電子設計綜合實踐課程改革和建設研究

張建強 魏斌

摘?要：電子設計綜合實踐課程是電氣類、自動化類、電子信息類等相關專業(yè)實踐教學重要環(huán)節(jié)，主要是把理論知識綜合應用于實踐。本文對電子設計綜合實踐課程的現狀進行了分析，提出了電子設計綜合實踐課程改革內容和考核體系，實現了對電子設計綜合實踐課程的發(fā)展和創(chuàng)新模式研究的探討。

關鍵詞：電子設計;綜合實踐;實踐技能;教學改革

1?緒論

電子設計綜合實踐課程是面向高等學校電子信息類專業(yè)開設的一門重要的設計實踐類課程，旨在學生已初步掌握電路的相關理論知識，具備對單元電路的基本分析和設計能力的基礎上，進一步提高學生理論聯系實際、知識融會貫通、實踐手段綜合運用等能力。該課程是培養(yǎng)學生的信息獲取、系統分析與設計、項目分工與管理、科學研究、創(chuàng)新性思維的重要環(huán)節(jié)，為學生將來走上工作崗位打下堅實基礎[1]。

因此，對電子設計綜合實踐課程中的內容建設、實驗教學定位、項目設置優(yōu)化、實驗教學實施和實驗考核評價手段等方面展開改革研究和構建，是進一步提高實驗教學效果和人才培養(yǎng)質量的有力支撐。

2?電子設計綜合實踐課程現狀

目前，我校電子設計綜合實踐教學在第5學期開設，對象為機電、電子、電氣類專業(yè)三年級本科學生，是在學生學習了電路基礎、信號與系統、低頻電子線路、數字電子技術等課程后開設的一門綜合性電子設計類實踐課程。學生通過前期焊接和裝配溫度計的電工電子工藝實習，已經具備了一定的焊接和裝配基礎。

在我校人才培養(yǎng)方案中，機電、電子、電氣類專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生掌握各自專業(yè)的基本理論、基本知識和基本方法，增強學生的實踐技能，著力提升學生分析問題、解決問題的能力，為以后的崗位任職需求打下堅實的基礎。基于此，電子設計綜合實踐課程在教學內容中增加實踐訓練環(huán)節(jié)，但是實踐內容大多以驗證性、測試性訓練為主，訓練內容中電路綜合設計、工程性題目較少，不能很好地培養(yǎng)學生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力，極大地限制了學生工程技術觀念及分析問題、解決問題的能力。

3?電子設計綜合實踐課程改革的相關內容

電子設計綜合實踐課程設計的教學目標是讓學生掌握現代電子電路設計的一般方法和設計流程，熟悉電子電路設計過程中常用的EDA軟件及其使用方法，逐步培養(yǎng)學生電子系統設計能力、實踐能力和創(chuàng)新思維[2]。據此，電子設計綜合實踐課程的教學改革和建設研究在以下方面進行了相應的探索研究。

3.1?以學生為中心，改革教學模式

（1）以學生為本，激發(fā)學生的學習興趣。電子設計綜合實踐課程是讓學生在完成基礎理論知識和基礎實踐能力的基礎上，掌握復雜電子系統的設計、裝配與調試流程，因此，學生能否積極主動參與課題的設計是課程改革的關鍵。當學生經歷了課題的設計、仿真、焊接裝配、調試這一完整流程之后，他才會更深刻地理解前期所學理論知識，真正提高自身的專業(yè)技能、理論修養(yǎng)和綜合素質。

在電子設計綜合實踐課程教學中，教師不進行課題的詳細講解，僅僅給出設計思路和具體的設計指標要求，以及在設計中應注意的問題。學生通過網絡、圖書館等途徑查閱課題相關資料，確定設計方案。由于學生不受教師設計思想的影響，可以運用所學專業(yè)知識和青年人特有的創(chuàng)新力，設計自己感興趣的課題，從而使學生學習主動性增強，增加了學生課題的參與感與成就感。

（2）學生實行小組制。為培養(yǎng)學生的團結協作精神，采用了小組制的組織形式，每2～3人為一組，根據自身愛好及學科專業(yè)特點，選擇一個自己感興趣的項目進行方案設計、裝配與調試。在方案的確定過程中，每一名組員都要群策群力，共同完成電路系統方案的設計。同時，每名組員在課題中要完成各自具體的設計任務，如使用計算機仿真軟件進行方案功能性驗證，硬件電路的焊接、裝配與調試，課程設計報告的撰寫及答辯PPT的整理等。通過不同的任務分工，可以保證每一名組員不僅熟悉自己負責的設計任務，而且對整個課題從設計、仿真、裝配、調試到報告的撰寫全流程都能有所了解。

3.2?緊貼工程實際，改進教學內容

電子設計綜合實踐課程所選的課題來源于工程實際，覆蓋電子技術的主要知識點，題目的難度與深度不宜過大，既要使大多數學生能夠在規(guī)定課時內順利完成，又要使課題有一定的發(fā)揮空間，以開闊學生思路，提高學生的創(chuàng)造性和主動性[3]。根據這一指導思想，實訓課題應該具有工程實用性、技術先進性和系統綜合性的特點。結合教師的工程實踐經歷及近年電子競賽相關方向的內容，電子設計綜合實踐課程已經開設的課題有智能交通燈控制器、數字/液晶顯示溫度計等30余個。每年的題目必須有所更新，既可以避免學生抄襲，又有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在進行選題過程中，學生如果不滿足教師指定的設計課題，還可以根據自身興趣及學科特點自擬課程設計題目，但是課程設計方案需要任課教師的審定，以確定課題設計方案實施的可行性和能否滿足教學大綱的要求。

3.3?結合多元化的教學手段，提高實訓效果

當今世界，電子技術發(fā)展極為迅猛，為了跟蹤新技術的發(fā)展動態(tài)，在教學中應及時將本專業(yè)領域新技術、新工藝、新成果、新設備的發(fā)展趨勢加以介紹和補充，為學生提供創(chuàng)新發(fā)展的空間，激發(fā)學生的學習興趣。

在教學過程中結合Multisim、Proteus、QuartusII、Altium?Designer等EDA軟件，提高實訓效果。主要體現在以下幾個方面：

（1）在完成課題的總體設計方案以后，學生使用EDA軟件的仿真功能，驗證所設計方案的邏輯功能是否達到設計要求，修改方案設計中出現的各種錯誤，在仿真驗證各個功能正確無誤后，然后再進行元器件的焊接、裝配與調試。通過這樣的設計流程，使得學生對各個單元電路的邏輯功能及實現原理有了更深層次的理解，同時也縮短了系統的調試時間。

（2）在仿真驗證完成以后，結合一般電子產品的設計流程，應該將設計正確的電路原理圖轉換為PCB圖（印制電路板圖）。因此，要求學生使用Multisim、Altium?Designer等EDA軟件繪制出課題設計方案的印制電路板圖，使電子設計綜合實踐課程的教學內容更接近工程實踐。

（3）對于基于CPLD/FPGA的數字系統的開發(fā)，用硬件描述語言（VHDL）和原理圖輸入兩種方法相結合，實現相應的功能，通過對CPLD/FPGA進行編程、仿真與下載，使學生掌握基于CPLD/FPGA的數字系統的設計流程、功能仿真和時序仿真方法。

另外，建立多媒體互動式的全方位、立體化網絡教學平臺，滿足學生自主學習需求。網絡教學平臺由課題案例庫（教師指定設計課題案例以及全國大學生電子競賽經典賽題）、教學資源庫（課程相關資料、EDA軟件、教學課件、教學視頻資源等）、在線答疑（微信、QQ、雨課堂等方式）、在線作業(yè)（學生提交仿真文件、設計報告和演示視頻等）、在線考核和考試等。學生在課題設計中遇到不明白、不理解的地方，可方便的進行查閱。MOOC采用“微課”基本教學單元和“碎片化”學習模式相結合的方式，有利于學生自主學習基礎理論，學生的學習興趣也大大提高，而且教師逐步從以講授為主的課堂學習向在線學習、翻轉課堂等混合式教學模式轉變，課堂教學時間主要講解學生在課題設計中出現的共性問題、交流學習心得和經驗，以及提供咨詢和幫助[4]。

3.4?注重學生動手能力培養(yǎng)，完善課程實踐考核機制

建立完善的考核評價體系是保證電子設計綜合實踐課程教學質量的關鍵。電子設計綜合實踐課程的教學過程具有多樣性的特點，和其他理論課程考核方式有所不同，它的教學效果考核評價指標更為廣泛。如何選擇考核要素、考核指標，確定考核標準，規(guī)范考核方法等問題成為電子設計綜合實踐課程教學效果評定過程中必須解決的難題[5]。以往的課程考核方法只注重結果，不考慮過程，缺少過程性評價，其弊端是各個任課教師評價標準不一致，沒有具體的量化標準，不能正確的反映出學生的真實水平。

結合電子產品設計的一般流程，電子設計綜合實踐課程成績的給定由課程總體設計方案、功能仿真驗證、焊接、裝配與調試、設計報告和課程答辯五部分組成。其中課程答辯成績占總成績的10%，設計報告占20%，焊接、裝配與調試成績占35%，功能仿真驗證成績占15%，總體設計方案占20%。設計方案重點考查學生是否認真查閱資料，獨立完成設計方案與器件選型，是否實現課題設計要求，所設計的方案是否有可行性及創(chuàng)新性。在功能仿真驗證、焊接、裝配與調試的考核過程中，不僅要考核學生EDA軟件的使用，器件焊接質量，還要考核系統功能及技術指標的實現。設計報告主要考查學生科技報告的書寫規(guī)范，內容格式的完整性。課程答辯主要考核學生對于理論知識的理解和掌握情況以及在電路調試中對于發(fā)現的故障現象分析和解決能力。

4?結語

通過對電子設計綜合實踐課程的現狀、教學模式、教學內容、教學手段和考核機制的綜合研究，可以看出，電子設計綜合實踐課程是集理論、實踐、創(chuàng)新等為一體的教學實踐過程，是新時期培養(yǎng)高素質技術人才的重要內容，是實現學生實踐能力和理論素質提高的有效途徑。近幾年的電子設計綜合實踐課程教學改革的改革探索，激發(fā)了學生自主學習的主動性，增強了學生實踐動手能力，培養(yǎng)了學生的探索精神、創(chuàng)新意識和工程意識，為學生綜合素質的提高打下了良好的基礎。

參考文獻：

[1]何靜，曾湘英.“電子綜合設計實驗”課程的教學[J].科技視界，2015，（08）：4243.

[2]馬宏興，樊榮，張伶，丁黎明.電子設計課程教學改革與探索[J].電腦知識與技術：學術交流，2016，（10X）：3.

[3]李要球.電類專業(yè)電子技術課程設計教學改革與實踐[J].福建電腦，2015，（10）：6667.

[4]高飛，劉金錦，李愛勤，宋燕燕.基于工程認知的“數字技術基礎”課程教學改革研究[J].工業(yè)和信息化教育，2015，（03）：1518.

[5]鄒任玲，胡秀枋，周穎，郭旭東.《醫(yī)用儀器電氣安全技術課程設計》教學改革探討[J].生物醫(yī)學工程學進展，2014，（04）：6163.

作者簡介：張建強（1971—?），男，漢族，碩士，副教授，研究方向：信號與信息處理。