王育紅，沈?yàn)槊瘢嘞驏|，龔華平，徐蘇楠

(中國計量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院，浙江杭州 310018)

“光電電路綜合設(shè)計”是一門大型綜合設(shè)計課程，主要內(nèi)容是設(shè)計制作一套含有光電發(fā)射電路和光電接收電路的電路板，實(shí)現(xiàn)特定的功能。學(xué)生須用電腦輔助設(shè)計軟件設(shè)計出詳細(xì)的電子線路圖和印刷電路圖，安裝調(diào)試電路板，對裝置的性能進(jìn)行測試并做評估分析，寫出總結(jié)報告。與其它類似的實(shí)踐課程一樣［1］，本課程在改革之前也存在設(shè)計課題少、學(xué)生設(shè)計方案雷同、設(shè)計制作的熱情不高及完成的作品缺少個性化等問題。我們通過教學(xué)改革，豐富了設(shè)計課題，通過學(xué)生自主選題、提出方案并設(shè)計制作，在發(fā)揮學(xué)生個性化設(shè)計方面卓有成效。

1 豐富設(shè)計課題

最初的設(shè)計課題來源于科研項(xiàng)目，作為一個例子，在光纖溫度傳感器中光信號受溫度調(diào)制，光信號的變化反映了溫度的變化。這個變化的光信號若要傳輸，就需要光信號的發(fā)射和接收處理電路，包括為光源提供調(diào)制電源，光電轉(zhuǎn)換及信號放大和鎖相環(huán)相關(guān)降噪等電路。就光電傳感器而言，不管是壓力傳感、溫度傳感和位移傳感等，對光電電路的要求是類似的。所以，光電傳輸電路的設(shè)計課程具有代表性，對學(xué)生是合適的。但是，由于傳輸對準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都有一定要求。為降低噪聲須將發(fā)射的光波信號調(diào)制成一定頻率的方波，接收電路只對這種頻率的方波信號作響應(yīng)，整個系統(tǒng)較復(fù)雜，所以要完成課題的設(shè)計制作也不容易。設(shè)計課題的單一性限制了學(xué)生個性發(fā)揮，制約了教學(xué)質(zhì)量的提高。

實(shí)際上，這一設(shè)計課題的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，完全可以推出多個專題以適應(yīng)各類學(xué)生的需求，讓每位學(xué)生得到最大收獲。我們經(jīng)過充分討論，明確了如下教學(xué)目標(biāo):熟悉發(fā)光管、光電管等基本光電器件的性能和使用方法，掌握光電發(fā)射電路和光電接收電路的基本構(gòu)建方法，能用電腦輔助設(shè)計軟件設(shè)計相應(yīng)的電子線路圖和印刷電路圖，并能實(shí)際制作和調(diào)試電路板。在明確教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大選題范圍，確定了如表1所示的四類專題，每類專題還可以有不同的設(shè)計項(xiàng)目。

表1 “光電電路綜合設(shè)計”的設(shè)計專題

表中同一專題的不同設(shè)計項(xiàng)目可為不同能力的學(xué)生的選題提供方便，因?yàn)橛械脑O(shè)計項(xiàng)目門檻較低，有的較高。例如光電脈沖計數(shù)電路專題中，流動人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)只需模數(shù)混合電路即可實(shí)現(xiàn)，分別將光發(fā)射和光接收單元固定在模擬入口的相對兩側(cè)。有人通過時發(fā)生遮擋光接收端信號隨即變化，將此信號放大整形后形成的脈沖信號送入計數(shù)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)流動人數(shù)統(tǒng)計功能;直流電機(jī)測速系統(tǒng)相比就復(fù)雜些，可以結(jié)合單片機(jī)去實(shí)現(xiàn)，電機(jī)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的信號由光接收端經(jīng)放大整形后形成脈沖信號，送入頻率測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)測速功能，為此實(shí)現(xiàn)還需要直流電機(jī)的驅(qū)動和調(diào)速電路。

我們鼓勵任課教師提出新的設(shè)計課題，這樣除了上述四個專題及其設(shè)計項(xiàng)目外，還有任課教師的保留題目供學(xué)生選擇。但對于教師自已提出的題目，必須事先經(jīng)過課程組審查以及完成示范作品的制作，以保證設(shè)計題目的合理性和可行性。另外，學(xué)生在課程教學(xué)開始時也可提出自己感興趣的設(shè)計題目，經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過后也可進(jìn)入設(shè)計階段。

2 開放設(shè)計內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)方法

開放式課程設(shè)計體現(xiàn)在多個方面。首先是設(shè)計內(nèi)容的開放，學(xué)生通常應(yīng)按規(guī)定的設(shè)計任務(wù)和目標(biāo)完成設(shè)計工作，但學(xué)生要求改變設(shè)計任務(wù)，只要有道理也是允許的。例如，學(xué)生選擇“流動人數(shù)統(tǒng)計”這個項(xiàng)目，要求的測試對象是人，但有的學(xué)生提出測試對象改為生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，也是可行的。其次是實(shí)現(xiàn)條件的開放，通常學(xué)生的設(shè)計方案須符合限定條件，特別是元器件涉及到經(jīng)費(fèi)問題和采購問題。第三是實(shí)驗(yàn)時間的開放，如果學(xué)生因?qū)嶒?yàn)連續(xù)性需要提出要晚上開放，則可通過預(yù)約進(jìn)行安排［3］?，F(xiàn)以專題為載體的綜合設(shè)計采用如下思路。

(1)教師布置設(shè)計任務(wù)—設(shè)計任務(wù)要在課程教學(xué)開始就布置給學(xué)生，教師提出各專題的設(shè)計任務(wù)、目標(biāo)要求和主要技術(shù)指標(biāo)，以便學(xué)生在設(shè)計中帶著問題找答案，能有足夠的時間去消化和進(jìn)行構(gòu)思，獨(dú)立完成設(shè)計方案;

(2)學(xué)生選題并進(jìn)行自主設(shè)計—學(xué)生選擇感興趣的專題進(jìn)行預(yù)設(shè)計，制定初步設(shè)計方案，然后討論、修改設(shè)計方案，教師給予必要的啟發(fā)和引導(dǎo)，最后學(xué)生依據(jù)確定的方案進(jìn)行設(shè)計制作和調(diào)試［4］;

(3)階段性檢查和情況記錄—教師充分了解學(xué)生情況，對不同程度的學(xué)生，在設(shè)計中對難度與進(jìn)度可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，促使學(xué)生認(rèn)真完成每一個步驟，以保證完成基本教學(xué)要求的設(shè)計任務(wù)，同時也可幫助教師充分了解學(xué)生，為準(zhǔn)確、全面、客觀地評價學(xué)生提供依據(jù)［5］;

(4)設(shè)計評價—教師將學(xué)生設(shè)計報告和圖紙收齊進(jìn)行批閱。學(xué)生自述設(shè)計完成的作品優(yōu)缺點(diǎn)，以便教師能有針對性地提問，為最后綜合設(shè)計評分獲取更多的依據(jù)。

3 正確定位教師的指導(dǎo)作用

教師在專題設(shè)置時，就充分考慮到學(xué)生的個體差異，劃分不同的難度系數(shù)，以適應(yīng)不同層次的學(xué)生需要［6］。例如，在光電脈沖計數(shù)專題中，學(xué)生設(shè)計方案時光電傳感器的選擇可以有多種形式，可以采用透射式光耦，也可采用反射式光耦等等;在流動人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)中，有的學(xué)生提出統(tǒng)計進(jìn)出房間的絕對人數(shù)，教師則可啟發(fā)其設(shè)計一個加減可逆的計數(shù)電路去實(shí)現(xiàn)。

教師在指導(dǎo)過程中，應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)和看法，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生往正確的方向發(fā)展。例如在光電脈沖計數(shù)專題直流電機(jī)測速系統(tǒng)中，有的學(xué)生對直流電機(jī)的調(diào)速設(shè)計方法不清楚，教師應(yīng)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生通過脈寬調(diào)制方式或電阻降壓方式實(shí)現(xiàn)。最后，讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)際制作與調(diào)試。教師的啟發(fā)和引導(dǎo)作用既能保證學(xué)生完成設(shè)計任務(wù)，又能培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，幫助學(xué)生掌握正確的設(shè)計思想和設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和獨(dú)立思考、敢于創(chuàng)新探索的精神。

4 多方位提供設(shè)計素材

設(shè)計性實(shí)驗(yàn)中存在的一個誤區(qū)是，為要體現(xiàn)設(shè)計性，就要讓學(xué)生自已去找資料，不需要實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，或只要簡單地把設(shè)計內(nèi)容、目標(biāo)和條件等交待清楚就行了。實(shí)際上，學(xué)生的知識基礎(chǔ)、能力水平存在較大差異，學(xué)習(xí)的主動性也不盡相同，相當(dāng)多的學(xué)生在設(shè)計之初都會遇到困難，有些甚至不知如何下手。

“光電電路綜合設(shè)計”涉及的知識點(diǎn)很多，包括“電路分析基礎(chǔ)”、“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“光電信息物理基礎(chǔ)”、“工程光學(xué)”和“光電技術(shù)”等多門課程知識，所以有必要編寫較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。指導(dǎo)書對各專題及設(shè)計項(xiàng)目給出了設(shè)計內(nèi)容、目標(biāo)要求和主要設(shè)計指標(biāo)，同時還會介紹一些背景知識，如光電器件的性能指標(biāo)、應(yīng)用電路和工作原理等。這些背景知識既包含相關(guān)課程的知識總結(jié)，也有許多實(shí)用電路。

我們?yōu)椤肮怆婋娐肪C合設(shè)計”建立了課程網(wǎng)站，更多的資料都可放在課程網(wǎng)站中。如儀器設(shè)備的特點(diǎn)、功能介紹、安裝使用和操作方法;還有元器件的內(nèi)部參數(shù)、外形特征、典型應(yīng)用和工程實(shí)踐中光電電路應(yīng)用的實(shí)際案例。網(wǎng)站上不僅有豐富的資料供學(xué)生瀏覽，還可介紹查找資料的方法和途徑。同時，還開辟了專題討論區(qū)和教師在線答疑專欄，為開放式課程教學(xué)順利展開提供保證。

5 結(jié)語

本文從豐富設(shè)計課題、開放設(shè)計內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)方法、重新定位教師指導(dǎo)作用和多方位提供設(shè)計素材等方面，對綜合課程設(shè)計進(jìn)行了探索和改革。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生通過自己的努力來完成課程設(shè)計，深化了他們對課程的興趣，有利于全面提高他們的實(shí)踐技能。

［1］ 康娟，李晨霞，陳亮，等.工科院校電子設(shè)計制作類課程設(shè)計改革［J］.南京，電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008，30(2):8-9

［2］ 汪春梅，楊敏，倪繼鋒，等.利用開放性“數(shù)字信號處理”課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神［J］.上海，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(11):122-124

［3］ 吳曉，堵俊，羌予踐，等.電氣專業(yè)課程綜合性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.上海，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，8(28):124-125，144

［4］ 元澤懷.開放式設(shè)計性綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革與實(shí)踐［J］.上海，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，11(28):120-122

［5］ 李敏，陳國定，張貴軍，等.專業(yè)課程設(shè)計教學(xué)的項(xiàng)目管理模式探索與實(shí)踐［J］.北京，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，11(27):182-185

［6］ 林嶸，康其桔，侯曉霞，等.課程設(shè)計教學(xué)模式探索［J］.上海，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24:389-393