實踐類公共選修課的教學建設

卓鄭安， 高 飛， 朱文立

(上海工程技術大學 電子電氣工程學院，上海 201620)

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實踐類公共選修課的教學建設

卓鄭安， 高 飛， 朱文立

(上海工程技術大學 電子電氣工程學院，上海 201620)

將地方高校專項實驗室建設成果受惠于學生，利用校園網課程資源，共享教學與實踐平臺，開設了面向全校工科類學生的實踐類公共選修課。實踐類公選課的教學建設從課程內容、實驗軟件及硬件條件建設入手，注重課程的開放性，注重教學團隊建設和青年教師培養。教材建設強化了理論教學水平；教學視頻建設提高學生自主學習的積極性。實踐案例說明，實踐類公共選修課的教學建設，提高了實驗的先進性和教學效果；提供了學生電子競賽及創新活動的平臺，使學生工程訓練和創新創業能力、對科學現象的探索能力得到了提高，使科學研究更直觀有效。同時，推動了教材建設、培養了青年教師、組建了課程教學團隊。

實踐類； 公選課； 教學建設

0 引 言

依據《國家教育信息化10年發展規劃》精神，要遴選和開發500個學科工具、應用平臺和1 500個虛擬仿真系統，推動仿真技術在教學領域、特別是在實踐教學中的應用。為此，開設了面向全校學生的實踐類公共選修課(以下簡稱公選課)“基于PROTEUS的設計與創新實驗”。

開設實踐類公選課的好處是：以教育理念創新為先導，育人為本。學生按照自主設計的內容開展電路圖設計、代碼編寫、仿真調試、PCB設計等活動。在創新研究中，學生按照自己的想法或興趣，完成一些基本應用型電子電路的獨立設計。

地方高校是培養應用型人才的主力軍，實踐教學是重要保障，但在具體實施過程中還存在許多問題[1-2]。公選課提供給學生教師自編的“講義”、“指南”、“教案”等系列教學文件，而學生需要有一本規范的教材，有利于得心應手地進行實驗、測試、項目設計等一系列實踐活動。另外，為使學生較快掌握應用軟件，教師需要制作教學視頻課件，從中創新信息化教學方式。

可見，實踐類公選課的教學建設，目的就是使學生的工程訓練能力、創新創業能力得到提高，使科學研究更直觀有效。同時，帶動了教材建設，培養了青年教師的教學與科研能力，組建了課程教學團隊。

1 建設目標

將地方高校實驗室建設成果受惠于學生，充分利用教學與實踐平臺資源，建設面向全校工科類學生的實踐類公選課。

編寫出版一本教材、制作一套教學視頻課件，用一臺電腦和一套軟件構成一個虛擬實驗工作臺。學生在虛擬環境下選擇元件、創建電路、計算調整參數、觀測仿真結果等，邊設計邊修改調試。利用軟件庫中的測試儀表測試，最后組裝實物及優化[3-5]。引入仿真實驗教學后，最大限度地實現了創新思維的發揮，開闊了學生視野[6]。

實驗教學融入公共選修課，是實驗室開放的一種嶄新模式。對于缺乏穩定的實驗條件而又必須實驗操作的學生，通過公選課能有效地獲取有用知識。公共實驗平臺的創建能夠實現實驗室空間、儀器設備和實驗教學資源的集約化，達到重組教學資源、實現資源共享、促進學科發展的目的[7-8]。

2 建設內容

2.1 教學團隊建設

現有教學團隊由5位教師組成，平均年齡43歲。高職稱占60%，中職稱占20%，知識結構合理。理論專職教師2人；實驗專職教師3人，師資配置均衡。

培養青年教師是建設重點。教學隊伍中有青年教師2人，在教學活動中，主講教師與他們組成課程組，分別在電類基礎性、綜合性仿真設計與硬件實現環節中；在單片機、嵌入式系統的仿真設計與控制方面進行了具體培養及指導。通過團隊活動，他們在視頻教學文件的設計制作、教材編寫、系列教學文件修改與制定、教學研究論文撰寫、與學生互動等環節中得到鍛煉與提高。

2.2 教學內容建設

公選課教學內容，是用業界主流的仿真軟件PROTEUS來設計與分析項目[9]，強化對電類、機電類等電學基礎學科的理解與應用。基礎仿真培養學生操作能力；綜合仿真培養學生綜合設計能力；創新仿真培養學生創新思維能力。虛擬仿真和硬件實現相結合，提高學生的實踐能力和創新創業素質。

課程要求。每班學生數上限20人，實行小班化教學。以2人組為單位，設計小型的應用性電路模型并仿真實現。改革教學時數的安排，減少講課學時；強化操練學時；增加設計學時。把學習的主動權交給學生，使之在視頻教學下自主完成研究內容。

課程體系建設。教學內容雖然由教師提出與設計，但更偏重引導學生思考。教師引導為主，圍繞學生不同的需求，做出方法上的指導與技術上的支撐[10-12]。

2.3 教學方法建設

前期教學是用教師自編的“講義”、“指南”、“教案”等課件，從數字與模擬電子技術、單片機等基礎模塊入手，引導學生軟件仿真并調試修改，在硬件平臺上調試改進。

教材建設。在使用自編系列課件的基礎上，編寫出版一本規范的教材，指導學生熟練掌握主流仿真軟件的設計方法，還可以一邊使用一邊修訂。

前期教學手段是在“PROTEUS創新與仿真實驗室”，老師通過在課堂上講授基本理論、軟件仿真方法以及硬件實現手段，使學生強化訓練并實現自主設計。

教學視頻建設。在使用自編系列課件的基礎上，制作教學視頻課件并上網，學生隨時隨地可以學習和操練。

2.4 教學條件建設

(1) 網絡環境建設。建設網絡化虛擬化平臺，不受時空限制，共享設備資源。①開發并啟用校園網上在線實驗人數統計系統。②因涉及網絡安全，前期軟件系統未連接到因特網；如要全網覆蓋，讓學生隨時隨地能在線使用虛擬實驗室，在網絡上建立一套安全保障系統。③升級并啟用PROTEUS漢化版8.0。

(2) 共享平臺建設。①建設開放式實驗平臺，滿足100位學生同時在線登陸；②建設實踐與應用平臺，滿足課程設計、畢業設計、各類電子競賽學生的要求；③建設經濟先進的平臺，軟件硬件共享。軟件及時更新升級；為滿足學生獨立使用儀器設備的要求，提供硬件保障。

(3) 教學文件建設。結合實踐中的成功與問題，進一步修訂和完善教學大綱、課程簡介等系列教學文件并上網。總結教學成果，發表教學論文。

3 實踐案例

公選課是電子競賽和學生創新活動實踐平臺。在工程能力競賽中學生設計的“自行探測賽道并避障控制電路”，通過仿真、驗證、修改后，用軟件制作PCB版并搭建電路；獲得了全國競賽的獎項。再舉三個案例。

例1 基于單片機的普及型地震報警器設計。

應用一種基于低重力振動加速度傳感器的地震波檢測技術,設計地震檢測報警系統。完成電路圖繪制并用PROTEUS仿真；根據模塊在系統中作用確定電路芯片，用單片機協調工作。報警器模擬地震烈度并實現了聲音警報；實時記錄并顯示了震級大小及地震時間等信息。圖1和圖2是依據單片機串口發出的采樣數據，地震加速度傳感器在靜態和動態情況下的重力加速度時間曲線的仿真波形[13]。

圖1 60 s內重力加速度時間曲線(無明顯震動)

圖2 30 s內重力加速度時間曲線(有明顯震動)

例2 基于GPRS的智能酒精濃度檢測儀設計。

實現了一種基于GPRS通訊網絡上傳各類數據、綁定酒駕人信息、及時處置事件的智能酒精濃度檢測裝置。通過GPRS通訊網絡與遠程主機交互各類數據，實現遠程無線查詢酒駕人身份，并實時保存檢測數據。圖3是監控中心上位機軟件界面[14]。

例3 基于指紋識別的軟件設計及應用的創新實驗。

將指紋采集儀連接到計算機USB接口，對同一個指紋圖像分三次采集并記錄，指紋數據通過通訊口傳送到PC機。經過兩兩比對，保存最佳指紋圖像到數據庫。系統采集的身份信息全部保存在數據庫中，而不是通過某條路徑來存放，提高了信息安全。圖4是指紋獲取界面[15]。

圖4 指紋獲取界面

4 開設實踐類公選課的經驗及效果

(1) 信息化環境下學生自主學習能力明顯增強。學生對基礎理論的理解、提高參數計算能力等方面有明顯提高；依據仿真結果對參數作調整，提高了對科學現象的興趣和研究動力。

(2) 教學方式和教育模式有所創新。搭建了學生交流合作的平臺，培養了學生利用虛擬技術進行自主學習的良好習慣，并獲得初步的科研成果。

(3) 是公共選修課的創新建設。仿真教學進課堂，創新了公選課的信息化教學方式，提升了個性化互動教學水平。

5 結 語

公選課的教學建設從課程內容、思想方法、實驗條件等系列建設入手，注重教學團隊建設和青年教師培養。教材建設強化了理論教學水平；教學視頻建設給學生帶來了主動學習的積極性，提高了實驗的先進性和教學效果。提供了學生電子競賽及創新活動的平臺，使學生工程訓練和創新創業能力、對科學現象的探索能力得到了提高。

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[14] 卓鄭安，朱文立，黃 敏.基于GPRS的智能酒精濃度檢測儀設計與應用[J].實驗技術與管理，2013(5)：44-46.

[15] 卓鄭安，郭 亮，陳曾沁.基于指紋識別的軟件設計及應用的創新實驗[J].實驗室研究與探索，2012(5):301-303.

The Construction of Teaching for Public Selective Course on Practice Class

ZHUOZheng-an，GAOFei,ZHUWen-li

(College of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620， China)

Let the construction achievement of special laboratory in local colleges and universities benefit students. We use campus network curriculum resources, sharing teaching and practice platform to open public selective courses for engineering students in our university. The teaching reform for public courses begins with course contents, ideas, experiments environment and so on, and pays attention to the teaching team cultivation. The teaching material construction emphasizes on the level of theoretic teaching. Constructing teaching video results in the active learning of students. Therefore, the teaching quality is improved and the practice activities of students are enhanced. We provide the electronic design contest and innovation activities to students, and let the students acquire the ability of practice and innovation, then increase the ability of exploration of scientific phenomena. The scientific research would be more clear for our students.

practice class； public selective course； teaching construction

2014-03-03

2011年上海地方高校實驗室專項建設項目(B-8935-11-0104)；2013年上海工程技術大學實踐教學建設項目(A-0601-13-01185)

卓鄭安(1957-)，女，廣東中山人，副教授，電學基礎教研室主任，研究方向：電路與電子技術的教學與應用。

Tel.：13761008211；E-mail:zza8211@126.com

高 飛(1962-)，男，上海人，高級工程師，電子電氣中心實驗室主任，研究方向：自動化。Tel.：13601752359

TP 387;G 420

A

1006-7167(2015)01-0176-04