現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程教學思考

摘 要：本文針對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程特點和教學過程，對傳統(tǒng)教學環(huán)節(jié)中的問題進行總結(jié)和分析。分別從加強實踐訓練和實際電路設(shè)計，科技學a術(shù)活動，教學團隊優(yōu)化學生學習內(nèi)容和考核辦法改進等給出具體的教改方法，提高了教學效果和學生綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計；教學改革；綜合素質(zhì)

一、引言

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計是我校電子科學與技術(shù)專業(yè)（以下簡稱為“電子”專業(yè)）的一門選修課程。通過該課程的學習與實踐，目的是使學生對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計及原理有一個較為完整和系統(tǒng)的認識，并具有一定工藝分析、解決工藝問題和提高產(chǎn)品質(zhì)量的能力，可以掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主要過程，從專業(yè)的角度對嵌入式計算機系統(tǒng)進行分析設(shè)計，并且掌握ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)。從課程的教學目的可知，本課程要求培養(yǎng)學生在知識綜合應用和動手實踐方面的能力，不僅要求學生具有扎實的基礎(chǔ)知識和對知識的綜合應用思維，還需要學生具有很強的動手能力和應用能力。

近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計方法和手段也在不斷更新和進步。電子系統(tǒng)設(shè)計方法在快速發(fā)展的電子技術(shù)應用中不斷受到挑戰(zhàn)。從傳統(tǒng)手工設(shè)計方法到EDA設(shè)計方法，從分立元件系統(tǒng)到集成電路設(shè)計，從PCB集成系統(tǒng)到芯片集成系統(tǒng)（SoC），從純硬件系統(tǒng)設(shè)計到硬件與軟件結(jié)合的系統(tǒng)開發(fā)，新型電子系統(tǒng)層出不窮，其設(shè)計理念也發(fā)生著革命性的變化。這使得企業(yè)不僅需要畢業(yè)生在進入該領(lǐng)域時具備良好的專業(yè)能力和素質(zhì)，更需要他們了解和形成現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的團隊思維方式和綜合設(shè)計方法。同時，學校要促進教學知識與時俱進，培養(yǎng)符合社會需要的實用型工程技術(shù)人才，提高學生的就業(yè)競爭力；也要對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程的教學方法和教學模式進行深刻的思考和改進。

二、存在的問題

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程的傳統(tǒng)教學模式主要包括理論授課和實踐實驗兩個部分。理論授課主要包括對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的方法、思維、工具、應用基礎(chǔ)的介紹與強化，常用處理器及其體系結(jié)構(gòu)的應用、設(shè)計、改進知識和FPGA重構(gòu)思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學授課過程中需要貫穿系統(tǒng)設(shè)計方法和設(shè)計思想。實踐實驗則以上機實驗為主，進行規(guī)定實驗內(nèi)容的驗證、觀察和簡單電路的原理設(shè)計。電子系統(tǒng)課程所存在的問題主要在教學方法和人才培養(yǎng)方面。

1.教學方法問題

在幾年的教學過程中，筆者通過思考和分析課程教學中的問題以及學生的反饋意見，總結(jié)了以下幾點問題：

（1）基礎(chǔ)知識不牢。教師在課堂授課、實踐過程中不能很好地將各門課程綜合應用，各門課程間缺乏溝通，學生無法將所學知識串連起來，進行綜合應用。

（2）教學內(nèi)容有所欠缺。學生對處理器知識的理解和實際軟件編程思維不夠深刻，習慣于有實驗手冊指導條件下的慣性實驗模式，一旦教師讓他們進行開放性實驗來完成設(shè)計時，就無法形成系統(tǒng)性思維，各自為戰(zhàn)，團隊意識不強。

（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績=平時成績+期末考試成績”的計算方式，學生疲于應付考試，應試態(tài)度明顯，不去思考本門課程所學內(nèi)容與先修課程和本學期其他課程的關(guān)聯(lián)，只去死記硬背些條條框框，對于思考題和實際現(xiàn)象無法進行有效分析，形成了固化思維。

2.人才培養(yǎng)問題

除此之外，電子專業(yè)在人才培養(yǎng)方面也存在一些問題，主要體現(xiàn)在學生學習主動性以及創(chuàng)新活動的參與度上：

（1）2013年前，電子專業(yè)在全國大學生電子設(shè)計大賽、遼寧省機器人設(shè)計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃等體現(xiàn)和鍛煉綜合素質(zhì)的活動中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側(cè)面反映出學生對所學習的C語言程序設(shè)計、模擬電子、數(shù)字電子、單片機原理、EDA與VHDL語言等課程的綜合應用能力較差，學習和參與的主動性和積極性不高，綜合設(shè)計能力不強。

（2）根據(jù)對學生就業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生在畢業(yè)后兩年內(nèi)從事與本專業(yè)相關(guān)的研發(fā)、技術(shù)設(shè)計、理論研究工作的人數(shù)不到畢業(yè)人數(shù)的20%，其他學生多選擇改行。在校學生對本專業(yè)的認可度也普遍偏低，選擇考研的學生中有90%選擇了外校。

三、課程改進的方法

為使學生能夠更好地掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程內(nèi)容，并真正提高系統(tǒng)設(shè)計思維和教學效果，我系針對上面出現(xiàn)的問題進行思考，對所發(fā)現(xiàn)的問題進行教學環(huán)節(jié)的切實改進。

1.加強實踐訓練和實際電路設(shè)計

實際的動手訓練和電路設(shè)計，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見故障問題，并加強對學生實際設(shè)備操作和實用能力的培養(yǎng)。采用理論教學和實踐教學結(jié)合的項目驅(qū)動方式，由教師結(jié)合實際工作經(jīng)驗和教學需要，對學生下發(fā)開發(fā)板、相關(guān)元器件，改變傳統(tǒng)僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說教方式完成對電子系統(tǒng)各組成元器件的認知，以硬件電路的設(shè)計與開發(fā)實踐項目為引導，使學生全程接觸實際電路和處理器，以實際項目為驅(qū)動進行電子系統(tǒng)設(shè)計流程、方法、步驟的掌握和訓練。教師將STC單片機公司和德州儀器公司贈送的開發(fā)板下發(fā)給學生，學生2～3人一組進行實際項目的開發(fā)和學習，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機開始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，為后續(xù)FPGA處理器設(shè)計打下良好的應用思維基礎(chǔ)。

2.以科技學術(shù)活動為激勵

學校以全國大學生電子設(shè)計大賽、遼寧省機器人設(shè)計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃等科技學術(shù)活動為激勵，通過相關(guān)大賽培養(yǎng)學生的應用能力，激發(fā)他們的學習積極性和自主性。通過這幾年的積極引導，筆者發(fā)現(xiàn)，學生在以上競賽和活動的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國大學生電子設(shè)計大賽省級競賽一等獎、二等獎各2項，參與3人次；獲批大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃國家級立項2項，省級立項3項，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區(qū)一等獎1項，二等獎2項，參與2人次；獲遼寧省機器人設(shè)計大賽二等獎1項，三等獎1項，參與12人次；參與校級及其他各類科技學術(shù)活動50余人次。這些大賽不但提高了學生的專業(yè)綜合素質(zhì)，還提高了學生的總結(jié)能力、文檔設(shè)計能力、電路設(shè)計和軟件編程能力。

3.教學團隊形式優(yōu)化學生學習內(nèi)容

本專業(yè)教師聯(lián)合為同一教學團隊，在提高教學質(zhì)量和學生動手能力的目標下，盡量為學生設(shè)計一個統(tǒng)一的綜合性題目，增強學生的能力，同時，使各門課程的知識點相輔相成、互相印證，使學生更容易將所學知識進行綜合和理解。

4.考核辦法改進

考核辦法從六個方面考核綜合訓練完成的成績，即報告、設(shè)計能力、動手實踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問題的程度以及綜合訓練過程中的工作態(tài)度等。其中，報告占14%、設(shè)計和實踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓練設(shè)計掌握程度占6%、課堂研討回答出的問題占7%、綜合訓練過程中的工作態(tài)度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創(chuàng)見性題目。同時，教師可以鼓勵學生發(fā)表學術(shù)論文，以學術(shù)論文替代期末考試。

增加小組設(shè)計和小組討論環(huán)節(jié)，教師團隊設(shè)定十組中等難度的綜合應用設(shè)計題目，將學生按2～3人一組進行實踐項目分組，完成設(shè)計白皮書（包括系統(tǒng)需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統(tǒng)電路設(shè)計，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進行答辯。組員各負其責，完成各自項目中的任務，教師和學生一起進行實際項目的需求分析、設(shè)計步驟安排、實驗驗證等環(huán)節(jié)。這樣，可以使學生在學習之余提高團隊合作能力和綜合運用知識的能力。經(jīng)實際操作此過程，學生反應強烈，討論和學習動力增加，分組實踐情況如圖所示。

分組實踐現(xiàn)場

四、結(jié)束語

本文在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程教學和本專業(yè)教學的基礎(chǔ)上，對本課程的教、學、練等三個方面進行設(shè)計和改進，發(fā)揮和突出本專業(yè)應用特色，并且從幾年來的實踐效果看，新的改進方法增強了學生學習的主動性和教學過程中的靈活性，提高了學生綜合能力素質(zhì)和成果比例。

參考文獻：

[1]宋曉梅.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計教程[M].北京：北京大學出版社，2011.

[2]張金.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：劉超（1981— ），男，遼寧省朝陽市人，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、FPGA結(jié)構(gòu)。