“電子技術(shù)”課程設(shè)計教學(xué)改革與實踐探索

夏益民， 謝 云， 蔡述庭， 張建新

(廣東工業(yè)大學(xué) 自動化學(xué)院， 廣東 廣州 510006)

0 引言

“電子技術(shù)”作為工科專業(yè)必修課程，兼具基礎(chǔ)理論性與科學(xué)實踐應(yīng)用性的特征。電子、電氣、自動化、信息等專業(yè)的學(xué)生，在完成“電子技術(shù)”課程(包括“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”)的理論與實驗課程學(xué)習(xí)，掌握了電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，具備電子電路的基本技能和設(shè)計能力之后，就會進入相應(yīng)的課程設(shè)計環(huán)節(jié)。

在“電子技術(shù)”課程設(shè)計環(huán)節(jié)教學(xué)中，理論與實踐充分結(jié)合最為重要。該教學(xué)環(huán)節(jié)一方面進一步加深學(xué)生對理論知識的理解，提高綜合運用所學(xué)的理論知識進行設(shè)計的能力，另一方面也可以培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)與日后工作奠定基礎(chǔ)[1]。

1 “電子技術(shù)”課程設(shè)計存在的問題

“電子技術(shù)”課程設(shè)計是學(xué)生在經(jīng)過“電路”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”等課程學(xué)習(xí)之后，由專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的學(xué)習(xí)到獨立進行畢業(yè)設(shè)計、完成畢業(yè)論文之間的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)[2]。

目前，“電子技術(shù)”課程設(shè)計主要存在以下兩個問題：

(1)課程設(shè)計教學(xué)目標缺乏整體觀念，看重安裝調(diào)試、忽視系統(tǒng)設(shè)計。

目前的“電子技術(shù)”課程設(shè)計大都以擬定的設(shè)計任務(wù)為依據(jù)，不包括設(shè)計與制作電路板的過程，學(xué)生的成果千篇一律。通常是指導(dǎo)教師將已經(jīng)是成品的電路板以及對應(yīng)的電子元器件發(fā)給學(xué)生，學(xué)生將發(fā)放的元器件按照給定的電路圖進行對號入座式的焊接，最后接上電源觀察電路是否能正常工作即可。

這種方法存在很大的弊端，因為在實踐的過程中，電路設(shè)計、制板和實際工程調(diào)試被分割開來，課程設(shè)計沒有前者內(nèi)容，學(xué)生無法深入了解各個元器件的功能和電子電路系統(tǒng)整體設(shè)計的原理，無法將自主設(shè)計和實踐操作聯(lián)系起來，這便達不到提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐動手能力的要求[3，4]。

(2)注重以最終結(jié)果為導(dǎo)向的考核方式，缺少科學(xué)合理的考核評測體系[5]。

課程設(shè)計考核內(nèi)容、考核辦法、成績劃分等環(huán)節(jié)不夠完善，考核內(nèi)容和考核模式單一，課程設(shè)計以最終完成任務(wù)為考核標準。這種考核辦法存在一定的偶然性和隨機性，會造成部分學(xué)生考核成績與其實際能力不符，導(dǎo)致盡管部分學(xué)生非常認真，但由于過于專注實踐過程而影響了進度，最后反而得不到高分；而有些學(xué)生不求甚解，不注重過程，只追求最終的實驗結(jié)果，卻因完成速度較快而得到較高的成績。這種考核辦法會造成成績不能準確地反映出學(xué)生的真實能力及其所做的工作，對刻苦認真的學(xué)生的激勵作用不足[6]。

前文所引朱芳圃先生的闡述中提到：“蓋商人祭祀時，設(shè)燭薪于 上，以象征大火之星，或增 ，象星形，意尤明顯。又增 ，附加之形符也?？夹乃奕菫闁|方七宿之一，在房宿之東，尾宿之西，中有一等大星，其色極紅，故謂之大火，商人主之，始以名其部族，繼以名其國邑及朝代?！焙K先生在《中國天文考古學(xué)》一書中也指出：“商人主祀大火星的事實已經(jīng)很清楚，這不僅因為文獻提供了明確的證據(jù)，而且殷卜辭也顯示了這方面的真實記錄?！?/p>

2 “電子技術(shù)”課程設(shè)計的改革探索

2.1 加強和改進教學(xué)手段與教學(xué)內(nèi)容

如何在“電子技術(shù)”課程設(shè)計這一環(huán)節(jié)中啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，使學(xué)生將所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識融會貫通于電子系統(tǒng)的設(shè)計和分析過程中，并掌握電子設(shè)計自動化的新技術(shù)、新方法，是專業(yè)課教師們應(yīng)該不斷探索的課題[7，8]。

筆者從2015年開始對我院自動化創(chuàng)新實驗班和自動化卓越工程師班13級和14級共計179名學(xué)生進行了為期三周的“電子技術(shù)綜合設(shè)計與實踐”課程設(shè)計教學(xué)改革實踐探索。

我院其他專業(yè)的該課程設(shè)計只有一周，僅需完成一個基于Quartus II軟件利用原理圖方式設(shè)計的數(shù)字電路系統(tǒng)，并通過DE2開發(fā)板下載驗證，內(nèi)容較少且側(cè)重于考察數(shù)字電子技術(shù)。我院電力專業(yè)雖然另有一周的電工技能實訓(xùn)(內(nèi)容包括：電燈的雙開關(guān)控制及日光燈的安裝，直流穩(wěn)壓電源電路的焊接及測試，收音機的組裝與調(diào)試)，但均為對現(xiàn)有實物的連接/焊接和調(diào)試，缺乏設(shè)計環(huán)節(jié)。我院電子專業(yè)另有兩周的“電子電路CAD實訓(xùn)”和“EDA電子技術(shù)實訓(xùn)”，只是側(cè)重于使學(xué)生掌握目前CAD領(lǐng)域和EDA領(lǐng)域所涉及到的主流仿真工具。

筆者主持的三周課程設(shè)計工作量飽滿，項目本身要求學(xué)生能綜合利用到所學(xué)的電路、模電和數(shù)電知識，并使用電子電路仿真和設(shè)計工具軟件。具體選題時，有針對性地選擇實用性比較強的電子線路系統(tǒng)。

課程設(shè)計具體安排如下：

第一周：利用Quartus II設(shè)計數(shù)字電路系統(tǒng)，下載到DE2開發(fā)板加以驗證。有以下六個題目供選擇：①8位數(shù)字搶答器的設(shè)計；②自動電子售票機的設(shè)計；③五路呼叫器的設(shè)計；④交通燈控制器的設(shè)計；⑤彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計；⑥電子鎖及門鈴電路的設(shè)計。

第二周：根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，使用Multisim軟件完成電路的設(shè)計、仿真與優(yōu)化；用 Protel等繪圖軟件畫出PCB版圖。有以下四個題目供選擇：①音樂彩燈控制電路的設(shè)計；②電壓超限指示和報警電路的設(shè)計；③增益自動切換電壓放大電路的設(shè)計；④數(shù)顯可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計。其中，項目①～③中需要用到的電源均需自行設(shè)計。

第三周：利用PCB版圖完成轉(zhuǎn)印、腐蝕、打孔等環(huán)節(jié)制成電路板，然后在自制電路板上完成元器件的安裝、焊接等工作，最后進行系統(tǒng)調(diào)試、演示和驗收。

課程設(shè)計開始先集中講解課程設(shè)計的性質(zhì)、任務(wù)、方法步驟、時間安排、考核要求和評分標準等。學(xué)生根據(jù)興趣自主選題，兩人一組以方便交流討論，但要求獨立完成任務(wù)。學(xué)生根據(jù)設(shè)計任務(wù)書和技術(shù)指標，查閱資料，設(shè)計方案，確定電路參數(shù)，寫出初步設(shè)計報告，向教師匯報。指導(dǎo)教師組織學(xué)生對設(shè)計方案進行比較、論證，確定最后方案。接著，學(xué)生通過Quartus II、Multisim等軟件進行設(shè)計、仿真與優(yōu)化。在設(shè)計、仿真、制板、電路安裝調(diào)試的每一個關(guān)鍵步驟，指導(dǎo)教師都要進行考核驗收，最后每個學(xué)生都需撰寫提交課程設(shè)計報告。

2.2 考核模式的改革與實施

嚴格的課程設(shè)計考核制度和嚴謹?shù)脑u分辦法對學(xué)生能否認真完成課程設(shè)計有積極的引導(dǎo)和促進作用。課程設(shè)計的考核方式應(yīng)與課程設(shè)計的內(nèi)容密切相關(guān)[8]。本次教改依據(jù)課程教學(xué)要求設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，將考核內(nèi)容和評分標準細化為若干部分，如表1所示。改進后的考核方案更加強化對課程設(shè)計過程的考核，注重學(xué)生在實踐過程中體現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的設(shè)計能力、實踐能力等，同時也注意考核學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的測試、整理和分析能力，課程設(shè)計報告撰寫的規(guī)范程度以及學(xué)生出勤情況等方面的考核。

表1 “電子技術(shù)”課程設(shè)計考核內(nèi)容及評分標準

考核主要依據(jù)以下原則：

1)著重基礎(chǔ)能力和實驗素養(yǎng)的考核

主要考察根據(jù)設(shè)計任務(wù)分析、設(shè)計、仿真、焊接、調(diào)試電路系統(tǒng)的能力，實驗數(shù)據(jù)的測試、記錄、整理和分析能力，電路故障的發(fā)現(xiàn)、分析以及排除能力。

2)課堂紀律與工作態(tài)度的考核

通過不定時點名等方式監(jiān)督學(xué)生的出勤，對于缺勤和態(tài)度不端正的學(xué)生，予以相應(yīng)的扣分。指導(dǎo)教師認真批閱課程設(shè)計報告，一旦認定抄襲，直接以不及格處理。

3)報告撰寫規(guī)范性的考核

課程設(shè)計報告按照以下規(guī)范撰寫：設(shè)計任務(wù)目的與要求、設(shè)計方案及論證、制作及調(diào)試過程、系統(tǒng)測試與結(jié)果分析、總結(jié)、參考文獻。

4)創(chuàng)新性的考核

合理設(shè)置加分項，對課程設(shè)計的創(chuàng)新思路、創(chuàng)新安裝調(diào)試方法、改進措施中的獨到見解等都有適當?shù)募臃知剟睢?/p>

通過對考核模式的改革，每個學(xué)生對課程設(shè)計所有考核階段和內(nèi)容都必須認真對待。在課程設(shè)計中，指導(dǎo)教師巡視實驗室，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生出現(xiàn)的問題，予以啟發(fā)式指導(dǎo)。每個驗收環(huán)節(jié)不僅要檢查相應(yīng)的結(jié)果，而且要詢問設(shè)計原理，觀察操作步驟和實驗數(shù)據(jù)記錄是否規(guī)范，并按考核規(guī)定記錄相應(yīng)分值。為了避免有些學(xué)生盲目追求速度完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生認真嚴謹?shù)目茖W(xué)實驗態(tài)度，在考核制度中明確規(guī)定課程設(shè)計成績與完成速度沒有直接關(guān)系。通過以上措施，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

3 結(jié)語

此次教學(xué)改革完善了“電子技術(shù)”課程設(shè)計的教學(xué)手段與教學(xué)內(nèi)容，從興趣選題、系統(tǒng)設(shè)計、仿真優(yōu)化、畫圖制板到安裝調(diào)試等所有步驟，均需學(xué)生全情投入，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新熱情；實行以過程為導(dǎo)向的考核方式更為公平合理，能更客觀地反映出學(xué)生的真實水平，有利于引導(dǎo)學(xué)生更好地完成設(shè)計，提升設(shè)計水平，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

從改革實施完成情況來看，學(xué)生基本都按要求完成了各項內(nèi)容，總評成績?yōu)?0-100分的占16%，80-89分的占55%，70-79分的占21%，60-69分占8%。其中，還需進一步提高學(xué)生對電路故障的排查能力。

從改革實踐效果來看，學(xué)生普遍反映收獲非常大，對專業(yè)理論和設(shè)計原理有了深入的理解，增強了學(xué)習(xí)興趣和動手能力。課程設(shè)計改革不僅對理論教學(xué)起到驗證和深化作用，而且充實和豐富了理論教學(xué)的內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地將專業(yè)理論與設(shè)計實際相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識和嚴謹科學(xué)的工作作風。

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