綜合電子實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

張商州，何建強(qiáng)，韓美林

綜合電子實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

張商州，何建強(qiáng)，韓美林

（商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

綜合電子實(shí)訓(xùn)課程是電子電氣類專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，以商洛學(xué)院電氣專業(yè)為例，分析了目前該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合應(yīng)用型人才和工程教育專業(yè)認(rèn)證中對人才培養(yǎng)提出的要求，提出將實(shí)訓(xùn)分解為5個(gè)階段8個(gè)步驟，針對每個(gè)階段不同的特點(diǎn)提出改革方法，并以二階低通濾波器為例對每個(gè)步驟的實(shí)施過程進(jìn)行了說明．通過對比改革前后課程的開展過程與綜合考核結(jié)果，證明了改革在提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力、優(yōu)化人才培養(yǎng)等方面都有促進(jìn)作用．

電子實(shí)訓(xùn)；低通濾波器；應(yīng)用型人才；創(chuàng)新能力

綜合電子實(shí)訓(xùn)是電類專業(yè)一門綜合性較強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)課程，通過該課程的學(xué)習(xí)旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐動手能力和對知識的綜合應(yīng)用能力[1-2]．結(jié)合近幾年應(yīng)用型人才和工程教育專業(yè)認(rèn)證中對人才培養(yǎng)提出的要求[3]，眾多高校和學(xué)者對該課程的實(shí)施進(jìn)行了廣泛深入地探究．張憲峰[4]等從金課視角下對電子實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行了分析，結(jié)合教改實(shí)踐，探索了改革的方法，給出了相關(guān)的改革建議．曹海平[5]等針對目前高校電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問題，引入CDIO教育理念，并將CDIO項(xiàng)目教學(xué)法運(yùn)用于該課程的教學(xué)改革中．董海燕[6]等針對電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面不足，以工程技術(shù)為導(dǎo)向，以工程應(yīng)用為主線，對電工電子實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新．穆艷[7]等按照國家引導(dǎo)高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的要求，從建立分層次教學(xué)課程結(jié)構(gòu)，構(gòu)建綜合型電工電子實(shí)訓(xùn)基地，建立和完善課程考核標(biāo)準(zhǔn)3個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革研究．

結(jié)合眾多學(xué)者對電子實(shí)訓(xùn)課程的改革研究，以商洛學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)為例，通過對綜合電子實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容的梳理分析，結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求以及工程教育認(rèn)證目標(biāo)，提出并實(shí)施了新的教學(xué)方法，以此來提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力．

1 綜合電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

綜合電子實(shí)訓(xùn)課程是電子電氣類專業(yè)必修實(shí)踐課程，時(shí)間為2周，主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，在鞏固教材理論知識的同時(shí)，為學(xué)生創(chuàng)造獨(dú)立開展電路分析、焊接、測試的條件，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才不可或缺的重要教學(xué)環(huán)節(jié)．結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)際，以往的教學(xué)手段雖然可以達(dá)到該課程的基本要求，但是結(jié)合應(yīng)用型人才、工程教育認(rèn)證中對人才培養(yǎng)提出的新要求，該課程還存在問題：

（1）學(xué)生可以通過該實(shí)訓(xùn)掌握一定的電路仿真和焊接技巧，但實(shí)訓(xùn)所用到的電路板多為萬用板或印制好的電路板，所涉及到的電路圖一般較為復(fù)雜，大部分學(xué)生只是完成了電路的焊接，沒有搞清楚電路工作的原理．

（2）通過該實(shí)訓(xùn)學(xué)生只參與到了電路焊接與調(diào)試，對電路板雕刻工藝流程沒有掌握，實(shí)訓(xùn)完成后不具備獨(dú)立完成刻板能力．

（3）電路測試中由于學(xué)生對電路原理理解不透徹，導(dǎo)致一旦出現(xiàn)問題學(xué)生不知道從何入手去解決，缺乏解決問題的能力．

（4）實(shí)訓(xùn)要求與企業(yè)要求有所脫節(jié)，對先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、貼裝工藝技術(shù)等引入不足，在實(shí)訓(xùn)過程中缺乏對學(xué)生就工程職業(yè)規(guī)范、履行責(zé)任等方面的引導(dǎo)．

2 綜合電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1 教學(xué)改革內(nèi)容

綜合電子實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)要體現(xiàn)以學(xué)生為中心，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求為導(dǎo)向，學(xué)生通過該課程的進(jìn)行能夠加深對理論知識的理解，切實(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力．本文結(jié)合電氣專業(yè)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、電子工藝實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，按照人才培養(yǎng)中新的要求，將實(shí)訓(xùn)分為5個(gè)階段8個(gè)步驟（見圖1），對各個(gè)階段根據(jù)不同的特點(diǎn)進(jìn)行改革．

圖1 實(shí)訓(xùn)實(shí)施步驟

2.1.1 任務(wù)布置階段 改革實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，由指導(dǎo)教師和企業(yè)導(dǎo)師結(jié)合學(xué)生前期課程、學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等確定4～6個(gè)實(shí)訓(xùn)題目．實(shí)訓(xùn)題目要求緊貼課程內(nèi)容，有一定實(shí)用性．將題目分為基礎(chǔ)型、專業(yè)型和拓展型，滿足各個(gè)層次學(xué)生的需求．

2.1.2 電路設(shè)計(jì)階段 此階段包括原理分析和電路設(shè)計(jì)，主要培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力，學(xué)生選定題目后自行組隊(duì)，針對題目要求廣泛查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案，要求學(xué)生對題目中所涉及的各部分電路的原理進(jìn)行分析、計(jì)算，按照要求完成電路的設(shè)計(jì)．

2.1.3 電路仿真階段 利用Multisim，PSPICE等軟件對電路進(jìn)行仿真，使學(xué)生進(jìn)一步理解電路工作原理，利用軟件中虛擬儀器對電路的各方面性能進(jìn)行測試，提高設(shè)計(jì)過程中學(xué)生分析問題、解決問題的能力．

2.1.4 電路制作與測試階段 此階段包括PCB制作、電路焊接和電路測試，首先利用立創(chuàng)EDA或Altium Designer完成PCB電路板的設(shè)計(jì)．在制作的PCB電路板上完成電路的焊接與調(diào)試，撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告，指導(dǎo)教師逐一對實(shí)訓(xùn)作品進(jìn)行測試、提問，要求學(xué)生能夠結(jié)合設(shè)計(jì)思路、工作原理、問題分析、測試結(jié)果等方面進(jìn)行匯報(bào)．

2.1.5 實(shí)訓(xùn)考核階段 該課程原考核方式為：考勤（20%）+設(shè)計(jì)過程（30%）+設(shè)計(jì)報(bào)告（50%），考核更注重實(shí)訓(xùn)結(jié)果．改革后在考核體系上加強(qiáng)對學(xué)生基礎(chǔ)知識、問題分析與研究、使用現(xiàn)代工具、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)等多個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)．學(xué)生需要提交設(shè)計(jì)說明、仿真電路圖、PCB電路板、實(shí)訓(xùn)作品、實(shí)訓(xùn)總結(jié)，教師對實(shí)訓(xùn)過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行記錄和考核，最終成績注重學(xué)生綜合能力的表現(xiàn)．

2.2 教學(xué)改革實(shí)踐

以電氣專業(yè)2019級綜合電子實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)施為例，對改革實(shí)踐過程進(jìn)行介紹．實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生設(shè)計(jì)截止頻率為340 Hz、通帶電壓放大倍數(shù)為6 dB的壓控二階低通濾波器，并完成原理分析、電路設(shè)計(jì)與仿真、焊接與測試等．

圖2 壓控二階低通濾波器

根據(jù)同相比例運(yùn)算電路可知，濾波器通帶電壓放大倍數(shù)為

上限截止頻率為0

整個(gè)頻帶范圍內(nèi)電壓放大倍數(shù)為

式中：為品質(zhì)因數(shù)，指外加信號頻率為0時(shí)，電壓放大倍數(shù)的模與通帶電壓放大倍數(shù)之比．

在Multisim軟件中對電路進(jìn)行仿真分析，仿真電路見圖3．

利用波特測試儀對電路的幅頻特性進(jìn)行分析，得出結(jié)果見圖4．通過在波特測試儀中測試可得，該電路的通帶電壓放大倍數(shù)為6.02 dB，上限截至頻率約為340 Hz，通過仿真證實(shí)了理論計(jì)算的準(zhǔn)確性．

圖3 電路仿真

圖4 二階低通濾波器幅頻特性曲線

2.2.3 PCB板制作與焊接 電路設(shè)計(jì)仿真無誤后，學(xué)生在立創(chuàng)EDA中參照仿真電路搭建電路原理圖（見圖5），檢查無誤后將原理圖轉(zhuǎn)換成PCB圖，利用熱轉(zhuǎn)印機(jī)將電路圖印在覆銅板上（見圖6）．用三氯化鐵溶液對覆銅板進(jìn)行腐蝕[9-10]，再根據(jù)實(shí)際元件管腳大小來選擇直徑合適的鉆頭打定位孔，PCB板制作完成（PCB板的詳細(xì)制作完成篇幅較多，在這里只做簡要說明）．最后，根據(jù)電路圖完成電路的焊接．

圖5 電路原理

圖6 腐蝕前PCB板

2.2.4 電路測試 利用信號函數(shù)發(fā)生器和示波器對所焊接電路進(jìn)行測試，電路輸入接100 mV正弦波信號，從1～1 000 Hz逐步增大輸入信號頻率，觀察輸出波形并測量輸出電壓有效值，記錄數(shù)據(jù)．通過測試數(shù)據(jù)判斷焊接電路是否正確，數(shù)據(jù)見表1．該組數(shù)據(jù)基本符合低通濾波器輸入-輸出特性，說明所焊接電路基本正確．

表1 二階低通濾波器測試數(shù)據(jù)

2.3 教學(xué)改革實(shí)施效果

對綜合電子實(shí)訓(xùn)課程的改革已實(shí)施2年，通過學(xué)生座談、學(xué)科競賽成績分析、實(shí)訓(xùn)開展過程與考核結(jié)果分析、指導(dǎo)教師總結(jié)等方面對改革前后課程的開展情況進(jìn)行對比，綜合來看在課程改革后取得的主要成效：

（1）學(xué)生實(shí)訓(xùn)的熱情得到了很大的提高，不再是單純地為了實(shí)訓(xùn)而實(shí)訓(xùn)，有些學(xué)生主動要求加班加點(diǎn)完成電路．

（2）通過整個(gè)實(shí)訓(xùn)的操作，學(xué)生熟悉了電路板制作的整個(gè)流程，也了解了行業(yè)規(guī)范，提高了綜合應(yīng)用能力，縮短了理論知識與實(shí)際工程的距離，對學(xué)生參加相關(guān)競賽、就業(yè)都有積極的意義．

（3）學(xué)生通過對電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的訓(xùn)練后創(chuàng)新能力與自信心得到了增強(qiáng)，更多的學(xué)生主動參加各類學(xué)科競賽和教師的科研項(xiàng)目中．

（4）通過實(shí)訓(xùn)，相關(guān)教師的各方面能力也得到了鍛煉，鞏固了理論知識，同時(shí)提高了動手能力．

3 結(jié)語

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證的數(shù)量越來越多，專業(yè)認(rèn)證也日趨重要，為了滿足專業(yè)認(rèn)證中對學(xué)生提出的新要求，結(jié)合學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的宗旨，以綜合電子實(shí)訓(xùn)課程為例，對目前教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了新的改革思路，并且已經(jīng)取得了初步的成效．今后還需要繼續(xù)深化改革，推廣改革措施，不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展．

[1] 張書源．基于CDIO理念的中職《電子技能實(shí)訓(xùn)》課程教學(xué)改革研究[D]．天津：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，2021．

[2] 方璐，陳浩文，萬敏，等．“賽訓(xùn)融合、協(xié)同創(chuàng)新”構(gòu)建電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)新模式[J]．實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2020，23（2）：168-171．

[3] 袁訓(xùn)鋒，楊燕．基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式探索與實(shí)踐[J]．微型電腦應(yīng)用，2020，36（2）：46-49．

[4] 張憲峰，宮德龍．“金課”視角下的電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革探索[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020（8）：188-189．

[5] 曹海平，管圖華．基于CDIO理念的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（1）：140-142．

[6] 董海燕，杜奕智，王曉員，等．電工電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)的改革與實(shí)踐研究[J]．內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2017，30（2）：127-130．

[7] 穆艷，賀曉陽，夏伯男，等．面向應(yīng)用型的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革研究[J]．科教文匯，2020（8）：71-72．

[8] 畢滿清．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2015：264-267．

[9] 張商州，黨楠，張鑫，等．基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備教學(xué)研究[J]．微型電腦應(yīng)用，2019，35（9）：23-25．

[10] 彭丹，陳少昌．電子技術(shù)類課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革探索[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2021，40（11）：181-183．

Teaching reform and practice of comprehensive electronic training course

ZHANG Shangzhou，HE Jianqiang，HAN Meilin

（School of Electronic Information and Electrical Engineering，Shangluo University，Shangluo 726000，China）

The comprehensive electronic training course is one of the important practical teaching links of electronic and electrical majors．Taking the electrical major of Shangluo College as an example，analyzes the current teaching status of the course，and combines applied talents and engineering education professional certification．According to the requirements，it is proposed to decompose the training into five stages and eight steps，propose a reform method according to the different characteristics of each stage，and introduce the implementation process of each step by taking the second-order low-pass filter as an example．By comparing the course development process and comprehensive assessment results before and after the reform，it is proved that the reform has a promoting role in improving students′ comprehensive application ability and optimizing personnel training．

electronic training；low-pass filter；applied talens；creativity

TN7∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.06.019

1007-9831（2022）06-0103-04

2022-01- 25

陜西省教育廳項(xiàng)目（20JK0614）；陜西省教育科學(xué)規(guī)劃“十四五”課題（SGH21Y0235）；商洛學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（21jyjx107）

張商州（1989-），男，陜西商洛人，講師，碩士，從事電類教學(xué)基礎(chǔ)研究．E-mail：809096678@qq.com