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2研究型实践教学模式的具体实施
2.1课程结构优化
指导学生接触各类资料,能够提出问题,进而解决问题以掌握知识、应用知识,完成对知识的一个探求过程;对实验内容进行适当调整和完善,使课程体系更全面更科学,更能贴近行业发展,更能体现学生的主动性。
2.2采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法
在研究型实践教学模式中,师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要,结合国内外的研究现状和发展趋势,采用与行业内吻合的实验软件,挑选合适的电路原型做仿真设计,并共同探讨电路的优化方案。
2.3专业资料查询能力培养
为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理,鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料,以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究,去伪存真,指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。
2.4指导学生撰写专题论文(报告)
在研究型实践教学过程中,指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时,要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式;要先拟订论文的写作提纲,组织好论文的结构,做到纲举目张;会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想,不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论,由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料,进行研究,完成电路设计和仿真,最后完成专题论文的撰写。
2.5鼓励学生参与课题研究
为调动学生参与科研创新活动的积极性,激发学生的创新思维,提高学生实践创新能力,鼓励学生参加老师的课题,锻炼学生的动手能力,培养“研究型”的思维模式。
3研究型实践教学模式对教师和学生的要求
3.1研究型实践教学模式对教师的要求
研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求:一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构,还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能;二是要掌握学科最新信息,不断更新知识,了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果;三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。
黑龙江大学的集成电路设计与集成系统专业自2005年成立以来,从本科教学体系的建立、本科教学内容的制定与实施、师资力量的培养与发展等方面进行不断的探索与完善。本文将结合多年集成电路设计与集成系统专业的本科教学实践经验,以及对相关院校集成电路设计专业本科教学的多方面调研,针对黑龙江大学该专业的本科教学现状进行分析和研究探索,以期提高本科教学水平,切实做好本科专业人才的培养工作。
一、完善课程设置
合理设置课程体系和课程内容,是提高人才培养水平的关键。2009年,黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系,经过这几年教学工作的开展与施行,发现仍存在一些不足之处,于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。
首先,在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排,不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如:在原来的课程设置中,“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础,所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前,对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解,因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握,会影响学生的学习热情及教学效果;而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识,与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中,先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程,将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授,令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解;在随后“数字集成电路设计”课程的学习中,对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手,达到较好的教学效果,同时也避免了内容重复讲授的问题。此外,这样的课程设置安排,将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争,避免因学期课程的设置问题,导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程,从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况,致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后,本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼,在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验,具有较充足的参赛准备,通过团队合作较好地完成大赛的各项环节,赢取良好赛果,为学校、学院及个人争得荣誉,收获宝贵的参赛经验。
其次,适当降低理论课难度,将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上,而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣,让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。
第三,在选择优秀国内外教材进行教学的同时,从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容,激发学生的学习兴趣,实时了解前沿动态,使学生能够积极主动地学习。
二、变革教学理念与模式
CDIO(构思、设计、实施、运行)理念,是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念,将工程创新教育结合课程教学模式,旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突[4]。
在实际教学过程中,结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程,基于“逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)”的课题项目开展教学内容,将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联,使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内,以学生为主体、教师为引导的教学模式,令学生“做中学”,让学生有目的地将理论切实应用于实践中,完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程,使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时,通过以小组为单位,进行团队合作,在组内或组间的相互交流与学习中,相互促进提高,培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力,锻炼学生团队工作的能力及创新能力,并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外,该门课程的考核形式也不同,不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分,而是以毕业论文的撰写要求,令每一组提供一份完整翔实的数据报告,锻炼学生撰写论文、数据整理的能力,为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求,不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验,因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验,同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等,进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先,根据企业的技术需求,引进目前使用的主流EDA工具软件,让学生在就业前就可以熟练掌握应用,将工程实际和实验教学紧密联系,积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会,为今后竞争打下良好的基础。2009―2015年,黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等,最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况,如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建,实现远程登录,则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要[5]。
其次,根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容,适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析,令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程,在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上,有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼,使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通,为今后就业做好充足的准备。
第三,根据集成电路设计本科理论课程的教学内容,以各应用软件为基础,结合多媒体的教学方法,选取结合于理论课程内容的实例,制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册,如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程,都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件;通过网络平台,使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
二、变革教学理念与模式
CDIO(构思、设计、实施、运行)理念,是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念,将工程创新教育结合课程教学模式,旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突[4]。在实际教学过程中,结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程,基于“逐次逼近型模数转换器(SARADC)”的课题项目开展教学内容,将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联,使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内,以学生为主体、教师为引导的教学模式,令学生“做中学”,让学生有目的地将理论切实应用于实践中,完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程,使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时,通过以小组为单位,进行团队合作,在组内或组间的相互交流与学习中,相互促进提高,培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力,锻炼学生团队工作的能力及创新能力,并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外,该门课程的考核形式也不同,不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分,而是以毕业论文的撰写要求,令每一组提供一份完整翔实的数据报告,锻炼学生撰写论文、数据整理的能力,为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求,不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验,因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验,同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等,进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先,根据企业的技术需求,引进目前使用的主流EDA工具软件,让学生在就业前就可以熟练掌握应用,将工程实际和实验教学紧密联系,积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会,为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年,黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等,最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况,如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建,实现远程登录,则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要[5]。其次,根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容,适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析,令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程,在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上,有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼,使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通,为今后就业做好充足的准备。第三,根据集成电路设计本科理论课程的教学内容,以各应用软件为基础,结合多媒体的教学方法,选取结合于理论课程内容的实例,制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册,如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程,都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件;通过网络平台,使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
【摘 要】本文从分析集成电路设计实践教学的特点入手,对集成电路设计实验中引入研究型实践教学模式的必要性、作用分析及具体实施方法进行了具体探讨,并提出了研究型实践教学对老师、对学生的要求。
关键词 实践教学;集成电路
基金项目:南京邮电大学教改项目(JG03314JX17)。
作者简介:夏晓娟(1982—),女,南京邮电大学,副教授,从事集成电路设计领域的教学与科研工作。
随着教育改革的不断深入,随着我国电子信息技术飞速发展,迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变,且电子产品发展迅速,集成电路设计是与最前沿科技紧密相连的一个方向,相关的课程也应与前沿科技紧密相连,课程的学习更要注重理论联系实际,培养学生的科学思维能力和分析问题解决问题的能力。因此,集成电路设计实验应在传统的实践教学方法基础上,在“研究型实践教学模式”方面进行探讨和实践。“研究型实践教学模式”是指在实践教学中指导学生将所学理论知识用于行业实际问题分析的一种实践方法,旨在培养学生创造性的运用知识、自主的发现问题、研究问题,并解决问题的能力[1-2]。
1 确立研究型实践教学模式的必要性
集成电路(Integrated Circuit,IC)产业是信息产业的基础和核心,随着我国电子信息技术飞速发展,迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变,大多设计均采用无生产线设计,加工采用代工方式。成电路设计具有一定的特殊性,集成电路设计过程需要集成电路专业人才经过严格的实践训练并且积累一定的工程实践经验。全国集成电路设计相关企业对于人才的需要也越来越严格,越来越需要能力型的、具有创造力的人才,应聘的条件之一就是需要有集成电路设计的相关经验。作为一般理工科院校集成电路专业的发展在一定程度上缺乏对集成电路设计应用型人才培养的认识。因此,我们应该改变传统观念,树立IC设计研究型人才培养观。
集成电路设计实践主要是提供学生一个实践平台,采用先进的集成电路仿真软件,将书本上的知识采用模拟的方法进行加深理解。实践内容既是电路、模拟电子技术、数字电子技术以及课程设计中所学知识的应用,又是与最前沿科技紧密联系的。而传统的教学内容和教学模式,缺乏对学生创造力的培养,也缺乏与前沿科技的联系,因此需要进行教学改革的探讨和实践。
随着教育改革的不断深入,传统的实践教学中“以教师为中心”、“以灌输为主要方式”的教学模式已无法适应时代的要求。先进的教学模式是人才培养的关键措施。研究型教学模式,又称为研讨式教学模式,是指教师以课程内容和学生的知识积累为基础,引导学生创造性地运用知识、自主地发现问题、研究问题和解决问题,以学生为中心,以知识掌握为基础,以能力培养为主线,以提高素质为目的的一种新模式。集成电路设计实践同样需要采用先进的教学方式,提高学生的创新能力,培养研究型IC设计人才。
2 研究型实践教学模式的作用分析
集成电路设计实践引入研究型实践教学模式,可以使相关领域的学生真正实现学有所用,不仅学习了集成电路设计的软件知识,同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现,从而更深入的理解理论知识,而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象,激发学习的兴趣。
集成电路设计是实践性很强的一个方向,要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通,而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识,忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展,可以在保证教学大纲不变的前提下,通过选择适用性较强的实践内容,使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通,另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容,有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践,对学校而言,可以培养更优秀学生;对学生而言,可以掌握前沿知识、促进就业。
研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖,能解决实际工作中的问题,这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣,是其他任何实践模式都不可比拟的。同时,研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告,这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。
3 研究型实践教学模式的具体实施
3.1 课程结构优化
指导学生接触各类资料,能够提出问题,进而解决问题以掌握知识、应用知识,完成对知识的一个探求过程;对实验内容进行适当调整和完善,使课程体系更全面更科学,更能贴近行业发展,更能体现学生的主动性。
3.2 采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法
在研究型实践教学模式中,师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要,结合国内外的研究现状和发展趋势,采用与行业内吻合的实验软件,挑选合适的电路原型做仿真设计,并共同探讨电路的优化方案。
3.3 专业资料查询能力培养
为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理,鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料,以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究,去伪存真,指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。
3.4 指导学生撰写专题论文(报告)
在研究型实践教学过程中,指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时,要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式;要先拟订论文的写作提纲,组织好论文的结构,做到纲举目张;会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想,不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论,由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料,进行研究,完成电路设计和仿真,最后完成专题论文的撰写。
3.5 鼓励学生参与课题研究
为调动学生参与科研创新活动的积极性,激发学生的创新思维,提高学生实践创新能力,鼓励学生参加老师的课题,锻炼学生的动手能力,培养“研究型”的思维模式。
4 研究型实践教学模式对教师和学生的要求
4.1 研究型实践教学模式对教师的要求
研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求:一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构,还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能;二是要掌握学科最新信息,不断更新知识,了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果;三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。
4.2 研究型实践教学模式对学生的要求
研究型实践教学模式对学生的要求:一是学生要有一定的知识积累,储备了比较完备的基础知识;二是要求学生具有一定的专业知识水平,熟练掌握集成电路的一些理论知识;三是要求学生具备一定的自我控制能力和自学能力;四是要求学生具备一定的科学研究能力。在研究型教学中,学生积极参与显得尤为重要,需要充分调动学生的积极性和主动性。
参考文献
[作者简介]阚立莹(1964-),女,黑龙江绥化人,牡丹江师范学院,副研究馆员,研究方向为外文图书资料管理。(黑龙江牡丹江157012)
[基金项目]本文系牡丹江师范学院重点项目“探索结构学分改革,提高英语专业人才培养质量”的研究成果之一。(项目编号:09YZ-10281)
[中图分类号]G642[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2012)17-0187-02
《普通高等学校图书馆规程》(修订)规定:“高校图书馆的建设和发展应与学校的建设和发展相适应,应根据学校的发展目标和教学科研的需要制订文献信息资源建设方案,形成具有本校特色的馆藏体系,为学校的教学和科研提供切实有效的文献保障。”以牡丹江师范学院(以下简称学院)为例,学院图书馆抓住本院外语专业教学改革发展的契机,2005年初步完成了对外语资料室文献资源整合的规划和设计。2007年院图书馆和外语资料室正式合二为一。通过对外语资源的整合,优化配置,统一管理,改变了图书馆办馆理念和服务层次,拓展了功能,达到了和高校外语教学改革探索与实践的有机结合,使外语信息资源建设更加系统化、专业化。
一、高校图书馆和外语资料室现状分析
高校图书馆特色馆藏是指文献资源、管理模式及环境格局具有为某一学科领域、某类读者群提供进一步学习和研究,有较高利用价值和收藏价值,结构比较完整,并充分反映学校办学独特风格与色彩的馆藏。而有些高校图书馆和外语资料室现状不尽如人意。
1.管理体制陈旧。作为图书馆子系统的外语资料室表面处于一种双重管理的管理体制下,实际上图书馆和资料室管理仍然各自为政。馆内外语类图书分布松散,布局不合理。外语资料室信息资源比较系统前沿,但又处于一种封闭管理的管理状态,只对本系教师和研究生开放,形成外语专业信息资源无法得到有效利用的局面。
2.馆员水平有限。具有各种学科本科学历的人员汇集图书馆,不具备扎实的图书馆学、情报学等方面的理论基础知识和技能,没有较强的信息分析、检索、加工能力及较高的外语水平和计算机操作水平,接受的只是一种以借借还还服务为目的的观念。
3.资金投入不足。经费投入远远跟不上外文图书书价上涨的幅度。资金不足限制着价格昂贵纸质图书特别是外文原版图书和新技术的引进,造成图书陈旧,硬件条件不足。这些年由于各高校为评估过关,短期内巨资购进了大量外文图书,图书质量受到人员外语水平、文献出版周期等主客观条件的制约。不管购书是否合理,图书依然按原来的分布格局上架,很少进行二次分配,调配到专业性较强的资料室,而外语资料室靠自筹资金购进的图书数量极其有限,单本图书根本满足不了教师科研和教学需求。
4.协调力度不够。由于高校投资和调控力度有限,收集体系由图书馆和资料室自行决定,计划性不强,缺乏统一规划和协调,品种缺乏,重复购买和大量漏藏现象并存。
5.评价指标注重量。教育部2004年8月颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》中,图书馆C级标准“生均图书”和“生均年进书量”反映的都是藏书量与学生数的关系,并没有反映与专业学科的相关度。评价只限于纸质文献,过分强调藏书量指标,不注重馆藏外语专业信息资源建设对外语教学改革所需信息领域发展的支撑作用。不但影响藏书质量与数量的均衡发展,还影响外语专业学科馆藏的构建。特色馆藏建设应该是量与质的统一,只有符合读者需求的馆藏资源才是合格的馆藏资源,只有能满足读者需求的量才是恰当的量。
二、构建外语特色馆藏原则
针对服务对象建立适合自己特点的藏书体系,是图书馆必须坚持的长期工作原则。高校图书馆在确立自己的外语特色馆藏体系时,要通过大量细致、深入的调查分析,充分了解学校外语专业教师及学生的现状和学校的发展规划,有重点、有层次、有计划地根据实际和可能形成一个较为完整的学科体系和有突出特色的文献结构框架。从多种渠道系统补充专业馆藏资源,对文献做深层次的整理加工,并在注重收集、整理和保管,促进文献信息资源利用的同时遵循以下原则:
1.目标性原则。外语特色馆藏建设和服务要紧紧围绕本校外语教学探索与改革及外语专业教师和学生的实际情况来开展。图书馆和系资料室在外语特色馆藏建设上首先要了解本专业重点课程及精品课程的建设计划、科研领域所涉及前沿信息。省内、省外和国内、国外这一领域研究动态,努力向专业特色馆藏建设上发展。有目的、有步骤、有计划地进行外语特色馆藏建设所需要的文献的搜集和整理,为本专业提供较完善的文献资源和信息服务,在特色馆藏、服务、人才培养、环境建设等方面充分展示个性。为本校外语专业教学科研提供高效优质文献服务是外语特色馆藏建设的根本目标。
2.因地制宜原则。在满足教师教学科研和学生学习基本信息资源需求的同时,根据图书馆、外语资料室现有外语类专业信息资源的实际情况,优化配置各种资源,实施“有特色,入主流”“先做强,再做大”的构建原则。具有针对性和实效性,做到有的放矢。
3.系统性原则。外语特色馆藏建设是一项持久的系统工程,它的形成,往往要经过多年的艰苦努力。特色文献信息的收集力求系统、连贯和完整。把可持续发展作为一个科学合理的构建外语特色馆藏体系的一项重要指标。
4.参与性原则。图书馆要发挥外语特色馆藏优势,开展特色服务就必须树立“以服务求支持,以贡献求发展”的理念。特色馆藏建设是一项靠各部门协同作战才能完成的系统工程。图书馆作为外语特色馆藏构建的主体,其自身对专业信息资源的收集挖掘和加工力量薄弱。在构建与服务过程中要通过和各高校图书馆的联合,充分挖掘各自的外语资源实现资源共享。还要动员本校外语专业研究人员,相关单位人员的参与和支持,围绕外语特色馆藏建设来获得大批前沿专业信息情报,再由图书馆加以整合,搭建起专业共享的门户平台,建立共同参与的联动机制。
5.评价性原则。建立起一系列管理措施的同时,重视其实施过程中的评价与反馈,定期研讨,充分调查分析和论证,辩证地、实事求是地对影响图书馆特色馆藏文献资源建设等诸因素进行分析。转变数量式与规模式的评价,将用户满意度、图书利用率和资源共享机制列为评价的质量指标,构建多元的评价机制。加强外语专业特色内部保障体系建设,强化外语专业特色质量保证的主体地位。对于评估过程和结果,图书馆要将其作为建设特色外语专业馆藏的重要依据,从而开创出图书馆自己独特的外语专业馆藏。
三、外语特色馆藏建设思路
根据外语教学改革方向更新管理观念、整合资源、提高馆员水平,加强外语学科收藏体系布局和统筹建设,把握住外语特色馆藏特色服务方向,使特色馆藏建设科学化、专业化和多元化。
1.更新管理观念。整合图书馆和外语系资料室资源,首先,要统一思想,实现思想与服务意识的转变。其次,强调必要的规章制度及奖励措施的同时,探索实行点面结合、辐射全局的管理模式;还可以借鉴美国质量管理专家戴明提出的管理学中的PDCA循环理论,既plan do check action。通过有计划、重实施、重检查和重处理四个阶段的循环式螺旋上升过程来改变旧的管理模式,或建立图书馆二级管理体制和运行机制,以促进外语学科建设发展,实现以人为本、服务至上、资源共享和全面开放的管理理念。
2.优化组配。构建特色馆藏的文献信息实体应遵循各种载体文献的最优化组配的原则。例如,外语特色馆藏文献可分为:(1)外语基础图书系列区。主要以国外社会科学、文化、文学、经济、语言教育等收藏为重点。(2)本专业优秀学士学位论文收藏区。重点收藏历届教务处提供的优秀毕业生论文纸质或数字资源。如今学位论文已成为高校图书馆文献的重要组成部分,应发挥其特有的情报价值(优秀博士、硕士、学士学位毕业论文的收藏应在获得学生授权的前提下开发完成)。(3)外文音频电子文献资源区。外文电子资源应包括语言教学视听资料、国内外著名学者公开讲座录音集、电脑、VCD和MP3全面兼容的经典原声外文大片、常用外语随书磁带、光盘,供学生直接网上下载。(4)外语图书赞助区。重视非购入方式的文献补充作用。拓展交换、捐赠低成本文献获取渠道,如馆际之间、教师、学生和校友捐书、赠书。(5)外文报刊阅览区。有效拓展文献服务的效益等。
3.建立特色数据库。在加快“高校人文社科外文图书联合目录”这一信息加工和共享服务平台建设步伐的同时,建立具有本校外语专业特色的科研成果数据库,把专业教师和学生论文、著作及校友科研成果收集起来,开展本校特色的数据库建库工作。建立网络化管理的校园外语文献资源共享体系,用户能一站式地利用外语特色馆藏资源的纸本网络和软件资源,便捷地享受到具有本校特色的服务,足不出户即可完成教学科研和学习任务。实现资源共享才能达到构建特色外语馆藏的有效性。
4.配备学科馆员。外语特色馆藏学科的专业性要求提供信息者必须是这个专业的学科专家,能分辨馆藏信息的价值,完成个性信息咨询。这无疑对图书馆人员提出了更高的业务要求。所以,要配备熟悉专业馆藏业务,积极主动为用户提供深层次、专业化信息服务的高素质的外语学科馆员。
5.增强特色服务。特色服务是建立在特色资源基础之上的服务。图书馆要在树立品牌、资源整合和特色数据库建设上不断提升自身的服务能力,并通过高校外文图书联合目录实现不同高校图书馆、不同资源共建共享。开展外语新书校园网宣传、新书推荐、参考咨询、定题服务、课题检索、馆际互借和文献传递等个性化信息定制服务。还可以针对外语教学改革,举办学术报告会、科普报告会、外文读书会等活动。定期或不定期地举办网络知识、数据库检索与利用方面的培训,加强特色馆藏服务的参与性和互动性,使特色文献服务提升到一个新的层次。
6.设立外语特色共享空间。图书馆特色馆藏要着重知识的产出,它既是收藏、管理和传播专业文献信息的地方,又应是给教师提供科研、学生提供语言实践的地方。它强调对协同研究、学习过程的全面支持,强调对小组交流和指导的支持的情境下构建一个布局合理、功能齐全和引人入胜的实体环境,这也是其构建的基础。
图书馆是高校文献信息服务中心,只有在高校发展中找准自己的发展方向,建设与学院发展相适应的具有自己特色的馆藏体系,努力搭建教师教学科研、学生自主学习的平台,才会为高校外语专业教学改革和教学质量的提高保驾护航。
[参考文献]
[1]金以明.图书馆特色馆藏资源建设[J].大学图书馆学报,2008(6).
[2]沈光宝.以教学评估为导向的高校藏书建设反思[J].高校图书馆工作,2009(5).
中图分类号:G271 文献标识码:A 文章编号:
随着国民经济的快速发展,我国的高等教育也得到了飞跃式的成长,科教兴国,教育的育人理念的不断深入与高校现代化要求的加大,高校基建工作大跨步地展开,高校基建档案是对它的全程记录,在基建工程的统筹建设中具有极其重要的借鉴和指导价值,成为不可或缺的组成部分。自从我从事这个基建档案管理的工作以来,根据我自身工作经验以及对各高校的基建档案管理现状的了解,目前高校基建档案工作不尽如人意,管理不系统,有些资料严重缺失,这不仅对基建工作历史记录的完整性的严重破坏,也不能为今后基建基础设施的实施提供合理的资料,使得基建工作依旧处于摸索的初级阶段,成为高校基建管理工作发展的瓶颈,很难实现行之有效且符合高校基建档案管理自身特点的管理工作,与此同时,最大限度地提高建设资金的投资效益也成为空谈。基于此种情况,我对高校基建档案的思考与讨论工作就此谈一下看法。 1高校基建档案内容概述及特性 所谓的高校基建档案就是指高校在基建管理和基建工程项目从筹备、决策、立项、审批、勘察、招投标、设计、实施、监理到竣工交付过程中,直接、间接形成的具有保存利用价值的文字、图表、图纸及声像等不同形式的文件资料。它是校园各种建筑物、构筑物、管网等建设工程的规划、设计、施工、使用、维护和检修等活动的直接记录,也作为对工程进行检查、维护、管理、使用、改建、扩建的依据和凭证,成为高校档案中不可缺少的重要组成部分。内容分为依据性文件、基础性文件、工程设计文件、招投标文件、工程管理文件、施工竣工验收文件、基建财务文件、监理文件等类。 从定义和内容看,除了具有一般档案的原始记录性、信息性、价值性等普遍特点外,还具有自身独有的特点。这些独有的特点决定了基建档案的作用是不可估量的,具体表现在以下几个方面: 1.1历史资料的作用
高校基建档案用大量的文字和数据,如实地记载了校园基建工程从立项到竣工、交付、使用及运行管理全过程的情况,客观地反映了项目总体规划、实施计划、构建设计、组织施工、后期改建等方面的情况,真实地提供了投资计划、预算、决算等落实情况。一套完整的基建工程档案,除了有大量的文字、数据记录外,还有相应的一系列的图纸、表格,给人以具体、直观、形象的展现。因此,在具有一套完整基建档案前提下,再现某项基建工程全面貌的工作就显得轻而易举。 1.2历史凭证的作用
基建档案在记载一项项基建工程的同时,还记载着学校的总体布局和远景规划。记录历史的文字、数据、图纸、照片等不仅是人们进行社会实践活动的真实的历史反映,也是考究高校基建工作历史和研究高校基建工作前景的科学依据。通过连续的、整套的高校基建档案,我们可以清晰地了解不同时期、不同地区的高校基建状况,并从中描绘出基建工程的发展历程,是对前期基建工作历史概述的有效凭证。 1.3对以后的基建工作起到参照作用
基建工程的各种统计、报表、维修、扩建、改建等离开基建档案都将寸步难行。基建工程设计档案一般已经过了施工考验,承受了实践的检验。重复利用或参考这些图纸和资料,吸取精华、去其糟粕,不仅可以加快速度,还可以提高设计质量及经济效益。2当前高校基建档案工作存在的一些主要问题
高校基建档案管理工作随着基建模式的转变,内容越来越繁杂。高校基建档案工作面临的瓶颈问题没有本质性的变化,依旧集中在基建档案自身收集、归档、查阅、管理以及工作人员素质等方面。具体问题有以下几方面:
2.1思想上不重视一直以来,基建档案在高校档案管理中是较不受重视的类别,高校的基建工程部门以及主管领导对基建档案管理工作的认识远远不够,档案部门的宣传力度也很局限,学校基建部门也往往重视不够,在基建档案管理上花的时间和精力相对较少。造成一些基建管理人员档案管理意识淡薄的思想。建筑物竣工后,竣工资料随便锁进自己的柜子,以方便自己查阅。由于人员的更换,非常容易出现资料遗失、不完整、破损的现象。
2.2基建档案管理人员不专业
基建项目的形成是一项周期性长、专业性强、完整性高、涉及多部门的工作,在每一步基建过程中都有大量的材料产生,面对如此多且繁杂的材料,收集就需要格外的细心和专业,这就对基建档案管理人员有相当高的要求,不仅要有专业素养,还要热爱档案管理工作,然而,目前符合这种要求的基建档案管理人员比较缺乏,是基建档案管理工作中的绊脚石。 2.3归档的基建档案质量不高
根据平时归档,整理的基建档案材料中暴露出来的问题是基建档案材料普遍质量不高,如图纸的整齐程度、清洁程度等。还有一些归档材料或图纸上随意使用铅笔、圆珠笔及红色、纯蓝墨水等不符合归档要求的笔墨书写,有的材料被多次涂改,字迹模糊不清,有些图纸不是原件,而是复印件。竣工图编制不规范,竣工资料不全。竣工图没有加盖竣工图章,竣工图中相关责任人审核签署漏缺严重,竣工图章不符合规格,存档图纸不全,或者被磨损严重,不能真实准确反映工程实体的实际情况。
2.4基建档案归档不够完整
基建档案缺失大体分为:一些项目论证、可行性研究等依据性文件缺漏不全;项目招投标过程中,由于中标单位外发包或归档不及时等导致资料散失;施工单位对在施工过程中所形成的,具有不可见性的相关档案材料,如隐蔽工程设施图、地下管网等,在收集时的疏漏或缺失;有些基建档案管理人员忽略对全过程文件资料的完整归档,特别是忽略了前期形成的文件材料和建设后期形成的交工验收文件材料、工程监理等方面的材料,造成基建档案的成套性、完整性存在缺陷;严重影响到以后的使用查阅。
3完善高校基建档案管理的对策
(一)领导重视是做好基建档案管理工作的关键
学校主管基建的领导、基建部门以及工程管理人员应充分认识到做好基建档案管理工作的重要性,尤其是校领导要重视和支持。只有领导加强对基建档案建设意识,确立基建档案管理工作的重要性,建立完善的基建档案管理组织体系和制度体系,实现规范化的管理。
(二)增强学校基建部门收集档案的责任感
只有提高档案管理意识才能做好基建档案管理工作,学校要建立以基建处为责任主体的组织机构,明确基建档案管理人员。基建部门作为基建管理者和基建档案的形成者,应有专门负责人分管此项工作,并有专职档案员负责收集资料。基建工程初始就与建立档案同步进行;工程建设过程要与竣工材料的积累、整编、审定工作同步进行;工程竣工验收与提交一整套合格的竣工图同步进行。
(三)加强基建档案管理人员业务培训
档案管理部门应有针对性地加强基建管理人员的业务培训,学习相关理论知识,领会现代化管理的标准。档案管理人员不但要了解基建专业基础知识,更要熟悉工程项目建设流程,知道基建档案中四大部分资料即工程准备阶段资料、监理资料、施工阶段资料和工程竣工阶段资料是如何收集和整理的。项目施工过程中,基建部门工地代表要注意工程变更,及时查验、监督监理和施工单位做好技术变更记录和竣工图绘制。监理单位和施工单位要把完整的、系统的、准确的施工变更数据和有关信息及时反馈给工地代表,确保基建竣工档案是准确的第一手资料。
(四)逐步完善基建档案现代化管理
随着高校办公系统信息化与网络技术的普及,高校档案馆的管理模式也在逐步现代化,基建档案归档形式必须更新。因此,高校基建档案管理工作,必须从传统手工作业方式向信息化管理过渡。采用科学、先进的应用软件进行档案信息的存储和利用,传统的纸质载体档案材料通过计算机信息系统管理转化为可以自动检索、网络化运用的技术。设计单位提供的设计成果除纸质的蓝图还要有电子版图纸;施工单位的工程变更可以直接在电子图纸上修改、标志,交存电子版竣工图纸;与建设有关的文件进行电子存档,建立电子目录。建筑项目的相关信息如工程名称、立项批文文件、工程规划建设许可证号、工程施工许可证号、施工单位名称、合同价、审计决算价、交付使用时间、竣工面积等内容,以建筑物为单位,逐一形成电子表格。在后期档案使用时可以直接检索、统计和查阅,同时可以实现远距离传递档案信息,提高工作效率。
参考文献:
[1]农彦浅谈高校基建档案的建设
[2]林端庄,高校基建档案科学化管理探析[J]. 福建建设科技,2007(2).62-63
2. 高职院校图书馆发展途径的思考
提高图书馆在职业院校教研与科研方面的作用,为读者提供大量有用、必要的专业图书是目前及今后一段时间各高职院校图书馆的中心工作,由于高职院校大多刚刚成立,各项工作刚刚起步,各方面都需要大量资金来进行必要的补充和完善,因此,要求高职院校一下子拿出大量资金来购买大量的专业图书来满足高职院校馆藏的要求,即不现实也不科学,在这种条件下为弥补图书馆藏书不足我们提出如下措施,供同行批评指正。
3. 探索构建图书馆联盟的新模式
构建图书馆联盟是网络环境下实现文献信息资源共知、共建、共享的有效措施。各地方高校图书馆利用同一地区内的地理优势、资源优势结成联盟,使结成联盟的高校图书馆通过图书馆联盟的运作实现图书馆之间全面的网络互连和资源互连,逐步形成优势互补、互通有无的局面,图书馆联盟的运作可以增加图书、杂志的数量,满足读者的阅读需要,降低成本,节约资金,提高图书、杂志的利用率和读者的保障率。
4. 利用新技术搭建信息交流平台
随着现代信息技术的发展,特别是Internet的兴起和迅速发展,使得信息的生产、传输空前便捷,导致信息量急剧增长,信息的质量也参差不齐,“信息爆炸”成为现代社会的一大特征。为了适应信息的发展图书馆学界提出了图书馆员要争当“网上信息引导员”、“网络信息导航员”的口号,要求网络环境下的图书馆管理人员应该能选择质量可靠、费用低廉、登录方便的信息源,并熟悉网上信息机构的组成,能更好地组织网上信息,为读者提供良好的网络导航服务。而博客作为一种新型的信息组织与平台,它的出现使得信息导航更加方便快捷。博客是将信息进行分类和筛选后进行,职业院校图书馆可以根据本校专业设置、本地生产技术发展实际、本地产业升级改造等情况,对网上获得的博客信息进行分类搜集,进行二次加工,编制出专题索引、专题题录等,向用户提供“导航服务”。可以充分利用网络知识,建立图书馆咨询博客,把生产一线技术人员撰写的经验总结,毕业生毕业实习和撰写毕业论文时所涉及的实际问题,经专业老师归纳整理后放置于博客咨询栏目上,让该地区的技术人员甚至全国、全世界的专家学者都参与,在图书馆参考咨询博客上,定期对咨询问题的回答由专业老师进行评价,对有有创新性的问题的回答,我们可以设专项资金给予奖励,并将其观点或具体做法发表在我院学报上进行交流或推广。读者可以方便地自己的信息需求,图书馆员可以利用博客及时、迅速、精确地答复读者的网上咨询,图书馆可以在参考咨询博客上,方便地开展用户培训网上讲座,加强对用户的指导、教育与培训,提高读者的信息检索能力,更好地利用网络信息资源,方便、客观地分析用户的信息需求,对各种信息资源进行过滤,得到用户所需要的、个性化的信息资源精品,然后利用博客及时性的特点,快捷、持续、定期地向用户通报相关课题的最新动态。另外,在参考咨询博客上,每个参考咨询员都可以拥有自己的网络空间,使图书馆员之间、图书馆员和读者之间建立一个良好的互动平台。图书馆员不仅可以方便、及时地了解读者的需求,还可以通过博客与其他馆的参考咨询工作人员进行交流,经常查看他们的博客,主动获取新的知识。
5.加大电子文献资源的建设和利用
主要通过加大与知名网站的合作,因为知名网站的信息资源丰富,可供参考的文献全面,同时还需积极利用职业院校师生每年发表的论文,所承担项目和所编教材,以及毕业生的毕业设计等电子文献构建自己的电子文献数据库,来弥补馆藏图书的不足。
6.探索高校与出版社联合出书和图书销售的新途径,开创出版社与高职院校双赢的新局面
6.1专业图书出版社与高职院校联合出版图书的可行性分析
6.1.1专业出版社的具体需求表现:
1.如何才能对专业图书的市场进行准确的把握,对不同专业图书的销售前景作出科学的预测。
2.如何才能出版出生产一线技术人员急需的专业图书,在促进企业经济发展的同时,扩大销售量,为出版社赢得最大经济利益。
3.如何把已出版的大量专业图书尽快销售出去,实现资金的快速流动,达到利润的最大化。
6.1.2对高职院校图书馆,其具体需求主要表现:
1.怎样才能购买到即便宜又实用的专业图书来满足高职院校教学和科研的实际需要。
2.如何利用有限的购书资金购买到大量的与学校专业相关的专业图书来满足毕业生走向工作岗位后,工作岗位对专业知识和操作技能的需求。
3.如何把自己对当地企业发展水平和产业结构升级对专业知识和操作技能的需要信息转化成财富。
4.通过各种渠道了解专业出版社新近出版的图书情况,重点弄清与本校专业有紧密联系并且急需的专业图书,为本校购置专业图书做好充足的前期准备工作。
6.1.3 目前的现实情况的具体表现:
1.对专业出版社而言,由于对某一行业技术的升级改造和技术发展的现状调查研究不彻底,出现出版的专业图书对淘汰设备的知识过多阐述,而对升级设备专业知识的简单介绍,导致专业图书销售量的下滑,对流动资金的快速流动,对专业出版的发展都将产生不利影响。
2.对于专业出版社而言,在出版专业图书时,由于没有考虑到不同地方经济发展速度和产业结构不同对专业知识和操作技能的不同要求,对不同地区销售的专业图书的内容有不同要求,专业出版社应根据不同地区的实际适当调整专业图书的内容,满足不同地区专业读者的不同需求,为经济建设提供可靠的知识和技术保证。
3.对出版而言,如何使出版的专业图书尽快发送到急需专业图书的读者手中,使货款尽快流到单位账户中,为其它专业图书的出版提供资金保证。
4.对高校图书馆而言,如何利用最有效的途径对学院专业发展所需的专业图书的内容及价格有所全面了解,为学院采购图书的科学决策提供可靠的信息保证。
5.对高校图书馆而言,如何把自己对当地企业发展水平和产业结构升级对专业知识和操作技能的需要信息有效的提供给专业出版社,通过专业出版社对专业图书赢利分成的方式把信息转化成财富。
6.对高校图书馆而言,把专业出版社出版的与本校有关的专业图书闲置图书通过利用合理的方法能为本校读者和当地企业的技术人员利用。
6.1.4 企业发展对专业知识和技能的需要表现:
1.由于地方企业各单位图书文献资料管理不科学,出现新购置的专业图书文献资料利用率低。这因为企业各单位的图书、杂志、资料都是由专人负责购买的,这样好集中采购和报销,而一般在一线工作从事实际生产的技术人员没有购买书报销的权利,而所购买的专业图书是让一线的技术人员阅读的,于是会出现这样的情况,买书时花了不少钱,但实际能使用的图书却不多,造成图书文献资料利用率低。
2.由于专业图书销售网络发展的不均恒,制约了专业图书销售额的大幅增长。
目前的情况是专业图书销售网络大多集中在大城市,中小城市普及不够,从我国经济发展的全局来看,60%以上的企业分布在全国中小城市,并随着乡镇企业的快速发展,这个比例还在继续加大,在构建节约型社会的今天,这一问题是专业出版社和当地高职院校都不容忽视的问题。
3.相对其它图书,由于专业图书的需求量很少,有的甚至没有,再加之利益的驱使,由于购买专业书的人少,为了资金的快速流动,当地比较大的书店都很少进或根本不进专业类图书。于时就出现了这样一种情况:出版社出版了专业书找不到读者,而从事某一专业的职工却因为见不到某一专业图书而不能及时了解本专业发展方向和新技术新设备的使用情况,对他们知识的更新,新技术的推广和使用都是不利的。
6.2专业出版社与高职院校联合出书必要性分析
6.2.1专业出版社与国家经济发展的关系分析
科技在国民经济发展中的作用在不断加大,根据我国经济发展的实际情况来看 ,高新技术产业化已在我国国民经济的发展起到了重要作用。主要表现在高新技术产业化能够实现对基础产业知识及科技资源的渗透 ,促进基础产业在技术结构上的升级换代,长期以来我国国民经济发展主要依赖于基础产业 ,基础产业是国民经济发展的重要支柱产业,但从实际的生产来看,我国基础产业的技术构成很不合理 ,在整体技术结构中 ,先进技术占有的比例严重不足,在技术结构中1 /3~2 /3的为传统技术,甚至有地方2/3以上的技术为传统技术 ,这种产业结构不仅没有安全保证 ,而且劳动效率低 ,成本费用高 ,经济效益和社会效益差 ,给资源造成巨大的浪费,对环境造成较大的污染。分析出现这种情况的原因,除了与现行的政治体制不健全和管理机制不科学等因素有关外,与技术结构的低下、老化有着直接关系。这些因素的存在阻碍了经济的快速、健康发展,为使经济快速、健康发展,迫切需要利用新技术推动传统产业进行技术改造 ,变传统技术为高新技术 ,促使传统产业的高新技术化。
6.2.2高职院校在当地经济发展中的作用分析
近年来,我国多个临床医学教育重镇不断探索临床医学教育理念创新,在指导高等临床医学教育中取得重要进展。北京大学的医学教育强调全人教育思想,注重知识传授与健全人格并重,将全科医学的理念引入本科教学中。自2008年起,北京大学医学部启动了“新途径”教育教学改革,“新途径”教育教学改革的基本原则是:遵循全人教育理念,促进以能力为导向的医学教育模式的转变,提高学生自主学习能力的培养。在医学专业教育中,强调医学教育是一个医学基础教育,不能只局限于现有的知识,要立足现有知识,并着眼于未来;在教育策略上要遵循“有教无类、通识通科和大医学”的理念,不过早的深入到某一具体学科;所教授的内容应以基础知识、基本技能和基本方法为主旨内容;在教授过程中,特别强调“鱼渔兼得”,既重视学习过程,更重视学习结果。此外,除了教授专业知识学习以外,加强对学生品行、思想道德、世界观、价值观方面的引导,培养学生自强不息,止于至善的风尚,培养学生乐于承担社会责任、甘于奉献和大爱无疆的精神。吉林大学白求恩医学部以“服务需求,提高质量”为主线,立足国情,医教协同,着力于医学教育发展与医药卫生事业发展的紧密结合,着力于标准化、规范化医学人才培养体系的构建,着力于人才培养机制的重点突破;着力于医学生职业素养和临床实践能力培养的显著加强和提升,加强医学生通识教育。上海交通大学医学院提出以学生为本,医学生能力培养为核心,以问题、探究为导向从灌输式教育变为互动式。摈弃培养简单的技术落实者,而是培养关心“人”的未来医生。中山大学中山医学院确立了“三基”、“三严”、“三早”教育理念,“三基”即基本知识、基本理论和基本技能;“三严”即严肃的态度、严格的要求、严密的方法;“三早”即早期接触临床、早期接触科研、早期接触社会实践。
二、临床医学人才培养模式改革
临床医学人才培养模式改革是我国大学近年来医学教育改革中取得的最令人印象深刻的医学教育改革成果。上海交大医学院实施了八年制临床医学专业培养模式。建立了“1+2+2+3”的八年制临床医学专业培养模式。第一阶段为集中通识教育及医预培训,强化通识性基础课程,如数学、物理、化学、现代生物学导论、程序设计基础自然科学类课程,还有文化艺术、文学历史等人文社会科学的通识教育;开展博极医源学术讲座,实施早期接触临床的见习培训,目的是为医学生打好人生发展和从事医学职业的必要基础。第二阶段是医学导论及以器官系统为基础的课程。通过人体结构与功能概述及医学导论,让学生了解医学的属性、目标以及疾病诊治与预防及健康促进的理念及策略;以器官系统为基础和以临床问题为导向的整合课程的学习,使医学生具备基础医学知识和基本技能,树立起基础医学与临床医学互相联系的桥梁;开设的前沿学术进展讲座和人文社会科学讲坛为平台,启发学生的探索精神并强化职业精神与自豪感;通过系统训练,提高学生的自学能力、分析综合能力、书面和口头表达能力以及团队合作共事能力。第三阶段为临床医学学习与实践。这一阶段的目标是使学生具备扎实的临床医学理论及较强的临床思维能力,掌握规范化的临床医学技能,能独立处理常见病与多发病,并能运用基础医学知识解释临床问题;建立良好的医患良性互动关系,并掌握基本的预防医学、传统医学及群体保健知识与技能。第四阶段为综合性强化培训及毕业论文。在前五年学习的基础上,开始新一轮更高层次的临床实践与科学研究的综合强化培训,在博士生导师的直接指导下,独立完成一项临床科研题目并以合格的论文及答辩方式通过。〔1〕
复旦大学实施“5+3”人才培养模式改革,是指5年临床医学本科教育再加上3年住院医师规范化培训,学生合格毕业后可以拿到执业医师资格证书、住院医师规范化培训合格证书、研究生毕业证书和硕士学位证书4个证书,简称“四证合一”。“5+3”模式通过界定临床医学专业学位硕士同时具备住院医师和研究生的“双重身份”,实现了研究生招生和住院医师招录、研究生培养过程和住院医师规范化培训、专业学位授予标准与临床医师准入制度的“三个结合。”〔2〕
吉林大学加快推进“5+3”标准化、规范化临床医学培养体系建设,包括1)临床医学硕士专业学位研究生教育改革,采取研究生招生和住院医师招录相结合、研究生培养过程和住院医师培养过程相结合、专业学位授予标准与临床医师准入标准相结合;2)五年制医学教育改革注重职业教育、临床实践能力、课程体系、教学内容、基础医学与临床课程整合、强化“三基”培训、临床实习实训管理、临床思维和临床实践能力培养;3)七年制医学教育改革:2015年全面调整七年制为“5+3”一体化培养,在规培期间学生要获得“四证”:研究生毕业证书、硕士学位证书、住院医师规范化培训证书、职业医师执照。4)改革面向基层的全科医学人才培养模式:一是围绕农村医疗卫生服务的基本要求深化改革,增加基层医疗卫生机构见习实习时间,增加本地区常见病、多发病、传染病地方病的诊疗防控,加强全科医学理念和专业素质培养;二是强化毕业后教育和职业发展,按照入学前签署的定向就业协议和规定参加3年规范化住院医师培训,取得规范化住院医师培训证书者,3年规范化住院医师培训计入6年服务期。
北京大学医学部在试点的临床和基础医学专业实施四阶段培养模式,即在医预阶段、基础阶段、临床阶段和临床二级学科阶段实施培养方式的创新。首先在医预阶段,医预学生在大学本部完成第一年的课程,希望通过大学的学习达到通识教育的目的。对于医学生,希望通识教育实现社会科学、人文科学和自然科学并重,北京大学的数学与自然科学、社会科学、哲学与心理学、历史学、语言学、文学、艺术与美育、社会可持续发展六个领域的大类平台课为医预课程改革提供了最好的资源。其次,在基础医学阶段的改革依托基础医学院完成,在基础阶段,学生们要达到如下主要培养目标:掌握基础医学的基本知识点;培养学生自主学习能力;促进基础医学知识与临床实践的结合;培养初步的科研思维和科研能力。再次,临床医学阶段改革是“新途径”教学改革的重点之一。有鉴于医学教育的多元化发展模式,医学部本着宏观管理和尊重各学院特色的考虑,允许各临床学院(医院)在医学部的整体教育教学改革框架下自行设计改革方案。北大医院模式根据医学部教学改革要求以及北京大学第一医院“器官系统为中心教学框架”总体设计。方案设计遵循“胜任力导向”的要求,针对教学具体安排(大课及见习课表和轮转表)、教师培训、“临床综合基础”集体备课等工作进行了系列安排。人民医院模式通过研究国内外医学教育标准,结合医院的教育教学特点,坚持“遵循现代医学教育理念,促进‘以能力为导向’的医学教育模式的转变,加强学生自主学习能力的培养”的教学改革基本原则,紧紧围绕二十一世纪一流的医学生所应具备的开拓精神、创新意识、高能力、高质量这个核心,根据医学教育国际标准的要求,对教学模式、课程设置、教学方法、考试方法及素质教育进行了全面、系统、科学的教学改革。北医三院模式以“全人教育”理念为依托,面向医学生的全面发展,注重学生基础知识与临床知识的有机融合,以临床综合能力的提高为核心,致力于临床素养、科研素养和人文素养的全面提升,实现医学生“专业素养”、“科研素养”和“人文素养”的三位一体式发展。以“学生临床能力为导向”的原则,以“器官系统”模式整合临床教学全程的授课内容,特别是桥梁课和系统课阶段,构建临床核心课程体系;在突出重要概念的同时,大幅度删减不同阶段、不同学科中简单重复的内容,从而压缩理论课授课学时。增加以案例讨论为主导的小班讨论式教学模式,强化临床思维的训练,充分发挥教师的主导作用和学生参与教学的积极性和主动性。
三、临床医学教育课程体系改革
北京大学医学部的“新途径”基础医学创新型课程体系以“教育教学一体化”为指导思想,以基础医学核心课程为基本内容,以“器官系统”为中心构建课程体系,实施小组讨论式教学。北京大学医学部“在全人教育思想的指导下,实施教育教学一体化改革,以核心课程为基本内容,按器官系统模式构建课程体系,实施小组讨论式教学”。遵照医学教育的发展规律结合医学部的实际情况,在基础和临床层面分层开始,从形式上按阶段组织,尊重原有学科发展的现状;从内容上按课程的实际需求安排,强调临床和基础的融合,强调基础学科内部各个学科间的沟通。扎实推进按器官系统模式构建课程体系和小组讨论式教学,推进了医学核心课程或核心内容的建设,促进了教育教学一体化模式的改革。器官系统为中心的课程体系。首先,长期以来学科为中心的课程体系形成了各学科独立的基本架构,课程彼此之间缺乏联系,内容简单重复。其次,学生进入医学阶段的学习,界限分明的基础阶段和临床阶段的知识体系割裂了医学知识的整体性,也使部分学生对医学教育的模式和内容出现迷茫和误解。上世纪50年代后提出的器官系统为中心的课程体系就是试图解决以上问题,使分离的基础知识与临床知识得以融通,回归医学知识的应有状态。该方案对原有的基础医学课程进行了充分的研讨和论证,确定了14门核心课程,并按照医学生必须掌握的基本知识来组织学科内部、学科间以及基础与临床之间进行知识点的梳理和优化,将学时从816学时调整至633学时,优化至原学时的77%,最终确定了以核心课程为中心,以基本知识点讲授为主的全新的基础医学理论课程体系。在构建核心课程体系的基础上,将原有课程体系中梳理出来的基本知识点以外的基础医学知识以“器官系统”为中心来构建课程体系,在一学年时间里,以20个临床案例为引导,以“学生”为主体,进行问题导向性的小组讨论式学习(PBL),使学生在早期就能够学会综合运用基础知识解释或解决临床问题,真正地实现基础各学科之间以及基础与临床之间知识的融合,成为新课程体系的特色。与此同时开展的实验教学改革,以实验教学中心为平台,对五个模块,三个层次的实验教学体系进行了重组、整合和优化,促进科研实验室与教学实验室密切结合,并与创新人才培养项目互为补充,重新构建了理论与实践相结合、科研与教学相结合、课内与课外相结合的创新型实践教学体系。临床医学阶段建立了符合医学教育发展趋势的“临床专业课程体系(临床基础理论)、临床技能训练体系(包括临床思维,临床沟通能力和临床操作技能)、职业精神培养体系”三大课程体系合一的临床专业教学新模式,专业课程(含全科医学、专业英语):临床技能训练:职业精神培养的比例为1:5.5:0.9,大大加强了医学生临床实践的能力。改革后的课程,呈现三大课程体系横向平行,纵向各专业自成体系的特点。即每一门专业课程均涵盖临床专业课程、临床技能训练、素质教育与职业精神培养三大体系,此外授课内容基本同步,实现了临床基础知识课程和临床专业课程的无缝对接,课程之间环环相扣,相辅相成,有机融合。医院临床实践教学体系以提高临床技能为中心,将理论学习、模拟训练、临床实践三种教学方式有机结合,建立可复制、可操作、可推广的“理论学习-模拟训练-临床实践”临床技能循环培训体系。这个培养体系有以下特点:针对医学生在不同阶段对其需要掌握的临床技能的有明确培训要求与认证标准,针对每项临床技能的培训流程采用阶段学习、阶段认证的制度,通过认证才能进入下一阶段学习,确保教学质量与患者利益。整个培训流程要经过:理论学习理论考核认证模拟训练考核认证临床见习考核认证临床实习考核认证。通过这种贯穿医学教育全过程的,培训贯穿医学教育全过程的,不同的阶段、不同的人员需要培训的内容不同,但培训的流程是相同的。这种系统化、规范化的临床技能循环实践新模式,使医学生临床技能逐渐得到强化,促进医学生临床技能质量的稳步提升。
上海交通大学医学院实施“器官系统为主线,淡化学科,融形态与功能、基础与临床、医学与人文为一体”的新课程体系。通过“基础+临床”的系统课程引导医学生们织起一张“网”。比如关于“肺”这个器官,新的教材会放在呼吸系统这部分来讲授,从它的解剖知识,一直讲到有关的生理、病理、药理、影像等。刘方明说,这样课程更紧凑,学习起来非常容易理解。
吉林大学白求恩医学部实施的医学生通识教育课程包括自然科学、人文科学、社会科学。学习自然科学使学生理解所处的世界继而与其保持适当的关系,以培养学生科学严谨和实事求是的态度,重在描述分析和解释;学习人文科学更清楚地认识人的本质,有助于人与人之间和谐相处,重在评价、判断和批评;学习社会科学,理解社会环境和社会中的各种机构,正确认识和处理现代社会面临的各种复杂问题;它介于自然和人文科学之间,既重描述也重评价。三种学科的知识和研究方法,在医学中都有深刻的体现。医学是集自然科学、人文科学、社会科学寓一体的的科学,自然、人文和社科知识本身就是医学教育的一部分。
展望未来,“生物—心理—社会”医学模式大大拓宽了医疗服务领域;医学科学技术进步高速发展,诊治手段更加丰富。介入治疗手段、放射物理治疗手段、生物治疗手段等新技术的出现和广泛应用,为疾病的治疗开辟了新途径。此外,社会经济文化在快速发展,人民健康服务标准与品质逐步提高,这些都需要医学教育进行改变。我国一些大学虽然对高等临床医学教育进行了一些改革,已经取得了初步效果。但我国临床医学教育改革的国际化程度还不够高,临床医学教育与国际一流水平还有较大差距,今后要以国际一流医学高等教育为标杆,加大改革力度,努力加快临床医学教育的国际化和一流化进程。
〔参考文献〕
〔1〕富冀枫,等.八年制医学教育培养方案的构建和教育改革的探索〔J〕.上海交通大学学报:医学版,2008,(S1).
〔2〕汪玲,等.我国临床医学教育综合改革的探索和创新——“5+3”模式的构建与实践〔J〕.研究生教育研究,2015,(03).
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书 店
姓名:书店
年龄:自从活字印刷后就有了书局,目前已有近1000岁
家庭背景:目前国内最大的连锁经营书店为新华书店,基本上每个城市都有它的分支机构,很多人的成长都有新华书店的身影,可以说新华书店是我国手足最长的书店。但是,现在以西单图书大厦为首的一大批巨无霸式书店正在如雨后春笋般快速增加着自己的体重。他们动辄能在一个店里卖上万种,甚至几十万种书。
成长方式:对于新华书店来说,就像超市开店一样,每次增加分支机构都需要做好地域、租金、用户的合理化分析,而且要防止资金链断裂的危险,膨胀速度有限。
职业规划:以前手工出入账的时候,一个算盘一个账本就管了书店。进什么书看总店的,每个月盘点一次库存,不够了再从总店要。而现在,连锁书店早就是信息化管理了。以新华书店为例,现在的新华书店是一个名副其实的图书信息中心。首先,通过各种方式从各出版社那里汇集新出版图书的信息。然后,各下属书店以自己为单位,进行信息化工作。比如,宁波新华书店经营图书、音像制品,全店销售额早就远超5000万元,产品线越来越丰富,销售渠道越来越大。最终,他们不得不用IT的方法,从财务、物流和分销三方面入手管理书店。财务管理重点是规范业务操作流程,让财务科可以有效地监督管理系统基础数据和业务流程。在销售方面,由于书店的销售体系包括各种各样的批发渠道、直营渠道和特种渠道,为更好地整合这些渠道的数据,打造一个可控的分销体系,及时准确地掌握渠道的各种业务信息,采用销售与分销管理系统,将销售合同的登记和维护、库存书册的盘查、采购订单的跟踪等纳入正规。
而更进一步的书店已经形成了更大的销售网,甚至已经向网上发展。陕西新华书店将西安、宝鸡、咸阳、延安等10地市116个销货店联网,解决了网上报订、统一配货的问题,改变了传统的工作模式,利用科技手段大大提高了工作效率,完全实现了陕西新华书店的垂直化管理。整个系统支持联营、经营等各种营销业务方式。各市县都可以实现内部网上报订、网上定单审核、网上储运信息查询、余缺调剂、网上可供书目查询选购等,而进货、发货、退货、盘点、仓位转移等仓库管理问题,以及货源结算、客户结算等结算管理问题,零售管理都一并解决。
可以说,信息化使得书店摆脱了前店卖书后店进货盘点的状态。而更重要的是,更快的反应速度,更及时的新书好书,以及更灵活的市场信息,也是网上书店蒸蒸日上的今天,传统书店得以生存的基础。
优点:就像电子书永远不可能代替纸质书一样,对于很多人来说,买书是一种享受。能亲手拿着书翻看,能亲眼挑选书的设计、选题、印刷甚至插图、封面的优劣,是很多人决定是否买这本书的前提。而书店,则很好地满足了他们的愿望。这对于那些对书要求苛刻,必须先阅读才能买书的人非常重要。
缺点:1.书店再大书的种类毕竟有限;2. 鲜有折扣;3.用户购买要出门,不方便。
网上书店
姓名:网上书店
年龄:自1997年,中国第一家网上书店―杭州新华书店成立,距今已有8岁。
家庭背景:当贝佐斯荣膺《时代》周刊风云人物时,亚马逊的网上书店在人们心中成为太平洋彼岸的一个神话。1999年,全国各地掀起了网上书店的建设热潮,新华书店、出版社、专业书店及民营书店纷纷开办了各具特色的网上书店。其中耳熟能详的就有西单图书大厦网上书店、当当网上书店、“8848”等;而席殊书屋等一些传统书店也对开辟网上战场跃跃欲试。
成长方式:网上书店购书方便快捷,读者购书不受地域、时间的限制,大批量的销售也可以给读者更多的折扣,无店铺销售的形式可节省成本,因而发展很快。但在网上书店建立之初,线上支付形式以及配送体系的不完善给网上书店的业务带来一定困难。
红火了一阵子之后,很多网上书店都处于亏损状态。第一家网上书店杭州新华书店到1998年下半年就停业了,原因是书店信息不足、结款不能通过信用卡等支付、读者需邮寄书款等。
价格,是网上书店正面交锋最激烈的地方。更多的网上书店打起了价格战。网上书店都在商品价格上较着劲儿,纷纷打出“零毛利”、“冰冻价”的招牌,有时甚至低于成本价抛售一些热销的产品,以期带动整体订单数量的增长。例如,《丁丁历险记》影碟版正式发货以前,众网店就开始了网上预订活动。原价107元的DVD版,网站最初报价89元左右。此报价一出,各网店的产品售价就相继一降再降,最终敲定72元,并且附加一大堆赠品。值得注意的是,这场价格战发生在短短的几个小时内,也就是说,只要对手的价格一更新,另一方会马上回应,以使自己的价格保持最低。
这种近乎疯狂的“零利润”销售方式是网上书店惯用的价格战策略,无疑能大幅提升网上书店的订单量,但能否给网上书店的长远发展带来益处就不得而知了。所幸的是,价格的血拼已经随着网上书店的成熟而降温。越来越多的网上书店认识到,打折绝不是惟一的手段。例如,当当网的打折书只占全部可供图书的10%左右。
经过价格战之后,服务被更多的网上书店所看重。面对消费者,各家网上书店经过几年的摸爬滚打已经将页面设计得既新颖又富于人性化。与商品相关的分类、检索、购物车被做得既全面又实用。曾经困扰网店发展的网络支付问题,则被颇具中国特色的“送货上门,货到付款”方式解决得差不多了。在打拼北京市场的同时,各网店还在积极拓展外地市场。2005年4月,当当网将免费送货,货到付款以及免费更换有问题产品的服务承诺扩展到了全国66个城市。
职业规划:影响网上书店的外部环境因素主要包括产业政策、物流产业、互联网普及程度、社会信用以及网上银行发展状况等。虽然物流和结算因为受到中国的物流产业、社会信用以及网上银行发展状况的限制而难于突破,但是网上书店一直在尝试运用中国特有的优势开创特色经营方式。
从内在潜质来看,中国网上书店可以利用中国特有的优势来克服不利的外部环境因素,例如利用中国廉价劳动力进行的“自行车送货”和“货到付款”,就是中国网上书店的成功创新。
优点:1.不受地理位置的限制,避免了与其他商家在黄金地点的竞争,很好地节约了成本。
2.充分利用了互联网的优势,能够在最短的时间内为顾客提供最新的书籍资料,同时也可以非常方便地满足客户的个性需求。
3.为网上书店等B2C公司提供服务的第三方公司也不断增加,大大方便了网上购物,比如大部分银行都有网上银行业务,提供快捷、安全的结算服务,从事物流的公司无论在数量上还是在服务质量方面比以前都有很大的改善。
缺点:1.中小城市的配送不够方便。有的小城市时间会延误。
2.网上支付并不适用于任何人。安全性问题还需得到进一步的提高。
3.没有拿到手里的书总是让人不放心,褶皱、破损偶有发生。
可供书目
姓名:可供书目
年龄:发源于英国。自1874年英国Witaker公司推出世界上第一个可供书目《近期文献参考书目》至今,走过了131个春秋。
家庭背景:英国Witaker公司和美国Bowker公司及德国K.G.Saur公司目前是世界上最大的三家可供书目出版商。在欧美发达国家一般都有本国的可供书目,并已成为西方图书贸易的不可或缺的信息中介,是出版社、书店和图书馆最重要的工具书。但在中国,至今还缺少能够总揽全国图书的可供书目,这种缺憾让中国成为图书信息查询上的矮子。
成长方式:1997年,起点公司、科文书业公司开始着手做“中国可供书目”,但最终由于效果不佳转向电子商务。2005年初,北京一家书店又开始尝试做“中国可供书目”。不过基本局限于自己配货,同时做图书馆的增值服务。离真正意义上的“中国可供书目”还差得很远。
职业规划:交通大学一学生在准备毕业论文答辩期间,有同学向她介绍一本很重要的外文专业图书,但书店没有销售。于是该学生奔波于大小书店,乃至让外地同学帮忙查找,但是整整一个星期,毫无结果。
在别人的建议下,她求助于远在美国的同学帮忙购买,很快获得反馈,问她需要该书的那个版本。对此,她深感困惑,直到明白美国提供“可供书目”查询,才恍然大悟。
可供书目虽然已有100多年发展史,并且已成为出版行业信息化建设的重点之一。但是在中国,可供书目仍然是新鲜事物,其功能与意义还没有广为书业人士及广大读者所认同。由于可供书目发展缓慢,国内的图书信息大多局限于网上书店、新华书店书目查询以及各出版社自身书目查询,这些往往造成许多读者找书难、买书更难的局面。
《书目情报需求与服务研究》调查资料发现,国家书目信息、专题性文献及出版物推荐目录信息、地方文献及出版物目录信息三者的被利用率,分别占调查样本数的51.7%、48.53%与33.1%,由此可见书目信息资源在人们工作和生活中所起的重要作用。
但目前书目信息服务的提供方式一般采用传统印刷方式,如何让读者快速获得就存在问题。因此如何利用现代技术,让中国可供书目快速迅速成长为中国读者服务,已成为出版行业自身信息化建设的重点。
从国外发展经验来看,利用具有独立市场运营能力的公司实施中国可供书目建设,通过市场机制的调节,将可供书目及时准确传递到读者面前,让读者有效获知最具性价比的图书信息,可以加快图书在市场上的流通速度。既能让读者获益,又能让出版社、渠道、书店等书商快速流转图书。
由中国书刊发行业协会和北京科文书业信息有限公司联合开发的“中国可供书目”项目, 到2005年年底将收录超过500家出版社的数据,总数据量近20万条,已初步建设起反映中国图书市场面貌的可供书目雏形。
优点:通过对“可供书目”的查询,能够准确查找到读者需要的图书,且该图书的版本信息、可供书目、流转渠道、内容差异等信息将一目了然。既让读者迅速获得价廉物美图书,又能让书商快速流转图书。
缺点:1.需要良好的软硬件应用环境。2. 一些缺乏计算机应用基础的读者很难用好“可供书目”。
记者手记
书与圈子
元旦前,报社给每个员工送了一本《共好》,当然是感谢员工这一年的工作,更重要的是通过读书营造良好的工作氛围,为同一个目标而努力。
的确,现在的购书方式有很多种。除了常见的新华书店、网上以外,还有很多我们正文中并未提及的,并不是主流但是正在蓬勃发展的读书方法,比如贝塔斯曼,比如电子阅读。
1.1.1 课题研究背景
本课题属于设计性课题。21世纪人类已进入信息社会,汽车及交通也已迈入信息时代。当前信息技术在汽车及交通领域中的应用项目相当多,发展速度可以说是“日新月异”,各种媒体多有报道。
可大致归纳为4个方面,即车辆安全系统,网络、通讯及导航系统,智能交通系统和移动多媒体系统。随着汽车的日益普及, 停车场越来越拥挤, 车辆常常需要在停车场穿行、掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与其它车辆非常接近, 驾驶员的视野颇受限制, 碰撞和拖挂的事故时有发生, 在夜间时则更显突出。车辆安全系统通过应用电子信息技术,使车辆实现高智能化,极大地改善车辆人机系统的安全性,以避免事故的发生和减少伤害程度。
1.1.2 选题的目的及意义
本课题把硬件电路和电路软件有机的结合起来,完成汽车倒车报警系统的设计,能够了解单片机技术的现状,而且通过对电路系统的设计,学习掌握了数字电路从原理图到PCB版的全部过程,形成完善的设计思路以及思想,并通过对汽车倒车超声波报警器的软件设计的过程,锻炼应用C以及相关汇编语言等软件设计电路程序的能力为以后参与实际工作奠定良好的设计基础。
本课题要求使用现在应用非常广泛的计算机软件PROTEL,随着计算机技术的发展,计算机软件在电路设计中的应用越来越广泛, Protel是人们熟悉的常用EDA软件。作为电路设计自动化(EDA)的一种工具,Protel应用于电路原理图设计、电路板设计等,它基于Windows环境,功能强大,人机界面友好,能让人们在具有最完整的功能环境下,提升设计上的品质和效率。本课题将要求Protel在电路设计中的应用,包括电路原理图设计和印刷电路板设计以及设计过程中遇到的问题和解决方法。这样使学生也能将所学与所用有机结合起来,在步入工作岗位之前得到全方位的工程设计训练。
通过对汽车倒车报警电路的设计能初步具有用PROTEL软件设计电路原理图以及电路版图的能力。与实际电路相结合,通过理论联系实际的方法,使所学的知识通过自己设计思考真正应用到实践中。
微波探测技术在军用和民用领域里的广泛使用,使得通过这次毕业设计所学到的此方面的知识将会有很强的实用性。本设计要求对汽车倒车超声波报警器进行硬件设计,可以通过完成本次设计,练习PROTEL软件的使用,增加硬件设计的经验。
随着社会进步,经济发展,人民生活水平的不断提高,拥有汽车的家庭逐渐增多,交通问题也同时出现了:交通拥挤,各种不同的场合停车、倒车困难。许多非职业汽车驾驶员更是希望能有一种汽车倒车报警器,在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,并随时显示其距离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,以提高汽车倒车时的安全性。
汽车倒车超声波报警器设计就是为了确保驾驶员和汽车的安全,使驾驶员在倒车时能明确与后面车辆、建筑的距离,确保倒车的安全。它具有显示功能,能够客观显示车后物体与车尾之间的距离。它可望成为新手驾驶员,以及后视不良车辆如大货车、公共汽车、集装箱车等车辆驾驶员倒车的好帮手,也可用于夜间辅助倒车及倒车入库。
1.2 超声波测距系统研究现状以及存在的问题
1.2.1 超声波测距系统研究现状
随着电子技术的发展,出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。前2种方法由于技术难度大,成本高,一般仅用于军事工业,而超声波测距则由于其技术难度相对较低,且成本低廉,适于民用推广。这项技术也可用于工业测量领域。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。随着自动测量和微机技术的发展,超声波测距的理论已经成熟,超声波测距的应用也非常广泛。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比,如电磁的或光学的方法,它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距,由于空气中波速较慢,其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来,具有很高的分辨力,因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。因此本设计也是利用超声波来测量距离。
1.2.2 探测盲区问题
超声波从发射到接收的时间间隔是由控制器内部的定时器来完成的。由于发射器探头与接收器探头的距离不大,有部分波未经被测物就直接绕射到接收器上,造成发送部分与接受部分的直接串扰问题。这一干扰问题可通过软件编程,使控制器不读取接收器在从发射开始到"虚假反射波"结束的时间段里的信号。这样,就有效的避免了干扰,但另一方面也形成了20cm的“盲区”。此“盲区”很小,对本系统没有影响。
1.3 论文的主要内容
论文将介绍超声波测距系统设计的方案选择与硬件的设计与调试。全文共分为五章,本章介绍了超声波测距系统设计的研究现状和本课题的选题目的与意义;第二章介绍超声波测距系统的总体设计方案,并对每个模块进行了方案论证与选择;第三章介绍了超声波测距系统的原理;第四章介绍了各单元模块的硬件电路设计与实现;第五章介绍了系统的调试过程和调试结果,最后总结了整个设计中有待改进的地方。
第二章 超声波测距系统的原理
2.1 超声波的测距原理
2.1.1 测距的电路原理框图
构成超声测距系统的电路功能模块包括发射电路、接收电路、显示电路、核心功能模块单片机控制器及一些辅助电路。
采取收发分离方式有两个好处:一是收发信号不会混叠,接收探头所接收到的纯为反射信号;二是将接收探头放置在合适位置,可以避免超声波在物体表面反射时造成的各种损失和干扰,提高系统的可靠性。
根据设计要求并综合各方面因素,选择了西安立宇电子科技有限公司的超声波测距传感器TCT40-16T/R(T表示发射传感器,R表示接收传感器),最大探测距离为6m,发射扩散角为60度。同时,采用单片机作 为主控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成,超声波测距器的系统框图如下图2-1所示。
图2-1 测距的电路原理框图
通过单片机的I/O口控制超声波发射电路发出40kHz的超声波,与此同时单片机内计数器开始计时;经过延迟后开启超声波接收电路,当接收电路收到经障碍物反射的回波后,计数器计时结束。通过单片机计算出即时距离,在显示电路显示出来,若低于警戒距离则开启报警。
2.1.2 工作原理
人能听到的声音频率为:20Hz~20kHz,即为可听声波,超出此频率范围的声音,即20Hz以下的声音称为低频声波,20kHz以上的声音称为超声波。超声波是一种只有少数生物(如蝙蝠、海豚)才能感觉的机械波,其频率在20kHz以上,波长短,绕射小、能定向传播。
超声波为直线传播方式,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越强。为此,利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。
本设计采用的超声波是40kHz。超声波的纵向分辨率较高,对色彩和光照度不敏感,对外界光线和电磁场不敏感,可以用于测量较近目标的距离。本设计采用的超声波传感器往返距离为15m,在有灰尘、烟雾、强磁场干扰、有毒等各种环境下都能稳定工作。
超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于共振法的应用要求复杂。在这里使用脉冲反射式。超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时。超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为C,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差 就可以计算出发射点距障碍物的距离L。超声波测距的算法原理如图2-2所示:
图2-2 超声波测距的算法原理图
计算公式为:
C= 331. 5 + 0. 607 T (2-1)
式中:C为超声波在空气中传播速度;T为环境温度。
L= (2-2)
式中:C为被测距离; 为发射超声脉冲与接收其回波的时间差; 为超声回波接收时刻; 为超声脉冲发射时刻。用单片机可以很方便地测量 时刻和 时刻,根据以上公式,用软件编程即可得到被测距离L。
这就是所谓的时间差测距法。由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关,表2-1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。
表2-1 声速与温度关系表
温度(℃) 30
20
10
0 10 20 30 100
声速(米/秒) 313 319 325 323 338 344 349 386
声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距系统的机理。本设计认为在实际使用中的环境温度变化不大,对距离检测精度要求也不高,将超声波波速C认为是不变的常数。
另一种补偿方法就是用查表法,查上面温度与声速的对应表,再适当插值补偿。这种方法精确度较高。在这里考虑到设计上的简易性,没有进行补偿,能达到简单应用的基本要求。
该系统的工作原理:由微机编程送出40kHz频率的方波信号至信号处理器,信号处理器通过两级放大,再经过压电换能器将信号发射出去,该信号遇到障碍物反射回来在此称为回波。同时,压电换能器将接收的回波,通过信号处理的检波放大、积分整形及一系列常见电路的处理,送至微机处理。显示器的声音告警频率、发光二极管方位指示及障碍物距超声波探头的距离显示均由单片机控制。
2.1.3 超声波测距的工作方式
利用超声波测距的工作,就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔,从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法:
•相位检测法,相位检测法虽然精度高,但检测范围有限。
•声波幅值检测法,声波幅值检测法易受反射波的影响。
•渡越时间检测法,渡越时间检测法的工作方式简单,直观,在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为:检测从发射传感器发射超声波,经气体介质传播到接收传感器的时间,这个时间就是渡越时间。
本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的超声波传感器,是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性(纵波),通过接收自身发射的超声波反射信号,根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度,计算传播距离,从而得到障碍物到车辆的距离。
2.1.4 信号处理技术
测量过程是由单片机部分和超声波信号处理电路共同完成的,一次测量的全过程为40ms。发射时,将40kHz的超声波信号和一个同步脉冲信号加到与门,同步脉冲信号通过与门控制发射超声波。单片机将同步脉冲的起始时刻定为 , 超声波接收电路将接收到的信号加到单片机中,若检测到信号,则记下该时刻 ,由时间差 = ,即可算得障碍物与超声探头之间的距离。若单片机系统接收不到超声波回波信号,则到40 ms时重复上述过程开始下一轮的循环。
在超声波发出后,如果直接进入检测状态,则势必浪费时间,因为此系统有最小测量距离,当距离最小时,即为时间差 最小,记为 ,所以此时间可以用来处理别的数据。本设计中计算子程序就是在此时间里完成的,这样就节省了一些时间。
2.2 超声波探头的主要作用
•探头是一个电声换能器,并能将返回来的声波转换成电脉冲;
•控制超声波的传播方向和能量集中的程度,当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时,可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性,提高分辨率;
•实现波型转换;
•控制工作频率,适用于不同的工作条件。
2.3 小结
本章介绍了超声波测距系统的测距原理、超声波测距的工作方式以及测距中如何进行信号处理优化,并阐述了超声波测距的基本概念理论基础、设计计算的主要方法和内容
第三章 汽车倒车超声波报警器设计方案比较与选择
3.1 汽车倒车超声波报警器的总体方案设计
3.1.1 方案的拟定条件
本设计首先要根据毕业设计任务书中的要求(最大测距6m,最小测距0.20m,显示分辨率0.02m,实时数字显示测得的距离;在不同的距离范围内发出不同的声光报警信号;驾驶员可根据个人需要调整设置报警距离.本报警器与其它报警器相比具有功能多、电路简单、操作简便、工作稳定可靠等优点)来进行器件选择,如谐振频率是多少,带宽为多少,Q值、声压输出、波束指向性、电容、驱动电压、功率是多少才能达到设计要求,在什么样的 环境特性下才能正常工作,市场上是否容易找到,便宜且应用较广否,这些都是需要考虑的问题。只有在这样的条件下,方案才能顺利确定,设计才能顺利展开。
3.1.2 模型的建立
汽车倒车雷达是利用超声波测距原理,不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,在一定距离范围内给驾驶者以警示,同时由高亮度数码管显示出所测的距离值,提高汽车在倒车时的安全性。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,可由单片机测出从发射到接收到回波的时间,计算出障碍物到汽车尾部的距离S=CT/2,式中C为超声波波速。尽管超声波波速与环境温度有关,但汽车倒车雷达在实际使用中的环境温度变化不大,对距离检测精度要求也不高,将超声波波速C认为是不变的常数。
测距系统模型应如图3-1所示。
3.2 超声波测距系统的器件选择
3.2.1 微控制器的选择
单片机是本检测系统的核心,它完成系统的功能设定、测量对象选择、信号处理存储、驱动LED显示等功能。起初对于是选择AT89S51芯片,还是AT89C51芯片举棋不定,觉得二者区别不大,后来查阅相关资料发现AT89S51相对于AT89C51增加了很多新功能,性能有了较大提升,价格却基本不变,甚至比89C51更低。
图3-1 测距模型
•AT89S51支持ISP在线编程功能,串行写入、速度更快、稳定性更好,烧写电压也仅仅需要4~5V 即可。这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离,是一个强大易用的功能。而AT89C51只支持并行写入,同时需要VPP烧写高压。
•最高工作频率为33MHz,大家都知道89C51的极限工作频率是24M,就是说S51具有更高工作频率,从而具有了更快的计算速度。
•烧写寿命更长:89S5*标称的1000次,实际最少是1000次~10000次,这样更有利初学者反复烧写,减低学习成本。综合上面的一些区别,个人认为89C51的停止使用只是时间问题而已,就象当年的8031。
•内部集成看门狗计时器,不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
•双数据指示器。
•电源关闭标识及电源范围:89S5*电源范围宽达4~5.5V,而89C5*系列在低于4.8V和高于5.3V 的时候则无法正常工作。
•全新的加密算法,这使得对于89S51的解密变为不可能,程序的保密性大大加强,这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
•兼容性方面:向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序(不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等),在89S51上一样可以照常运行,这就是所谓的向下兼容。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
比较结果:就如同INTEL的P3向P4升级一样,虽然都可以跑Windows98,不过速度是不同的。从AT89C51升级到AT89S51,也是同理。和S51比起来,C51就要逊色一些,实际应用市场方面技术的进步是永远向前的。
3.2.2 显示模块器件的选择
在单片机小系统中,显示模块可以反映系统工作和运行结果,在系统中占有相当重要地位。常用的显示有:LED显示和LCD显示。
•LED显示的硬件电路设计简单、价格便宜,缺点是显示消耗的电流较高,体积大,在低功耗手持式仪器中很少使用。
•LCD显示具有低功耗、体积小特点,越来越多地应用于以单片机为核心的便携式仪表和测试仪中。采用LCD来显示检测到的温湿度参数,降低系统功耗。
本设计显示部分采用简单的4位共阳LED数码管,段码驱动用74LS245集成电路,位码用S8550(也可用9012)三极管驱动。
3.2.3 超声波传感器的选择
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的,它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器,或者超声波探头。
超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构,可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。
超声波探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括:
•工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高。
•工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声波探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。
•灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。
为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲,超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。
本次设计就选用压电式超声波发生器,压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图3-2所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会 发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。
图3-2 超声波换能器内部结构
超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同,使用时应分清器件上的标志(一般器件上有标明是T还是R,T:发射换能器,R:接受换能器)。超声波换能器外部结构如图3-3所示。
图3-3 超声波换能器外部结构
每个传感器的中心频率都存在一定的误差,在40kHz左右波动。而且超声波传感器发射波束时存在发散角问题,一般发散角都比较大,从而导致了方向性较差。同时,随着传播距离的增大,在不同的发散角上信号衰减的程度也有变化。它在空气中的发散角及耗散性如图3-4所示。
图3-4 发散角与耗散性
3.3 小结
本章介绍了超声波测距系统的工作原理和超声波测距系统微控制器的特点,提出了超声波测距设计的总体方案,对各功能模块的方案进行了比较,分析了常用的传感器,选定了超声波测距系统设计所需的器件。
第四章 超声波测距系统的硬件设计
4.1 硬件设计工具平台简介
电路及PCB设计是EDA技术中的一个重要内容,而EDA技术是现代电子工程领域的一门新技术,它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。Protel是其中比较杰出的一个软件,在国内流行最早、应用面最宽。Protel DXP是Altium(Protel Technology前身)公司在2002年8月推出的一套最新Protel DXP电路板设计软件平台。该平台运行与Windows XP/2000操作系统。Protel DXP不仅继承了Protel系列产品的优点,更重要的是将所有设计工具集成于设计系统一身。通过把设计输入仿真、PCB绘制仿真、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合,为用户提供了全程的设计解决方案,使用户可以轻松的进行各种复杂的电路板设计。
使用Protel DXP设计印刷电路板的第一步就是要设计电路原理图,只有正确设计电路原理图,生成相应的网络表之后才能生成PCB文件。在设计时,先分析系统,在进行模块化的设计,将各部分电路分别设计,得到个模块电路,在通过融合,实现整体电路的设计,还可以将所有模块在一张比较大的图纸上全部画出来,但在同一张纸以模块的形式分别设计电路图,这样在设计过程中思维比较清晰,设计过程比较简单,而且更容易检查错误。原理图的设计相对简单,在设计完成后要先通过编译无误后才生成网络表,原理图常见错误有:
•管脚没有接入信号;
•放置导线时Wire与绘图工具中Line混用,Wire具有电气特性而Line不具有;
•元件放到图纸界外;
•创建的工程文件网络表只能部分调入PCB:生成netlist时没有选择为global;
在设计好原理图,通过编译检查,生成了网络表之后的工作就是绘制PCB板图了。在导入网络表之前,要确定原理图中的元件都有PCB封装。如果使用的器件在Protel DXP软件的PCB库中是没有封装的,那就要求自己按照器件的技术手册封装所需元件了。在封装PCB元件是应注意以下几点:
•原理图中所填元件的封装要与PCB元件库中的名称一致。
•原理图中元件的引脚名称要与PCB元件库中的引脚名称一致。
•直插式元件封装的孔要比元件的实际尺寸稍微大些,贴片元件的引脚封装应在条件允许的范围内尽量加宽、加长,这样才有利于焊接。
完成以上几步后,将网络表导入到PCB文件中,生成PCB板图。在导入网络表的时候通常会出现以下的错误:
•原理图中的元件使用了PCB库中没有的封装。
•原理图中的元件使用了PCB库中名称不一致的封装。
•原理图中的元件使用了PCB库中pin number不一致的封装。
网络表成功导入PCB文件之后对器件进行布局,元件的布局有自动布局和手工布局两中方式,由于自动布局的效果往往不能令人满意,所以一般都需要进行手工调整。良好的布局可以降低PCB布线的难度。布局应遵循以下一般原则:
首先,要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。
在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:
①尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。
②某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
③重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题,热敏元件应远离发热元件。
④对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
⑤应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。
根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:
①按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
②以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
③在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列,这样,不但美观,而且装焊容易,也易于批量生产。
④位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形,长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200×150mm时,应考虑电路板所受的机械强度。
布线的方式也有两种:自动布线及手工布线,自动布线效率高,但有时布线的结果不尽如人意,这是因为自动布线的功能主要是实现电气网络之间的连接。在自动布线的实施过程中,很少考虑到特殊的电气、物理和散热等要求,因此必须通过手工来进行调整,使电路板既能实现正确的电气连接,又能满足用户的设计要求。手工调整布线的最简便的方法是对不合 理的布线,采取先拆线,后手工布线。在布线的过程中应注意的问题有:
•输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。
•尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的宽度关系是:地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) 用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
焊盘时,焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。
此外,还应注意以下两点:
•在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC电路来吸收放电电流,一般R取1~2K,C取2.2~47uF。
•CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源。
4.2 超声波测距系统的硬件设计
51系列单片机中典型芯片(如AT89S51) 采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,4kB的ROM,256B的RAM,2个16b的定时/计数器T0和T1,4个8b的I/O端口P0、P1、P2、P3,一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器( PROM ),使其在实际中有着十分广泛的用途, 在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚图如图4-1所示,同时也为了对下面超声波测距系统的硬件设计进行更清楚的叙述,对其引脚标了号。
51系列单片机提供以下功能: 4kB存储器;256BRAM;32条I/O 线;2个16b定时/计数器;5个2级中断源;1个全双向的串行口以及时钟电路。
空闲方式: CPU 停止工作,而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。
掉电方式: 保存RAM的内容, 振荡器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。
51系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源,即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。
图4-1 AT89S51引脚图
4.2.1 超声波发射电路的设计
超声波发射电路原理图如图4-2所示。
设计原理:发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器T构成,AT89S51单片机P1.0端口输出的40kHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极,另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端,可以提高超声波的发射强度。
输出端采用两个反向器并联,用以提高驱动能力。上拉电阻R8、R9一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力,另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果,缩短其自由振荡的时间。
在实验制作和电路改进中,为了增加测量效果,可以考虑提高接收的灵敏度,但是灵敏度也并不是越高就越好。接收灵敏度过高,容易引起自激,结果反而不好,其实可以从增加发射功率方面着手,只要在发射头两端加个线圈。线圈可以用0.01mm的铜丝在小磁环绕成大致初级10匝,次级40匝左右。
图4-2 超声波发射电路
4.2.2 超声波检测接收电路的设计
本超声波测距仪的接收电路采用集成块CX20106A,其总放大增益为80db 以保证7脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.5-5V以内。超声接收换能器UCM-40R接收到的信号经C9电容耦合至输入端1脚,总增益大小由2脚接收器R、C决定。R越小,C越大增益越高,C9选值过大将造成频率响应变差,为了兼顾总增益和频率特性R14取4.7 ,C17取3.3μF,3 脚C为检波电容,选3.3μF,当其容量减小时,瞬态响应,灵敏度会有所提高,但检波输出脉冲宽度变动也较大。带通滤波特性,可由5脚R15电阻决定其值在210K-220K间调整,本设计R15定为200K。用金属膜电阻调试,若其阻值偏差过大,中心频率也将相对偏移。所以当信号经过带通滤波器时,增益将大大降低,6脚C6电容为比较积分电容,7脚R16为输出负载电阻,104pF电容C11为电源滤波元件,当电容容量减小或失效时,将造成滤波不良,可能干扰接收输入端。超声波接收电路如图4-3所示。
CX20106是红外遥控接收前置放大双极性电路,引脚意义如下:
1 IN 遥控信号输入端(此脚与地之间接红外线接收二极管
2 前置放大器频率特性和增益设定(此脚与地之间接RC串连电路)
3 接检波电容
4 GND 接地
5 设定带通滤波器的中心频率(此脚与电源间接电阻)
6 外接积分电容
7 OUT 遥控指令输出端
8 外接电源
典型电压5V,典型功耗9mW。带通滤波器的中心频率可由电阻调节,范围30-60kHz。配套使用型号为M50462AP。
图4-3 超声波接收电路
4.2.3 超声波蜂鸣报警电路的设计
蜂鸣报警电路是采用扬声器来对所设置的报警距离实施报警,以向驾驶员提出警示。
本系统可以设定距离值,当大于或小于设定值时将发出控制信号。当小于设定值时,进入蜂鸣报警状态,通过一个NPN晶体管来驱动蜂鸣器,不需要复杂的滤波和放大电路,具有自动平滑功能,蜂鸣器鸣响。
超声波蜂鸣报警电路如图4-4所示。
图4-4 超声波蜂鸣报警电路
4.2.4 超声波系统键盘电路的设计
键盘电路是用来对最大测距、最小测距以及有关参数进行设置。
键盘输入:开启值30-1000厘米,关闭值30-1000厘米(在该范围内任意设置)。本系统由一个按键 启动/停止系统,由三个按键设定距离值: 的作用是进入和退出设定, 和 :分别是向上加值和向下减值,每按一次加或减一厘米,由数码管输出显示。超声波系统键盘电路如图4-5示。
图4-5 超声波系统键盘电路
4.2.5 超声波滤波整流电路的设计
超声波滤波整流电路如图4-6所示。该电路是用来把反射信号转换为标准电平信号,通过整形把检波后得到的不标准的脉冲波整形为标准脉冲波。
信号整形电路:当接收到的信号从信号筛选电路中出来之后是一个很不规则的方波信号,希望最好得到一脉冲信号,经过此部分电路处理过后再送进单片机中进行处理运算。
因为多谐振荡器中有高频分量噪声,所以通过低通滤波器将高频噪声滤掉。本信号筛选电路在整个电路中可以说起到非常重要的作用,通过对它的适当调整,可以有效地滤除由于外界干扰带来的非超声波信号进入超声波接收系统,从而大 大提高了本电路的抗干扰性。
图4-6 超声波滤波整流电路
4.2.6 时钟和复位电路设计
(1)复位电路的设计
在振荡器运行时,有两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平出现在此引腿时,将使单片机复位,只要这个脚保持高电平,51芯片便循环复位。复位后P0-P3口均置1引脚表现为高电平,程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时,芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位操作不会对内部RAM有所影响。
(2)时钟电路的设计
时钟振荡器:
AT89S51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。
外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1,C2接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。对外接电容C20,C25虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低,振荡器工作的稳定性,起振的难易程序及温度稳定性,如果使用石英晶体,推荐电容使用30pF 10pF ,而使用陶瓷谐振器建议选择40pF 10pF。
可以采用外部时钟。这种情况下,外部时钟接到XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端,XTAL2则悬空。
由于外部时钟信号是通过一个二分频触发器后作为内部时钟信号的,所以对外部时钟信号的占空比没有特殊的要求,但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。时钟复位电路如图4-7所示:
图4-7 时钟和复位电路
4.2.7 扩展显示电路的设计
回波经过AT89S51对接收到的信息进行处理后,被测的距离在LED上显示。
显示电路采用简单实用的四位一体共阳极LED数码管显示所测距离值,显示电平使用低电平有效。段码用74LS245驱动,外接升压电阻。位码用PNP三极管8550(可用9012替代)驱动。显示电路如图4-8所示。
数码管采用动态扫描显示,动态扫描显示的好处是对CPU的I/O口要求较少,但对电路的干扰较大,注意PCB板的布线和对接收放大电源的稳定性要进行补偿处理,否则对其影响很大。
74LS245双向总线接收器简要说明:74LS245为三态输出的八组总线收发器,其主要电器特性的典型值如表4-1所示(不同厂家具体值有差别)。
表4-1 74LS245电器特性
74LS245 8ns 8ns 275mW
引出端符号:A A总线端
B B总线端
三态允许端(低电平有效)
DIR 方向控制端
极限值:电源电压 …………………………………………. 7V
输入电压 …………………………………………. 7V
输出高阻态时高电平电压 ……………………… 5.5V
工作环境温度:74LS245 ………………………………….……… 0~70℃
存储温度 ………………………………………-65~150℃
图4-8 显示电路
4.3 小结
本章首先介绍了做设计的硬件设计工具Protel DXP,然后对超声波测距系统的硬件各电路功能模块包括发射电路、接收电路、显示电路、核心功能模块单片机控制器及一些辅助电路进行了详细的叙述,给出了详细的原理图。
本系统利用AT89S51产生40kHz的频率驱动超声波换能器的发射头,接收头收到信号后,经CX20106A芯片进行放大、限幅、滤波、整形、比较后输出低电平送到单片机的外部中断0申请中断,单片机响应中断请求,取得定时器内的时间进行距离计算,用四位一体的数码管显示测出的距离,并可根据设定报警距离进行报警。
第五章 超声波测距系统联机调试与结论
5.1 系统硬件电路调试与分析
5.1.1 调试仪器和内容
(1)测试试验方法:可通过显示电路实验、超声波发射接收以及测距试验进行调试。
测试仪器:示波器,多功能稳压电源,电压表,秒表。
(2)调试内容
超声波测距仪的制作和调试都比较简单,安装时探头时应保持两换能器中心轴线平行并相距4~8cm,其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来,则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同,可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C的大小,以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。
系统调试完后对测量误差和重复一致性进行多次实验分析,不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。
5.1.2 调试过程
系统采用模块化电路设计, 采用较低的外部晶振和中周电路固化的超声波探头,数字和模拟部分电路分开供电,以提高系统抗干扰能力,但由于实际应用中仍存在较多电磁干扰,而回波信号为小信号输入, 系统调试中通过硬件补偿的方式对电路进行了优化和调整,使系统达到了较高的可靠性。
测距系统经过检波等硬件处理后的波形如图5-1所示:
在检测时,发送完检测脉冲后立刻进行判断负脉冲的长短,从而确定是否有障碍物存在。无障碍物时负脉冲宽度固定为t1,有障碍物时负脉冲固定为t1+t2,t3为超声波回波检测负脉冲。t1、t2的宽度与发送的脉冲周期数有关。周波数越多,t1越宽,检测距离越远,反之亦然。T3与T4之间的长度会随障碍物的距离而先行变化。因此,只要检测出t1、t2及T3与T4之间的长度即可判断障碍物距离。
(1)7段数码管的测试
LED数码有共阳和共阴两种,把这些LED发光二极管的正极接到一块(一般是拼成一个8字加一个小数点)而作为一个引脚,就叫共阳的,相反的,就叫共阴的,那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
首先,找个电源(3到5伏)和1个1K(几百的也欧的也行)的电阻,VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上,组合有很多,但总有一个LED会发光的找到一个就够了,然后用GND不动,VCC(串电阻)逐个碰剩下的脚,如果有多个LED(一般是8个),那就是共阴的了。相反用VCC不动,GND逐个碰剩下的脚,如果有多个LED(一般是8个),那就是共阳的了。
(2)发射器探头对接收器探头的影响
超声波从发射到接收的时间 间隔是由控制器内部的定时器来完成的。由于发射器探头与接收器探头的距离不大,有部分波未经被测物就直接绕射到接收器上,造成发送部分与接受部分的直接串扰问题。这一干扰问题可通过软件编程,使控制器不读取接收器在从发射开始到"虚假反射波"结束的时间段里的信号。这样,就有效的避免了干扰,但另一方面也形成了20cm的“盲区”。此“盲区”很小,对本系统没有影响。
(3)调试注意事项
•超声波探头表面严禁用手及其它物体触摸以免产生信号滞后性及损坏。
•在测距中应保证测距仪与被测物体距离为定值,要和被测物体成一条直线,使测得距离读数的准确性。
5.1.3 测试数据及测试结果分析计算
传感器工作电压:超声波传感器5V
试验数据:简单搭建电路板并调试后,对一500mm宽的距离测试,所测数据如表5-1所示(单位:mm)。
表5-1 500mm宽的距离测试数据
次数 1 2 3 4 5 平均
测值 500.3 499.8 499.9 500.1 500.0 500.03
该测距系统使用方便、精度高,在一些恶劣环境,如极易被腐蚀、电解,失去灵敏性等工矿业现场将大有用武之地。
(1)测试结果与分析
超声波测距系统调试完成后,对系统进行了测试。在超声波换能器与较大平面(如墙壁面)法线方向一致时,量程为0.07~5.50m,测距盲区控制在20cm内,分辨率为0.01m,实验中对测量范围0.07~2.50m内的平面物体做了多次测试,测距器的最大误差不超过1cm,重复一致性很好。因为超声波具有一定发散角,所以当在正前方和斜前方都有物体时,会以距发射器最近的物体作为探测目标。目前此设计可提交于应用于一些动机器人、安全线提示,银行及取款机的一米线提示等场合。
(2)误差分析
对系统进行实验测试,结果发现在5米范围内,最大误差在5cm以内,且距离越近,误差越小,限制该系统最大可测距离的因素包括:超声波的幅度、反射面的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。
测距误差主要来源于以下几个方面:
①气温度变化等引起的声速变化造成的误差,温度在-30℃-40℃范围变化时,传播速度v的变化范围为313米/秒-356米/秒,由测距公式可计算出距离值有一定影响,采用声速预置和传播介质温度测量结合的方法对声速进行修正,可有效地降低温度变化产生的误差。
②发射与脉冲计数由于响应快慢差异开启不同步引起的误差,对此在调试中通过脉冲计数值补偿进行修正。
③超声波在传播过程由于受衍射、散射和吸收等影响衰减导致的误差,近距离误差不明显,距离越远产生的误差越大,可适当增大超声波的发射功率等来改善。
④发射和接受前置电路延迟的时间误差等,发射前置电路和接收前置电路中采用集成芯片都有时间延迟。对此采取时间增益控制,来减少误差,由于本装置对于厘米级的精度已经足够,电路延迟都是纳秒数量级,记数频率是40kHz,所以减少一个记数单位完全可以矫正。针对误差原因在程序设计及系统调试中做了相应处理后,收到一定的效果,精度得到一定的提高。
⑤超声波波束对探测目标的入射角的影响。
⑥超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系。
⑦超声波传播速度对测距是有影响的。稳定准确的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件,传播媒质的特性,如温度、压力、密度对声速都将产生影响。因此,为了准确地计算距离,应对声速加以修正,系统程序中采用了软件补偿措施。
(3)误差改进
由于考虑到体积、成本等因素,本装置在性能上、功能上还存在不足,有待于进一步提高:
•增加几路不同方向的超声波探测或红外探测器以及温度补偿电路等,可以提高装置的灵敏度和精度,同时提高可靠性。
•可在装置中增加一个语音芯片,将蜂鸣报警改为语音说明指示,根据探测结果直接报出距离、方位,更便于使用。
•由于受发射功率及回波检测灵敏度的限制,探测范围较小,可增加发射功率调节等电路,以便增大探测范围,可用于夜间探路、井下探索等。
(4)温度的补偿
由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。
所以,在超声波的两个探头旁边可放置温度传感器,测出环境温度T,由单片机控制器进行软件修正。
5.2 系统源程序的调试过程
5.2.1 软件仿真验证
本设计采用51汇编语言编写,用Keil C51编译和调试。这里采用光电二极管和光电三极管来代替超声波发送探头和超声波接收探头,且空中传播过程略去仿真。联调仿真后,可见数字电路的延迟效果比较明显,所以需要软件矫正。
由于超声波探头存在余震效应, 为避免余震产生的“虚假反射波”超声测距数据的采集与处理错误申请中断,超声波脉冲发射后软件中设置了一段时间的延时,称为“死区”时间,“死区”形成了距离测量中的“盲区”,由于探头的性能误差,运行后要不断调整探头的“死区”。经过应用过程的调试,本系统的测量“盲区”控制在20cm内,“死区”时间为115ms,测量误差为±1cm。
结 论
本文所设计的倒车雷达系统是保障汽车倒车安全的辅助系统,通过超声波探头发出超声波,使用高速单片机计算距离,还可加入了温度补偿电路,提高了距离计算的精度。系统安装的LED可以直观的显示温度和距离,给驾驶员提供了方便。倒车时当汽车与障碍物的距离小于所设定的安全距离时,系统发出报警,提醒驾驶员,防止汽车的碰撞或擦伤,具有很强的实用性。
整个报警器系统由汽车倒车挡控制,当汽车置于倒车挡时,报警器工作;置于其它挡时,报警器不工作。在环境温度为-20~50℃的范围内,测量误差为几个厘米,这个误差能满足正常倒车的需要。因为本设计所采用的超声波传感器的辐射范围是 60°,所以在安装时,需在车尾装3~4个超声波传感器,这样才能覆盖整个范围。
利用51系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观。经实际测试证明, 该类测距仪工作稳定, 能满足一般近距离测距的要求, 且成本较低、有良好的性价比。
本超声波测距系统可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监 控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合,觉得这次的设计实用性极强。
通过一学期的努力,完成了超声波测距系统的设计。设计满足了任务书中的基本要求和扩展要求,软、硬件设计已达到预期效果。主要完成的工作有:
①学会了使用Protel软件绘制原理图和PCB板图。
②完成了超声波测距系统的各个功能模块的硬件设计与调试。
③已经通过系统的软硬件联合调试,距离通过LED显示出来。
由于时间和能力有限,本次设计还有一些不足之处,主要有以下几方面:
①由于经验不足,在设计超声波测距系统的时候,设计原理图与PCB板图的时候出现了一些问题。
②在调试时,显示的延迟性较大,超声波探头太敏感。
本文创新点:
①测试结果分析可知,本装置采用较低成本的器件设计制作,且误差较小,完全满足汽车倒车的指引作用,具有较高的性价比。
②装置结构简单、体积小、性能稳定,操作容易、使用方便,可以安装在不同的载体上,制作成不同的用具,如导盲眼镜、位移仪、深度仪等,具有一定推广应用价值。
致 谢
感谢西南科技大学。在这里,我开阔了见识,增长了知识,锻炼了能力。大学四年的亲身体验让我更增加了对学校的热爱。
感谢我的指导老师曾毅对我的辛勤培育。从论文的立题到实验的设计以及论文的撰写整个过程无不浸透着老师的心血。他广博的学识,严肃的科学态度,严谨的治学精神,灵活的思维方式,耐心细致的言传身教深深感染激励着我,将使我终身受益。导师不但在学习上给予我耐心细致的指导,在生活中也给了我莫大的关怀,在这里向曾老师表示衷心的感谢。
感谢大学四年所有指导过的老师。在学习的过程中给了我很多的指导,让我在理论知识和动手能力上都有很大的提高。
在完成毕业设计和毕业论文的过程中,我们寝室的同学给了我很大的帮助,在此向他们表示深深的感谢。
感谢父母二十多年来的养育之恩,让我顺利的完成了四年的大学学业,并让我获取了一定的知识并最终走向社会,为社会贡献自己!
最后,我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢
参考文献
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附 录
附录1:系统总原理图
附录2:AT89S51引脚功能
Vcc:电源电压;GND:地
RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现机器周期以上高电平将使单片机复位。
P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对断口写“1”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节。而在程序检验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输出口使用时,因为存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流( )。
Flash编程和程序校验期间,P1口接受低8位地址。
P2口:P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输出口使用时,因为存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流( )。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器P2口送出高8位地址数据。在访问八位地址的外部数据存储器,P2口线上的内容(也即特殊功能存储器(SFR)区中R2寄存器)。在整个访问期间不改变。
FLASH编程或校验时,P2亦接受地址和其它控制信号
P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的八位双向I/O口,P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)四个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时。它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(I )。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表③-2所示。P3口还接受一些用于FLASH闪速存储器和程序校验的控制信号。
表1 P3口的分配
端口引脚 第二功能
P3.0 RXD(串性输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 (外中段0)
P3.3 (外中段1)
P3.4 (定时/计数器0)
P3.5 (定时/计数器1)
P3.6 (外部数据存储器写选通)
P3.7 (外部数据存储器读选通)
ALE:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低八位字节。即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出 固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是,每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲( )。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。
:程序储存允许( )输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次 有效,即输出两个脉冲。在次期间,当访问外部数据存储器时,这两次有效的 信号不出现。
EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp。当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。