基于應用能力培養的電子技術綜合性實踐教學案例設計

李廣宏 周蕓夢

摘 要：在普通本科高校向應用型轉變的背景下，為了更好地服務地方經濟發展，應用型人才的培養成為高校日益突出的研究課題。本文以簡易電子秒表設計安裝調試為例，將電子基礎知識、DEA技術、電子工藝技術、電子安裝調試等內容綜合成一個實訓項目，通過各個環節的訓練可以提升學生的工程素養和分析解決問題的能力，為合格的應用型人才打下基礎。

關鍵詞：應用能力;綜合性實驗;教學案例;應用型人才

隨著國家經濟和社會發展進入了新的常態，經濟結構優化調整、以工業4.0為代表的產業升級加快步伐、社會文化建設不斷推進特別是創新驅動發展戰略的實施，人才供給與需求關系深刻變化，應用型人才的重要性日益凸顯。[1-2]應用型人才指的是能將專業知識技能應用于所從事的社會實踐的一種專門人才，是掌握社會生產和服務的基礎知識和基本技能，并從事一線生產和服務的技能人才。[3-4]

教育部早在2010年7月《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中明確指出，要建立現代職業教育體系、優化高等教育結構、實行高校分類管理。黨的十八屆五中全會從“十三五”時期黨和國家發展全局的高度對教育工作作出了重大部署，明確提出“優化學科專業布局和人才培養機制，鼓勵具備條件的普通本科高校向應用型轉變”。[5]2015年10月，教育部、國家發展改革委、財政部發布《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》中明確指出，當前我國高等教育結構性矛盾突出，人才培養結構和質量不適應經濟結構調整和產業升級的要求。要求部分普通本科高校轉型發展，把辦學思路轉到培養應用型技術技能型人才上來。[6]

電子技術一直以來廣泛應用于生產、生活各領域，是工業機器人及智能裝備等現代工程裝備必不可或缺的一部分，同時也是近代科學技術發展水平的一個重要標志。它是應用型技術人才應該掌握的技術，因此工科的不同專業都有或深或淺相關的課程，比如《模擬電子技術基礎》、《數字電子技術基礎》、《電工電子技術》、《電工學簡明教程》等。在高等教育環節中，電子技術類實驗、實踐訓練課程，作為理論教學的延伸，對于我校電類和非電類工科專業的學生是一門必修的電類基礎實驗課，且面向的多數是未經過專業實驗基礎訓練和實驗技能經驗較少的二年級學生，而且有的環節是原理驗證性的實驗，有的環節偏向電子EDA技術實踐，有的環節是電子工藝的訓練，如何將各個零散的技術知識及操作技能設計成一個綜合型的實踐項目，使學生的工程素養和應用能力得到提高，這是高校實踐教學研究改革的一項重要內容。

1 教學案例設計整體思路

開設綜合性實驗的目的在于培養學生工程實踐能力，最直接的辦法就是將實際工程項目引入到實驗教學中，這也是最為有效的辦法。[7]本著注重基礎能力和綜合應用能力培養，將簡易電子秒表設計安裝調試引入實踐教學，探索在電子技術實踐教學中將電子元器件選型、電子線路設計仿真、電路板制作、組裝焊接、測量調試等各個零散的技術知識及操作技能融匯成一個綜合型的實踐項目，從而達到將能力系統化訓練，建立工程意識，為以后工程應用奠定基礎，培養的能力如下表所示。因此，本課程具有實驗技能入門和專業實驗能力培養以及科學的實驗思維和素養培養等多重作用，也是各專業工程教育認證標準中重要考察指標之一。[8]

2 明確實驗任務與要求

實驗任務是設計安裝調試一臺簡易電子秒表，能夠從0.0秒到9.9秒計時，具有清零啟動、停止按鍵控制，精確度為0.01秒。簡易電子秒表電路綜合了模擬和數字電子技術的基礎知識，根據電類和非電類不同專業學生，提出不同的要求及任務。

對于非電類專業學生更注重應用能力培養，拓展眼界學識，在老師的指導下了解電子秒表的各部分組成及工作原理，根據給定的電路進行安裝、調試電路，能夠初步掌握使用相關儀器儀表對電路調試及故障進行排除。

對于電類學生專業更注重綜合應用電子技術能力的培養，根據所學電子技術基礎知識、EDA技術，根據要求完成電子秒表的設計、仿真、安裝調試以及故障排除。根據實驗任務查閱相關資料，設計各個功能模塊電路并使用Multisim進行仿真，能夠使用Protel（或Altium Designer）設計電路原理圖和PCB文件。掌握熱轉印法制作電路板，依據設計的PCB文件制作相應的電路板。按照規范插裝各元器件，掌握手工焊的方法焊接電路板。能夠正確使用常用電子儀器儀表對電路進行調試，在了解工作原理的情況下，根據故障現象縮小故障范圍，直至將故障排除。

3 基礎知識教學與指導

常見電子元器件的識別與檢測，主要認識電阻、電容、電感、半導體元件、集成電路，以及如何使用萬用表進行好壞檢測及極性判別等。常用電子儀器使用，主要掌握任意函數信號發生器、雙蹤示波器、雙路可調穩壓電源等使用。EDA技術應用，主要針對電類專業學生，非電類不作要求。通過多媒體演示Protel設計電路原理圖和PCB文件的整個過程。設計流程如圖1所示。使用Multisim對各功能模塊進行仿真實驗。

各個功能模塊電路的組成及工作原理，基本RS觸發器、單穩態觸發電路、計數譯碼顯示電路、時基電路的構成及工作原理。使用兩個共陽型七段數碼管及譯碼器驅動器74LS247設計譯碼顯示電路;使用三個十進制計數器級聯構成分頻器;設計由555定時器構成的時基電路;設計由集成與非門74LS00構成基本RS觸發器;設計由集成與非門構成的單穩態觸發器、閘門電路等功能模塊。對于電類專業學生需要自行查閱相關資料，自行設計各功能電路，如圖2所示。

熱轉印法制作PCB，首先需要將PCB的底層信號層原圖像，或者頂層信號層的鏡像圖像，通過激光打印機打印到熱轉印紙上，再使用熱轉印機將碳粉轉印到覆銅板上，最后腐蝕掉沒有被碳粉遮蔽的銅得到電路板。按照規范插裝電子元器件，掌握手工焊接的方法步驟組裝電路板。

調試各功能電路，比如啟停電路也即基本RS觸發電路，可以使用萬用表檢測邏輯電平是否正常。時鐘振蕩電路可以使用示波器觀測脈沖信號并且對秒表進行校準，如圖3所示。譯碼顯示電路可以通過特定的功能管腳測試各數碼管顯示是否正常，連接計數器后可以檢測級聯有無異常。

4 考核評價

本項目對于電類專業學生要求24學時完成，非電類學生要求16學時完成。實踐成績按五級記分制評定。以提交的作品為考核評價的主要內容，同時指導教師結合學生在實習期間的表現、實習報告和綜合能力評定實驗成績。考核更注重整個實驗過程的評價，尤其在設計、安裝調試過程中遇到的問題或出現的故障以及解決的方法，對老師提出的質疑所作出的答辯等更是考核的要點。

5 結語

本教學案例綜合運用了地運用了模擬及數字電子技術基礎知識完成一個實驗項目并且根據不同專業設置了不同的實踐要求。從資料查閱、設計仿真、原理圖繪制、PCB設計到安裝調試，對學生進行了較為完整的一個項目流程的訓練。同時讓學生了解到一個復雜的電子系統都是由若干功能模塊電路組成的，建立起分級調試、整體統調的一個思想，為以后設計開發、成為一個合格的應用型工程技術人員打下了基礎。

參考文獻：

[1]李海蓮，葉美蘭，洪林.地方應用型本科高校轉型發展的思考[J].黑龍江高教研究，2017（10）：78-83.

[2]黃琳，隋國輝，王榕.應用型轉型背景下高校產教融合困境的破解機制研究[J].黑龍江高教研究，2019，37（02）：89-93.

[3]游春華，劉傳輝，匡鵬穎.地方本科院校土木工程應用型人才培養模式研究與改革實踐——以湖南工學院為例[J].大學教育，2018（07）：135-138.

[4]牛寬，朱艷茹.應用型本科人才培養模式研究——以機械電子工程為例[J].教育教學論壇，2018（23）：209-210.

[5]張男星，桂慶平.高校轉型發展：決策與踐行——訪教育部學校規劃建設發展中心主任陳鋒[J].大學（研究版），2017（05）：4-15.

[6]王輝，趙冬梅，喇海霞.基于應用型技術技能型人才培養的考試方法改革研究[J].科技經濟市場，2018（08）：130-131.

[7]陳世海，王軍，代偉，呂剛.綜合性實驗教學改革探索[J].高教學刊，2018（19）：150-152.

[8]彭莉峻，韓行.工程教育專業認證下電工電子技術綜合性實驗項目改革[J].實驗室研究與探索，2018，37（07）：178-181+290.

作者簡介：李廣宏（1975-），男，河南洛陽人，碩士，講師，主要從事電子實習教學工作。