時間：2024-04-06 10:02:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路的創(chuàng)新設(shè)計，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：DSP；實驗平臺；實驗開發(fā)；工程應(yīng)用；科技創(chuàng)新
中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）29-0065-03
研究生教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)人才和發(fā)展科學(xué)技術(shù)的雙重任務(wù)，是培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才的主渠道。[1]隨著國家新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略的實施，社會對人力資源要素提出了更高要求，尤其是對現(xiàn)代研究型卓越工程師的需求不斷增加，要求越來越高。
數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，簡稱DSP）具有計算速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點，是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的強大工具。[2]近30年來，DSP的應(yīng)用已從軍事、航空航天擴(kuò)大到數(shù)字通信、信號處理、工業(yè)控制、儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域。[3]IT產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)工程領(lǐng)域?qū)κ煜ぁ⒘私釪SP技術(shù)人才的需求量越來越大。
目前，國內(nèi)許多高校相繼為研究生開設(shè)了DSP技術(shù)及應(yīng)用課程，但大部分以理論教學(xué)為主、實驗教學(xué)為輔，不利于研究生工程應(yīng)用與科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。且實驗平臺多采用市場上現(xiàn)成的開發(fā)板或?qū)嶒炏洌m提供代碼和實驗指導(dǎo)書，但功能單一、靈活性較差[4]，往往只能根據(jù)既定步驟做實驗、觀察結(jié)果或修改參數(shù)，進(jìn)行一些簡單的設(shè)計性實驗；很難根據(jù)需要修改接口電路，進(jìn)行綜合實驗和創(chuàng)新設(shè)計。為此，我們針對DSP在控制領(lǐng)域的應(yīng)用需求，設(shè)計、開發(fā)了一種開放式綜合創(chuàng)新實驗平臺。并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了相應(yīng)的基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計實驗，以及創(chuàng)新設(shè)計專題，以滿足研究生對DSP技術(shù)的工程應(yīng)用與創(chuàng)新設(shè)計需求。
一、綜合創(chuàng)新實驗平臺硬件系統(tǒng)設(shè)計
本實驗平臺由主要由兩部分構(gòu)成：一部分是可插拔的DSP控制核心板，另一部分是模塊化的外設(shè)擴(kuò)展板，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中核心板和擴(kuò)展板在電路上各自獨立，通過標(biāo)準(zhǔn)接插件連接；外設(shè)擴(kuò)展板中各模塊內(nèi)部電路連接也相互獨立，以免互相影響。為了實現(xiàn)外設(shè)擴(kuò)展板的一板多用和便于核心板的升級換代，核心板和擴(kuò)展板連接的接插件中核心板的信號定義固定。核心板和外設(shè)擴(kuò)展板中各關(guān)鍵引腳和信號以均通過測試孔引出，方便連線。
1.核心板設(shè)計
目前，在控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的是美國德州儀器（TI）的C2000系列DSP控制器。該控制器主要包括定點系列、浮點系列和精簡版的小封裝系列。在設(shè)計中分別選擇這三個系列中的典型芯片TMS320F2812、F28335和F28027開發(fā)了獨立的核心控制板，即最小硬件系統(tǒng)。它們均可作為開發(fā)板獨立使用，也可插入外設(shè)擴(kuò)展板中構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)實驗箱。
以TMS320F28335為例，其核心板包括電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、JTAG仿真電路、12路LED顯示電路。電源電路采用TPS767D301雙路低壓差電源調(diào)節(jié)器分別產(chǎn)生3.3V和1.9V的電壓。模擬3.3V和1.9V由數(shù)字3.3V與1.9V通過加上電感、電容進(jìn)一步濾波得到，模擬地和數(shù)字地通過電感隔離。采用TPS3305芯片作為復(fù)位電路，可通過按鍵手動復(fù)位，也可對系統(tǒng)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控。時鐘電路采用片內(nèi)時鐘電路外加30M晶體和2個負(fù)載電容組成。該核心板原理圖和實物圖分別如圖2（a）、（b）所示。
2.外設(shè)擴(kuò)展板設(shè)計
外設(shè)擴(kuò)展板包括各DSP片內(nèi)外設(shè)的擴(kuò)展接口和其他常用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口。片內(nèi)基本外設(shè)接口包括用于通用數(shù)字量輸入輸出（GPIO）模塊的8×8發(fā)光二極管（LED）點陣和8路數(shù)字量輸入用撥碼開關(guān)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）輸入通道接口和0～3V可調(diào)模擬電壓輸出，增強脈沖寬度調(diào)制EPWM輸出接口，捕獲輸入ECAP接口、異步串行通信SCI接口等。通過這些基本外設(shè)的擴(kuò)展接口可以方便研究生對DSP片內(nèi)各外設(shè)模塊進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。為了進(jìn)一步培養(yǎng)研究生的工程實踐和DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計能力，在擴(kuò)展板上設(shè)計了串行和并行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換（DAC）接口、8位數(shù)碼管顯示電路、液晶顯示模塊、音頻輸入輸出模塊、PS2鍵盤接口、USB模塊、SD卡模塊、以太網(wǎng)模塊等。擴(kuò)展板實物圖如圖2（c）所示（其中核心板位置插的是F28335核心板），部分?jǐn)U展接口原理電路如下：
（1）USB通信接口。USB是由COMPAQ、INTEL、MICROSOFT和NEC等公司共同開發(fā)的一種新型快速、雙向、同步、可熱插拔的通用串行數(shù)據(jù)傳輸總線，具有帶寬同步、靈活穩(wěn)定、易于與PC機接口、成本低廉和易于升級等優(yōu)點。我們采用USB接口芯片CH375設(shè)計了USB通信接口，如圖3（a）所示。該器件內(nèi)置USB通信傳輸協(xié)議，可配置為從機和主機工作模式，使用方便，能減少控制器代碼量，也免去從0開始實現(xiàn)USB傳輸協(xié)議的煩惱。
（2）AIC23音頻解碼接口。為方便研究生掌握DSP的多通道緩沖McBSP接口、集成電路總線I2C接口的應(yīng)用開發(fā)方法，以及設(shè)計DSP音頻解碼系統(tǒng)，采用音頻芯片AIC23設(shè)計了音頻解碼接口電路，如圖3（b）所示。AIC23是TI公司生產(chǎn)的音頻Codec芯片，它內(nèi)置耳機輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式。AIC23芯片內(nèi)部集成了ADC和DAC，并采用了Sigma-delta過采樣技術(shù)，可在8K到96K的頻率范圍內(nèi)提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣，具有高保真音質(zhì)。它有左判斷、右判斷、I2S和DSP四種音頻接口模式；DSP模式下，能夠與DSP實現(xiàn)無縫連接。圖3（b）中，DSP通過I2C接口向AIC23發(fā)送控制命令，通過McBSP接口與AIC23進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
二、綜合創(chuàng)新實驗平臺軟件開發(fā)
1.開發(fā)環(huán)境
對實驗平臺進(jìn)行軟件開發(fā)時，使用SEED-XDS510硬件仿真器將DSP控制器通過JTAG標(biāo)準(zhǔn)測試接口與PC機相連，如圖4所示。根據(jù)實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)，分別用C、C和匯編混合編程的方法設(shè)計了系統(tǒng)的主控制模塊和各功能模塊的設(shè)計范例，可以方便地在CCS集成開發(fā)環(huán)境下調(diào)試，并編寫了實驗指導(dǎo)書。
2.基礎(chǔ)實驗項目
在硬件平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計、開發(fā)了相應(yīng)的基礎(chǔ)實驗項目，包括CCS的使用及C程序設(shè)計、GPIO輸入輸出實驗、定時器中斷實驗、外部中斷實驗、AD采集及數(shù)碼管顯示實驗、PWM輸出實驗、串行和并行DA實驗、通信模塊實驗（包括SCI串行通信實驗、SPI串行外設(shè)接口通信實驗、CAN總線實驗、I2C總線實驗）、液晶顯示實驗等實驗。通過這些基礎(chǔ)實驗?zāi)軌蚴炀氄莆誄CS開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用、匯編和C語言程序的開發(fā)方法以及DSP的編程思想，熟悉DSP的各片內(nèi)外設(shè)模塊的工作原理和應(yīng)用、開發(fā)方法，為下一步利用該實驗平臺進(jìn)行綜合設(shè)計實驗項目打下基礎(chǔ)。
3.綜合設(shè)計實驗項目
綜合性實驗要求研究生綜合應(yīng)用本學(xué)科知識和相應(yīng)實驗條件完成系統(tǒng)級的復(fù)雜實驗。為了進(jìn)一步訓(xùn)練和培養(yǎng)研究生的工程實踐能力和DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計能力，開發(fā)了音頻實驗、PS2鼠標(biāo)和鍵盤實驗、USB主機從機實驗、SD卡文件系統(tǒng)實驗、網(wǎng)卡實驗、數(shù)字濾波器設(shè)計等系統(tǒng)性綜合設(shè)計實驗。綜合設(shè)計實驗提供了標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的代碼，通過綜合設(shè)計實驗可以培養(yǎng)研究生進(jìn)行DSP應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計和開發(fā)的能力。
4.開放式創(chuàng)新設(shè)計專題
為提高研究生的創(chuàng)新素質(zhì)和工程實踐能力，我們支持各位研究生根據(jù)自身情況與研究需要選擇設(shè)計開放式創(chuàng)新設(shè)計專題內(nèi)容。考慮到實驗條件、完成設(shè)計與驗證的時間需要等因素，建議選題方向為數(shù)字信號處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字控制系統(tǒng)、自動化儀表、機電測控系統(tǒng)等。設(shè)計任務(wù)完成并驗證后，要求研究生提交完整的設(shè)計報同時，內(nèi)容包括：對象的具體描述或算法分析、系統(tǒng)設(shè)計思路與方法、系統(tǒng)組成和硬件電路原理圖、DSP源程序、實驗或仿真方法與手段（含制作的樣機照片）、實驗結(jié)果及其分析、實驗總結(jié)或者收獲/建議等。
三、結(jié)語
該實驗平臺的DSP核心板可根據(jù)需要進(jìn)行更換，外設(shè)擴(kuò)展板采用工程化觀點設(shè)計，不僅包含了各種常用接口和外設(shè)，而且所有模塊的內(nèi)部電路獨立，外部接口以連接孔的方式開放，實驗者可根據(jù)任務(wù)需求自行設(shè)計和選擇相應(yīng)模塊，通過簡單的連線構(gòu)建所需的DSP應(yīng)用系統(tǒng)硬件，在此基礎(chǔ)上通過軟件開發(fā)完成完整的DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。
創(chuàng)新實驗平臺可完成相關(guān)課程基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計實驗和各種創(chuàng)新設(shè)計專題。在同一平臺上，可完成從最基本的GPIO操作到復(fù)雜的EPWM波輸出等對單個外設(shè)模塊進(jìn)行操作的基礎(chǔ)實驗，到綜合應(yīng)用專業(yè)知識和多個外設(shè)模塊進(jìn)行的綜合設(shè)計實驗，再到自行選題完成開放性的創(chuàng)新設(shè)計專題，獨立進(jìn)行DSP應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)研究生對DSP技術(shù)的工程實踐能力，并以此為契機，提高其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維。
該實驗平臺可直接用于電氣工程、電子信息、控制科學(xué)與工程、儀器科學(xué)與技術(shù)、機電自動化工程等相關(guān)學(xué)科研究生DSP技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中，也可用于高年級本科生、專科生相關(guān)課程的實驗教學(xué)中，有效提高DSP設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用水平，增強創(chuàng)新設(shè)計和工程實踐能力，解決普遍存在的理論教學(xué)與工程實際需求相脫節(jié)的矛盾。
參考文獻(xiàn)：
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摘要：全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽作為全國范圍的面向大學(xué)生的群眾性科技活動，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力和綜合素質(zhì)方面發(fā)揮了極為重要的作用。文章通過對往屆全國大學(xué)生電子設(shè)計賽題分析、歸類，闡述了傳統(tǒng)高職實踐教學(xué)普遍存在內(nèi)容陳舊，形式呆板，方法單一；共性訓(xùn)練及個性培養(yǎng)的突出問題；針對上述問題，文章提出了建立分層次實訓(xùn)教學(xué)模式、重視學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的高職電子類專業(yè)實踐教學(xué)改革具體措施。
關(guān)鍵詞：電子賽；高職；實踐教學(xué)；改革
全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽作為全國范圍的面向大學(xué)生的群眾性科技活動，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力和綜合素質(zhì)方面發(fā)揮了極為重要的作用。我院分別于05年、07年、09年和11年連續(xù)四屆參加了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，并于09年獲得了全國專科組二等獎、11年江西賽區(qū)三等獎的較好成績。通過競賽，培養(yǎng)了學(xué)生查閱資料能力、自學(xué)能力、分析問題與解決問題的能力、綜合設(shè)計與調(diào)試能力、科技論文寫作能力；培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和創(chuàng)新意識。同時，競賽也對高職電子類專業(yè)實踐教學(xué)也提出了更高的要求。
一、歷屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽賽題分析
綜觀前幾屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的賽題，大致可以歸納為以下5大類：
（一）電源類：簡易數(shù)控直流電源（第一屆），直流穩(wěn)壓電源（第三屆），數(shù)控恒流源（第七屆），三相正弦波變頻電源（第七屆），開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)（11年）；
（二）信號源類：實用信號源的設(shè)計和制作（第二屆），波形發(fā)生器（第五屆），電壓控制LC振蕩器（第六屆），正弦信號發(fā)生器（第七屆），諧振放大器（11年）；
（三）無線通信類：實用低頻功率放大器（第二屆），簡易無線電遙控系統(tǒng)（第二屆），調(diào)幅廣播收音機（第三屆），短波調(diào)頻接收機（第四屆），寬帶放大器（第六屆），單工無線呼叫系統(tǒng)（第七屆）；
（四）儀器儀表類：簡易電阻、電容和電感測試儀（第二屆），簡易數(shù)字頻率計（第三屆），頻率特性測試儀（第四屆），數(shù)字式工頻有效值多用表（第四屆），簡易數(shù)字存儲示波器（第五屆），低頻數(shù)字式相位測量儀（第六屆），集成運放測試儀（第七屆），簡易頻譜分析儀（第七屆），簡易自動電阻測試儀（11年）；
（五）數(shù)據(jù)采集與控制類：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（第一屆），水溫控制系統(tǒng)（第三屆），數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)（第四屆），自動往返電動小汽車（第五屆），懸掛運動控制系統(tǒng)（第七屆），帆板控制系統(tǒng)（11年），波形采集存儲與回放系統(tǒng)（11年）。
試題的特點是：實用性強、綜合性強、技術(shù)水平含量較高、發(fā)揮空間較大。
所涉及的電子類專業(yè)的課程有：低頻電路、高頻電路、數(shù)字電路、微機原理、電子測量、單片機、傳感技術(shù)等。
實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)有：電子線路實訓(xùn)、微機原理實訓(xùn)、單片機實訓(xùn)、綜合實訓(xùn)、生產(chǎn)實習(xí)等。
可選用的器件有：晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路、可編程邏輯器件等。
可以采用的設(shè)計手段：傳統(tǒng)的，也可以采用現(xiàn)代電子設(shè)計工具，如Pspice輔助分析、ISP在系統(tǒng)可編程和EDA技術(shù)等。
不難看出，電子設(shè)計競賽的試題既反映了電子技術(shù)的先進(jìn)水平，又引導(dǎo)高校在教學(xué)改革中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。
二、傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)普遍存在的突出問題
目前，大多數(shù)高職院校仍然采用或部分采用傳統(tǒng)的大學(xué)實訓(xùn)教學(xué)模式，該模式已無法適應(yīng)競賽和社會發(fā)展的需求，主要存在以下兩方面的突出問題。
（一）內(nèi)容陳舊，形式呆板，方法單一。
在傳統(tǒng)的電子類專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)[1]中，一般是根據(jù)基礎(chǔ)理論的進(jìn)程分電路基礎(chǔ)實訓(xùn)、電子技術(shù)實訓(xùn)和專業(yè)課程實訓(xùn)等幾個層次進(jìn)行的，這種層次符合人的認(rèn)知過程。但在每個層次的實驗內(nèi)容及實訓(xùn)方法上所存在的內(nèi)容陳舊、形式呆板、方法單一的問題與當(dāng)今對人才培養(yǎng)的要求卻極不適應(yīng)，尤其在知識更新愈來愈快的今天，培養(yǎng)學(xué)生獵取知識的能力，顯得更加重要。因此，如何在實訓(xùn)課學(xué)習(xí)中處理好理論課與實訓(xùn)課的關(guān)系是需要進(jìn)一步研究解決的問題。
（二）共性訓(xùn)練及個性培養(yǎng)。
在傳統(tǒng)的實訓(xùn)中由于內(nèi)容陳舊和方法的單一，在教學(xué)中，著重的是達(dá)到某一實訓(xùn)目的的共性訓(xùn)練，而沒有時間、空間和條件加強對學(xué)生的個性培養(yǎng)。創(chuàng)新需要個性，在實訓(xùn)教學(xué)中在共性訓(xùn)練的同時，加強個性培養(yǎng)，就需要在實訓(xùn)的內(nèi)容，方法和形式上進(jìn)行改革，提供的實訓(xùn)平臺就要具備分層次可操作的特點，在空間和時間上就不能是封閉的，而應(yīng)是開放的。
三、高職電子類專業(yè)實踐教學(xué)改革具體措施
綜上所述可以看出，高職電子類專業(yè)實踐教學(xué)在課程體系和教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)破陳出新，應(yīng)突出學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的特點，使學(xué)生的知識和能力達(dá)到電子設(shè)計競賽的水平和現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。
近三年，我院電子系在專業(yè)實踐教學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行了以下改革，并取得了良好效果。
（一）建立分層次實訓(xùn)教學(xué)模式[3]。
建立分層次的現(xiàn)代實訓(xùn)教學(xué)模式，即：基礎(chǔ)實訓(xùn)，創(chuàng)新實訓(xùn)，綜合實訓(xùn)。
1.基礎(chǔ)實訓(xùn)：實訓(xùn)內(nèi)容依據(jù)教學(xué)大綱要求預(yù)先設(shè)計好，只要求學(xué)生按照已知的方法和步驟進(jìn)行操作即可，這種實訓(xùn)方式在基礎(chǔ)訓(xùn)練階段是必不可少的。目的是加深學(xué)生對電子技術(shù)基本理論的理解，提高學(xué)生對基礎(chǔ)實驗的興趣。
2.創(chuàng)新實訓(xùn)：實訓(xùn)內(nèi)容為基礎(chǔ)課、專業(yè)課中各單元電路的設(shè)計及小系統(tǒng)設(shè)計，電路由學(xué)生自行安裝與測試。采用積木式、模塊化結(jié)構(gòu)，將設(shè)計的單元電路組合成小系統(tǒng)電路，完成應(yīng)用電路系統(tǒng)的設(shè)計。旨在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生電子器件基本應(yīng)用電路的安裝與測試及各種電子電路設(shè)計、裝調(diào)與測試的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力與書寫設(shè)計性實訓(xùn)報告的能力。
3.綜合實訓(xùn)：實訓(xùn)內(nèi)容包括電子類專業(yè)的信號獲取、檢測、控制、傳輸與處理等應(yīng)用性較強的綜合設(shè)計性實訓(xùn)。采用中大規(guī)模集成電路、專用集成電路與可編程邏輯器件。目的是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行高頻、低頻、數(shù)字電路、傳感器和單片機等進(jìn)行綜合設(shè)計、裝調(diào)與測試的能力，強調(diào)各種設(shè)計方案的實現(xiàn)與創(chuàng)造性思維能力的發(fā)揮，鼓勵創(chuàng)新與突破，要求學(xué)生自擬設(shè)計方案并自行設(shè)計電路，應(yīng)用新技術(shù)、新器件，書寫綜合性實訓(xùn)報告，可2-3人1組。目的是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神及新技術(shù)、新器件應(yīng)用的能力。
（二）重視學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[5]。
1.因材施教，鼓勵創(chuàng)新，培養(yǎng)拔尖人才。
在創(chuàng)新實訓(xùn)和綜合實訓(xùn)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，對有創(chuàng)新設(shè)計思想，能力較強的優(yōu)秀學(xué)生，可以免做普通實訓(xùn)的內(nèi)容，安排難度較大的實訓(xùn)課題或?qū)W生自定課題，要求他們自擬設(shè)計方案，實訓(xùn)室提供所需的特殊器件。對實訓(xùn)課題完成較好的學(xué)生可以免考，并給予較高的成績。
2.建立有效的激勵機制。
學(xué)校設(shè)立“學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計基金”，制定獎勵政策。“創(chuàng)新設(shè)計基金”主要資助運用新思想，新技術(shù)，新器件的電子設(shè)計與制作的課題，學(xué)生每年可以申請；鼓勵學(xué)生進(jìn)行課外科技活動，將課外科技活動取得的成果與綜合測評掛鉤。
3.成立電子科技活動小組。
電子科技活動小組主要由課外科技活動積極分子和優(yōu)秀學(xué)生干部組成。活動小組所需的儀器設(shè)備由系實訓(xùn)室資助，由學(xué)生管理。他們利用課余、節(jié)假日時間到社區(qū)、學(xué)校和“三下鄉(xiāng)”到農(nóng)村義務(wù)為群眾、師生和農(nóng)民修理家電，充分運用自己所學(xué)的知識為社會服務(wù)，在能力得到進(jìn)一步提高的同時，也得到了社會的高度評價。
四、結(jié)束語
高職教育在我國起步較晚，經(jīng)過了近幾年的快速發(fā)展，取得了一些成果，但在實踐教學(xué)方面還有很多課題要做，如何將全國電子設(shè)計競賽給予我們的啟示，帶到實踐教學(xué)改革中去，使高職教育在體系、方法和手段上進(jìn)一步完善和提高，做到質(zhì)和量的和諧統(tǒng)一，是一件長期而艱巨的系統(tǒng)性任務(wù)。
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［關(guān)鍵詞］電子電工；教學(xué)；創(chuàng)新能力；培養(yǎng)
［中圖分類號］G71［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］1674－6058（2015）27－0125
各種先進(jìn)電子技術(shù)的發(fā)展，給電子電工課程的教學(xué)帶來了機遇，同時也帶來了挑戰(zhàn)。為了能夠確保電子電工專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量，確保學(xué)生畢業(yè)后能夠適應(yīng)就業(yè)崗位的需求，必須不斷提高電子電工課程的教學(xué)質(zhì)量，即在教學(xué)過程中不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高其分析問題和解決問題的能力。
一、不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識
電子電工課程是機械和電氣專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要講授基礎(chǔ)的電子和電工零部件的工作原理，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易感到枯燥。所以在講課過程中，教師要根據(jù)當(dāng)節(jié)課所講內(nèi)容的不同，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，將一些枯燥的電子原理變得生動有趣。如在進(jìn)行三極管講解時，教師可以設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)實踐，比如，利用三極管的止通功能實現(xiàn)對一些電路的控制，這一方面提高了學(xué)生研究的興趣，另一方面也使學(xué)生能更深入地學(xué)習(xí)知識。
二、不斷優(yōu)化教學(xué)方法，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維
在電子電工課程講解過程中，教師要不斷改善教學(xué)方法，克服傳統(tǒng)應(yīng)試教學(xué)方法的不足，將學(xué)生的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動學(xué)習(xí)，實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。如在進(jìn)行數(shù)字電路實驗時，學(xué)生利用教師事先為其準(zhǔn)備的芯片等材料完成實驗電路的設(shè)計和連接，然后接通電路發(fā)現(xiàn)實驗不能夠正常進(jìn)行，這時教師可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)線路和芯片的檢查，讓學(xué)生在尋找故障的過程中明白電路和芯片的工作原理。實驗進(jìn)行過程中，學(xué)生能夠主動去發(fā)現(xiàn)問題，并且尋找問題產(chǎn)生的原因，這樣的教學(xué)方法能夠保持學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的積極性和主動性，同時還能夠培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題的能力，提高其創(chuàng)新意識。經(jīng)過一段時間的實踐，采用這種教學(xué)方法得到的教學(xué)效果遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)。創(chuàng)新式教學(xué)方法充分尊重了學(xué)生的主體地位，加強了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能夠變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，提高了他們的綜合素質(zhì)水平。
三、打破思維定式，誘發(fā)創(chuàng)造性思維
在各種實驗條件不變的情況下，思維定式能夠幫助學(xué)生快速找到解決問題的方法，但是當(dāng)實驗條件發(fā)生變化時，學(xué)生如果不能夠發(fā)現(xiàn)這些變化，思維定式的存在就會對其判斷能力帶來較壞的影響，使其得出錯誤的結(jié)論。因此在進(jìn)行電子電工教學(xué)過程中，教師必須要采取各種方法努力打破學(xué)生形成的各種思維定式，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。如在進(jìn)行各種實驗過程中，傳統(tǒng)教學(xué)方法是教師為學(xué)生設(shè)計好連接電路，學(xué)生在實驗過程中只需將相應(yīng)的零部件連接在一起觀看實驗效果即可。在創(chuàng)新性實驗教學(xué)過程中，教師要讓學(xué)生自行設(shè)計電路，并且獨立完成電路的連接，教師在教學(xué)過程中只要起到相應(yīng)的引導(dǎo)作用即可。這樣一來，不同的學(xué)生得到的實驗電路各不相同，通過相互探討就能夠不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
四、不斷提高教師的綜合素質(zhì)水平
教師是整個教學(xué)過程的組織者和設(shè)計者，也是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主要實施人員，因此教師必須具備較高的創(chuàng)新意識。只有這樣，教師在教學(xué)過程中才能夠采取正確的教學(xué)方法，對學(xué)生的各種創(chuàng)新意識進(jìn)行有效的引導(dǎo)和保護(hù)。因此，學(xué)校要不斷地對教師進(jìn)行創(chuàng)新能力的培訓(xùn)，讓其能夠掌握更加先進(jìn)的電子電工技術(shù)，為教學(xué)過程的進(jìn)行提供必要的基礎(chǔ)。
五、組織各種類型的創(chuàng)新設(shè)計大賽
學(xué)校或者教師可以定期組織學(xué)生進(jìn)行各種創(chuàng)新設(shè)計大賽，一方面讓學(xué)生明白創(chuàng)新的意義，另一方面為學(xué)生提供一個展示自我的平臺，從而讓更多的學(xué)生了解創(chuàng)新的作用。如我曾經(jīng)組織學(xué)生開展救火機器人創(chuàng)新設(shè)計大賽，參賽選手根據(jù)自己所學(xué)電子電工知識，實現(xiàn)對機器人火源識別電路、自動勛徑算法的設(shè)計，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到了有效的提高。電子電工課程是學(xué)生需要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性課程，其所講內(nèi)容在社會生活中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著素質(zhì)教育的實施和社會發(fā)展的需要，教師在進(jìn)行電子電工課程教學(xué)中必須注重對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生未來的工作奠定良好的基礎(chǔ)。
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論文關(guān)鍵詞：EDA，實驗系統(tǒng)，模塊
1 引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展及電子系統(tǒng)設(shè)計周期縮短的要求，EDA技術(shù)得到迅猛發(fā)展。
EDA是ElectronicDesign Automation(電子設(shè)計自動化)的縮寫。EDA技術(shù)，就是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計開發(fā)工具，通過使用有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成電子系統(tǒng)設(shè)計的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)[1]。
目前，幾乎所有高校的電類專業(yè)都開設(shè)了EDA課程，為加強教學(xué)效果，通常都使用專門的EDA實驗箱來輔助教學(xué)，但是實驗箱采用了一體化結(jié)構(gòu)，所有的電路和器件都在一塊電路板上，在功能上難以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，不利于學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計，復(fù)雜系統(tǒng)難以實現(xiàn)；實驗箱體積較大，不便攜帶；EDA 實驗箱、單片機實驗箱、DSP實驗箱、ARM實驗箱中很多功能模塊的硬件電路是相同的，但不同實驗箱上相同模塊不能共享，存在資源浪費。由于實驗箱的上述缺點，很多高校都紛紛開始設(shè)計開發(fā)自己的實驗系統(tǒng)模塊，提高實驗箱的利用率，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力[2][3]。
2 EDA實驗系統(tǒng)開發(fā)的特點
EDA實驗系統(tǒng)的開發(fā)具有以下特點：
（1）實驗內(nèi)容由單一性向綜合性發(fā)展
早期開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)主要是學(xué)生用來學(xué)習(xí)EDA課程、下載程序、進(jìn)行仿真的工具；使用實驗系統(tǒng)是老師用來培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計數(shù)字電路的能力、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握開發(fā)語言的手段。因此EDA實驗系統(tǒng)僅在電子類專業(yè)的EDA課程中使用，系統(tǒng)所提供的實驗內(nèi)容僅限于簡單的數(shù)字電路設(shè)計，包括計數(shù)器、編碼譯碼器的設(shè)計、數(shù)碼管的顯示等。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，電信、通信等專業(yè)紛紛引入EDA實驗系統(tǒng)，在“通信原理”等課程的實驗教學(xué)中被廣泛應(yīng)用于實踐[4]，實驗內(nèi)容也從單一的基本數(shù)字電路的設(shè)計發(fā)展到集EDA技術(shù)實驗、單片機實驗、DSP實驗等為一體的綜合性的實驗平臺[5]。因此，EDA實驗平臺逐漸面向電子信息類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，課外競技活動，電子類設(shè)計比賽，并逐漸用于教師進(jìn)行科研。
（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從一體化向模塊化發(fā)展
早起開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用一體化的實驗箱設(shè)計，所有的電路和器件都在一塊電路板上[6]。這樣，系統(tǒng)的使用雖然可以幫助學(xué)生掌握軟件的應(yīng)用，但也使學(xué)生對硬件電路不了解；另外，系統(tǒng)在功能上難以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，不利于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，復(fù)雜的系統(tǒng)則難以實現(xiàn)。因此在后來的EDA實驗系統(tǒng)的開發(fā)上，大都都采用了模塊化的結(jié)構(gòu)[7][8]，即FPGA、單片機等做在一塊核心板上，其IO口以插針形式引出，以方便和外圍電路的連接；外圍電路則以模塊的形式單獨做在不同的電路板上，比如數(shù)碼管顯示模塊、按鍵模塊、LED顯示模塊等；根據(jù)不同的實驗摘要的模塊搭建自己設(shè)計的電路，從而提高學(xué)習(xí)興趣，增強實驗教學(xué)的效果；此外，模塊化的設(shè)計還方便老師對學(xué)生設(shè)計的重復(fù)實現(xiàn)，有利于教學(xué)水平的提高雜志鋪。
（3）核心芯片由單一化向豐富化發(fā)展
早期開發(fā)的EDA實驗系統(tǒng)由于僅用于EDA課程的學(xué)習(xí)，其核心芯片大都為Altera公司的FPGA等可編程邏輯器件，開發(fā)語言環(huán)境主要為界面友好、操作簡便的Maxplus Ⅱ和Quartus Ⅱ。隨著EDA技術(shù)向不同學(xué)科不同專業(yè)的滲透，核心芯片逐漸發(fā)展為FPGA、單片機和DSP器件的綜合使用，開發(fā)語言也逐漸開始使用C語言或匯編語言等。這樣，實驗系統(tǒng)能提供的實驗內(nèi)容和規(guī)模均有所增加，除了基本的數(shù)字電路設(shè)計實驗?zāi)K以外，還可以增設(shè)調(diào)制解調(diào)模塊、幀同步模塊、信號波形產(chǎn)生模塊等，擴(kuò)大了實驗系統(tǒng)的使用率，使實驗設(shè)備向大型化、先進(jìn)化發(fā)展。
（4）使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動向主動發(fā)展
電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，早期的實驗平臺由于其電路設(shè)計的封閉性，實驗內(nèi)容只停留在驗證實驗上，很難加入自己設(shè)計的外圍電路。而模塊化數(shù)字電路開放實驗平臺由于其接口電路的開放性，有能力的學(xué)生可以自行設(shè)計外圍電路達(dá)到提高的目的，對于成功的設(shè)計還可以加到以后的實驗教學(xué)中，成為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊。
另外，由于整合了單片機、DSP等芯片的功能模塊，實驗內(nèi)容得到很大擴(kuò)展，學(xué)生在實驗過程中可以拓寬知識面，主動去學(xué)習(xí)了解實驗所需要的知識，學(xué)習(xí)的主動性得到很大的提高，并且，由于實驗由簡單的驗證實驗向綜合的大型設(shè)計過渡，學(xué)生在實驗過程中更容易理解數(shù)字電路設(shè)計中硬件的概念以及工程的概念。
學(xué)生在設(shè)計實驗時，可能會用到一些實驗系統(tǒng)沒有開發(fā)出的模塊，這時，學(xué)生需要自己設(shè)計該電路模塊的電路圖以及制作PCB板，直至實際制作出該功能模塊。這樣，學(xué)生除了掌握編程、還需要去學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計并制作電路板、學(xué)習(xí)該模塊與核心板的接口電路設(shè)計等相關(guān)知識，因此，在實驗過程中，學(xué)生的積極性和主動性得到提高。同時，由于實驗的規(guī)模逐漸增加，同學(xué)之間需要團(tuán)結(jié)合作才能共同完成一個實驗，因此也鍛煉了同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)合作精神。
3 結(jié)論
一個好的EDA實驗平臺，能培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新精神和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、很強的實踐操作能力、工程設(shè)計能力、綜合應(yīng)用能力、科學(xué)研究能力以及獨立分析問題和解決問題的能力。我國高校現(xiàn)階段所研制開發(fā)的EDA綜合實驗平臺，能有效整合和優(yōu)化多個電子類實驗課程的功能，為單片機和 EDA技術(shù)等課程提供了綜合實驗平臺，為高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才提供良好的實驗條件和氛圍。隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及EDA技術(shù)的不斷深入發(fā)展，EDA實驗平臺的開發(fā)也將會日益完善：大規(guī)模可編程器件將被使用；實驗系統(tǒng)將向體積小、功耗小的便攜式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：單片機；三段遞進(jìn)式；任務(wù)驅(qū)動
作者簡介：方向紅（1969-），女，浙江松陽人，淮南聯(lián)合大學(xué)機電系，高級講師。（安徽 淮南 232038）
基金項目：本文系2011年淮南聯(lián)合大學(xué)教研項目（項目編號：JYB1104）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0091-02
單片機作為計算機發(fā)展的一個重要分支領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機課程作為工業(yè)電氣自動化、應(yīng)用電子、機電一體化、電子信息及計算機應(yīng)用等專業(yè)的主干課程，在人才培養(yǎng)課程體系中起著重要的地位。[1]單片機課程具有軟硬件結(jié)合緊密、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)抽象、實踐性強等特點。[2]過去，采用的是理論講授和實驗驗證相隔離的傳統(tǒng)教學(xué)形式，學(xué)生感覺理解困難，尤其是單片機的實踐應(yīng)用方面較為薄弱。[3]為改變這一現(xiàn)狀，從2010年起，筆者在電類專業(yè)中推行三段遞進(jìn)式教學(xué)模式改革，即將單片機教學(xué)分為模塊化教學(xué)、工程綜合實訓(xùn)及電子創(chuàng)新設(shè)計三個階段，通過確立各階段教學(xué)的具體內(nèi)容，制訂課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，改革教學(xué)方法和考核手段，取得了較好的效果。
一、三段遞進(jìn)式教學(xué)模式
單片機課程是在學(xué)習(xí)了C語言程序設(shè)計、電工、電子技術(shù)、傳感器及檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與制作技術(shù)，能夠進(jìn)行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計與調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。基于這個目的，筆者設(shè)計了三段遞進(jìn)式教學(xué)模式，用兩學(xué)期的時間完成，其具體含義如下：
1.第一階段：模塊化教學(xué)，圍繞基礎(chǔ)知識及常見應(yīng)用開展教學(xué)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律
筆者通過企業(yè)調(diào)研、分析單片機應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的典型工作過程，參考職業(yè)技能考核對單片機專項能力的要求，打破原有的教材體系，重新序化了教學(xué)內(nèi)容，將單片機應(yīng)用系統(tǒng)劃分為一個個基礎(chǔ)應(yīng)用模塊。例如將并行口的應(yīng)用劃分為發(fā)光二極管控制、數(shù)碼管控制、按鍵掃描及液晶芯片使用等幾個模塊。[4]每一模塊本著“知識夠用、簡單實用、有利于提高”原則，分別設(shè)計了幾個不同的任務(wù)，其內(nèi)容的難易程度和對學(xué)生的能力要求呈逐步提高的趨勢。每個模塊最后都設(shè)有“發(fā)揮部分”單元，讓學(xué)生能動腦思考，即學(xué)即用，在前面內(nèi)容的基礎(chǔ)上綜合提高。例如：第一個應(yīng)用模塊——發(fā)光二極管控制，筆者分別設(shè)計了幾個任務(wù)：點亮一個發(fā)光二極管發(fā)光二極管閃爍10次跑馬燈流水燈，發(fā)揮部分要求在跑馬燈基礎(chǔ)上做一改進(jìn)，即每個發(fā)光二極管點亮過程中要閃爍6次。這是發(fā)光二極管閃爍10次和跑馬燈的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生動手嘗試編制其單片機學(xué)習(xí)的第一個自主程序，難度不大，容易實現(xiàn)，從而體驗成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。各模塊之間、電路與電路之間、程序與程序之間，都保持著關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生在前一個電路或模塊基礎(chǔ)上，僅做少許改動，就可以開發(fā)出另一個電路或程序。
這一階段借助Proteus仿真軟件和實驗箱，主要在教室和實驗室穿行。首先，理論知識傳授和簡單入門程序講解在教室借助多媒體完成；然后，學(xué)生在實驗室用Proteus Isis軟件仿真電路、keil C51軟件調(diào)試程序；調(diào)試成功后，再根據(jù)實驗箱的原理圖，進(jìn)行接線、修改程序，完成硬件實現(xiàn)。“發(fā)揮部分”由學(xué)生在課余時間研究、思考，再到實驗室驗證其正確性。每個模塊學(xué)習(xí)結(jié)束，要求學(xué)生提交報告，對所做工作做一總結(jié)。這一階段以解決任務(wù)為主線，將基礎(chǔ)應(yīng)用分解成一個個案例元，使學(xué)生加深單片機基礎(chǔ)知識的理解，掌握其硬件連接及編程方法。
第一階段的考核采用百分制，即平時考勤（20%）、過程化考核（50%）與期末考核（30%）相結(jié)合。過程化考核辦法如下：學(xué)生每學(xué)完一個模塊，完成各實訓(xùn)項目后，根據(jù)表1評定階段成績。學(xué)生在每個階段都有自己的成績，根據(jù)每個模塊的難易程度，取加權(quán)平均值，為過程化考核成績。期末考核采用機試方式，學(xué)生可以查閱相關(guān)資料，考查學(xué)生根據(jù)題目要求繪制仿真電路圖、程序的編制及調(diào)試能力。機試題目由多題組成，各題根據(jù)難度不同，取不同分值。學(xué)生可以根據(jù)自己的程度，選擇其中幾道排列組合，根據(jù)完成情況現(xiàn)場打分，體現(xiàn)出分層次考核的改革思路。
2.第二階段：工程綜合實訓(xùn)，以典型應(yīng)用產(chǎn)品作為載體，體驗實際產(chǎn)品的制作過程
在學(xué)完第一階段所有內(nèi)容后，由教師按照兼顧實用性、可操作性、可擴(kuò)展性的原則，選取幾種單片機典型應(yīng)用產(chǎn)品作為實訓(xùn)題目，如搖搖棒、簡易密碼鎖、數(shù)字時鐘和電子琴等，這些題目在書本及網(wǎng)絡(luò)上很容易查到相關(guān)資料。它們既是第一階段各模塊內(nèi)容的綜合應(yīng)用，又加入了新的芯片原理及應(yīng)用，因而是第一階段教學(xué)內(nèi)容的補充、綜合和深化。如數(shù)字時鐘電路中既包含了基礎(chǔ)應(yīng)用部分的單片機最小系統(tǒng)、按鍵掃描、蜂鳴器警示、中斷、數(shù)碼管或液晶顯示等，又加入了時鐘芯片DS1302的原理及其與單片機的連接等內(nèi)容。學(xué)生在掌握單片機原理和基本應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以某個具體產(chǎn)品的制作為載體，經(jīng)過電路板設(shè)計、元器件焊接、程序設(shè)計與調(diào)試、硬件裝配、分析總結(jié)等過程，脫離了已固化成功的實驗箱及軟件仿真，進(jìn)入到自己親自動手搭建硬件，程序調(diào)試、下載階段，初步掌握了工程設(shè)計方法和組織實踐的基本技能。這一階段考核標(biāo)準(zhǔn)如表2。
3.第三階段：電子創(chuàng)新設(shè)計，綜合了傳感器及檢測技術(shù)、電工、電子技術(shù)和單片機等相關(guān)知識，是能力轉(zhuǎn)化為工程素質(zhì)的重要階段
實際的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計必然包含電子線路設(shè)計、傳感器使用、單片機控制及檢測技術(shù)應(yīng)用等幾部分，電子創(chuàng)新設(shè)計階段就是模擬單片機實際應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計過程，由教師參考大學(xué)生電子設(shè)計競賽的形式，事先設(shè)計一些題目，提出系統(tǒng)需要完成的任務(wù)及其參數(shù)、精度要求。學(xué)生3～4人組成一個小組，各組選定一個題目，在規(guī)定的時間內(nèi)協(xié)作完成。學(xué)生經(jīng)過課題分析研討、查找資料、電路設(shè)計、硬件制作與裝配、軟件編制、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、編寫設(shè)計報告等步驟，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、工程設(shè)計能力及科技論文寫作能力，是單片機應(yīng)用開發(fā)過程的課堂模擬及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要階段。電子創(chuàng)新設(shè)計階段考核采用百分制，具體標(biāo)準(zhǔn)如表3。
二、結(jié)語
三年來，筆者通過上述實踐和改革，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生感覺易入門，對基礎(chǔ)知識的理解也更加深刻了。很多學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中都喜歡選擇跟單片機應(yīng)用相關(guān)的課題，畢業(yè)生的工作也有不少跟單片機應(yīng)用開發(fā)相關(guān)。另外，培養(yǎng)了一大批動手能力強、實踐技能高的學(xué)生，在安徽省大學(xué)生技能大賽和電子設(shè)計大賽中屢獲佳績。
單片機三段遞進(jìn)式教學(xué)模式，其本質(zhì)是通過任務(wù)驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中，理解單片機知識，熟悉單片機開發(fā)過程，掌握實踐技能，培養(yǎng)工程素質(zhì)和創(chuàng)新精神，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)。課程改革是一項長期的系統(tǒng)工程，筆者只是做了些探索和嘗試，今后還需要根據(jù)學(xué)生的特點、技術(shù)的進(jìn)步不斷調(diào)整思路，與時俱進(jìn)，為培養(yǎng)生產(chǎn)實踐所需的人才而繼續(xù)努力。
參考文獻(xiàn)：
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中圖分類號:TN911-33; TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)16-0074-03
Application of Proteus Software in Theoretical and Practical Teaching about Embedded Syetems
WANG Zhong, QIN Ying-lin
(Department of Computer Science and Technology, Shandong Jianzhu University, Jin’an 250101, China)
Abstract: The introduction of Proteus software into all the teaching steps in the course of the embedded systems is proposed to solve the problems of the teaching difficulties and high cost of teaching for the course of the embedded systems. The method proposed in this article is performed in the classroom teaching. The prupose is to let the students master the design of hardware systems gradually and improve the students' abilities. The model design of dynamic simulation can be applied to the graduation projects and innovative design. The application of Proteus software in embedded system teaching can reduce the teaching cost and improve the teaching effect.
Keywords: computer application; embedded system; Proteus; keil
0 引 言
嵌入式系統(tǒng)是一門涉及計算機體系結(jié)構(gòu)、計算機軟件以及其他相關(guān)電子技術(shù)的綜合技術(shù)。目前,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為最熱門的技術(shù)之一,各類企業(yè)對具備嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力人才的需求量非常旺盛。在目前各高校開設(shè)的嵌入式系統(tǒng)課程中,普遍采用的微處理器是8位的單片機8051,32位ARM7TDMI核的飛利浦NXP LPC系列和三星S3C44B0芯片。首先以單片機作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習(xí)的入門,掌握了基本的概念和設(shè)計方法之后,再把ARM7內(nèi)核CPU作為一種“功能更強大的單片機”,無縫升級到流行的ARM平臺。
傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué),課堂環(huán)節(jié)多是純理論教學(xué),實踐環(huán)節(jié)一般也是使用傳統(tǒng)的實驗箱,實驗項目較少,內(nèi)容固定,創(chuàng)新手段不足,很難為學(xué)生的創(chuàng)新實踐創(chuàng)造良好的實驗平臺。鑒于傳統(tǒng)教學(xué)模式中面臨的問題,在課堂教學(xué)、實驗、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計中引入Proteus軟件,可達(dá)到事半功倍的效果。
1 Proteus軟件介紹
Proteus是由英國Labcenter公司開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)仿真及開發(fā)平臺,該軟件具有以下特點[1-3]:
(1) 能進(jìn)行智能原理布圖;進(jìn)行單片機軟件調(diào)試和單片機與電路的協(xié)同仿真;滿足單片機軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 支持常見的單片機類型和飛利浦公司ARM7(LPC系列)處理器及常見的器件如8255,ADC0809。
(3) 可以與Keil μVersion 3,ADS1兩個集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合,把用匯編和C語言編寫的程序編譯后,進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真。
2 Proteus軟件在教學(xué)中的應(yīng)用
在教學(xué)環(huán)節(jié)中,教師可以將Proteus和Keil 建立的虛擬實驗平臺搬到課堂上,將實踐教學(xué)與理論教學(xué)融為一體,從而改進(jìn)教學(xué)效果[4]。下面是一個實際的課堂案例。
在講述外部中斷處理過程時,將Proteus 和Keil 聯(lián)調(diào),通過仿真步驟,可以將單片機處理中斷的軟件執(zhí)行過程和單片機內(nèi)部資源變化的情況以直觀、清晰的畫面呈現(xiàn)給學(xué)生,從而帶來單純理論分析難以達(dá)到的效果。
匯編程序如下:
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP INT0
ORG 0100H
MAIN: MOV IE,#0FFH ;開中斷
SETB IT0 ;INT0 為邊沿觸發(fā)方式
SJMP $INT0: CPL P1.0
RETI
END
全速運行Protues,可以看到Proteus 中電路的按鍵閉合時,P3.2 引腳產(chǎn)生一個下跳沿,PC=0x0003H,指向AJMP INT0 轉(zhuǎn)移指令,堆棧指針SP=0.9H,數(shù)據(jù)存儲器的08H 和09H 單元存放著01H 和05H,即存放了下一條指令的地址。由此學(xué)生可以知道,當(dāng)發(fā)生外部中斷請求時,程序會自動保存斷點的地址,同時程序?qū)D(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序的入口地址。由于是外部中斷0產(chǎn)生的中斷請求,因此程序會轉(zhuǎn)移到外部中斷0 的入口地址0003H 單元。而AJMP INT0 是一轉(zhuǎn)移指令,所以程序會轉(zhuǎn)移到標(biāo)號INT0 處,即真正的中斷服務(wù)程序。隨著CPL P1.0 指令的執(zhí)行,Proteus 電路圖中的發(fā)光二極管會改變當(dāng)前的狀態(tài)。當(dāng)程序執(zhí)行完RETI后,PC=0x0105H,說明中斷程序執(zhí)行完后,程序又回到斷點的位置。RETI 指令能把斷點地址取出,送回到程序計數(shù)器PC 中去。至此,一個完整的中斷處理過程執(zhí)行完畢。
通過外部中斷執(zhí)行的例子可以看出,在課堂上使用Protues 和Keil 聯(lián)調(diào)建立的實驗平臺[5],許多抽象概念都可以以直觀的方式介紹給學(xué)生,使得學(xué)生不僅能夠觀察到軟件執(zhí)行時單片機內(nèi)部的I/O 口和存儲器的變化,還能夠觀察到軟件程序和電路互動的過程。
3 Proteus軟件在實驗和課程設(shè)計中的應(yīng)用
現(xiàn)有的單片機實驗教學(xué)環(huán)節(jié)通常包括2個部分:課內(nèi)實驗和課程設(shè)計。所有這些實驗都是在實驗箱上完成的。由于硬件實驗箱的結(jié)構(gòu)固定,資源有限,學(xué)生在做實驗時無法將所學(xué)的知識融會貫通。所以到課程設(shè)計階段,很多學(xué)生無法完成綜合性實驗。采用Proteus 軟件仿真可以彌補硬件實驗的不足。基于Proteus的實驗可以分為以下3個階段逐步完成[6]。
(1) 驗證階段。主要讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件環(huán)境,使學(xué)生對單片機虛擬系統(tǒng)仿真有感性認(rèn)識。實驗指導(dǎo)書給出實驗任務(wù)與要求、Proteus實驗原理圖、實驗操作步驟、多媒體課件、程序流程圖及程序源代碼等。學(xué)生根據(jù)實驗步驟或?qū)嶒灢僮麂浵襁M(jìn)行實驗操作、實驗調(diào)試,并觀察程序運行結(jié)果。
(2) 設(shè)計階段。主要培養(yǎng)學(xué)生用Proteus繪制系統(tǒng)原理圖,以及用Keil進(jìn)行源程序設(shè)計的能力。實驗指導(dǎo)書給出實驗任務(wù)與要求、實驗原理圖。學(xué)生根據(jù)實驗原理圖用Proteus繪制硬件電路圖,按照實驗要求設(shè)計程序,在Keil環(huán)境編寫源代碼,調(diào)試成功,加載程序到Proteus硬件圖仿真。仿真成功后按照實驗原理圖在實驗箱上搭建硬件電路,加載程序,觀察實驗現(xiàn)象,并與仿真結(jié)果相比較。
(3) 綜合階段。主要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及主觀能動性,提高學(xué)生創(chuàng)新能力。學(xué)生根據(jù)實驗任務(wù)及要求設(shè)計硬件電路(包括CPU選型、元器件選型及參數(shù)設(shè)置、電路連接等)并繪制Proteus硬件原理圖;根據(jù)硬件功能模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(包括系統(tǒng)原理框圖、程序流程圖及源代碼編寫等)。軟硬件設(shè)計完成后,進(jìn)行兩者間聯(lián)調(diào),充分利用Proteus與Keil的聯(lián)合仿真功能,及時發(fā)現(xiàn)并改正硬件電路或程序源碼的錯誤。系統(tǒng)仿真成功后,再制作實物。
在課程設(shè)計環(huán)節(jié)中,要求學(xué)生在Proteus 中繪制硬件電路圖,在Keil 中編寫程序,同時在設(shè)計硬件電路時盡可能考慮實驗箱的資源,以便在Keil 中編寫的程序能夠很好移植到實驗箱上。這樣學(xué)生可以隨時進(jìn)行課程設(shè)計和課題研究,在聯(lián)合仿真驗證成功后,再進(jìn)入實驗室使用實驗箱做進(jìn)一步驗證。
學(xué)生可以針對不同的應(yīng)用,選擇最適宜的單片機,而不用局限于課堂上常講解的51系列單片機。學(xué)生可以在聯(lián)合仿真成功之后,再進(jìn)行電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試和程序固化,避免因設(shè)計方案不正確所造成的浪費。同時也可以使學(xué)生了解與本課程相關(guān)的科技發(fā)展最新動態(tài)和成果,掌握自己不熟悉的單片機,提高實驗?zāi)芰烷_發(fā)能力[7-8]。
4 Proteus軟件在畢業(yè)設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用
在畢業(yè)設(shè)計中,單片機控制類的設(shè)計由于時間短,人數(shù)多及實驗設(shè)備缺乏,給畢業(yè)設(shè)計帶來了一定的困難。采用Proteus仿真軟件后,只需要一臺電腦就可以開展工作。學(xué)生前期的仿真工作可以利用Proteus仿真軟件在電腦上完成,再進(jìn)入實驗室進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試,┮環(huán)矯妾可緩解設(shè)備不足的問題,也可不影響正常的教學(xué)。
在項目研究和創(chuàng)新設(shè)計中,利用Proteus軟件進(jìn)行輔助設(shè)計,可以做到縮短研發(fā)周期,減小硬件成本的投入。動態(tài)元器件仿真模型是Proteus 的特色動態(tài)模型,具有動畫效果[9],如LED發(fā)光管、按鍵開關(guān)等。這是Proteus 的特色。但有些動態(tài)模型在庫中沒有,Proteus在創(chuàng)建動態(tài)模型方面給予用戶廣闊的創(chuàng)作與發(fā)揮空間,可以設(shè)計自己的動態(tài)模型,展現(xiàn)出Proteus 在動態(tài)仿真方面的無限魅力。它不但使人機交互式仿真得以實現(xiàn),而且使仿真形象、生動,創(chuàng)造出極為接近現(xiàn)實的課程教學(xué)與產(chǎn)品研發(fā)的情境。
5 結(jié) 語
采用Proteus仿真軟件作為單片機和ARM的教學(xué)平臺[10],可充分利用機房的現(xiàn)有設(shè)備,減少實驗設(shè)備的硬件維護(hù)、實驗環(huán)境,又與實際工程系統(tǒng)非常接近,拉近了學(xué)習(xí)與就業(yè)的距離。
近年來,將Proteus 仿真軟件應(yīng)用在教學(xué)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、山東省大學(xué)生電子設(shè)計大賽中,使用該開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn),在不需要硬件投入的情況下,學(xué)生普遍反映比以往單純學(xué)習(xí)書本知識更易于接受,更易于提高,增加很多實踐經(jīng)驗。實踐證明,這種教學(xué)方法不但可以降低成本,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯,且具有較高的推廣價值。
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關(guān)鍵詞：MSP430單片機；案例模型；任務(wù)驅(qū)動；工程素養(yǎng)
中圖分類號：G642.0；TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）11-0219-02
引言
“單片機”是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，直接涉及學(xué)生的創(chuàng)新能力和就業(yè)能力。我校單片機教學(xué)主要包括課堂教學(xué)、課內(nèi)實驗教學(xué)、基于單片機的電子信息系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計三個部分，課程教學(xué)和課內(nèi)實驗總課時48學(xué)時，其中課堂理論教學(xué)36學(xué)時，實驗教學(xué)12學(xué)時；電子信息工程專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計4周、通信工程專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計3周。從2014年開始我校的電子信息類專業(yè)單片機課程從MCS-51單片機過渡到MSP430單片機，課內(nèi)教學(xué)依據(jù)教材，按照MSP430單片機體系結(jié)構(gòu)簡介、指令系統(tǒng)、MSP430單片機內(nèi)部資源（時鐘晶振、低功耗模式、PIO、定時器、AD和DA接口、UART等）、單片機應(yīng)用舉例的順序講解相關(guān)的概念、知識與應(yīng)用方法。課內(nèi)實驗是為配合課堂理論教學(xué)而設(shè)置，目的是通過實驗促進(jìn)對課堂知識的理解，使用TI公司的MSP430F6638單片機實驗箱，以及實驗箱所提供的實驗項目均具有實驗程序源代碼，教師容易進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生容易完成實驗。這些實驗設(shè)備和實驗項目初步滿足了我們從MCS-51單片機過渡到MSP430單片機的教學(xué)需要，也為進(jìn)一步改進(jìn)單片機教學(xué)方法提升教學(xué)效果積累的經(jīng)驗。
一、傳統(tǒng)教學(xué)方法及存在的不足
從2015年新生開始，我校實行大類招生，電子信息工程和通信工程統(tǒng)一基礎(chǔ)課，從大學(xué)第四-第五學(xué)期開始選修專業(yè)方向特色課程。大類招生及培養(yǎng)要求厚基礎(chǔ)，單片機及嵌入式技術(shù)是當(dāng)今電子信息的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一，也是培養(yǎng)創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力、提高就業(yè)能力的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生參加進(jìn)行競賽的重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著當(dāng)今全民創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)等社會發(fā)展對學(xué)生能力要求的不斷提高，以及我校大類招生需要的提高，這對單片機教學(xué)提出的新的更高的要求，主要體現(xiàn)在對實驗和創(chuàng)新設(shè)計實習(xí)要求的提高，除了基礎(chǔ)性的教學(xué)實驗和實習(xí)外，還要求面向工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的需要，針對大類招生后學(xué)生不同專業(yè)方向，抽象出典型的工程應(yīng)用案例，按照工程設(shè)計的要求，設(shè)置由簡單到綜合、由模仿實驗系統(tǒng)硬件軟件到改進(jìn)或擴(kuò)展硬軟件設(shè)計、最終逐步過渡到自主設(shè)計的教學(xué)體系。隨著教學(xué)要求的提高，現(xiàn)有的教學(xué)方法與資源、實驗設(shè)備和項目、硬件軟件資源均不能完全滿足要求。
二、課程教學(xué)改革
本文主要針對新的教學(xué)要求，結(jié)合教學(xué)和科研團(tuán)隊近10年單片機教學(xué)和相關(guān)工程技術(shù)研究方面的經(jīng)驗，探索一種適合大類招生與教學(xué)環(huán)境下能夠激發(fā)學(xué)生興趣和潛能，增強單片機教學(xué)效果的教學(xué)方法，課程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在課程內(nèi)實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)任務(wù)教學(xué)和案例教學(xué)需要，設(shè)置與課堂教學(xué)內(nèi)容配套、由淺入深的單元性且分組可選的趣味性實驗項目，通過實驗進(jìn)一步明確課程目的，提高學(xué)生興趣。
理論課堂教學(xué)選取工程案例以任務(wù)驅(qū)動方法，講述MSP430單片機知識點，讓學(xué)生建立單片機工程應(yīng)用系統(tǒng)概念，掌握單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)、熟知MSP430單片機內(nèi)部資源，掌握單片機應(yīng)用同的設(shè)計。實驗設(shè)置擬在案例模型上模仿工程設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)方法進(jìn)行，實驗項目選擇案例功能中比較典型的、難度適中的設(shè)計任務(wù)，分為基礎(chǔ)實驗和提高性實驗等不同層次，基礎(chǔ)實驗必須完成，提高性實驗由學(xué)生按興趣自由選擇。第一階段為系統(tǒng)認(rèn)識實驗，信號燈控制和按鍵檢測功能程序（包括設(shè)計思路、程序流程圖、示例代碼，進(jìn)行演示與詳細(xì)講解），以此學(xué)習(xí)編譯及下載運行方法、獲得對硬件軟件的初步認(rèn)識；第二階段實驗完成模擬信號檢測及顯示實驗，指導(dǎo)書給出硬件圖、程序設(shè)計思路和流程圖，學(xué)生模仿著進(jìn)行硬件和程序設(shè)計，完成調(diào)試與下載運行；其后從模仿逐步過渡到獨立完成設(shè)計與調(diào)試。第三階段，由指導(dǎo)教師提供除要求學(xué)生完成的功能之外的其他功能程序，指導(dǎo)學(xué)生裝配成一個完整的應(yīng)用程序，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件整體測試。學(xué)生實驗考核以學(xué)生為主，講述自己應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成、測試、總結(jié)與改進(jìn)，是否完成應(yīng)用系統(tǒng)功能和指標(biāo)。在4周的創(chuàng)新設(shè)計階段，通過設(shè)置10-20個單片機典型的應(yīng)用課題，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，利用一些基本的單元電路和學(xué)生自主設(shè)計的功能電路相配合，完成工程應(yīng)用樣機硬件的設(shè)計、制作與調(diào)試；完成單片機應(yīng)用軟件的設(shè)計與調(diào)試，最終完成系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試、系統(tǒng)功能與性能指標(biāo)的測試。為完成此任務(wù)，需要研究并抽象出10-20個能激發(fā)學(xué)生興趣的典型工程應(yīng)用案例，給出這些案例的相關(guān)功能與技術(shù)指標(biāo)要求，特色單元電路功能要求及參考設(shè)計，對信號特點與處理方法、程序設(shè)計思想進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼f明，指導(dǎo)學(xué)生完成一個從硬件設(shè)計（或硬件集成）、到程序設(shè)計調(diào)試、整機測試、撰寫設(shè)計報告、撰寫使用說明書和維修說明書、生產(chǎn)工藝說明、性能檢測規(guī)范的整個工程設(shè)計過程。
課外創(chuàng)新實踐活動。組建單片機創(chuàng)新小組，建立學(xué)習(xí)興趣小組和QQ討論群，便于相互交流在實際設(shè)計過程中遇到的問題以及分析經(jīng)驗。同時以競賽促M教學(xué)，鼓勵學(xué)生參加電子競賽如：“全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽”、“飛思卡爾智能汽車大賽”、“互聯(lián)網(wǎng)+大賽”，有興趣的學(xué)生還可以參與到老師的項目中。
三、結(jié)語
不脫離工程背景直接使用工程案例，教學(xué)活動特別是實驗實踐教學(xué)具有典型性和靈活性，能兼顧不同專業(yè)特點，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)。但也存在一定問題，學(xué)生在工程文件管理和C語言編程方面存在不足，同時也在考慮是否直接教授STM32單片機，但STM32資源豐富復(fù)雜，對單片機入門還需進(jìn)一步探索教學(xué)方法讓學(xué)生容易理解單片機微控制器。
⒖嘉南祝
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Engineering Ability Oriented Single Chip Computer Teaching Exploration
JIN Hong
（School of Information Science & Engineering，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）
全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的特點是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合,以推動其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實驗室建設(shè)工作。競賽的特色是與理論聯(lián)系實際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合,競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計,又有實際制作,以全面檢驗和加強參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實踐創(chuàng)新能力。大學(xué)生電子設(shè)計競賽,其意義不僅僅是比賽本身,其對參賽學(xué)生的意義是不可小覷的,同時比賽更是帶動了電子信息類專業(yè)教學(xué)體系的改革,促進(jìn)了電子信息類創(chuàng)新型人才的產(chǎn)生。
1大學(xué)生電子設(shè)計競賽是對學(xué)生所學(xué)
知識的檢驗及進(jìn)一步升華,學(xué)有所用,相得益彰該競賽主要針對的是電子信息類的在校學(xué)生,在本科期間,會學(xué)習(xí)電路、數(shù)字電子基礎(chǔ)、模擬電子基礎(chǔ)等基礎(chǔ)課程,以及相應(yīng)的實驗,這些是專業(yè)基礎(chǔ),是必不可少的。通過對競賽的準(zhǔn)備階段,會不斷地學(xué)習(xí)充實自己,在深入學(xué)習(xí)的思考中,對專業(yè)基礎(chǔ)的認(rèn)識已遠(yuǎn)非書本上死板的知識點,而是從中窺出的更有價值的東西。學(xué)生通過自己的感悟和學(xué)習(xí),會對基礎(chǔ)知識有更深刻的認(rèn)識,有助于其他知識的學(xué)習(xí),同時也是對所學(xué)基礎(chǔ)知識的靈活利用及升華。
2大學(xué)生電子設(shè)計競賽促進(jìn)了相關(guān)教學(xué)體系的改革,使電子信息類專業(yè)蓬勃發(fā)展
電子設(shè)計競賽促進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革,促進(jìn)適應(yīng)現(xiàn)代高等教育需要的一個新的教學(xué)課程體系的形成。大學(xué)生電子設(shè)計競賽已越來越成為推進(jìn)高校教學(xué)改革的有利措施,并使電子信息類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容按著理論和實踐并重、分析和綜合并重的道路發(fā)展。[1]
我國現(xiàn)有的教育體制,存在重知識輕能力,重理論輕實踐,重分析輕綜合,重個體輕協(xié)作,重繼承輕創(chuàng)新等現(xiàn)象。按傳統(tǒng)方法培養(yǎng)的學(xué)生,在參加電子設(shè)計競賽時,就會發(fā)生諸多的問題。如:理論設(shè)計正確卻無法在工程上實現(xiàn),單元電路正確卻無法實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào),個人能力很強卻各自為政等。原因則在于,電子設(shè)計競賽既強調(diào)理論設(shè)計,更強調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn);既考核學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識的能力,更注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識;試題實用性強、綜合性強,涉及的內(nèi)容是一個課程群而非單一的一門課程。電子設(shè)計競賽反映了電子技術(shù)的先進(jìn)水平,又引導(dǎo)高校在教學(xué)改革中,應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力,形式與內(nèi)容基本符合面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和需求,是對傳統(tǒng)教學(xué)方法的一個挑戰(zhàn),對我們的教學(xué)提出了新的要求。課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革思路,必須適應(yīng)現(xiàn)代高等教育的需要,不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容,豐富實驗手段,開闊學(xué)生視野,強化工程概念,以鍛煉學(xué)生思維的廣闊性,培養(yǎng)其創(chuàng)新能力,使學(xué)生的知識和能力達(dá)到電子設(shè)計競賽的水平,隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展,集成器件的廣泛應(yīng)用,傳統(tǒng)的《模擬電子線路》、《脈沖數(shù)字電路》等基礎(chǔ)課程的深度和廣度已遠(yuǎn)不能滿足電子競賽和電子信息時代的要求.注重電子新技術(shù)的應(yīng)用,加強大學(xué)生基礎(chǔ)教育的內(nèi)涵更新和外延拓展勢在必行。
實驗教學(xué)對于大學(xué)生,特別是工科大學(xué)生培養(yǎng)實際動手能力至關(guān)重要。但是,現(xiàn)行的實驗教學(xué)內(nèi)容較陳舊,方法較單一,實驗安排過多過細(xì),演示性、驗證性實驗太多,而綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗卻偏少。這樣的實驗教學(xué)模式,會誤導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性,削弱學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,阻礙學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)揮和實踐能力的提高。而大學(xué)生電子設(shè)計競賽的舉辦,則為課程體系改革和教學(xué)內(nèi)容更新提供了契機。許多院校總結(jié)參加競賽的經(jīng)驗后,紛紛對課程體系進(jìn)行了調(diào)整,在教學(xué)計劃中將電路類、單片機、計算機原理等課程提前安排;將單一驗證性實驗逐步轉(zhuǎn)向科學(xué)驗證、分析設(shè)計、系統(tǒng)綜合相結(jié)合;對傳統(tǒng)的實驗課進(jìn)行整合,開設(shè)了《電子設(shè)計》選修課程和獨立的《電子設(shè)計綜合實驗課程》。由于競賽的需要,也促使實驗教學(xué)內(nèi)容不斷更新,許多院校已經(jīng)將一些新器件(如CPLD/FPGA等)和新技術(shù)(如EDA、電子電路軟件仿真、虛擬儀器技術(shù)等)引入實驗教學(xué)中,從而豐富了實驗內(nèi)容和手段,提高了實驗課的技術(shù)含量。不少院校還投入巨資建立專門的電子創(chuàng)新設(shè)計實驗室(基地),為參賽隊員提供訓(xùn)練、提高的場地,也面向全校學(xué)生,創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)、獨立思考的環(huán)境,提供發(fā)揮創(chuàng)新思維、展示聰明才智的舞臺。[2]
3大學(xué)生電子設(shè)計競賽通過競賽的形式,培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維,促進(jìn)電子信息類創(chuàng)新型人才的產(chǎn)生
大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計多門學(xué)科,多個專業(yè)。該項競賽是對學(xué)生設(shè)計能力、實踐能力、心理素質(zhì)、團(tuán)隊精神以及體力的一個大挑戰(zhàn),它檢驗學(xué)生的綜合運用知識能力和綜合實驗?zāi)芰Α3]實踐證明,學(xué)科競賽使得優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出,其個性與共性都得到了培養(yǎng)和加強。通過多學(xué)科知識和實際動手能力的綜合運用,學(xué)生的主動性得到充分發(fā)揮,創(chuàng)新思維得到激發(fā),工程實踐的訓(xùn)練得到加強,培養(yǎng)了他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)工作態(tài)度、理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)、利用信息資源的能力和團(tuán)隊協(xié)作精神。此外,參賽學(xué)生在信心、勇氣以及克服困難的毅力等非理性思維及素質(zhì)方面也有不同的表現(xiàn)。這些都為學(xué)生今后的發(fā)展、貢獻(xiàn)社會、回報學(xué)校打下堅實的基礎(chǔ)。[4]
［關(guān)鍵詞］開放式創(chuàng)新實踐課程設(shè)計教學(xué)改革
［中圖分類號］G642.3［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）02-0078-02
一、引言
當(dāng)今社會對人才的素質(zhì)，特別是實踐能力和創(chuàng)新能力的要求越來越高，如何培養(yǎng)高素質(zhì)且具有創(chuàng)新能力的人才成為檢驗教育成功與否的重要標(biāo)志。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)善于引導(dǎo)學(xué)生從事實踐活動，培養(yǎng)其勤于實踐、勇于創(chuàng)新的意識和習(xí)慣。
為實現(xiàn)教學(xué)過程的開放性、實踐性和創(chuàng)新性，在“傳感器與自動檢測”和“電子技術(shù)”課程設(shè)計環(huán)節(jié)里進(jìn)行了開放式創(chuàng)新實踐的教學(xué)改革，以期探索出更積極有效的教學(xué)方法，取得良好的教學(xué)效果。
二、開放式創(chuàng)新實踐的構(gòu)建
（一）對課程設(shè)計的改進(jìn)思路
1.題目選擇。課程設(shè)計由教師指定題目，學(xué)生按照教師指導(dǎo)思路就可以完成電路設(shè)計，學(xué)生的興趣愛好不能得到充分的發(fā)揮，缺乏學(xué)習(xí)自主性。改革后采用自主選題方式，實踐課題具有一定的探索性，給學(xué)生更多的主動性和創(chuàng)新機會。
2.模式轉(zhuǎn)變。課程設(shè)計以理論設(shè)計為主，重知識、輕能力，其實踐環(huán)節(jié)仍顯薄弱。改革后不但讓學(xué)生設(shè)計電路，而且結(jié)合計算機進(jìn)行電路仿真，并最終動手制作電路板，使學(xué)生熟悉了科研的基本程序，提高學(xué)生科研和實際動手等綜合能力。
3.時間安排。課程設(shè)計放在理論課程學(xué)習(xí)之后，為期1～2周，要完成設(shè)計并焊接調(diào)試電路板，工作量大、時間倉促，學(xué)生根本難以完成任務(wù)。改革后在理論學(xué)習(xí)過程中同步進(jìn)行，合理安排各環(huán)節(jié)工作時間節(jié)點，保證整個實踐過程順利完成。
（二）開放式創(chuàng)新實踐的實施過程
開放式創(chuàng)新實踐由學(xué)生自主選題，主要以小組合作的形式進(jìn)行，由小組長負(fù)責(zé)，小組成員在性別、興趣、能力等方面合理搭配。指導(dǎo)教師在理論授課當(dāng)中下發(fā)任務(wù)，在實踐項目開始前1～2周要完成對題目和方案的審核，并購買元器件。
整個過程按照“選題、方案設(shè)計、元器件購買、方案調(diào)整、電路搭建、電路板焊接”六個工作環(huán)節(jié)逐步進(jìn)行，如圖1所示。
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圖1開放式創(chuàng)新實踐的實施過程
1.選題。教師下發(fā)任務(wù)要求，由學(xué)生根據(jù)課程性質(zhì)自行選擇設(shè)計題目，教師協(xié)助學(xué)生完成題目的審核、可行性分析，最終確定題目以及要求。
2.方案設(shè)計。由學(xué)生完成電路的設(shè)計，并且對電路進(jìn)行軟件仿真。
3.元器件購買。學(xué)生根據(jù)電路上報元器件清單，包括元器件的型號、數(shù)量，由教師負(fù)責(zé)購買元器件，教師可以根據(jù)實際情況調(diào)整選用其它類型的替代型號。
4.調(diào)整方案。根據(jù)實際買到的器件再次重新調(diào)整設(shè)計電路，設(shè)計過程中在題目方向不變的情況下，學(xué)生可以根據(jù)實際情況發(fā)揮創(chuàng)新思維，對電路功能進(jìn)一步改進(jìn)和擴(kuò)展。
5.電路搭建。為了防止直接焊電路造成元器件的浪費，先讓學(xué)生在面包板上搭建電路并進(jìn)行調(diào)試。
6.電路板焊接。對電路進(jìn)行布線、焊接并測試完成最終功能。
三、開放式創(chuàng)新實踐的教學(xué)成效
圖2、圖3、 圖4和圖5是學(xué)生的個別作品。
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圖2家用防盜報警器
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圖3交通紅綠燈電路
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圖460秒秒表電路
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圖5光控小夜燈
（一）鞏固理論知識，提高了教學(xué)質(zhì)量
學(xué)生在參與實踐的過程中理解和把握課程要求的知識和技能，加深了對理論課程的掌握。
（二）使學(xué)生實際動手能力和科研能力等綜合能力得到了提高
不僅讓學(xué)生參與實踐，還重視培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力，從設(shè)計題目到元器件的選擇、測量方法的確定，乃至電路的設(shè)計仿真，讓學(xué)生進(jìn)行了全過程的訓(xùn)練，使學(xué)生在自學(xué)能力、應(yīng)變能力、動手能力等方面得到了提高，為將來獨立設(shè)計打下了基礎(chǔ)。
（三）增強創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神
通過這種開放式實踐活動，學(xué)生在設(shè)計過程中可以根據(jù)實際情況調(diào)整設(shè)計功能及方案，發(fā)掘?qū)W生的潛力，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。
（四）培養(yǎng)學(xué)生溝通、表達(dá)能力和團(tuán)隊合作精神
組建學(xué)習(xí)小組的方式，增進(jìn)了學(xué)生之間的交流與合作，使他們感受到共同完成任務(wù)的喜悅，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊精神與合作意識。
（五）提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)主動性
在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，學(xué)生選擇與自己興趣相同的課題并組成團(tuán)隊，進(jìn)行自主的探索和發(fā)現(xiàn)，對自己的知識、能力和素質(zhì)進(jìn)行主動構(gòu)建，成為學(xué)習(xí)的主體。
四、困難及建議
開放式創(chuàng)新實踐內(nèi)容是豐富的，實踐的方式也是多樣的，讓學(xué)生在實踐中綜合運用所學(xué)知識，提高解決實際問題的能力。但是操作過程中仍然存在著一些困難：
（一）資金限制
教學(xué)資金不足致使題目數(shù)量有限，小組成員人數(shù)仍然偏多，不能兼顧到每一位學(xué)生都能上手操作，而且設(shè)計選題上都主要集中在小的報警電路上。
（二）元器件購買不便
由于所需元器件種類繁多，數(shù)量又不多，商家不愿去配貨，很多元器件難以買到，即使買到，無形之間也提高了價格。
（三）缺乏輔助搭建平臺
學(xué)生在電路連接調(diào)試時不方便，操作費時費力。
筆者個人對今后的改革有一點建議，就是考慮將多門課程結(jié)合起來，例如：利用現(xiàn)有的電子實訓(xùn)室、自動控制實訓(xùn)室、無損檢測實訓(xùn)基地等教學(xué)資源，設(shè)計虛擬超聲探傷儀、渦流檢測儀等，嘗試將傳感器、虛擬儀器等專業(yè)基礎(chǔ)課程與本專業(yè)無損檢測的核心課程相融合，這樣不但可以加深學(xué)生對相關(guān)課程知識點的理解，又可以促進(jìn)核心知識的掌握，同時提高其創(chuàng)新設(shè)計與實踐能力。
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在實驗教學(xué)內(nèi)容上,從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā),全面修訂了實驗教學(xué)大綱,優(yōu)化實驗知識結(jié)構(gòu),形成梯次的教學(xué)內(nèi)容體系,即基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新設(shè)計性實驗。在實驗總學(xué)時保持不變的前提下,減少驗證性實驗項目,增加了綜合性、設(shè)計性實驗項目,并且注重實驗項目課程內(nèi)綜合更新、課程間重組以及跨學(xué)科交叉融合,尤其重視醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)知識綜合運用能力和研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。近兩年,面向本院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生所開設(shè)的數(shù)字電子技術(shù)實驗項目及學(xué)時分配如表1所示。從表1可知:實驗項目從12個減少到9個,但是總學(xué)時保持未變;從實驗內(nèi)容設(shè)置來看,實驗難度成梯度;實驗類型分為基礎(chǔ)驗證性、設(shè)計性和綜合創(chuàng)新設(shè)計性三種。純粹的驗證性實驗只有2個,分別為實驗一邏輯門測試和實驗四觸發(fā)器功能測試。實驗一為第一次實驗課,先要教會學(xué)生使用實驗箱和認(rèn)識芯片實物,向?qū)W生傳授實驗技巧,所需時間較多,因此設(shè)置的內(nèi)容稍簡單,讓學(xué)生的實驗過程既順利又充實而有成就感,從而激起學(xué)生的實驗興趣。實驗五分為兩個部分:先驗證計數(shù)器及寄存器邏輯功能,隨后重點完成常用計數(shù)器芯片74LS161和寄存器芯片74LS194的擴(kuò)展應(yīng)用設(shè)計,如果只是單純的芯片功能測試,就缺乏應(yīng)用訓(xùn)練,不利于后面相關(guān)設(shè)計性實驗的開展。實驗二和實驗三為組合邏輯電路設(shè)計,分為小規(guī)模和中規(guī)模,內(nèi)容上不重復(fù),電路的實現(xiàn)從采用邏輯門升級到采用中規(guī)模集成芯片。實驗六為經(jīng)典的時序邏輯電路設(shè)計,考慮到難度稍難及根據(jù)往屆實驗情況,將其學(xué)時調(diào)為3學(xué)時,通過該實驗項目,學(xué)生對時序邏輯電路的設(shè)計流程、動作特點及測試方式有了更深刻的理解。實驗七為綜合性實驗,主要進(jìn)行綜合實踐訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。時鐘脈沖信號在數(shù)字電路的工作中起控制作用,因此,特設(shè)置了一個采用經(jīng)典的模數(shù)綜合器件555定時器來構(gòu)建簡易時鐘脈沖信號源的實驗項目。前八個實驗基本涵蓋了數(shù)字電路理論內(nèi)容,且按照理論課章節(jié)順序來設(shè)置。在實驗課程的最后,為了綜合考查學(xué)生知識運用、創(chuàng)新、動手操作及團(tuán)隊合作能力,特設(shè)置了一個系統(tǒng)設(shè)計性實驗項目,如《交通燈控制電路設(shè)計》。該設(shè)計任務(wù)涉及到多個功能模塊,由于電路較復(fù)雜,設(shè)定學(xué)時為6學(xué)時,需要學(xué)生綜合運用所學(xué)知識來實現(xiàn),作為實驗課程考核部分之一。綜上,整個實驗教學(xué)分為四個階段:基礎(chǔ)訓(xùn)練實驗階段、基礎(chǔ)設(shè)計實驗階段、綜合應(yīng)用訓(xùn)練階段和系統(tǒng)設(shè)計實驗階段。使學(xué)生從基本的實驗設(shè)備和器件的使用、實驗數(shù)據(jù)的處理、知識的綜合運用、電路設(shè)計調(diào)試到實踐創(chuàng)新能力都得到了訓(xùn)練。
2實驗方式方法改革
在學(xué)生掌握了常用的實驗儀器如數(shù)字電路實驗箱、萬用表、信號發(fā)生器等的使用方法,熟識了常用的集成電路芯片的基礎(chǔ)上,結(jié)合各實驗項目的要求及特點,采用多種實驗方式來完成實驗。驗證性實驗可只用數(shù)字電路實驗箱來實現(xiàn),多個芯片同時在實驗箱上連接,連線方便,費時較短,一次實驗課中可以完成多個任務(wù)。較簡單設(shè)計性實驗采用分立元件連接來構(gòu)建電路,既可以鍛煉學(xué)生動手能力,又可以在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗。綜合設(shè)計性實驗由于難度最高,可讓學(xué)生用軟件仿真出電路原理圖,然后制作PCB板,實現(xiàn)電路實物。課程開始時教師講授的時間不易超過15min,主要幫助學(xué)生完成對實驗的理解,思路的建立。實驗方案的設(shè)計、實驗電路的搭建及問題的排解,要有學(xué)生自主完成。在實驗進(jìn)行中,教師和學(xué)生各自的定位要準(zhǔn)確,教師主指導(dǎo),注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗興趣。在整堂實驗課中,要讓學(xué)生體現(xiàn)主動性,感受到“做中學(xué)”的樂趣。由于實驗內(nèi)容大部分為設(shè)計性實驗,如果純粹依賴實驗指導(dǎo)書進(jìn)行教學(xué),較難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計能力的目的。因此在現(xiàn)階段,采用項目驅(qū)動法來開展實驗教學(xué),具體做法為:開學(xué)初把數(shù)字電子技術(shù)實驗的所有實驗項目以電子文檔的形式發(fā)送給學(xué)生,每個設(shè)計性實驗只提供設(shè)計任務(wù)、設(shè)計要求和可供參考使用的芯片種類,設(shè)計方案和電路原理圖由學(xué)生自主完成。這樣既可以改善學(xué)生的懶惰思想,又可以實現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生查閱參考文獻(xiàn)的和初步設(shè)計的能力。對于學(xué)時較長和難度較大的實驗項目,2～3名學(xué)生可組成小團(tuán)隊,團(tuán)隊成員在參閱大量參考文獻(xiàn)后進(jìn)行小組討論,多次討論后確定設(shè)計方案。在電路構(gòu)建及測試過程中,每個成員都必須積極參與,教師也給予一些必要性的指導(dǎo)。經(jīng)過兩年的實踐發(fā)現(xiàn),該實驗教學(xué)方法有效增強了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析問題及解決問題能力、自我管理能力、團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新實踐能力。每次實驗完成之后,學(xué)生不僅對相關(guān)知識有了更深刻的理解,也獲得了滿足感,極大提高了學(xué)生參與實驗的興趣。
3實驗室教學(xué)管理改革
對于任何一個實驗項目,都允許并鼓勵學(xué)生之間相互交流,教師作為引導(dǎo)者雖不過多干預(yù)學(xué)生的實驗過程,但是也積極關(guān)注他們的實驗進(jìn)度,認(rèn)真聆聽他們的實驗想法,適時給出建議,甚至和學(xué)生進(jìn)行熱烈討論,幫助他們構(gòu)建更正確的實驗方案。當(dāng)學(xué)生搭建的電路不能正常工作時,不過多責(zé)備,反而是啟發(fā)他們自己尋找問題的所在,鼓勵學(xué)生多思路分析問題。因此,實驗室的氛圍既嚴(yán)謹(jǐn)又活躍,絕大部分學(xué)生都非常專注的投入到實驗中,實驗效果理想率可達(dá)到95%以上,實驗數(shù)據(jù)抄襲的現(xiàn)象非常少。
4實驗考核方式改革
很多學(xué)生不重視數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)的原因之一就是其考核方式不太合理,實驗成績要么只占數(shù)字電路課程成績的百分之二十,要么只由實驗報告的成績和平時考勤成績組成,導(dǎo)致有些學(xué)生認(rèn)為只要期末考試卷面成績高就行,實驗做不做問題不大,有些學(xué)生雖然每次實驗都出勤,但是在實驗室并不認(rèn)真做實驗,實驗報告抄襲他人。基于這些現(xiàn)象,近兩年本院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開展的數(shù)字電子技術(shù)實驗考核方式做了如下改革。
(1)電子技術(shù)實驗單獨為一門課程。該課程成績中模擬電子技術(shù)實驗成績占50%,數(shù)字電子技術(shù)實驗成績占50%。就數(shù)字電子技術(shù)實驗成績而言,平時出勤率僅占10%,實驗過程中的表現(xiàn)占40%,系統(tǒng)設(shè)計實驗考核成績占30%,實驗報告成績占20%。因此,學(xué)生的實驗態(tài)度與實驗?zāi)芰ψ畲蟪潭壬蠜Q定了其課程成績。這就使得絕大部分學(xué)生能以正確、積極的態(tài)度來對待實驗課程,并盡量通過自主努力完成實驗。
(2)系統(tǒng)設(shè)計實驗項目考核時,分模塊考核。比如在《交通燈控制電路設(shè)計》實驗項目中,總分100分,完成時鐘信號源電路模塊,得10分;完成定時器模塊,得25分;完成控制器模塊,得40分;完成譯碼驅(qū)動器模塊,得15分;設(shè)計方案闡述和回答教師提問部分完成,得10分。這樣不僅避免由于電路硬件原因?qū)е码娐废到y(tǒng)最終實驗效果不理想而得零分,打擊學(xué)生信心的情況出現(xiàn),又可以讓學(xué)生在實驗過程中能逐級測試電路,保證最后的電路系統(tǒng)效果理想,且對學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和答辯能力進(jìn)行了培養(yǎng)。
5結(jié)語
關(guān)鍵詞：電工電子技術(shù) 實踐教學(xué) 生產(chǎn)實踐
1 引言
電氣工程訓(xùn)練是我院面向工科非電專業(yè)及大文科專業(yè)開設(shè)的一門公共實踐課程,學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容就是安全用電常識和基本的電工電子技術(shù)知識及實踐操作技能。
2 實踐教學(xué)的現(xiàn)狀和改進(jìn)措施
(1)實踐課程簡介
根據(jù)專業(yè)的不同,電氣工程訓(xùn)練有兩個教學(xué)模式。對于工科非電專業(yè),開設(shè)電氣工程訓(xùn)練a,共40學(xué)時;圍繞三相籠型異步電動機的控制,訓(xùn)練工科學(xué)生一些簡單的電氣控制方法、控制手段,使之理解電氣控制方面的基本知識和操作技能,了解電氣控制在工程中的應(yīng)用。對于大文科專業(yè),開設(shè)電氣工程訓(xùn)練b,共40學(xué)時;通過室內(nèi)照明電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試與檢修實踐,讓學(xué)生懂得安全用電,學(xué)習(xí)常用電工工具和儀表的使用,掌握最基本的電工技能。
(2)實踐教學(xué)存在的不足之處
從近三年的教學(xué)實踐過程看,存在的不足之處有兩點:
第一,教學(xué)內(nèi)容不夠充實,學(xué)生做起來前緊后松。為期一周的電工訓(xùn)練,前三天的實踐內(nèi)容是理論教學(xué)和基礎(chǔ)實踐;后兩天的內(nèi)容是創(chuàng)新設(shè)計,占用時間偏長。
第二,教學(xué)實踐內(nèi)容和現(xiàn)代生產(chǎn)實踐結(jié)合度不夠,電工電子技術(shù)含量偏低。電氣工程訓(xùn)練a的實踐內(nèi)容是交流電動機的交流接觸器控制線路;電氣工程訓(xùn)練b的實踐內(nèi)容是照明電路的安裝實踐,在電路中用的是電感式鎮(zhèn)流器。在科技發(fā)展日新月異的今天,這些電路已不是最常用的電路了。
(3)實踐教學(xué)改進(jìn)措施
針對在電氣工程訓(xùn)練中存在的現(xiàn)狀,對原有的實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提煉和整合,在電氣工程訓(xùn)練中增加電子產(chǎn)品制作的內(nèi)容。對于非電專業(yè)的學(xué)生,可以選擇制作一些和已有的實踐項目相關(guān)且簡單實用的電氣產(chǎn)品。參加電氣工程訓(xùn)練a的學(xué)生,可以選作plc控制器;參加電氣工程訓(xùn)練b的同學(xué),可以選作電子鎮(zhèn)流器。學(xué)生在電工實踐過程中,通過對電氣產(chǎn)品的研制、組裝和調(diào)試的親身體驗,了解電工電子技術(shù)的應(yīng)用,探知最前沿的科學(xué)技術(shù),推進(jìn)實踐教學(xué)和現(xiàn)代生產(chǎn)實踐的緊密結(jié)合。
3 實踐教學(xué)改進(jìn)后的實施方案
(1)實踐教學(xué)內(nèi)容
電氣工程訓(xùn)練實踐經(jīng)過改進(jìn)后的教學(xué)內(nèi)容可概括為四個教學(xué)環(huán)節(jié)、六大教學(xué)模塊。四個教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論教學(xué)、基礎(chǔ)實踐、創(chuàng)新設(shè)計和產(chǎn)品制作;六大教學(xué)模塊包括元器件認(rèn)識、工具儀表使用、電路原理和電路設(shè)計、線路板制作、組裝和配線、調(diào)試和檢修。
在教學(xué)實踐過程中,六大教學(xué)模塊的實施是滲透在四個教學(xué)環(huán)節(jié)中完成的。可以看出,和電氣工程訓(xùn)練b相比,電氣工程訓(xùn)練a的電工電子技術(shù)信息含量大、實踐操作難度高。
(2)教學(xué)實施方案
教學(xué)內(nèi)容的難易程度以及時間安排不是一成不變的,在教學(xué)過程中需要把握三點:
第一,理論與實踐相結(jié)合。理論教師在理論教學(xué)環(huán)節(jié)主要講解安全用電常識、元器件認(rèn)識與檢測、電氣原理圖識圖、實踐操作技能四方面知識。脫離實踐操作的理論知識不用講,和實踐操作聯(lián)系不大的理論知識要少講。通過理論教學(xué),學(xué)生可以運用掌握的理論知識指導(dǎo)自己的電氣工程實踐,這才是理論教學(xué)的真正目的。
第二,因材施教。專業(yè)不同,采用的教學(xué)方法和教學(xué)手段就不同,講授的教學(xué)內(nèi)容也不同;專業(yè)相同基礎(chǔ)不同,教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點就不同,對三表學(xué)生要突出應(yīng)用能力和實踐技能的[培養(yǎng),對素質(zhì)高、學(xué)習(xí)能力強的學(xué)生要進(jìn)行精英培養(yǎng)。
第三,課內(nèi)教學(xué)與課外活動相結(jié)合。對于參加電氣工程訓(xùn)練興趣高、產(chǎn)品制作有獨到見解的學(xué)生,教師要積極引導(dǎo),把課內(nèi)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生課外科研活動、素質(zhì)教育活動有機結(jié)合起來,并給予必要的指導(dǎo)。
(3)激發(fā)學(xué)生興趣的方法
為了更好地完成教學(xué)任務(wù),實現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo),要充分調(diào)動學(xué)生參與實踐的主觀能動性,激發(fā)學(xué)生的興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新意識。
第一,確定靈活、直觀的教學(xué)方法。在理論和實踐教學(xué)過程中,結(jié)合板書、多媒體課件及實物展示等教學(xué)手段,采用演示教學(xué)和漸進(jìn)式啟發(fā)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式,在激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)自學(xué)和獨立思考能力等方面下功夫,使教學(xué)效果不斷提升。對于基礎(chǔ)實踐項目,主要以演示教學(xué)為主,通過演示教學(xué),學(xué)生把容易理解和接受的感性知識上升為可以指導(dǎo)自己實踐操作的理性知識。對于創(chuàng)新實踐項目,主要以漸進(jìn)式啟發(fā)教學(xué)為主。通過啟發(fā)教學(xué),開闊學(xué)生的思路,培養(yǎng)同學(xué)們獨立完成實踐項目的能力。
第二,采用不同的考核標(biāo)準(zhǔn)。在教學(xué)過程中,要根據(jù)不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)的學(xué)生,調(diào)整實踐項目在量和質(zhì)上的要求,制定相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn),讓每個學(xué)生都能體驗到完成實踐項目的成就感,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生有了興趣,教學(xué)目的就容易達(dá)到了。
第三,實行多方位的獎勵制度。在基礎(chǔ)實踐環(huán)節(jié),可以把一個班級分成幾組,組和組之間比賽,哪個組完成的又快又好,哪個組就有額外加分,并把名次寫在黑板上。這樣就能激發(fā)學(xué)生之間團(tuán)結(jié)合作、協(xié)同作戰(zhàn)的意識和動力。在產(chǎn)品制作實踐環(huán)節(jié),可以把課內(nèi)教學(xué)和課外的素質(zhì)教育活動相結(jié)合,給成績優(yōu)異者頒發(fā)獲獎證書和獎金,鼓勵學(xué)生參加科研活動。
4 結(jié)語
在電氣工程訓(xùn)練的教學(xué)實踐中,我們本著與時俱進(jìn)、勇于創(chuàng)新的精神,不斷提煉和整合實踐教學(xué)內(nèi)容,著重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神、工程實踐能力和創(chuàng)新意識。學(xué)生在實踐過程中,通過對電工電子線路和電氣產(chǎn)品的設(shè)計、組裝和調(diào)試的親身體驗,了解電工電子技術(shù)的應(yīng)用;探知最前沿的科學(xué)技術(shù),增強求知欲望,培養(yǎng)自我發(fā)展的能力。
參考文獻(xiàn)
[1] 董啟廣,電工電子實訓(xùn)教學(xué)模式的研究與實踐,北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2006(10).
論文關(guān)鍵詞：項目實訓(xùn),電子電路,實踐課程,改革
1 電子電路實踐課程改革的內(nèi)容
1.1 電子技術(shù)實踐課程體系的改革
為了體現(xiàn)電子技術(shù)實踐課程的自主學(xué)習(xí)、知識綜合、創(chuàng)新設(shè)計、工程實現(xiàn)、研究探索、項目規(guī)劃、交流溝通、團(tuán)隊合作的宗旨，擬把電子電路實踐課程體系劃分為5個模塊20多個實驗項目構(gòu)成，如圖1所示，每個實驗明確局部目標(biāo)，每個模塊完成階段目標(biāo)，可配合理論教學(xué)，在二年級分階段性實施教學(xué)。實現(xiàn)課程內(nèi)多知識點融合、跨課程知識體系融合、已學(xué)與拓展知識融合與課外研學(xué)融合的實踐。使學(xué)生盡早綜合運用知識，盡早接觸工程實際，盡早開展探索研究，向前覆蓋已學(xué)知識，向后拓展未學(xué)知識。
1.2 進(jìn)行實驗項目內(nèi)容的改革
項目內(nèi)容要突出工程背景、方法多樣、綜合應(yīng)用及研究探索。對學(xué)有余力的學(xué)生引導(dǎo)其嘗試運用電子新技術(shù)。
選擇具有生活和工程背景的內(nèi)容，讓學(xué)生在體驗“學(xué)有所用”的樂趣中，激發(fā)興趣這一原始動力。著重選擇實現(xiàn)方法具有多樣性，實驗結(jié)果具有變化和不確定性，展示科學(xué)研究的研究和探索性，盡量設(shè)計少有現(xiàn)成方案借鑒的項目。
課程內(nèi)開展設(shè)計性實驗項目的研究，盡量做到從點到面，分層次地擴(kuò)大知識面覆蓋率。課程之間開展綜合性實驗項目的研究，在模擬電路、數(shù)字電路課程都學(xué)完后進(jìn)行綜合電路設(shè)計，可以融合模擬電路、數(shù)字電路、FPGA、多門課程的知識與技術(shù)方法，實現(xiàn)跨課程知識融合，最后完成從單元到系統(tǒng)的綜合。
研究項目既然融合了已學(xué)的模擬電路或數(shù)字電路等知識，則更需要自學(xué)FPGA、PSOC、單片機等拓展技術(shù)，實現(xiàn)已有知識與拓展知識融合。電子電路可在咫尺之間產(chǎn)生千變?nèi)f化，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)電子的新器件、新技術(shù)與新方法，借助于日臻完善的電子電路及系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的軟硬件結(jié)合的平臺，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，保持課程內(nèi)容體系的先進(jìn)性。
課程團(tuán)隊可以組織指導(dǎo)創(chuàng)新大賽、飛思卡爾大賽、電子設(shè)計競賽等課外研學(xué)活動，完成理論到工程認(rèn)知的轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新。
1.3 實驗項目考核要求的竌母？通過綜合設(shè)計性、工程實踐性、研究探索性實驗項目的實踐過程，考察學(xué)生在觀察分析、設(shè)計構(gòu)思、項目計劃、組織管理、工程實現(xiàn)、總結(jié)表達(dá)等方面的綜合能力，激勵實踐過程中表現(xiàn)出的思維、應(yīng)變、研究探索、團(tuán)隊合作等綜合素質(zhì)。
考核學(xué)生運用基本理論進(jìn)行項目需求分析的能力，如電路方案的合理性；理論計算和仿真結(jié)果是否合理；實驗表格是否完整等。
督促學(xué)生建立實踐的觀念，電子電路與系統(tǒng)設(shè)計不能紙上談兵，解決好原理—仿真—硬件實現(xiàn)的關(guān)系，即考核學(xué)生的動手能力，如硬件電路布局是否清晰，連線是否整齊，是否預(yù)留測試接口；儀器使用是否熟練、操作是否規(guī)范，功能與性能指標(biāo)的完成程度、完成時長等。
考核學(xué)生對項目各功能構(gòu)思的技巧性、自主思考與獨立解決問題的能力。中學(xué)語文論文
考核參數(shù)測試方案的合理性（包括各關(guān)鍵點的波形及實測數(shù)據(jù)）。完成設(shè)計的基本要求或提高要求程度如何，實驗原始數(shù)據(jù)必須當(dāng)堂找老師進(jìn)行現(xiàn)場驗收并登記，以保證考核的公正和嚴(yán)謹(jǐn)性。
通過驗收作品，演講答辯、交流總結(jié)等，考核學(xué)生實驗總結(jié)表達(dá)、應(yīng)變、研究探索及團(tuán)隊合作等方面的綜合能力。
1.4 實踐模式的改革
教師可以采用多樣化教學(xué)形式、層次化任務(wù)驅(qū)動、過程化考核激勵，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實踐過程，做精做透每一個實驗。如專題講座、技術(shù)展示、案例分析、主題討論、方案論證、質(zhì)疑講評等方法教學(xué)，鼓勵學(xué)生自主選擇任務(wù)要求、自主設(shè)計方案進(jìn)程、自主構(gòu)建實驗平臺、自主展示實踐成果，實現(xiàn)學(xué)生自主研學(xué)、創(chuàng)新實踐過程。
1.5 綜合優(yōu)化實踐環(huán)境的建設(shè)
統(tǒng)籌布局，集成打造建成多學(xué)科交融、軟硬件一體、資源豐富、配置合理、充分開放的先進(jìn)實驗教學(xué)環(huán)境，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)、研究、設(shè)計、分析、仿真、實驗、制作、焊接、測試等不同環(huán)節(jié)的軟硬件需求。
2 課題研究需解決的關(guān)鍵問題
課題研究需解決的關(guān)鍵問題是精心設(shè)計一整套實驗內(nèi)容、教學(xué)模式與考核方式。最重要的是，它應(yīng)滲透著實驗教學(xué)改革的理念，相對做到科學(xué)性、基礎(chǔ)性與先進(jìn)性的有機融合，具有較好的實用性和適用性，對綜合培養(yǎng)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)有較顯著效果，有示范性。其中設(shè)計的案例應(yīng)具備的教學(xué)思想如下。
2.1 科學(xué)性
（1）案例要體現(xiàn)實驗的科學(xué)研究目的與實際應(yīng)用背景。（2）案例是精心設(shè)計的。（3）教學(xué)內(nèi)容與要求的定位切合學(xué)生實際，服務(wù)于培養(yǎng)目標(biāo)。（4）案例經(jīng)過教學(xué)檢驗證明可行。
2.2 基礎(chǔ)性
（1）突出經(jīng)典的基本概念、基本方法和基本電路。（2）應(yīng)始于基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)地提升要求。不能講創(chuàng)新就忽視經(jīng)典基礎(chǔ)內(nèi)容，創(chuàng)新始于基礎(chǔ)。（3）要掌握好涉及基本概念、理論和方法的基礎(chǔ)單元電路實驗，應(yīng)有指標(biāo)性要求，訓(xùn)練測量操作與結(jié)果分析的規(guī)范方法。（4）能激勵學(xué)生對經(jīng)典實驗對象進(jìn)行適度的探究。
2.3 先進(jìn)性
（1）反映新技術(shù)和教學(xué)改革的可行成果。這是開展人才培養(yǎng)模式改革的具體成果。（2）合理地運用了新技術(shù)手段。實驗內(nèi)容反映并運用新技術(shù)，實驗手段與時俱進(jìn)，實驗教學(xué)以多種方式輔助開展。（3）強調(diào)實驗方法。強化實驗過程中的方案比較、定性與定量分析。（4）采用多元考核。注重實驗過程與效果，有不同于傳統(tǒng)方式的、客觀量化的多元考核方式。
2.4 實用性
（1）應(yīng)該配合學(xué)校辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)。（2）在綜合培養(yǎng)學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)上具有可操作性，能體現(xiàn)學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)特色。（3）實驗系統(tǒng)與裝置應(yīng)實用、完整、正確，是優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源的具體展現(xiàn)。
2.5 互動性
（1）強調(diào)師生之間的互動性、交流的生動性，以拓展知識、引發(fā)思考。（2）促使學(xué)生之間開展探討、合作，在智力與非智力素質(zhì)培養(yǎng)上能取得一定育人效果。
2.6 適用性
（1）具備分等級的評價系統(tǒng)，能夠提供不同定位的需求。（2）采用模塊分層結(jié)構(gòu)，適于不同專業(yè)、不同層次要求的實驗教學(xué)需求。（3）具有相應(yīng)的分級評價標(biāo)準(zhǔn)，考核適用性較強。
2.7 強調(diào)特色
（1）案例是精心設(shè)計的，培養(yǎng)目標(biāo)是明確的，能夠?qū)崿F(xiàn)具體教學(xué)目的之達(dá)成。（2）案例設(shè)計應(yīng)服務(wù)于該校人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位，照搬未必適合該校實際，要有所創(chuàng)新。（3）案例應(yīng)反映專業(yè)培養(yǎng)側(cè)重，有自身特色。
3 結(jié)語
對電子技術(shù)實踐課程的實訓(xùn)項目內(nèi)容進(jìn)行改革和探索，是針對新世紀(jì)能力型人才培養(yǎng)的需要， 著力提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生了解電路系統(tǒng)在生活和工程實際中的應(yīng)用，體驗電路功能實現(xiàn)方法的多樣性及根據(jù)工程需求進(jìn)行技術(shù)方案選擇的過程。使學(xué)生盡早綜合運用知識、盡早接觸工程實際，熟悉工程實踐中應(yīng)用必要的技術(shù)和現(xiàn)代化工具的方法。鼓勵學(xué)生站在基礎(chǔ)、面向未來，關(guān)注電子新技術(shù)發(fā)展，盡早開展探索研究。
參考文獻(xiàn)
[1] 候艷紅.電路分析課程教學(xué)設(shè)計的研究與實踐[J].考試周刊，2015（81）：104，170.
