電子信息工程專業電子系統設計實踐類課程內容改革探討

鄭博仁

摘 要：電子系統設計實踐是電子信息工程等專業較為重要的實踐類課程，文章根據自身教學經驗出發，結合當前新工科對電子信息技術人才的需求，就電子信息工程（智能制造）專業的電子系統設計實踐課程內容改革進行了探討，詳細給出可行的實踐課程內容，通過近幾年的教學實踐，對提升學生的實踐能力有較大幫助，證明該內容改革的可行性。

關鍵詞：電子系統設計實踐；智能制造；課程設置

就目前來看，在全國的高校中電子信息工程專業是僅次于計算機專業的第二大開設專業，說明該專業具有強勁的活力，這也就意識著就業壓力同樣巨大。同時，在2016年6月，我國工程教育專業認證體系實現國際實質等效，并開展“新工科建設”，電子信息工程專業要求學生具有“復雜工程問題分析與解決能力”，“設計并研制新型復雜工程系統實驗設備和軟硬件裝置”，這就對實踐環節提出來更高的要求。理論課程教學偏重于科學問題的提出、精煉、解決，滿足了第一個要求；實踐環節是解決工程應用或工程技術的問題，也就是第二個要求，但是往往實踐環節由于認識、設備、資金等原因得不到或者做不到足夠重視，存在一定的滯后性。另外，新工科形式下，大家的注意力還主要集中在體系的建立上，很多文獻對如何建立新工科要求下的教學體系做了較為詳細的闡述、[1.3]或對實踐教學體系進行了探討，[4.7]但是還都缺乏詳細的具有針對性的該專業電子設計實踐類課程的設置闡述。根據上述問題，文章從如何提高學生的實踐能力入手，以提高學生運用知識的能力，強化動手能力為主要目標，以新工科為背景，結合本校特色，詳細探討了電子系統設計實踐類課程的具體設置內容，以及相關要求，結合多年的教學實踐經驗，給出電子系統設計實踐類課程的一個較為完整的案例，并根據實際教學效果來看，對學生的實踐能力提高幫助較大。

1 電子系統設計實踐類課程開設的主要目的

電子信息工程專業電子系統設計實踐類課程的開設目根據每個學校的不同背景會有所不同，但是對學生的基本素質要求應該是一樣的。要求學生具有運用電子技術對信息進行采集處理的能力，借助于先進的電子系統EDA工具進行復雜電子系統設計能力，通過本課程的學習，學生應能較獨立地完成較復雜的電子系統的設計，并能解決一些與之相關的實際工程問題，最終使學生獲得電子系統設計的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，同時掌握相關電子設計設計文檔的寫作方法，培養相互協作的精神。結合我校特色，還提出了需要具有面向交通系統的電子系統設計能力，如交通建設過程中的施工監控的相關軟硬件、交通設施結構傳感、檢測系統，交通信息管理的相關軟硬件等等。實踐教學課程中須按照這個思路來進行，根據這樣的需求目的，相關專業和相關課程設置需要根據實際情況做調整。

2 電子系統設計實踐類課程內容改革優化設置

根據我校本科層次與專業背景，電子信息工程專業的主要目標是培養智能制造人才，設計實現面向交通行業需求的電子系統的軟硬件。故電子系統設計實踐類課程體系需要包括模擬電路設計、數字電路設計、單片機系統設計、嵌入式系統設計以及FPGA設計等實踐課程。

學生進行學習電子系統設計實踐課程，主要獲得上述的四個基本要求，這四個基本要求中較大部分的內容老師在理論教學過程中基本是無法做到的，所以在電子系統設計實踐類課程中需加入電子技術設計相關的基本技能內容，實踐課程第一部分首先應包括電子元器件的認知與選取，元器件參數表的學習和理解，這部分知識理論課教學常常由于學時數以及理論體系的問題基本不會涉及，而很多電子設計類的教材也常常不編寫者方面的內容，認為學生天然自己會學習，現實是現在的學生對于這方面的知識實際是了解較少的，再加上元器件參數表動輒幾十頁的英文，幾十上百個參數，學生在掌握基本理論的情況下很難看懂相關參數，所以在電子系統設計實踐課上的第一個內容就需要詳細的介紹這方面知識，教會學生如何在較為多的參數中尋找需要的參數。另外一個內容是電子系統設計的基本規則，元件畫圖規則，設計圖紙布局規則，這個是學生必須掌握的內容，也是需要明確的內容。再次，仿真軟件的系統學習是提高學生實踐能力的重要收段，不可或缺。最后，元器件封裝與焊接，PCB板制程工藝以及繪制能力是四個基本功中最重要的內容，大多學生缺乏相關的訓練，所以需要在內容中明確體現。獲得這些基本方法、基本技能是關鍵，才能提高學生的興趣，客服畏難情緒。有了這方面的相關知識，下一步學生基本可以做到自學。

同樣，模擬電路設計實踐強化包括運放的使用，主要內容包括信號放大電路、信號發生電路、信號變換電路、信號調理電路、濾波電路以及電源電路，由于現在集成電路的飛速發展，單管電路因其設計、調試等的復雜性，不再作為推廣的重點，故在內容上避免單管應用；其次模擬電路設計需要突出實用性，弱化反饋、功放等電路。

數字電路設計實踐由于時代的發展，中小規模的集成電路試驗基本不存在應用空間，故數字電路課程實踐大多以FPGA/CLPD 方式實現，主要包括基本設計原則.面積與速度關系、流水線操作設計、器件資源學習、時序分析、優化設計以及系統設計技術等；結合學校特赦在其中增設工作了較大的系統設計如設計橋梁原地震動采集系統等。

單片機系統設計實踐側重在于應用，加深對書本知識的具體化，采用線下流行的32位機為主導，輔助8位51單片機使用，包括基本功能，基本資源、串口通信、引腳定義、ADC轉換、定時器使用等，如果條件許可可以涉及到如帶無線功能的單片機系統；最后以實現一個較為復雜的系統為最后考核項目。

嵌入式系統設計實踐，根據時下嵌入式芯片的發展現狀，選用ARM Cortex.A9體系架構，實踐課程包括內容有：基本I/O實驗，AD實驗，linux內核移植、QT實驗，嵌入式系統應用開發，結合我校特點，如設計自動駕駛系統、智能家居系統等，滿足學生的需要以及社會對嵌入式人才的需要，取消計算機端程序設計等內容，該內容放到程序設計實踐課中去體現。

基于上述描述，電子信息專業（智能制造方向）的實踐課程具體內容如圖1 所示，基本上涵蓋了電子系統設計實踐內容，由于不涉及到較高頻率，實踐環節不采用無線技術實現，主要還是集中的傳感器設計與控制等系統，就實驗設備、以及學生課后在實驗室或寢室等地方都可以很好地做自我學習和練習，避免因設備導致的無法進行學習的現象。

3 結論

該實踐教學內容在我校從2012年開始實施，學生通過該類實踐課程的學習，不僅提高了實踐能力，獲得了設計電子系統的知識，同時在找工作的時候也獲得了相關的項目經歷。另外，通過這些課程的實踐教學，學生積極參與學科競賽，特別是電子競賽，獲獎人數達到了120多人次。

文章提出的電子信息工程（智能制造）的電子系統設計實踐類課程教學內容，通過學生的學習過程證明是可行的，對提高學生電子系統設計能力幫助較大，相關專業可以做一個借鑒。

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