電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

周澤華

摘 要：如何求得經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的大潮中找準(zhǔn)自身的定位并求得自身的發(fā)展，為社會(huì)培養(yǎng)所需要的人才，是各大高校面臨的一大難題，有鑒于此，合肥學(xué)院提出了“地方性、應(yīng)用型、國際化”的辦學(xué)定位，并在全院上下開展了模塊化課程改革的研究和實(shí)踐，取得了較好的實(shí)踐效果。該文論述了合肥學(xué)院電子信息工程系在“電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊”實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一塊所進(jìn)行的最新嘗試和探索，對實(shí)施電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的背景、必要性、具體改革和成效進(jìn)行了初步的探討。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)技術(shù) 模塊化 模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（c）-0149-03

模塊化教學(xué)方法（Modules of Employable Skills，MES）這一概念最初由國際勞工組織于上個(gè)世紀(jì)70年代提出，與傳統(tǒng)教學(xué)方法不同，這一方法強(qiáng)調(diào)深入分析各個(gè)職業(yè)（工種）的特點(diǎn)，并以此作為開發(fā)和制定教學(xué)大綱和教材的依據(jù)，形成類似積木組合式的教學(xué)模塊，具有較強(qiáng)的靈活性和可操作性[1-5]。

合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系面向“電氣信息類”專業(yè)展開的電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊建設(shè)，是將從前的數(shù)字電路、在系統(tǒng)編程技術(shù)、SOPC實(shí)踐課程三門課程內(nèi)容進(jìn)行打散、重組，重新編排進(jìn)而整合成電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊，該模塊建設(shè)以培養(yǎng)學(xué)生能力為出發(fā)點(diǎn)， 力圖將我院“地方性、應(yīng)用型、國際化”的辦學(xué)定位落實(shí)和滲透到各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)輸入為導(dǎo)向”走向“能力輸出為導(dǎo)向”，著力培養(yǎng)學(xué)生的能力，培養(yǎng)符合市場需求的人才。為契合我系現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)課程模塊的整體改革理念和改革思路，有必要對現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)課程模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行深入的研究和探索。

1 電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的提出

2005年以來，我院依循“地方型、應(yīng)用型、國際化”的辦學(xué)定位，積極開展各項(xiàng)教育教學(xué)改革，利用與德國合作辦學(xué)的有利條件，創(chuàng)造性地將德國模塊化人才培養(yǎng)模式移植過來，加以本土化改造，形成了具有我院獨(dú)具特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。在這樣一種大氛圍下，合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系就如何有效地開展并實(shí)施模塊化教學(xué)、如何利用學(xué)院開展模塊化教學(xué)改革的契機(jī)深化教學(xué)改革進(jìn)行了廣泛而深入的探討，取得了良好的教學(xué)效果。在教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的務(wù)實(shí)精神和開拓意識(shí)，提高我院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的質(zhì)量，就需要我們重新思考重新定位實(shí)踐教學(xué)：在推進(jìn)理論教學(xué)的模塊化改革的同時(shí)，必須同時(shí)在實(shí)踐教學(xué)上下“狠”功夫，積極探索并實(shí)踐新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系——唯有理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)“兩手抓”，才能相輔相成，相得益彰，確保我院的模塊化教學(xué)落到實(shí)處。

有鑒于此，合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系在系領(lǐng)導(dǎo)班子的積極部署下，采取了一系列積極的舉措。首先，2007年下半年，我系成立了實(shí)驗(yàn)技術(shù)教研室：實(shí)驗(yàn)室成員主要由中青年博士和碩士擔(dān)任，由他們來承擔(dān)系里的絕大部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)和其它實(shí)踐教學(xué)的工作，確保實(shí)踐教學(xué)的教師班子基礎(chǔ)扎實(shí)；第二，積極鼓勵(lì)并組織中青年教師（特別是實(shí)驗(yàn)教師）擔(dān)任學(xué)生的第二課堂指導(dǎo)教師，這一方面能有效提高我系學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力等綜合素養(yǎng)，另一方面也能積極調(diào)動(dòng)一線教職工的積極性，為他們走在電子信息技術(shù)的最前沿，立足課堂教學(xué)實(shí)踐，不斷總結(jié)反思搭建了一個(gè)嶄新的平臺(tái)。第三，積極組織青年教師參加合肥學(xué)院青年教師大獎(jiǎng)賽，切實(shí)提高一線青年教師的教學(xué)水平和實(shí)踐操作素養(yǎng)，具體到實(shí)踐教學(xué)這一塊時(shí)，我系在教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)步驟、操作規(guī)范、操作流程等方面都作了較詳盡的規(guī)范和指導(dǎo)。第四，組織青年教師去企業(yè)掛職鍛煉。第五，以電子信息與電氣工程系這一團(tuán)體組織為依托，積極鼓勵(lì)中青年教師，特別是實(shí)驗(yàn)教師開展與企業(yè)的橫向合作課題?，F(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)對工業(yè)、商業(yè)、軍事以及日常生活的現(xiàn)代化有著十分重要的影響，如何做好現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)課程模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究，力求減少經(jīng)典，增加現(xiàn)代，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使學(xué)生掌握的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的知識(shí)與技能與時(shí)代的發(fā)展同步，不少高校的電子信息與工程專業(yè)在這一塊都進(jìn)行了新的改革。正是在這種背景下，我們提出了電子設(shè)計(jì)技術(shù)課程模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與探索。

2 電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

針對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法存在的問題和不足，為達(dá)到通過該模塊的教學(xué)，學(xué)生掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和解決方案，將運(yùn)用“教、學(xué)、用、設(shè)計(jì)一體化”的教學(xué)方法。在模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中把整個(gè)模塊實(shí)踐環(huán)節(jié)分為驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四個(gè)層次，使學(xué)生達(dá)到掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和解決方案。

（1） 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)主要是要求學(xué)生掌握軟件、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用與設(shè)計(jì)流程，對書本理論知識(shí)的驗(yàn)證。這個(gè)環(huán)節(jié)主要是設(shè)計(jì)了一些必要完成的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。如：硬件樂曲實(shí)驗(yàn)演示、全加器設(shè)計(jì)（原理圖和vhdl程序設(shè)計(jì)）、表決電路設(shè)計(jì)（原理圖和vhdl程序設(shè)計(jì)）、多路選擇器設(shè)計(jì)等。

（2） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)主要考察學(xué)生的基本電路的設(shè)計(jì)能力，給出一些設(shè)計(jì)指標(biāo)和說明，要求學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路或?qū)懗鲭娐返膙hdl程序。如“8位串入并出寄存器設(shè)計(jì)”，要求學(xué)生用74194、74273、D觸發(fā)器等器件設(shè)計(jì)8為串入并出轉(zhuǎn)換電路，在轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)不變，只有當(dāng)8位一組數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后，輸出才變化一次。

（3） 綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)主要是考察學(xué)生對整個(gè)模塊知識(shí)的掌握與應(yīng)用。比如完成一種通過純硬件演奏樂曲的電路，以《梁?！窞槔?。學(xué)生通過整個(gè)模塊的學(xué)習(xí)，在這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)最終完成電路的軟硬件設(shè)計(jì)。

樂曲演奏系統(tǒng)可以連續(xù)、完整、不失真地演奏樂曲《梁?！?。并提供一定的顯示功能，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)碼管和發(fā)光管中顯示正在演奏的音符，數(shù)碼管顯示的是音符符號(hào)，發(fā)光管亮則代表此音為高音，不亮則代表此音為低音。還可以通過在ROM中增加別的樂曲數(shù)據(jù)，便可演奏別的樂曲。樂曲演奏系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)是在整個(gè)模塊學(xué)習(xí)完成后，學(xué)生應(yīng)該具有電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，能夠根據(jù)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行應(yīng)用。這里以學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)作品手持示波器為例進(jìn)行說明。

通過對示波器的工作原理和結(jié)構(gòu)的分析，總結(jié)手持?jǐn)?shù)字存儲(chǔ)示波器的優(yōu)缺點(diǎn)，采用基于FPGA和SOPC（System-On-a-Programmable-Chip）技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)基于SOPC技術(shù)的手持?jǐn)?shù)字存儲(chǔ)示波器。示波器主要功能指標(biāo)有：2通道、模擬帶寬1MHz、采樣率100Msps、垂直精度8bit、存儲(chǔ)深度8KB、電壓靈敏度1v/div～5v/div（1：1探頭）、掃速范圍1us/div～5s/div、1024點(diǎn)FFT、單次（自動(dòng)）觸發(fā)電壓可調(diào)、480*320/3.5寸高分辨率液晶顯示。示波器系統(tǒng)框圖如圖2所示。

示波器系統(tǒng)硬件由五個(gè)部分組成如圖3所示。前端信號(hào)調(diào)理電路主要由AD603構(gòu)成，它能夠?qū)崿F(xiàn)電壓信號(hào)的分壓、可控增益放大、電壓偏移。增益控制電壓和電壓偏移電路的偏移電壓都是由以AD5320為中心的DA電路產(chǎn)生的。以AD9288為中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)中考慮了對信號(hào)采樣速度、采樣分辨率以及抗干擾等因素。以EP3C10E144C8為基礎(chǔ)的SOPC系統(tǒng)核心控制電路，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，既要實(shí)現(xiàn)對信號(hào)調(diào)理電路、采樣電路、轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)緩存控制，同時(shí)完成信號(hào)的處理和顯示功能。電源電路采用 ASM1117、 LM2576、TPS60403設(shè)計(jì)了1.2V、2.5V、3.3V、5.0V、-5.0V五種電壓的電源電路，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的供電需求。

圖4為所設(shè)計(jì)示波器測試100KHz，峰-峰值1V正弦波結(jié)果圖。示波器設(shè)置在水平掃描速度，垂直分辨率。

5 結(jié)語

日前，緊跟合肥學(xué)院應(yīng)用型本科高校建設(shè)和模塊化人才培養(yǎng)方案各項(xiàng)工作如火如荼地進(jìn)行的步伐，電子信息與電氣工程系“電子設(shè)計(jì)技術(shù)模塊”實(shí)驗(yàn)改革已經(jīng)積累了一定的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其中在課程體系建設(shè)、教學(xué)模式改革、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新及創(chuàng)新人才培養(yǎng)等方面取得了豐碩的成果，系列改革和舉措具有強(qiáng)化能力培養(yǎng)、緊跟電子技術(shù)前沿、注重實(shí)踐創(chuàng)新等顯著特征，對培養(yǎng)適合地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展所需要的電子技術(shù)人才具有積極的指導(dǎo)意義和較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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