語言進(jìn)行大規(guī)模代碼(超過一萬行)編寫，且PCB制板超過20次具有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生。

2.5 大三時期

大三時，學(xué)生就可根據(jù)自己的興趣選擇一門技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究，主要有ARM-Linux、FPGA、DSP等三大技術(shù)方向。此時，將不再進(jìn)行理論課的講授，主要是學(xué)生自己看課本和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行學(xué)習(xí)。在整個大三期間要求學(xué)生必須繪制并雕刻超過20塊PCB，外發(fā)工廠制板(四層板以上)5次以上。即要求在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生在大四之前，就已經(jīng)達(dá)到甚至遠(yuǎn)超過正常教學(xué)體系中要求的知識積累和實(shí)踐技能。

2.6 大三暑假時期

大三暑假是全國電子競賽或是省級電子競賽的集訓(xùn)時間，大三的學(xué)生是參加9月份電子競賽的主力，暑假期間創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室根據(jù)電子競賽的特點(diǎn)，組織進(jìn)行針對電子競賽方面的相關(guān)培訓(xùn)。從選題、到選方案、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元件選擇、焊接調(diào)試、論文撰寫等等一系列過程。

2.7 大四時期

大四是學(xué)生在大學(xué)的最后一年，此時學(xué)生需要的是真正的工程訓(xùn)練，這些就可把學(xué)生配置到教師的科研項(xiàng)目組中，承擔(dān)部分的科研任務(wù)，進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目開發(fā)，積累工程經(jīng)驗(yàn)。

3 實(shí)施效果

為了驗(yàn)證培訓(xùn)課程系統(tǒng)的實(shí)施效果，我們統(tǒng)計(jì)了培訓(xùn)課程體系實(shí)施前(2006年～2009年)后(2010年～2014年)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)。學(xué)生參與申請的國家發(fā)明專利由原來的2項(xiàng)提高到6項(xiàng)；實(shí)用新型專利由原來的3項(xiàng)提高到12項(xiàng)；參加學(xué)科專業(yè)競賽(如大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽)由原來的一般只獲得省級2等獎或3等獎的提高到1等獎和2等獎，甚至有了國家獎的突破。參與老師科研方面也由原來的只有少數(shù)幾個人能參與，變?yōu)榛旧纤写笏膶W(xué)生都能成為教師的科研得力助手。以上數(shù)據(jù)表示，通過完善的培訓(xùn)課程后，使學(xué)生夯實(shí)了知識基礎(chǔ)，大大地增加了實(shí)踐動手能力，為將來的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

通過制定完善的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)課程體系、超前學(xué)習(xí)和大量的工程實(shí)踐鍛煉，使用學(xué)生得到加強(qiáng)型的知識積累和各方面技能的鍛煉。達(dá)到了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室人才培養(yǎng)和能力鍛煉的目的。

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Construction and Implementation of Innovative Laboratory Training Curriculum System

CHEN Pingping, ZHANG Zhijian

(College of Electronics Engineering， Dongguan University of Technology， Dongguan 523808，China)

In order to better take advantage of the innovation laboratory, make the students get complete and comprehensive knowledge accumulation and project experience and lay solid foundation for future career, the perfect training system is lay down. Through reasonablely arranging the four years from freshman to senior, on the basic of laying emphasis on theoretical knowledge, add large amounts of experiments and engineering practices to accumulate experience in engineering practice. Practice shows that the training course successfully gets to the destination of consolidating students’ basic knowledge and improving students’ abilities on practice and engineering research.

innovation laboratory; train; engineering practice

2015-01-05；修改日期: 2015-01-30

教育部財(cái)政部第4批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目(TS11659);廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目-地方本科院校工程人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐(BKZZ2011053);東莞理工學(xué)院2013年教學(xué)研究與改革項(xiàng)目。

陳平平(1983-)，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：嵌入式與測控系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

G423.06；G647.1

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.020