電子信息技術(shù)專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程教學(xué)方法的改革與探討

吳占雄　曾毓　高明煜　黃繼業(yè)

【摘要】隨著技術(shù)進(jìn)步，社會(huì)對電子信息技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量要求越來越高。作為高等學(xué)校電子信息技術(shù)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程在培養(yǎng)學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力方面起到了重要作用。本專業(yè)對該課程進(jìn)行“以系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，以項(xiàng)目為導(dǎo)向”新模式的教學(xué)方法改革與嘗試。經(jīng)過多學(xué)期實(shí)踐，取得了良好效果，不但能夠提高學(xué)生系統(tǒng)規(guī)劃能力，也可增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。本文對該課程的建設(shè)方法與成果進(jìn)行了一些總結(jié)，并提出一系列更深層次的探索性課題。

【關(guān)鍵詞】電子技術(shù) 電子系統(tǒng) 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

【基金項(xiàng)目】浙江省高等學(xué)校精品課程建設(shè)項(xiàng)目。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）31-0250-02

隨著科技的快速發(fā)展，社會(huì)對電子信息技術(shù)類人才的需求日趨旺盛，同時(shí)對其培養(yǎng)質(zhì)量也提出了更高要求，使得電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐成為高校電子信息類專業(yè)的一門極其重要的基礎(chǔ)課程[1]。為了取得良好的教學(xué)效果，須對理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)對教學(xué)方法與手段加以改革，為學(xué)生樹立起系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想并運(yùn)用到工程實(shí)踐中，提高學(xué)生系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力[2]。另外，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也是成就高校學(xué)生個(gè)性發(fā)展和動(dòng)手能力的重要途徑，采用主動(dòng)性實(shí)踐教學(xué)理念組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)施以學(xué)生為中心、以項(xiàng)目為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的可行路徑[3]。最后課程考核指標(biāo)的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的能動(dòng)意識、創(chuàng)新意識[4， 5]。根據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，基于學(xué)院豐富的實(shí)驗(yàn)資源，本文提出了“以系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，以項(xiàng)目為導(dǎo)向”的新教學(xué)模式，通過系統(tǒng)實(shí)例架構(gòu)起知識點(diǎn)，以項(xiàng)目來驅(qū)動(dòng)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過分類考核指標(biāo)激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，大大提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合能力，增強(qiáng)其社會(huì)競爭力。

一、當(dāng)前電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程的教學(xué)現(xiàn)狀

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，所面向的授課對象主要為有一定軟硬件基礎(chǔ)的大三學(xué)生。作為電子信息技術(shù)專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課，對本科生的培養(yǎng)質(zhì)量起著重要作用。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及的知識很全面，需要學(xué)生具備電路分析與設(shè)計(jì)、單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)、匯編及C語言編程、軟硬件調(diào)試等知識或技能。但是由于授課方法陳舊及缺乏配套實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們往往只浮于知識表面，不能用系統(tǒng)的觀點(diǎn)去歸納和理解所學(xué)過的電子知識，更不能去實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子系統(tǒng)。這門課程在教學(xué)上的困境和挑戰(zhàn)歸納起來主要有以下四個(gè)方面：

1.如何使學(xué)生建立起“系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的概念

電子系統(tǒng)是指能夠完成某一特定功能的電子設(shè)備，包括硬件與軟件。雖然大三階段學(xué)生學(xué)過一些電子技術(shù)相關(guān)知識，但仍沒有建立起“系統(tǒng)”概念，還不清楚如何去定義一個(gè)電子系統(tǒng)，更不清楚如何根據(jù)具體的性能指標(biāo)去實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)。

2.如何使學(xué)生把學(xué)過的知識納入到“系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的框架中來

雖然電子信息技術(shù)專業(yè)學(xué)生上過模擬/數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)、C語言等課程，但都只是當(dāng)作“知識”來學(xué)習(xí)，缺乏把知識應(yīng)用到實(shí)踐中去的訓(xùn)練。而電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，不但需要學(xué)生具有扎實(shí)的硬件與軟件基礎(chǔ)，還要熟悉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。

3.如何使學(xué)生從“被動(dòng)設(shè)計(jì)”過渡到“主動(dòng)設(shè)計(jì)”

當(dāng)給定需求指標(biāo)后，學(xué)生一般只是消極地去實(shí)現(xiàn)功能，不會(huì)主動(dòng)去做全面考慮，顧此失彼。在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，如何把學(xué)生的“被動(dòng)”轉(zhuǎn)化成“主動(dòng)”，在有限的實(shí)驗(yàn)條件下能自覺地去全面考慮各種因素。

4.如何樹立學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)其創(chuàng)新主動(dòng)性

當(dāng)前很多學(xué)生在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程上表現(xiàn)出“懶惰”現(xiàn)象，對于設(shè)計(jì)性題目首先想到的解決方法是“山寨”，作品中缺乏自己的想法，缺乏亮點(diǎn)，無創(chuàng)新意識。在當(dāng)前電子技術(shù)快速發(fā)展的形式下，“懶惰”學(xué)生將無法滿足社會(huì)和企業(yè)的需求，會(huì)被逐漸淘汰。

為解決這些問題，我們深入探索了各種教學(xué)思想和方法，提出了“以系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，以項(xiàng)目為導(dǎo)向”的教學(xué)新理念，并根據(jù)培養(yǎng)要求在授課內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)制定、考核辦法等方面提出具體教學(xué)改革措施，對提高學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力具有良好作用，從而為社會(huì)培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型電子設(shè)計(jì)人才。 新時(shí)期下，電子信息技術(shù)類專業(yè)必須建立緊跟電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展的教學(xué)機(jī)制，不斷創(chuàng)新授課模式，采用先進(jìn)實(shí)踐教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)其實(shí)踐創(chuàng)新熱情。

二、教學(xué)內(nèi)容總體設(shè)計(jì)

本專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程內(nèi)容的設(shè)置充分依托本系學(xué)科優(yōu)勢，在緊跟前沿、兼顧基礎(chǔ)的原則下，對理論與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合。理論部分采用專題方式進(jìn)行授課，偏重于講解知識的實(shí)際應(yīng)用場景，避免泛泛而談；實(shí)驗(yàn)部分主要為綜合性設(shè)計(jì)題目，給出性能指標(biāo)后由學(xué)生（兩人一組）自主進(jìn)行設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生按照企業(yè)研發(fā)“項(xiàng)目”的過程一步步來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)考核要綜合考慮系統(tǒng)性能、穩(wěn)定性、成本等多個(gè)因素。在上述思想的指導(dǎo)下，我們經(jīng)過對國內(nèi)部分高校的電子設(shè)計(jì)類課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研和對比，并結(jié)合本專業(yè)實(shí)際情況，對電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程進(jìn)行如下改革與探索。

（一）理論內(nèi)容

在授課中緊密結(jié)合學(xué)生所學(xué)的模電、數(shù)電、單片機(jī)、C編程語言等知識，引導(dǎo)學(xué)生去主動(dòng)思考各種設(shè)計(jì)方法的來源和應(yīng)用場合。為達(dá)到良好教學(xué)效果，采用專題式授課方式，每一專題講述一類內(nèi)容，每一專題用2-4個(gè)學(xué)時(shí)完成。理論內(nèi)容主要包括三大部分內(nèi)容：模擬電子、數(shù)字電子、高速電路。模擬部分主要包括運(yùn)放電路、功放電路、直流電源等專題；數(shù)字部分主要包括ARM單片機(jī)、串行總線、ARM單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)等專題；高速電路主要講解高速電路設(shè)計(jì)時(shí)遇到的信號完整性問題。以上內(nèi)容用一個(gè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)例貫穿起來講解，條理性強(qiáng)，有血有肉。

本次改革以水溫控制系統(tǒng)為例展開授課，系統(tǒng)框架如圖1所示。主控系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，貫穿講解ARM單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)、串行總線及單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容；溫度采集、加溫控制、進(jìn)/出水閥控制與供電模塊貫穿講解模擬專題內(nèi)容；信號完整性部分貫穿于整個(gè)硬件設(shè)計(jì)過程。這種以“系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)”的授課方式，克服了知識點(diǎn)零散且難以有機(jī)結(jié)合的缺點(diǎn)。endprint

（二） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)部分共由三個(gè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組成：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開關(guān)電源設(shè)計(jì)、直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出詳細(xì)性能指標(biāo)，如表1所示。其中多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)為必選內(nèi)容，其他兩個(gè)實(shí)驗(yàn)任選其一。每組成員根據(jù)自己特長選擇是以硬件焊接調(diào)試或者軟件編寫與調(diào)試為主，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中須兩人協(xié)作完成。

為了讓學(xué)生能夠充分自主、不受制約地進(jìn)行自主探索，優(yōu)化配置實(shí)踐環(huán)境資源，學(xué)生可以在保證達(dá)到系統(tǒng)性能指標(biāo)前提下，根據(jù)自己的特長選擇其他芯片或電路實(shí)現(xiàn)所要求的功能。為了達(dá)到預(yù)定訓(xùn)練效果，實(shí)驗(yàn)采取嚴(yán)格驗(yàn)收方式，主要分兩步來完成：指標(biāo)驗(yàn)收與交叉式提問。創(chuàng)新指標(biāo)的完成所占總成績的比重不少于40%。驗(yàn)收老師會(huì)向負(fù)責(zé)硬件設(shè)計(jì)的學(xué)生提問軟件設(shè)計(jì)相關(guān)的問題，反之，會(huì)向負(fù)責(zé)軟件設(shè)計(jì)的學(xué)生提問硬件設(shè)計(jì)相關(guān)的問題，保證學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的全程參與。最后每組須提交詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中包括項(xiàng)目指標(biāo)、實(shí)際指標(biāo)、原理圖、程序流程圖、驗(yàn)收結(jié)果、總結(jié)等內(nèi)容。

三、結(jié)論

以“系統(tǒng)”框架來設(shè)計(jì)理論內(nèi)容，以“項(xiàng)目”研發(fā)流程來管理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠?qū)﹄娮酉到y(tǒng)研發(fā)過程有深入理解，提高其解決實(shí)際問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，加強(qiáng)學(xué)生走向社會(huì)的競爭力。幾個(gè)學(xué)期來的授課效果表明，通過“系統(tǒng)”與“項(xiàng)目”相結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生解決實(shí)際問題能力明顯提高，更加具有創(chuàng)新意識，知識的有機(jī)聯(lián)系性更強(qiáng)。

高校專業(yè)教育不應(yīng)脫離社會(huì)發(fā)展的需求，專業(yè)教育內(nèi)容與方法也要與時(shí)俱進(jìn)。對于本專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程，考慮在以后的理論課堂中引入“企業(yè)導(dǎo)師”，邀請企業(yè)中的技術(shù)骨干或研發(fā)精英到課堂上講授技術(shù)或者經(jīng)驗(yàn)，這將有助于學(xué)生拓展視野，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)課中除了繼續(xù)保持“以項(xiàng)目為導(dǎo)向”的管理機(jī)制外，要根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。希望本課程教學(xué)改革的成功實(shí)施能夠?yàn)閷I(yè)同行提供些許參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)維國，魯寶春，于玲等.電子類專業(yè)EDA技術(shù)課程教學(xué)改革探索[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2014， 16（6）：124-126.

[2]馮曉麗.基于個(gè)性化人才培養(yǎng)的主動(dòng)實(shí)踐教學(xué)思考[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2015， 2：84-86.

[3]胡仁杰，王成華，堵國樑等.自主研學(xué)的電工電子實(shí)踐課程建設(shè)[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2014， 6： 60-63.

[4]陳曉平，李長杰，高平等.實(shí)踐類課程教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2013，15（1）：111-116.

[5]胡冀，邵李煥，高惠芳.單片機(jī)系列課程教學(xué)及實(shí)踐的改革和探索[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2016， 12（1）：75-78.

作者簡介：

吳占雄（1979-），男，山東青島人，副教授，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)。endprint