現代電子系統設計課程教學思考

摘 要：本文針對現代電子系統設計課程特點和教學過程，對傳統教學環節中的問題進行總結和分析。分別從加強實踐訓練和實際電路設計，科技學a術活動，教學團隊優化學生學習內容和考核辦法改進等給出具體的教改方法，提高了教學效果和學生綜合素質。

關鍵詞：現代電子系統設計；教學改革；綜合素質

一、引言

現代電子系統設計是我校電子科學與技術專業（以下簡稱為“電子”專業）的一門選修課程。通過該課程的學習與實踐，目的是使學生對現代電子系統設計及原理有一個較為完整和系統的認識，并具有一定工藝分析、解決工藝問題和提高產品質量的能力，可以掌握嵌入式系統開發的主要過程，從專業的角度對嵌入式計算機系統進行分析設計，并且掌握ARM處理器的體系結構。從課程的教學目的可知，本課程要求培養學生在知識綜合應用和動手實踐方面的能力，不僅要求學生具有扎實的基礎知識和對知識的綜合應用思維，還需要學生具有很強的動手能力和應用能力。

近年來，隨著電子技術的發展，電子系統的設計方法和手段也在不斷更新和進步。電子系統設計方法在快速發展的電子技術應用中不斷受到挑戰。從傳統手工設計方法到EDA設計方法，從分立元件系統到集成電路設計，從PCB集成系統到芯片集成系統（SoC），從純硬件系統設計到硬件與軟件結合的系統開發，新型電子系統層出不窮，其設計理念也發生著革命性的變化。這使得企業不僅需要畢業生在進入該領域時具備良好的專業能力和素質，更需要他們了解和形成現代電子系統設計的團隊思維方式和綜合設計方法。同時，學校要促進教學知識與時俱進，培養符合社會需要的實用型工程技術人才，提高學生的就業競爭力；也要對現代電子系統設計課程的教學方法和教學模式進行深刻的思考和改進。

二、存在的問題

現代電子系統設計課程的傳統教學模式主要包括理論授課和實踐實驗兩個部分。理論授課主要包括對現代電子系統設計的方法、思維、工具、應用基礎的介紹與強化，常用處理器及其體系結構的應用、設計、改進知識和FPGA重構思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學授課過程中需要貫穿系統設計方法和設計思想。實踐實驗則以上機實驗為主，進行規定實驗內容的驗證、觀察和簡單電路的原理設計。電子系統課程所存在的問題主要在教學方法和人才培養方面。

1.教學方法問題

在幾年的教學過程中，筆者通過思考和分析課程教學中的問題以及學生的反饋意見，總結了以下幾點問題：

（1）基礎知識不牢。教師在課堂授課、實踐過程中不能很好地將各門課程綜合應用，各門課程間缺乏溝通，學生無法將所學知識串連起來，進行綜合應用。

（2）教學內容有所欠缺。學生對處理器知識的理解和實際軟件編程思維不夠深刻，習慣于有實驗手冊指導條件下的慣性實驗模式，一旦教師讓他們進行開放性實驗來完成設計時，就無法形成系統性思維，各自為戰，團隊意識不強。

（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績=平時成績+期末考試成績”的計算方式，學生疲于應付考試，應試態度明顯，不去思考本門課程所學內容與先修課程和本學期其他課程的關聯，只去死記硬背些條條框框，對于思考題和實際現象無法進行有效分析，形成了固化思維。

2.人才培養問題

除此之外，電子專業在人才培養方面也存在一些問題，主要體現在學生學習主動性以及創新活動的參與度上：

（1）2013年前，電子專業在全國大學生電子設計大賽、遼寧省機器人設計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創新創業訓練計劃等體現和鍛煉綜合素質的活動中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側面反映出學生對所學習的C語言程序設計、模擬電子、數字電子、單片機原理、EDA與VHDL語言等課程的綜合應用能力較差，學習和參與的主動性和積極性不高，綜合設計能力不強。

（2）根據對學生就業數據的統計調查發現，學生在畢業后兩年內從事與本專業相關的研發、技術設計、理論研究工作的人數不到畢業人數的20%，其他學生多選擇改行。在校學生對本專業的認可度也普遍偏低，選擇考研的學生中有90%選擇了外校。

三、課程改進的方法

為使學生能夠更好地掌握現代電子系統設計課程內容，并真正提高系統設計思維和教學效果，我系針對上面出現的問題進行思考，對所發現的問題進行教學環節的切實改進。

1.加強實踐訓練和實際電路設計

實際的動手訓練和電路設計，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見故障問題，并加強對學生實際設備操作和實用能力的培養。采用理論教學和實踐教學結合的項目驅動方式，由教師結合實際工作經驗和教學需要，對學生下發開發板、相關元器件，改變傳統僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說教方式完成對電子系統各組成元器件的認知，以硬件電路的設計與開發實踐項目為引導，使學生全程接觸實際電路和處理器，以實際項目為驅動進行電子系統設計流程、方法、步驟的掌握和訓練。教師將STC單片機公司和德州儀器公司贈送的開發板下發給學生，學生2～3人一組進行實際項目的開發和學習，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機開始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統的設計與開發，為后續FPGA處理器設計打下良好的應用思維基礎。

2.以科技學術活動為激勵

學校以全國大學生電子設計大賽、遼寧省機器人設計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創新創業訓練計劃等科技學術活動為激勵，通過相關大賽培養學生的應用能力，激發他們的學習積極性和自主性。通過這幾年的積極引導，筆者發現，學生在以上競賽和活動的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國大學生電子設計大賽省級競賽一等獎、二等獎各2項，參與3人次；獲批大學生創新創業計劃國家級立項2項，省級立項3項，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區一等獎1項，二等獎2項，參與2人次；獲遼寧省機器人設計大賽二等獎1項，三等獎1項，參與12人次；參與校級及其他各類科技學術活動50余人次。這些大賽不但提高了學生的專業綜合素質，還提高了學生的總結能力、文檔設計能力、電路設計和軟件編程能力。

3.教學團隊形式優化學生學習內容

本專業教師聯合為同一教學團隊，在提高教學質量和學生動手能力的目標下，盡量為學生設計一個統一的綜合性題目，增強學生的能力，同時，使各門課程的知識點相輔相成、互相印證，使學生更容易將所學知識進行綜合和理解。

4.考核辦法改進

考核辦法從六個方面考核綜合訓練完成的成績，即報告、設計能力、動手實踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問題的程度以及綜合訓練過程中的工作態度等。其中，報告占14%、設計和實踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓練設計掌握程度占6%、課堂研討回答出的問題占7%、綜合訓練過程中的工作態度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創見性題目。同時，教師可以鼓勵學生發表學術論文，以學術論文替代期末考試。

增加小組設計和小組討論環節，教師團隊設定十組中等難度的綜合應用設計題目，將學生按2～3人一組進行實踐項目分組，完成設計白皮書（包括系統需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統電路設計，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進行答辯。組員各負其責，完成各自項目中的任務，教師和學生一起進行實際項目的需求分析、設計步驟安排、實驗驗證等環節。這樣，可以使學生在學習之余提高團隊合作能力和綜合運用知識的能力。經實際操作此過程，學生反應強烈，討論和學習動力增加，分組實踐情況如圖所示。

分組實踐現場

四、結束語

本文在現代電子系統設計課程教學和本專業教學的基礎上，對本課程的教、學、練等三個方面進行設計和改進，發揮和突出本專業應用特色，并且從幾年來的實踐效果看，新的改進方法增強了學生學習的主動性和教學過程中的靈活性，提高了學生綜合能力素質和成果比例。

參考文獻：

[1]宋曉梅.現代電子系統設計教程[M].北京：北京大學出版社，2011.

[2]張金.現代電子系統設計[M].北京：電子工業出版社，2013.

作者簡介：劉超（1981— ），男，遼寧省朝陽市人，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統、網絡技術、FPGA結構。