时间:2023-02-27 11:05:53
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随着高职院校实验教学改革的深人,实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验,从利用实验来加深对已学理论知识的理解,深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件,培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。
1高职院校实验教学存在的问题
数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程,对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中,数字电路实验教学多以验证性实验为主,并按实验指导书的实验步骤去完成实验,这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维,失去了“实验”真正的含义,培养出来的学生实践技能差,无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0
2开设数字电路设计性实验采取的措施
通过多年来的实验教学改革实践,证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练,培养能力,注重创新”为指导思想,在面向各类专业的数字电路实验教学中,开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学,取得了良好的教学效果。
2. 1构建实验教学课程体系
数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学,是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计,培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径,具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件,自行查阅文献、设计方案、电路安装等,激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程,如图1所示。
为了提高学生的电子设计能力和创新能力,中心根据高职教育教学特点与规律,构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验,培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线,由单元电路设计到系统电路设计,循序渐进,三年不断线,为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间,如图2所示。
基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验,学生在完成了验证性、综合性实验以后,具有了一定的实验技能,结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路,学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件,从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等,且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用,掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法,培养学生的设计意识、查阅文献等能力。
提高型设计性实验对高职院校来说,可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用,课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路,如表2所示。整个教学过程可分10单元,每个单元为4学时,每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题,查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等,完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练,学生的软硬件设计能力进一步提高,报告撰写趋于成熟,善于接受新器件,团队协作趋于成熟。
创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做,为“开放式”教学,实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验,强化学生电子系统设计能力,充分发挥学生的潜能,全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力,为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。
数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起,从单元电路设计到系统电路设计,深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结,开展学生问卷调查,对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估,从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中,实验教师鼓励学生从不同角度去分析,大胆创新,设计不同的方案。
2. 2加强实验教师队伍的建设
近年来,中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设,合理规划,制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策,吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb},形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍,实现了实验教师队伍的整体优化。
2. 3开放实验室
为了保证设计性实验教学的有效实施,中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外,还可以根据自己的专业和兴趣,选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果,学校制定了系列激励政策,调动了实验教师及学生的积极性。
2. 4建设创新实训室
为了培养学生的电子设计能力、创新能力,给优秀学生营造良好的自主学习环境,提供展现创新设计的舞台,中心先后投人了30多万元,更新了实验仪器设备,建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。
2. 5完善实验考核机制
一、软件主要实现过程和所用技术
数字电路分析与制作三维虚拟仿真软件的主要实现过程和所用技术有:利用CAD和3DMax软件建立实训所需的元器件、电路板、仪器仪表等实物仿真三维模型,建立常用的电子元器件库;利用unity3d软件导入仿真三维模型,使用unity3d的Javascript、C#等编程语言对三维模型完成交互仿真编码,实现人机交互;利用web模拟仿真包,使其在任何可以使用互联网的地方都能随时方便地使用该仿真实验,提高教学效率与学生的学习兴趣。
二、三维仿真软件功能设计
1.三维虚拟仿真教学软件设计思路
数字电路分析与制作三维虚拟仿真软件是以培养学生的元器件检测、产品安装、电路检测和调试及电路故障排除能力为教学目标构建的虚拟仿真教学平台。笔者学校成立了由学校专业教师和企业专家组成的教学软件开发小组,根据数字电路分析与制作课程的教学目标、教学内容、教学方法、教学认知规律和企业的岗位要求及工作过程,遵循“项目导向、任务引领、理实一体”的课程建设思想,依据电子技术应用专业典型工作任务,以常用电子小产品安装为主线设计教材结构,按照项目为载体,工作过程为导向,能力训练带动知识学习的思路开发了理实一体化的《数字电路分析与制作》项目教材。在项目教材的基础上,共同讨论制订软件系统开发方案和功能指标体系,并由专业教师对每个电子小产品进行实际的安装、检测和调试,验证、确定检测项目和能力指标,修改软件系统开发方案和功能指标体系,再由软件技术开发公司来负责技术实现。
2.实训项目设置
数字电路分析与制作三维虚拟仿真教学软件开发与项目教材配套,以便于师生在教学的过程中使用。根据教材的结构特点,数字电路分析与制作三维虚拟仿真软件设置了包括声光控节能灯的制作、产品质量检测仪的制作、全贴片八路抢答器的制作、电动机故障监测报警电路的制作、电子生日蜡烛的制作、数字电子钟的制作、叮咚门铃的制作、数字万用表的制作在内的8个项目。每个项目按教学目标和电子小产品安装工作过程及要求,分为若干个训练模块。
3.教学功能设计
根据电子小产品安装、调试工作过程和实训要求,实训教学主要训练学生的元器件识别、检测、电路安装、调试和故障排除能力。在每个项目实训操作界面中,包含了电路图、元件挑选、元件检测、安装练习、在路测量、功能展示、通电测量、故障检测这8个功能选项。
一是电路图。点击“电路图”按钮,可浏览所安装的电子小产品的电路图,便于学生在产品安装过程随时查阅。
二是元件挑选。在“元件挑选”功能模块中,学生根据电子小产品的电路图,在电子元器件库中选择需要安装的电子元器件规格、型号和数量。同时可点击“计时测验”来检测判断所选元器件的对错,通过“元件挑选”功能模块的训练,可培养学生电子元器件识别能力和选择能力。
三是元件检测。在“元件检测”功能模块中,学生通过使用逼真的3D万用表对各种元器件进行检测和判断元器件的好坏,从而培养学生仪器仪表使用能力和元器件检测能力。
四是安装练习。在“安装练习”功能模块中,学生可利用已选择的元器件在虚拟的印制电路板上进行安装练习,并通过“计时测验”来检测判断所选元器件选择和安装方法的对错,培养学生电子产品的安装能力。
五是在路测量。在“在路测量”功能模块中,学生使用仿真仪器仪表对已安装完成的电路板上的变压器、集成块等电子元器件进行在线电阻测量,培养学生电路测试能力。
六是功能展示。在 “功能展示”功能模块中,学生对安装完成的电子产品按钮或开关进行不同的操作,可完整地展现该电子产品的功能,便于学生对已经完成的电子产品进行功能检测,判断自己安装的产品是否具有应有的功能和达到质量标准。
七是通电测量。在 “通电测量”功能模块中,学生使用仿真仪器仪表对电路的电流、集成电路各引脚的电压等物理量进行测量和调试,培养学生的检测和调试能力。
八是故障检测。在“故障检测”功能模块中,学生可对模拟的不同故障进行测试和检测,培养学生的检测和故障诊断能力。
在数字电路分析与制作三维虚拟仿真教学软件的每个功能模块中,具有操作步骤提示,相关的测量数据记录表格、实时测试考评及重新开始等功能。学生完成练习,点击“完成”或“提交答案”按钮可得知自己在实际操作过程中的正确与错误的情况,在找出错误的原因后,可以按“重新开始”按钮反复练习。在仿真情景下,学生可通过鼠标中键平移、滚轮缩放、右键旋转从任意角度观察电子产品,交互式完成电子产品的安装、调试和故障诊断。
三、三维虚拟教学软件特点
总结起来,三位虚拟教学软件主要有以下三个特点。
1.体现工作过程循序渐进的特点
根据电子产品安装工作过程循序渐进的特点,每个实训项目可分为电子元器件挑选、电子元器件检测、电子产品安装、电子产品测量、产品功能展示、产品通电测量、产品故障检测七大功能模块,虚拟仿真、练习和考评融合。在学习过程中,学生亦可根据自己学习情况,按顺序进行练习或选择不同的模块进行训练、学习和测试。
2.学习过程中体现人机互动
教学仿真软件界面设计友好,形式新颖。学生在学习过程中可根据操作步骤提示进行反复多次练习,掌握相关的操作技能。之后进行实时测试考评,检查自己掌握技能情况,时时体现人机互动。学生在人机交互的环境里,可以主动思考、主动探索、主动发现,从而极大地发挥学生的创新能力。
3.教学和学生学习过程灵活
三维虚拟仿真在线实训教学平台,使学生在课上、课下均可利用网络教学平台进行学习,克服传统实践教学受空间和时间的限制,反复实训对元器件的损耗和设备的损坏的问题。教师可根据教学的实际情况和教学环节选择相应的功能模块,利用仿真软件辅助教学,提高教学效率。
“数字电路”是高职高专电子信息工程专业的一门专业基础课程,其自身具有比较完整的理论体系,是后续主要专业课程必不可少的基础知识;此外,还具有很强的实践性。课程的任务是使学生掌握数字电路的基本概念、工作原理和分析方法;掌握中规模集成电路芯片的逻辑功能和应用;培养学生的逻辑思维能力和处理问题的能力,使学生具有一定的工程实践能力。
一、传统“数字电路”教学的特点
传统的数字电路教学是按照教材的顺序将理论知识内容和基本实验介绍给学生,理论教学以老师讲为主,老师利用板书、语言及多媒体工具作为手段和方法向学生灌输知识,教学的内容繁多,学生则被动地接受老师传授的知识。上课时也许听懂了,但新的内容出现时已经将前面的内容忘记。传统教学实验滞后于理论教学,多为验证性实验,并且实验数目可观。验证性实验大多不能做到理实结合,对于所学理论知识的拓展延伸不多,忽略了学生的逻辑思维能力及分析问题、解决问题能力的培养。无法引起学生的学习兴趣,学生认为枯燥且难以理解,不会主动去学习,这样恶性循环,学生也学不好这门课程。
二、教材的选择
随着经济的发展,数字电路产品的更新换代特别快,《数字电路》教材内容要与电子元件生产发展趋势紧密联系,扩大教学的视角。同时必须充分体现高职高专教育的特点,理论知识以“必需、够用”为原则,突出应用性、针对性、实用性。此外,本书知识结构合理、重点突出,做到了理论和实际相结合,每一章都有相应的实验或实训。
三、项目驱动教学法的展开
项目驱动教学是指通过实施一个完整的项目工作而进行的教学活动,教学过程中,以项目来展开,将学生分组,把需要完成的任务交给学生,在教师的指导下,学生采取协作学习的方式,按照实际工作的完整程序进行项目决策、项目实施、成果展示及评估总结。在实施项目驱动教学时,需要注意以下几个方面:
1.确立项目
从学生的日常学习生活出发,设计学生熟悉、理解、感兴趣的项目。项目不能太难,也不能过于简单。在项目设计过程中,使学生具有查阅集成电路器件手册,合理选择集成电路器件的能力,掌握集成电路的外特性和逻辑功能。学生应用已有的知识,通过思考和探讨,查阅资料后能独立完成。
2.实施项目
(1)研究内容,动手制作。确立项目后,根据学生平时的学习状态,将不同层次的同学分为一组,选出一名负责人,一个小组共同协商分工、合作,尝试完成项目。在这个过程中,教师对个别有困难的同学,要进行有针对性的个别辅导。出现问题时,老师应及时引导学生分析问题和解决问题,以达到学生对知识自主构建的目的。
(2)电路测试及故障排除。数字电路的实践教学过程中,故障是不可避免的。排除故障是实践教学的重点,也是难点。分析、寻找和排除故障,可提高学生分析问题和解决问题的能力,也是工程技术人员必备的素质。教师需介绍常见故障的现象、故障产生的原因及检查和排除故障的一般方法。先指导各组优秀的同学掌握,再由他们带动其他的学生进行学习。在这个过程中,学生可进一步掌握电子器件使用方法和工具使用方法,增加其专业综合素质。
3.项目反馈、评价及总结
项目评估采取的是学生自评与互评,老师点评的方式。各组同学展示各组的成果,讲述自己的设计方法及工作原理,并对自己的作品进行自评;同时其他组同学也给出评价。老师逐个对各组作品从元件的布局、焊接技术、走线的合理性及总体布局和完成时间等几个方面进行评价,而且要重视过程评价,肯定学生的成绩,肯定团队协作精神及创新精神,并表扬优秀作品。
在数字电路教学中合理地应用项目教学法,不仅可以激发学生的学习兴趣,掌握理论知识,而且可以培养学生的逻辑思维能力,提高分析问题和解决问题的能力。在团队协作中培养了学生的职业素养,为学生走向工作岗位打下坚实的基础。
作者简介:赵俊英(1981-),女,满族,河北保定人,天津电子信息职业技术学院电子技术系,讲师。(天津 300350)
中图分类号:G712?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)34-0095-02
在高职高专电子、通信类教学中,“数字电路分析与实践”课程作为专业基础课,是后继专业骨干课程的基础,其教学的效果直接关系到学生对后继课程的学习兴趣及学习能力。[1]建设该课程的精品课程,是推进高职电子技术及通信类人才培养的重要手段和必要环节。
一、课程设计思路
在课程建设中,将理论和实践相融合,将学生所学知识转化为技能,将技能用于实践,注重培养学生把技能应用于实践的能力。本课程的设计思路如下:
1.以培养学生职业能力和职业素养为原则构建教学内容
本课程融“教、学、做”三者于一体,采用“项目驱动”教学方法,构建模块化、组合型、进阶式训练体系。将综合能力分解成若干项小的基本能力,选择能涵盖基本能力要素的训练项目实施基本能力训练。通过模块项目训练,建立对电子电路的整体概念,从而全面掌握电子电路的分析能力,以此提高电子电路应用能力和创新能力。
2.产品调研,选取学习情境载体,设计工作任务
该课程共设计了5个学习情境,每个学习情境都围绕着真实的实际产品展开,每个情境由若干个任务组成,每个任务都按资讯—决策—计划—实施—检查—评估六大步骤实施教学。体现了课程的教学目标与社会需求相一致,教学情境与企业工作相一致,教学内容与企业工作任务相一致。学习内容从“单个到系统”,从“典型到一般”,从“简单到复杂”。技术复杂程度和学习难度逐渐增加,学生自主完成工作的程度逐渐增加,符合学习和技能的培养规律。
3.课程总体框架
“教学相长”是我们长期以来追求的目标,课程要有可持续发展性也是我们追寻的原则,所有这一切都需要学生有学习兴趣、积极性做前提。同样的设计题目可能有不同的实现方案,使用不同的数字电路芯片,设计不同的电路参数,但最终都会实现同样的功能。这样不仅充分发挥了学生学习的积极性、主动性,同时也加深了学生对基础知识的理解,为后继的专业课程学习打好坚实基础。
二、教学内容
1.根据项目和企业需要,分析工作任务,制定课程内容
“电子电路分析与实践”课程是一门理论性、实践性、基础性和应用性都很强的学科,根据市场对人才的专业需求和征求企业对课程内容、课程目标的意见分析,通过与企业专家研讨,并结合工业与信息化部和人力资源与社会保障部无线电调试技师职业资格的取证,以电子电路分析与设计流程为主线,提炼出了典型的工作任务。
2.以项目为载体实现课程内容综合化,具有很强的针对性和适用性
教学内容选择真实产品作为学习载体,这些产品必须包含职业岗位能力培养所需的全部知识,按照学生的认知规律、职业能力培养规律和产品的选择,从简单到复杂、从单一到综合,逐步培养学生的职业能力和自主学习能力。[2]本课程设置的教学情境如图1所示。
3.实践教学贯穿于整个教学活动中
本课程的实践性教学主要分为以下几个层次:任务模块实训、情境教学实践、开放性课题、学期项目、专业实习和顶岗实习。教学内容上包括了学习基础(验证)—提高(综合、设计)—创新研究(研究、应用开发)各个阶段,体现了循序渐进的教学过程。其中,既有课内内容,也有课外内容;既有指定性实训项目,也有学生自选的实训项目。同时结合学生专业社团活动,引导和指导部分学生进行项目的研发和研究,使得实践贯穿于整个教学过程,也贯穿于学生在校学习的整个过程。具体的实践环节如下:
(1)实训课。实训课是指随课堂教学的实践课程,包括任务模块实训和情境教学实践。每个实训模块均设有项目参考程序、必须完成的内容和选做的内容,选做部分是为学有余力和感兴趣的学生设计的,这样设计的目的是对具有不同能力的学生提出不同的要求,使每个学生都能学有收获,学有所长。
(2)学期项目。学期项目是指学生每学期依据所学知识,在教师指导下,以小组团队为单位,做一相关课题,课题可以是论文,也可以是具体项目,随着学生知识的增长,项目要求和难度不断增加,最终要完成完整的电子电路。
在“数字电路分析与实践”课程开设时,学生已经具备了一定的分析能力和设计能力,同时,学期项目的实施也巩固了该课程所要求的模电、电路基础知识。教师也可以提供给学生参考项目,由学生选题,学有余力的学生可以利用VHDL编程语言在PFGA或CPLD上实现电路设计。
(3)专业实习。为了提高学生的动手能力和巩固教学成果,在无线电装接和无线电调试实习中,分别安排了电子电路的装接和模块扩展的实习内容。通过课程实习,使学生初步建立正确的设计思想,学会获取信息的方法,并培养分析问题和解决实际问题的能力。在无线电调试实习中扩展模块的题目由教师指定或学生自主选题,题目要兼顾基础性、知识性、前沿性、实用性、可操作性等。并将该部分内容纳入无线电调试中级职业资格证书的考核内容。
(4)顶岗实习。顶岗实习的主要目的是培养学生吃苦耐劳、团结协作的精神,培养学生理论结合实践的能力,进一步增强学生的学习能力、分析解决问题的能力和应用能力,为学生以后更好的走向社会奠定坚实的基础。许多校内外顶岗实习课题是关于电子产品分析与开发的,这也更加突出了该课程在整个教学中的重要地位。
三、教学方法与手段
本课程的教学模式为“教、学、做、练、鉴”立体化教学模式。教学过程中,坚持“教、学、做一体化”,教师是工作过程的主导,学生是工作过程的主体。因此,学是首要因素。以项目为载体的情境化教学设计引导学生以做中学、学中做的方式在完成典型工作任务的过程中自主地完成学习过程。
考虑高职教育本身的教育规律以及学生的学习基础,任何单一的教学方法都难以达到好的教学效果,为此,本课程以工学结合为切入点,在教学过程中采取了以工作过程为导向的学习过程,综合运用基于工作过程的项目引导教学法、任务驱动法、案例分析法、分组讨论法、角色扮演法等教学方法开展教学。各种教学方法交错使用,互相融合。
1.启发式教学法
教学中注意启发式,[3]杜绝注入式。授课时应注意与学生进行交流:学生跟着教师的思路走(循序渐进,接受知识),教师跟着学生的表情走(察言观色,掌握学生听懂、接受的程度)。启发引导以教师为导向,锻炼学生独立思考问题、解决问题的能力。这是一种较高级的学习方法,能够让学生摆脱被动式学习,启发学生自主创新的精神,这也正是教育改革所要达到的真正目的。
2.项目驱动教学法
以工作任务单和计划、实施、评价工作单为引导,通过学习完成工作所需的知识,来完成工作任务,教学任务由师生共同完成。教学地点由传统的先课堂后实验室的模式改为课堂、实验、实训室一体化模式,学习过程在仿真的工厂实训环境中进行,学生可以在学习、实验、实训中将知识转化为技能,实现与企业岗位的零过渡。
3.项目小组教学法
将学生4~5人分为一组,部分教学内容采用学生分组讨论、互相评判,以小组为单位进行课程的讲授,其他学生进行补充的教学方式。引导学生积极思考、乐于实践。在课外开放实训室,小组共同讨论、解决问题,提出方案并共同完成项目。要求学生不断学习、自我完善,构建学习型项目小组团队。
4.学生自主学习
课堂上,在保证基本教学内容完成的基础上,鼓励学生自己拟订方案、方法,自创项目,经指导教师认可后独立完成,培养学生独立的工作能力和创新意识。
5.师生互动
课堂教学、课堂讨论、课后练习、开放性课题、实验、实训教学有机结合,互为补充。对带有普遍性的难题及时设立适当的习题课予以讲解,不积累问题。并采用课堂交流(提问、讨论)、课间交流、答疑、质疑、作业、辅导学生进行电子制作、电子邮件网上交流、QQ流、电话交流等多种方式与学生交流。
四、师资队伍建设
在本课程建设中,打造一支老中青结合、理论与实践结合的教师队伍是必要的、关键的。对教师的要求要满足以下几个方面:
(1)主讲教师师德好,学术造诣高,教学能力强,教学经验丰富,教学特色鲜明。
(2)所有理论教师均同时兼任理论课程和实践课程的教学工作。
(3)课题组一半以上教师都有过企业工作经历。
(4)课题组教师均要达到本科学历,其中,研究生学历要达到50%以上。
在实际的课程建设中,师资队伍要不断完善,教师应具有紧迫感,不断更新知识,不断探索行之有效的教学方法。
五、总结
本文对高职高专“数字电路分析与实践”课程设置、教学内容、教学方法与手段以及师资队伍建设等方面进行了探讨。结合实际项目,加强实践环节,寓教于乐,提高学生的学习兴趣,是本课程改革值得探索的方向。
参考文献:
《数字电路》作为电子信息类专业学生非常重要的一门专业基础课程,在整个人才培养方案中起着举足轻重的作用。该课程的教学模式改革已经被提出很多年,也逐渐趋于完善。
一、课程的设计思路
由于高职院校学生的理论基础偏弱,在教学过程中,刚开始的一些理论知识学生还可以接受,但随着学习难度的增大,学生随之学习的兴趣也越来越低。为了克服学生的厌学现象,课程的教学模式必须要实施改革。
基于教学做一体的教学模式改革是培养学生职业能力的重要途径之一,将多种教学方法融为一体,使学生获得职业经验,提高职业能力。《数字电路》课程教学模式改革通过实施完成一个完整的项目工作进行教学活动,教学过程中,打破传统教学的章节顺序和老师讲,学生听的课堂教学模式,完全调动了学生的学习积极性,以实际项目来展开,以学生为主体,教师为指导,通过分组,把教学任务交给学生,学生通过讨论、制订工作方案、项目实施、成果展示、评估总结等完成课程的学习,掌握职业技能,增强团队合作。
二、教学过程的实现
1.紧跟行业的发展,确定教学项目
随着数字电子技术的高速发展,EDA技术越来越成熟,逐渐成为电子系统设计的主流。因此,在设计教学项目的时候,淘汰一些过时的知识,紧密结合电子产业的发展,并从学生的日常学习生活出发,设计学生熟悉并感兴趣的项目。该课程通过对企业、行业前期调研,专家后期讨论,以适应不断发展的广播电视技术岗位需要为导向,充分利用触发器、编码器、译码器等基本元器件,采用循序渐进的方法,从设计基本的计数器、加法器等小电路开始,逐渐实现基于计数器的数字钟功能,并完成电路的调试。
2.基于工作过程进行教学项目的实施
学生分组完成教学项目,要求每组提交:设计思路、逻辑电路图、实现数字钟功能的产品、答辩材料。
(1)完成总体设计方案。学生分组后在组长的统一安排下,分工合作,完成总体设计方案。在整个过程中,要保证全组同学都参与到项目中来,共同讨论解决项目实施过程中出现的问题。教师及时引导学生分析问题和解决问题,以达到学生为主体的教学目的。电路的设计过程是一个难点,各组可以选择不同的设计方法,不同的触发器完成电路的逻辑功能。教师应指导学生利用最简单、最稳定可靠的方法实现。
(2)完成产品的安装。学生拿到手的元器件有面包板、触发器、七段LED显示器、逻辑门、编码器、译码器等。要求各组学生合作,通过查阅集成块的功能,合理使用集成电路和导线,在面包板上搭建电路。在安装的过程中,教师应及时发现学生操作不准确的地方,并予以纠正,确保学生的人身安全。
(3)电路测试及故障排除。数字电路的实践教学过程中,故障是不可避免的,电路测试及故障排除是教学的重点和难点,通过故障排除,可以提高学生分析问题和解决问题的能力,排查电路同时也是工程技术人员必备的素质。在完成部分任务时,教师应先将介绍常出现的故障现象、出现故障的原因,并和学生共同分析如何排除故障。在这个过程中,学生可以进一步熟悉万用表和示波器的使用。同时,鼓励先完成的组帮助其他小组排除故障,增加专业素质及团队精神。
(4)答辩及综合评定。各小组完成作品设计后,选出一名代表阐述设计思路,并完成产品展示,由教师和其他小组共同进行客观评判,为作品打分。答辩结束后,教师对所有的作品进行综合评定,并作为本门课程综合考评的重要组成部分。
三、课程的教学效果
该课程进行教学做一体化的教学模式改革后,学生的积极性明显提高,所有的学生都参与到教学项目中来。课程的考核方式也做了改革,以小电路设计、综合作品设计等为主体,笔试所占的比例从80%降低到40%,重视学生实践能力的培养,学生不仅学到专业知识,还在实践教学中培养学生的集体主结协作精神,有利于提高学生的职业道德素养。
【参考文献】
[1]王秀红.高职软件技术专业“教学做一体化”的探索[J].中国成人教育.
[2]夏夕美.基于“学做合一”的高职院校人才培养模式创新[J].职业技术教育,2011,32(8).
[3]王国庆.职业教育课程教学设计的“五化”原则[J].教育与职业.
电子信息业是全国五大支柱产业,随着物联网、嵌入式等高新技术的发展,刺激了应用电子技术专业人才需求。《国务院关于大力发展职业教育的决定》要求加强职业院校学生实践能力和职业技能的培养。因此,在电子专业教学中,我们更应该深入研究教学教法,使理论和实践结合的同时,建立完善的电子实践教学体系,提高学生的实践和应用能力,为地方经济发展服务。
一、应用电子技术专业实践教学的改革探索与实践
我们通过对本地区的电子行业、企业进行深入调研,了解了企业对电子专业学生的岗位需求和能力要求。在此基础上,有企业专业和学校老师一起制定了详细的实践教学体系,主要包括:
1)在以“实践性、技能型”为主的培养目标基础上,对课程进行项目的改革,将理论知识及时转化为实际的技能。
2)构建与理论教学进程和培养技能相符的实践教学计划,主要包括实验、综合实训、课程设计、实习等,确保技能培养与理论教学的相关性。同时制定不同难度系数的实践项目来给学生练习,达到因材施教。
二、实践教学的组织实施
1)开发适合学生实践课程的校本教材。
电子专业学生原来开设的是《电工基础》,本教材理论性强,经过教学总结,我们编写了《应用电工》校本教材,把理论知识穿插到每个项目中进行教学,将理论知识及时转化为实际的技能。比如万用表的安装与调试项目中包括了直流电路的知识;白炽灯和日光灯的安装项目中讲解了单相交流电路的知识;电动机的拆装和电气控制线路的安装项目中包括了三相电路的内容。这样的教材编写,既有串、并联电路、单相电容电感电路、谐振电路、三相电路的测量等基础实验的训练,也有万用表、电机拆装及控制电路连接的综合实训,从基础到进阶,有利用学生的学习和掌握。后续我们根据教学需要会编制更多适合学生认知的实践校本教材。
2)教学方法和教学模式的改革。
在制定了完善的实践教学体系的基础上,我们灵活采用多种教学方法,比如:讲授法、演示法、小组讨论法、任务驱动法、六步教学法等,同时采用行动导向为主的立体化教学模式:理实一体的实训室、课内到课外、校内到校外、书本到网络等,岗位到岗位的闭环实训模式,项目起源与岗位,通过引导、学习、制作、训练最后回归到岗位进行考核。通过这些方法和模式的灵活运用,极大的提高了学生的学习积极性,激发了学习兴趣,取得了良好的效果。
3)既遵照循序渐进的规律,又注重各门课程之间知识的衔接性和相对性。
一年级关注学生的基本技能,让广大学生掌握基础仪器与设备的使用办法及注意事项。二、三年级在保证基础技能训练的基础上,大力提高拓展技能的训练。比如在数字电路中,先是编码器、译码器、加法器、触发器、计数器等简单验证性试验,后是抢答器、数字钟、汽车尾灯等综合性和设计性试验。教师可以布置题目,如数字钟的设计与制作,要求学生画出原理图,进行multisim仿真验证,再准备器材进行焊接、组装、调试,最终确保运行正常。在单片机的教学中,让学生利用单片机的知识来制作数字钟,通过对比前面数电中的制作学生会发现单片机与数字电路的不同和联系。
4)课堂教学与课外教学的结合。
在课堂实践教学中,制定好各门课程的实训大纲,使实践教学内容来自于课程理论,但又有所突破。课下开放实训场所,为主动要求学习的学生提供方便;积极组织学生参与各种层次的电子竞赛,培养学生的团队合作精神和创新意识,比如:校级的电子制作技能比赛、河北省工信厅的电子信息比赛、蓝桥杯等;成立了电子科技协会开展电子知识讲座、优秀电子作品展、获电子竞赛奖励学生的经验交流等活动;师生通过QQ、微信群、论坛等进行交流,并推荐一些优秀的专业学习网站。
三、实践教学环境建设
(一)校内实验实训平台
我系电子专业建立了包括电工电子技术、EDA、单片机、电子产品设计制作、PLC、传感器与检测等实训场所,并结合专业的发展和地方对人才的需求,及时更新实验实训条件。比如我们的仿真软件根据发展需要依次安装了Protel99、ALtiumDesigner6、ALtiumsummer09、multisim等,单片机实训场所增加了嵌入式模块等。实训基地配备专职管理员,对设备进行统计、维护并邀请专家共同制定设备的升级采购计划等。同时学校大力支持实践教学,每学期都让老师上报本学期课程所需的实践耗材费用。
(二)加大校外实训基地建设
我们通过与中国校企资源网的合作,在LG、格力、金达、中泰等学校周边企业建立了实训基地。通过完善校外实训课程内容,如:岗前实习管理守则、企业文化德育教育、企业管理知识、技术工程实践培训、实结、实习成绩评定等,以岗位替代课堂,让学生在实践中学习,在岗位上学习。通过寒暑假的实训实习可以进一步培养学生的职场适应能力,提升他们的实践操作水平。
四、实践成绩评定的改革
实践教学的考核改变了只重视结果的方式,注重过程性考核。每次实训都有考核表,进行每项的打分,包括实训过程、数据处理分析、实训报告等都在考核项目中,采用学生自评、互评、老师评价等方式;同时,我们还采用以赛代考、以赛促学的方法,进行考核。在企业的实习过程,由企业专家进行考核。为了保障实践教学的顺利实施,我们每门课程的理论和实践都由同一位老师担任。这就要求老师理论扎实、实践过硬,不断学习,定期到企业进行实践提高自身的能力。电子专业的实践教学还需不断摸索,才能更好的适应社会的发展和需求,培养出合格的高职人才,为地方经济发展服务。
参考文献:
[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社.
[2]刘久凯.高职电子专业实践教学创新模式探析[J].教育与职业,2010(20).
关键词 项目式教学;FPGA;实验平台
中图分类号:G712 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2016)11-0032-02
FPGA是一门新兴的电子设计实现手段,FPGA器件因其高度灵活性,应用越来越广泛,是未来电子技术发展的主趋势。为了将新知识、新器件及时反馈在教学过程中,西安理工大学高等技术学院电子信息工程技术专业开设了FPGA课程。传统的教学模式使学生感到理论抽象、枯燥,教学资源的有限使学生感到实践困难。教学团队在FPGA的实际教学中进行了大胆改革,取得很好的效果。
1 以项目为导向、任务驱动为主线,分散理论学习难点,提高学习主观能动性
以项目为导向、任务驱动为主线,通过与本专业领域的企业专家和近几年的毕业生共同探讨,汲取各方面意见、建议,结合本课程教学要达到的理论高度、实践能力及素质目标,以学生所掌握的数字电路知识点为基础,选择基于FPGA器件的门电路设计、选择器设计、计数器设计及抢答器设计等由浅入深的多个项目。以项目任务为主线,分散理论学习难点,采取“先实践―分析总结―技术提高―理论引入―再实践”的教学方法,将基于FPGA器件的数字电路设计与制作贯穿整个教学过程,使该课程的理论教学充满活力,激发学生的学习兴趣,提高学习主观能动性。
2 加强实践训练,培养学生的设计创新能力和工程素质
理论教学和实践教学是高校教育的重要组成部分,而实践教学对高职学生实践技能和创新能力的培养起到至关重要的作用,是体现高职教育办学特色的一个重要方面。在日常教学过程中,高职院校应该根据学生的就业需要,不照搬全国统编教材,而是按照“够用、实用”的原则,压缩、删减理论课内容,大量增加实践课内容,从而保障学生能学到真技能、真本领,成为既懂理论知识更擅实践操作的有用人才。为了给本课程实践教学提供充足的教学资源,教学团队自主研发适合高职教学的FPGA硬件实验平台25套,该课程的教学全部在实训室完成。
理论教学穿插在实践教学环节中 FPGA是一门新兴的电子设计实现手段,是用软件编程来实现硬件电路,实践性很强,只有多实际操作,才能真正掌握它。理论教学安排贯穿于实践教学的始终,实践中要求深入了解学习内容,培养学生运用以前学过的知识进行独立操作的能力。开始时以学生所掌握的数字电路的知识点为基础,让学生根据教师给定的项目任务用简单的集成门电路芯片完成电路搭接、功能验证,然后让学生分析此电路,深入了解此电路所涉及的内容,提出自己关于此电路的想法,引导学生对这门课程产生学习兴趣。
根据学生对相关电路的想法,引导学生用新兴的电子设计实现手段来实现电路功能,引入电子设计实现的新型器件FPGA。在学生了解了新型器件的特点及应用后引入理论,为了让理论教学充满活力,教师先进行基于FPGA实验开发平台的简单的数字电路设计实现的“演示验证”,让学生产生好奇心,然后让学生模仿教师给定的项目进行设计、编程、下载、功能验证。如设计、编程、实现四选一选择器的项目,学生要根据给定的实现功能的多种参考程序和实验开发平台进行编程、引脚分配和功能验证,根据验证结果,分析研究实验过程和内容。教师引入编程语言与此项目相关的内容,提高学生分析问题和接受相关理论知识的能力。
后期的学习采用探究的教学方法,根据前期掌握的基本理论、基本技能,改变思维模式,将每个项目涵盖的知识点专门列出,让学生有目的地认知发散思维。循序渐进,从模仿教师的设计,到自行设计、编程、硬件引脚分配、功能验证,充分发挥学生的主观能动性和探索能力。如完成数字钟的电路设计,学生要整合所学过的知识,利用实验开发平台提供的FPGA最小系统电路、按键电路接口、数码管电路口、蜂鸣器电路接口设计硬件电路连接,编制实现功能的源程序,分配硬件引脚,验证所设计电路的功能,提高他们的设计创新能力。
工程素质培养贯穿在综合项目实现过程中 为了使学生独立分析、设计、解决项目实现中遇到的实际问题,具有团队协作精神,提高工程素质,需要对其进行实际应用项目的综合训练。要求学生对学过的知识进行合理优化组合,组团队完成小型实际课题的方案论证、系统设计、软硬件开发、仿真、调试、设计报告、答辩等。在综合项目实践训练中,学生为主,教师为辅,鼓励学生自学项目所涉及的相关知识,提高自学能力。面对项目实现过程中出现的各种问题,教师只负责引导学生分析问题,解决问题靠学生,既可以提高学生分析问题的能力,又可以提高解决实际问题的能力。学生通过实际应用项目的实现,对所学知识进行综合运用,按照项目要求制作出实物,初步掌握用FPGA器件实现电子线路设计过程,培养工程素质。
3 以赛促学,以赛促教,开拓师生视野,激发学生兴趣
为了检验和巩固实践教学的成果,学校按照“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学理念,将日常教学和技能竞赛有机地结合在一起,开拓师生视野,激发学生兴趣,在坚持开展“理论与实践并重”的日常教学过程中,经常性、大规模地开展系内及全院性技能竞赛,奖励技能尖兵,树立技能榜样,引领技能教学方向。同时积极组织代表队参加全省、全国的技能竞赛,在不同层次的技能竞赛中,不断磨练学生的意志、激发学生的信心、提升学生的技能水平。
教师通过对赛项的了解、跟踪,可拓宽自身视野;通过对学生的赛前实践培训,可提高自身的业务水平;并可将比赛中涉及的新知识、新器件及时反馈在课堂教学内容中,增强教学效果。在2012年,教学团队自主研发适合高职教学的FPGA实验开发硬件平台,学生经过赛前使用该实验平台进行实践培训,在2013年参加的陕西省职业院校技能大赛“FPGA项目”中获省一等奖。通过参加竞赛,开拓了学生的视野,激发了学生的学习兴趣。
3年的实践证明,FPGA课程教学方法的改革,既发挥了教师的主导地位,又体现了学生的主体作用,取得很好的效果。教学团队将在以后的教学过程中进一步探索和积累经验,以调动学生的学习主观能动性、提高学生的设计创新能力为目标,为提高高职院校的教学质量做出贡献。
参考文献
[1]谢兰清.数字电路设计与制作课程项目化教学探究法[J].中国职业技术教育,2010(17):95-96.
[2]赖建辉,邱永渠.关于高职教学改革的思考[J].中国职业技术教育,2003(10):10-11.
中图分类号:G4
文献标识码:A
文章编号:16723198(2015)22018502
1电子电路设计实训课程教学现状
电子电路设计是电类专业为绘制电子电路图所必需掌握的一门计算机综合性设计课程。然而,随着课程改革在各高校逐渐开展,一些课程的课时量也相应递减,比如笔者所在学校电气自动化专业的《电子电路设计》课程已由原36学时减至24学时。如何在减少的课时的课程中让学生掌握同样程度的技能水平以适应社会的需求,考验着每一位专业教师。
以往传统的电路设计教学的方式大多是由教师先讲授知识点,然后将知识点所涉及到的图例向学生绘制演示,最后让学生依样画葫芦。在整个教学过程中,教师为主导,而学生仅限于单纯的模仿与记忆,并没有主动学习,导致学习效率低下。因此在教学中应该有意识到加入兴趣式教学,调动他们的求知欲,激发学生更积极主动的思考,学习甚至创新,打造优质课堂,全面提高教学质量与学习效率。
2任务驱动法
2.1任务驱动法原理
任务驱动法是近年来被广为应用的一种教学手法,它一改传统的灌输式教学,尝试采用任务驱动式的教学方法。需要教师将课程学习内容划分为多个特定任务,每个任务包含一定知识点,只要学生完成了课程中设定的任务,就可以掌握课程学习的内容。
任务驱动法的核心内容就是由教师在教学过程中创设任务情境,教学任务必须融合学生所需要掌握的技能点和相关的知识点,同时又具有一定的生活性、探究性和创造性,让学生带着解决问题完成任务,激发他们的学习兴趣,让学生自主或协作性学习,使他们真正了解知识点在实际工程中的应用,学以致用。
2.2任务驱动法在电路设计实训中的应用
电路设计实训课程的教学目的为电子电路图形绘制,电路图形仅为简单的二维制版,因此在绘制电路原理图时较为简单易学。但无论多简单的图形,在绘制的过程中都要利用到基本绘图工具、图形编辑和图层管理各知识点综合才能完成。因而课程教授过程中不能简单的按书本章节顺序来讲,而是应该由教师将所有知识融会贯通后重新组织,将它们融入到一个个工程任务中再向学生展示,如向学生展示电动小车电路设计图纸,将其作为一个工程任务,让学生尝试用学过的知识来绘制,或让学生在绘制过程中遇到难题再提出并讲解。这样就更能增添学生的学习兴趣和在完成任务后的成就感,形成良性循环。因此电路设计实训课程非常适合采用任务驱动式教学法。
3微任务驱动法
3.1微任务驱动法原理
采用任务驱动法教学所提供的任务由于综合性较强所以工程量较大且难度较高,学生在一节课中难以完成,即使有些基础好,动手能力强的学生完成了任务,也会因为知识点过多过杂而难以消化。因此需要由教师把握学生素质和能力,将大任务进行科学性的分解,将之细化为中任务,小任务甚至微任务。让具有不同层次知识能力的学生都能被激发兴趣,在任务量合适的微任务环境中尝试和实践。
以上所述即为微任务驱动教学法,它就是以任务驱动法为基础,将总任务依靠知识的内在逻辑或采取分类的方式进行具体化,以微任务的形呈现。较之任务驱动法,其目标更为明确,导向性更强,教师使用这种方法教学也更容易控制课堂教学的节奏,保证能在规定时间内完成教学进度。
3.2微任务教学设计
微任务驱动法的实施过程是:教师先依据教学目标设计一个总任务,引起学生的学习兴趣。再引导学生分析总任务的解决方法并将总任务拆分为一个个的微任务,各微任务之间可以是从属或并列关系。拆分出来的微任务不能太难或任务量太大,应设计为学生较易完成的程度,以便于将学生的理解逐步引向深入。通过一个个的微任务引导和推动学生一步步上升,一层层提高,不断接近并最终达到复杂的学习任务的顶点。
微任务法的核心是如何科学合理的设计微任务。首先,任务必须要有明确的目的性,教师提出的每一个微任务,原则上都是为了完成总任务而设计的,尽量不设置多余任务,不能本末倒置。其次,教师选择微任务时应考虑到大多数学生的水平,注意难易适度。并且在教学过程中,根据学生的反应与掌握程度以及课程进度随时调整微任务,不能任务教条化僵化。第三,微任务还应遵循完整性原则。教师所设计的微任务必须连贯,不能有断续感,让学生知道自己要做什么,可以解决什么问题,使他们获取的知识完整且有条理。最后,微任务的设计要适当增添趣味性,可以在教学过程中加上图片插画,视频音频等数字教学资源,让学生在完成任务的同时体会到学习的乐趣。
3.3微任务驱动法在电路设计实训课程中的应用
Altium Designer软件的工具栏较多,常用工具栏中的各命令参数也较杂,若逐个讲解,则显得各知识点杂乱无章,学生记的多忘得快,但在实际绘图时还是束手无策,不知该用哪个工具来绘制。
例如,在介绍AD软件常用绘图工具栏中的直线、多边形、椭圆弧线、文字和文本框等,若单纯讲述这些知识点,难免枯燥乏味,且容易与布线工具栏的功能弄混。围绕这些教学内容,可设计对应电路制图微任务,围绕一个小目标,教师可以设计多个由简单到复杂的小任务,布置学生循序渐进地完成任务,在练习中熟悉各种命令的操作。例如,基本绘图训练可将学生已在模拟电路和数字电路课程中学过的常用电子元件符号如:变压器、运算放大器(如图1(a)、(b)所示)融入其中,将它们设计为一个个需要完成的微任务。每个任务都考虑到学习课程的前后连贯和趣味性,让学生绘制自己所熟悉的事物。随着学习的深入,可以布置学生完成如图1(c)所示的七段数码管等稍复杂的绘制任务。完成任务后的喜悦感和成就感会更加强烈,也为以后的学习增添了动力。
微任务驱动法在教学过程中将知识点分解到一些小任务中进行,学生头脑中的知识是零散的,有时会降低知识的系统性和完整性。因此,这样的设计任务和完成过程是十分必要的,教师可以通过一个较为完整的任务引导学生将已完成的微任务中的知识点进行归纳总结,加深对所学知识和技能的记忆和理解,完成真正意义上的知识建构。
例如,上完第三次课后,教师即可布置学生完成如图2所示“八路彩灯控制电路图”大任务。从创建元器件、调用常用元件开始,直至综合运用各种绘图指令及编辑工具完成绘图。让学生在本次课中复习巩固了前面微任务中所学的小知识并将其融合,初步完成了一张简单的电子电路设计原理图样,并总体上掌握了一张较完整电子电路工程图的绘制过程,具有综合应用性。
3.4电路设计课程与其余课程的前后融合
电路设计课程在介绍一般电路绘图技巧与制版规则时,还会涉及到数字电路、模拟电路、单片机技术应用等课程的接续关系。将本课程绘制图中所涉及到的器件类原理基础前移到数字电路和模拟电路等课程中解决,诸如实际译码电路、三态电路与缓冲器芯片等知识点不再占用本课程学时。本课程把握好衔接关系,主讲等电路板制版规范、电路设计的仿真方法等要点主题,把以往重复性内容节省的学时用于应用层面。
在重点讲述电子电路图绘制方式的时候,还应适当向学生加强常用接口电路的连接方法知识点,并向学生扩展对嵌入式处理器及新技术的了解,为后续单片机原理课以及传感与检测技术中各种传感器与微处理器的连接使用,智能传感器、数字式一体传感器等内容的讲授打下基础。
4总结
本文提出在电路设计实训课程中提出微任务驱动教学的思路,该方式以“微任务为主线,教师为主导,学生为主题”崭新教学模式,改变了往常的以教定学到被动教学模式,让学生学会在解决任务中学习知识点与解决问题的方法,通过这种方法,既能激发学生勤于思考的热情,有加深了对知识点理解,提高了创新思维的能力。在教学中始终贯穿“应用入手,学中建,建中学;分解项目,逐步深入与完善”的理念,对人才培育重点落在实际操作能力的培养上,提升整体教学水平。
参考文献
[1]苏秋慧.微任务驱动法在中职CAD教学中的实验研究[J].长春:东北师范大学,2013.
[2]周红丽.《电子线路》任务型课堂教学过程和实施步骤的探讨[J].新课程学习,2009,(2):105108.
随着我国科技和经济的迅猛发展,社会对人才的需求正在发生着深刻的变化,教育行业受到各方面的重视。在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下,高等职业技术学院以服务为宗旨,以就业为导向,以培养高级应用型、技艺型人才为目标。这类人才主要是在不同行业、企业的工作和生产过程中负责管理、监督、检测、分析、技术服务等几项工作。因此,高等职业技术学院正进行较大规模的专业建设和课程改革,要求高职专业的学生除了具备必要的基础理论、专业技术知识外,还必须具有解决工作生产中实际问题的能力,以适应今后的工作。
“电子技术”分为模拟电子和数字电子两大部分,在教学中从职业岗位工作任务分析着手以掌握知识和技能为根本、以工作方向为培养目标、以工作过程为导向,强调把完整的工作过程及其操作要求作为课程内容。当工作过程导向课程运用项目载体设计学习情境时,这一工作过程实际上就成了完成具体项目的自始至终的步骤。通过课程分析和知识、能力、素质分析,打破传统的教学模式,构建了“以工作任务为中心、以课程项目为主体的教学方法”。在教学中掌握课程技术原理及应用方面知识体系的完整性是非常重要的,使学生在完整的工作过程中培养应对复杂技术情境的能力。在教学中以典型电子电路制作的工作任务为中心,以多模块应用为切入点,引入对学生创新能力的培养,让学生在具体应用电路的制作过程中开发创新思维,完成相应工作任务,并构建相关的理论知识,发展职业能力。
一、模拟电子技术教学导航
模拟电子技术是研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件,包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。
理论知识:基本半导体知识、放大电路、集成运算放大电路、直流稳压电源。
技能训练:常用元件的识别与测量、放大电路性能分析、集成运算放大电路基本应用。
1.模块1:半导体器件
(1)知识重点:半导体基础知识;半导体二极管外部特性;晶体三极管外部特性。(2)知识难点:半导体PN结。(3)教学方式:从半导体PN结入手,简单介绍半导体的基本结构与工作原理。结合实践教学,重点掌握半导体的外部特性。(4)技能要求:二极管与三极管的简易测试。
2.模块2:放大电路
(1)知识重点:放大电路的基本组成;放大电路的分析;多级放大电路的极间耦合;负反馈对放大电路的性能的影响。(2)知识难点:放大电路的分析;放大电路的负反馈。(3)教学方式:从基本放大电路入手,介绍放大电路的静态与动态分析、多级放大、电路反馈;结合实践教学,重点掌握放大器的外部特性。(4)技能要求:放大电路静态工作点的调整与动态参数测试。
3.模块3:集成运算放大器
(1)知识重点:集成运放的结构和特点;基本运算电路;集成运放的线性应用电路。(2)知识难点:集成运放的线性应用电路。(3)教学方式:从理论集成运放条件入手,掌握各基本运算电路和电压比较器的功能;结合实践教学,重点掌握集成运放的外部特性。(4)技能要求:电路的调整与测试。
4.模块4:直流稳压电源
(1)知识重点:整流与滤波电路;稳压电路;开关电源。(2)知识难点:开关电源。(3)教学方式:从二极管整流特性、电容器充放电入手,讲解整流、滤波电路;稳压电源重点讲授集成稳压电路和开关电源。(4)技能要求:电路的调整与测试。
二、数字电子技术教学导航
数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用,逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能。随着计算机科学与技术突飞猛进地发展,用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能,可以先将模拟信号按比例转换成数字信号,然后送到数字电路进行处理,最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。
理论知识:集成门电路与组合逻辑电路、时序逻辑电路、波形产生与整形电路、中规模集成电路应用。
技能训练:组合逻辑电路应用、时序逻辑电路应用、逻辑电路限定符号识图。
1.模块1:数字电路基础
(1)知识重点:数字脉冲信号;二进制与8421BCD码;基本函数与逻辑运算;逻辑函数的化简和变换。(2)知识难点:逻辑函数的化简和变换。(3)教学方式:从二进制与逻辑函数基本规则入手,学习逻辑运算规则、逻辑函数化简与变换。(4)技能要求:逻辑函数的化简和变换。
2.模块2:组合逻辑电路
(1)知识重点:基本逻辑符号及意义;门电路的逻辑功能和基本特性;组合逻辑电路的分析常用组合逻辑电路的逻辑功能。(2)知识难点:基本逻辑符号及意义;组合逻辑电路。(3)教学方式:从基本原理与逻辑符号读解入手,重点介绍电路的逻辑功能与外部特性。(4)技能要求:基本逻辑符号读图;门电路和组合逻辑电路。
3.模块3:触发器
(1)知识重点:各类触发器的逻辑功能;触发器限定符号及其意义。(2)知识难点:触发器之间的转换关系。(3)教学方式:借助限定符号意义读解,帮助理解各种触发器的逻辑功能与控制方式;结合实践教学,重点掌握电路的外特性。(4)技能要求:触发器的逻辑功能测试。
4.模块4:时序逻辑电路
(1)知识重点:时序逻辑电路的特点;时序逻辑电路的限定符号及其意义;寄存器;集成计数器应用。(2)知识难点:集成计数器应用;限定符号及其意义。(3)教学方式:从触发器入手,由D触发器构成寄存器;由T和Tˊ触发器分别构成同步和异步二进制计数器。借助限定符号的意义来理解时序逻辑电路的逻辑功能。结合实践教学,重点掌握电路的外特性。(4)技能要求:常用的相关集成电路的应用。
5.模块5:波形产生与整形电路
(1)知识重点:555定时器;多谐振荡器与单稳态电路;施密特触发器;石英晶体振荡器。(2)知识难点:555定时器;多谐振荡器。(3)教学方式:以555定时器为重点,介绍多谐振荡器、单稳态电路和施密特触发器的功能。重点掌握电路的外特性。石英晶体振荡器从阻抗频率特性入手。(4)技能要求:常用的相关电路的应用入手。
三、电路组装、测量与调试教学导航
电子电路组装、测量与调试在电子工程技术中占有重要的地位,任何一个电子产品都是由设计焊接组装调试形成的,焊接是保证电子产品质量和可靠性最基本环节,调试是保证电子产品正常工作的最关键环节。
理论知识:常用电子仪表、电路的装配、调试与测量知识。
技能训练:常用电子测量仪表的使用、常用电路元件与数字集成电路测量、电路的装配与调试。
1.模块1:常用电子仪器知识重点
(1)知识重点:双踪示波器;半导体管特性图示仪;毫伏表;信号发生器;集成电路测试仪。(2)知识难点:双踪示波器;半导体管特性图示仪。(3)教学方式:重点讲授电子仪器的操作和使用方法。(4)技能要求:仪器的基本操作方法;半导体特性测量。
2.模块2:电子元器件的识别与简易测量
(1)知识重点:电子无源元器件;电子有源元器件;表面安装元器件。(2)知识难点:表面安装元器件。(3)教学方式:重点讲授各种电子元器件的识别与选用方法。(4)技能要求:元器件的识别与选用方法、常用数字集成电路测试。
3.模块3:电路的装配、调试与测量
(1)知识重点:装配、焊接工艺;电路测试与测量。(2)知识难点:电路测试。(3)教学方式:介绍电路装配工艺,分析电路测试与测量基本方法,结合实训进行教学。(4)技能要求:电路装配、测试与测量。
四、电子电路仿真教学导航
电路仿真技术是近十年来在电子技术研究领域的一场革命。设计人员利用计算机及其软件的强大功能,在电路模型上进行电路的性能分析和模拟实验,从而得到准确的结果,然后再付诸生产,极大地减少了实验周期和试制成本,提高了生产效率和经济效益,受到了电子生产厂家的一致欢迎。现在,电子仿真技术已成为电子工业领域不可缺少的先进技术,因此为了确保电路设计的成功,消除代价昂贵并且存在潜在危险的设计缺陷,就必须在设计流程的每个阶段进行周密地计划与评价。电路仿真给出了一个成本低、效率高的方法,能够在进入更为昂贵费时的原型开发阶段之前,找出问题所在。
理论知识:EWB与Multisim平台基本知识,Multisim在电子仿真实验中的应用。
技能训练:模拟电路电子仿真和数字电路电子仿真。
模块:电子电路仿真。
(1)知识重点:Multisim平台的使用;Multisim在电子仿真实验中的应用。(2)知识难点:Multisim软件的使用。(3)教学方式:从电子实验实例入手,学习Multisim软件的使用,在学会使用的基础上,结合电子知识,完成电子实验的仿真。(4)技能要求:用Multisim进行电子仿真的方法。
五、综合实训项目——有源多媒体音箱的设计与制作
1.知识要求
掌握模拟电子技术和数字电子技术的综合应用思路;掌握电子产品综合设计的基本思路。
2.技能要求
能进行电子电路的综合制作调试;能有条理地撰写设计说明书;能对设计项目进行总结展示。
3.教学任务
通过有源多媒体音箱的设计、制作及测试,掌握电子产品的设计流程及注意事项,学会元器件的特性测试和电路组装、测试,熟悉电子产品组装的工艺要求及生产过程。
4.教学活动设计
(1)通过让学生利用图书馆、上网等手段查阅相关资料,在教师指导下对有源多媒体音箱进行设计,掌握电子产品的设计流程及注意事项。
(2)在校内生产线的工作岗位上,根据所设计电路选择元器件,进行元器件的性能、参数测试。规划电路板,进行元器件的布局和印制电路板的制作。完成各部分电路的焊接、组装,对已经组装的电子产品进行参数测试及调试,使其达到设计要求。
(3)要求学生撰写实践报告及产品说明书。
5.相关知识
一、proteus仿真实验室概念
proteus仿真实验室就是把计算机当作实验平台和实验中心,通过网络进行电路分析、数字电路、嵌入式系统(单片机应用系统、arm应用系统)、模拟电路、微机原理与接口技术等课程,在计算机软件上进行电路设计、仿真和调试等通常在实验室完成的实验。proteus仿真实验室的实验主要是电路分析、数字电路、模拟电路、嵌入式系统(单片机应用系统、arm应用系统)等课程的实验和研究。
二、proteus虚拟仿真实验室系统结构。
proteus虚拟仿真实验室系统结构如图1所示,以建立在计算机网络平台上的proteus软件平台为基础,构建一个完整的proteus实验系统的综合设计与创新实训平台。在proteus实验系统结构中,从原理图设计、单片机编程、系统仿真到pcb设计一气呵成,真正实现了从概念到产品的完整设计。
(1)计算机网络平台。从图中可知,proteus实验系统是建立在计算机网络平台上的。为了使更多的模拟实验者参与到仿真实验中来,实现资源共享,要发挥proteus实验室的网络资源开放的作用,实现多人参与实验,以proteus服务器为网络中心,实现proteus仿真实验的全覆盖。(2)proteus软件平台。proteus是一种强大的计算机自动化设计软件,能够提供智能原理图设计系统,spic模拟电路、数字电路以及mcu器件混合仿真系统和pcb设计系统功能。(3)proteus实验系统。proteus实验系统是仿真实验室的核心,其系统能够在实验中直观的显示实验的过程,通过图形显现实验的每个细节,使参与实验操作的人员能够对实验的动态有个感官的过程。
三、单片机虚拟仿真实验的内容构成
proteus软件具有动态的模仿优势,在教学中可以通过《单片机原理与应用》这门课程的教学内容进行分析研究,对教学的知识点进行拆分和综合,可将proteus单片机仿真实验分为基础性试验、综合性试验和创新性实验。基础性试验是对单片机系统相关课程中的实验进行模拟设计及设计验证,实验设计的目的将学生在课堂上所学的知识进行消化,同时学会用pro
teus软件系统解决课堂上出现的问题,使课堂教学与实验相结合;综合性实验是在学生学习单片机系统模拟实验的基础上,增加实验的内容,在实验教师的指导下,运用mcu解决命题性实验的题目,学生按照拟定的题目内容进行电路图设计、仿真调试、代码的编写、pcb设计、制作pcb和验证pcb设计等一系列过程。由于在proteus软件平台上,一个产品项目可以做到从原理图设计、单片机编程、系统仿真到pcb设计的完整过程,实现从概念到产品的完整设计。而完整的工作过程包括资讯、计划、决策、实施、检查、评估6个环节,项目化实验主要有四个步骤:(1)工作任务的描述。包括工作任务在整个工作体系中所表现的出的作用、所处的地位,完成工作任务需要的设备、工具和材料等等;(2)现场演示与理论讲解。教师根据工作任务,进行现场作品演示,演示作品制作的过程,加深学生的感性认识,同时在演示文本的过程穿插理论的讲解,引导学生在proteus仿真实验中构建理论知识;(3)项目的实施。根据老师的讲解和工作任务对题目进行设计和制作,完成课题项目;(4)对仿真实验进行总结。教师对学生完成的作品进行评价,包括作品的外观、产品制作水平和质量等级等,在学生之间进行对比分析,找出优点和缺点。因此,引入proteus虚拟仿真实验系统后的单片机系统相关课程,非常适应于采用基于工作过程的项目式教学模式,利于单片机系统课程开展基于工作过程的项目化课程教学改革。
在教学实验中,充分的利用学校现有的计算机设备,购置proteus软件,帮助学生消化教学中的难点,加强学生的理解能力,提高学生的动手能力和创新能力。引入proteus虚拟仿真实验,有利于促成课程和教学改革,更有利于具备工程实践能力的应用性人才的培养。
参 考 文 献