王曉飛

北京信息科技大學(xué)光電學(xué)院 北京 100192

2007年年初，教育部啟動(dòng)了“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”[1]，提出要把高等教育重點(diǎn)放在提高質(zhì)量上，特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)即是質(zhì)量工程項(xiàng)目之一，目的是引導(dǎo)各級(jí)各類高等學(xué)校大力加強(qiáng)本科專業(yè)建設(shè)，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，努力辦出特色。我校電子信息工程專業(yè)于2007年年底被批準(zhǔn)為教育部特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，結(jié)合自身發(fā)展優(yōu)勢(shì)，突出專業(yè)特色，開(kāi)辟了3個(gè)專業(yè)方向，分別側(cè)重于片上電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)多媒體通信、數(shù)字圖像和視頻處理，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選擇。其中，“片上電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)”方向具有專業(yè)口徑寬、應(yīng)用面廣的特點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)專業(yè)課學(xué)習(xí)可掌握通用微處理器軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，初步具備實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、計(jì)算與處理、控制、顯示等工程實(shí)踐能力，拓寬了學(xué)生的就業(yè)面，增加了學(xué)生的就業(yè)機(jī)會(huì)。

1 電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案

專業(yè)培養(yǎng)方案是開(kāi)展專業(yè)教學(xué)工作的依據(jù)，體現(xiàn)了專業(yè)教育理念和特色，必須適應(yīng)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)需求的變化。電子信息工程專業(yè)具有寬口徑的特征，其主干學(xué)科包括電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，這些學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展十分迅速，并在一定程度上出現(xiàn)了相互融合的趨勢(shì)。盡管技術(shù)發(fā)展很快，但該專業(yè)基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)還是相對(duì)穩(wěn)定的。按照教育部要求，高等學(xué)校尤其是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)高校要淡化專業(yè)意識(shí)，拓寬基礎(chǔ)，加強(qiáng)素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)。在考慮到就業(yè)需要的情況下，高等學(xué)?？梢栽趯捒趶綄I(yè)內(nèi)靈活設(shè)置專業(yè)方向[2]。我校電子信息工程專業(yè)課程設(shè)置以培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色定位為依據(jù)，以專業(yè)主體知識(shí)為線索，將主要課程分別歸入幾個(gè)知識(shí)模塊之中，課程之間相互支撐與銜接，課程體系突出專業(yè)基礎(chǔ)，并設(shè)置技術(shù)應(yīng)用方向，滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。該專業(yè)必修和限選課程體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電子信息工程專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)圖

專業(yè)課程體系按照知識(shí)模塊和支撐關(guān)系可分為公共基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)應(yīng)用模塊。其中公共基礎(chǔ)模塊主要包括數(shù)理和人文知識(shí)基礎(chǔ)。專業(yè)基礎(chǔ)模塊是本專業(yè)知識(shí)的核心，分為4組課程群，分別是電路基礎(chǔ)、信號(hào)與信息處理、電磁場(chǎng)與通信和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，由12門必修課程組成，課程群內(nèi)以知識(shí)線索貫穿，課程群之間學(xué)生從三年級(jí)開(kāi)始在教師指導(dǎo)下結(jié)合自身特點(diǎn)來(lái)選擇。未被其選中的限選課程可作為任選課，其中限選組一側(cè)重于嵌入式網(wǎng)絡(luò)多媒體通信，限選組二側(cè)重于片上電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，限選組三則側(cè)重于數(shù)字圖像和視頻處理，三個(gè)限選組分別以嵌入式系統(tǒng)、FPGA和DSP為技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)。由于承擔(dān)本專業(yè)課程的教師分布在全校多個(gè)學(xué)院，因此，以本專業(yè)教學(xué)進(jìn)程教學(xué)為線索，建立了跨學(xué)院的教師協(xié)調(diào)與溝通機(jī)制，定期召開(kāi)本專業(yè)授課教師交流研討會(huì)，使培養(yǎng)計(jì)劃的設(shè)計(jì)思想在教學(xué)實(shí)踐中得以貫徹[3]。

2 “片上電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)”方向的專業(yè)課程設(shè)置與特色

圖2 “片上電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)”方向的專業(yè)應(yīng)用模塊

我們將電子信息工程專業(yè)設(shè)立了3個(gè)方向，專業(yè)課程體系按照知識(shí)模塊和支撐關(guān)系分為公共基礎(chǔ)模塊、專業(yè)基礎(chǔ)模塊和專業(yè)應(yīng)用模塊，3個(gè)專業(yè)方向的公共基礎(chǔ)模塊和專業(yè)基礎(chǔ)模塊是一致的，主要區(qū)別在于專業(yè)應(yīng)用模塊。學(xué)生通過(guò)公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)后，進(jìn)入第五學(xué)期，開(kāi)始根據(jù)自己的興趣選擇學(xué)習(xí)方向。“片上電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)”方向的專業(yè)應(yīng)用模塊限選組課程群的構(gòu)成如圖2所示。從下到上代表專業(yè)課知識(shí)梯度的增加。將該方向所需的專業(yè)知識(shí)層次及結(jié)構(gòu)逐步展開(kāi)，箭頭右側(cè)為該課要求的先開(kāi)課程。

傳感技術(shù)主要以模擬電路為基礎(chǔ)。為了解決信號(hào)的采集問(wèn)題，介紹了各種典型傳感器的工作原理，每種傳感器均以應(yīng)用實(shí)例來(lái)描述，不僅使學(xué)生了解傳感器的基本工作原理，還訓(xùn)練學(xué)生具備初步設(shè)計(jì)傳感器的能力。我們采用自編教材并且全部實(shí)例均來(lái)自于教師的科研或生活實(shí)際，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，講授電渦流式傳感器時(shí)，以給首鋼設(shè)計(jì)的板材厚度的實(shí)時(shí)監(jiān)控為例；講授壓磁式傳感器時(shí)，以電梯負(fù)荷測(cè)量為例；講授熱電式傳感器時(shí)，以科研課題貼片元器件封裝裝置設(shè)計(jì)中室溫自適應(yīng)熱電偶溫度測(cè)試方法為例；講授光電式傳感器時(shí)，將教師科研課題“兒童視力保護(hù)器設(shè)計(jì)”中涉及的硅光電池和紅外發(fā)射接收對(duì)管的應(yīng)用介紹給學(xué)生；在講授霍爾傳感器的應(yīng)用，將北京站火車測(cè)速系統(tǒng)的工作原理教授給學(xué)生；在數(shù)字式傳感器一章，將應(yīng)用在首鋼方坯連鑄機(jī)切割控制系統(tǒng)中的光電編碼器使用方法加以介紹……這樣極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。另外，我院有一支科研隊(duì)伍多年來(lái)一直致力于電氣安全性能測(cè)試技術(shù)的研究工作，其中有關(guān)絕緣電阻、接地電阻、泄漏電流等概念以及最新發(fā)布的IEC(International Electro-technical Commission—國(guó)際電工委員會(huì))國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容會(huì)適度在緒論部分和傳感器一般特性中予以介紹，使學(xué)生能夠緊跟教師的科研進(jìn)程并有可能參與其中。

現(xiàn)代電子技術(shù)及應(yīng)用將模擬電路和數(shù)字電路中的內(nèi)容進(jìn)行綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的放大、濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換、電流/電壓轉(zhuǎn)換、阻抗匹配等，解決了傳感器信號(hào)調(diào)理的問(wèn)題。

可編程邏輯器件設(shè)計(jì)采用自編教材《復(fù)雜可編程邏輯器件及數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用》，講授了各類基本組合邏輯電路模塊、時(shí)序邏輯電路模塊的設(shè)計(jì)，以及數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與技巧。該課程授課時(shí)間占整個(gè)課時(shí)的1/2，絕大部分內(nèi)容講解應(yīng)用實(shí)例，甚至涉及科研中遇到的問(wèn)題及解決方法、結(jié)果等。該課程最大亮點(diǎn)在于將科研成果引入綜合設(shè)計(jì)實(shí)例，例如，在科研“晶體頻率標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)”中利用FPGA(Field Programmable Gate Array—現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)設(shè)計(jì)了計(jì)數(shù)比較電路；在北京分析儀器廠設(shè)備國(guó)產(chǎn)化改造中，利用CPLD(Complex Programmable Logic Device—復(fù)雜可編程邏輯器件)替代了標(biāo)準(zhǔn)集成電路芯片，既提高了設(shè)備的可靠性又降低了成本；在科研調(diào)試中發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)軟件中有關(guān)三態(tài)門的仿真存在缺陷，與廠家溝通促進(jìn)了軟件的完善等。這些實(shí)例極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該課程實(shí)用性強(qiáng)，與諸多電子公司數(shù)碼產(chǎn)品的研制技術(shù)直接掛鉤，每年都有學(xué)生以此為特長(zhǎng)進(jìn)入工作單位。

片上電子信息系統(tǒng)以單片機(jī)原理及應(yīng)用和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的單片化集成，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化奠定基礎(chǔ)。

3 通用微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的建立

開(kāi)設(shè)上述專業(yè)應(yīng)用課程，目的是為學(xué)生建立硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。圖3所示為通用微處理器(測(cè)—控—信號(hào)處理)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成，利用傳感器將被測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用電信號(hào)(傳感技術(shù)一課所講授的內(nèi)容)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路(現(xiàn)代電子技術(shù)及應(yīng)用所解決的問(wèn)題)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器所能采集的信號(hào)，再進(jìn)入微處理器(很多微處理器內(nèi)都會(huì)集成A/D)。微處理器包括PC機(jī)(微機(jī)原理及應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)課、必修)、CPU(單片機(jī)原理及應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)課、選修)、PLC(可編程邏輯控制器原理及應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)課、選修)、ARM(嵌入式信息系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)用課、選修)、DSP(DSP原理及應(yīng)用專業(yè)應(yīng)用課、選修)，數(shù)字邏輯全部集成在FPGA中(可編程邏輯器件設(shè)計(jì)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容)，程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器既包括常規(guī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，也包括Flash，再加上輸入輸出設(shè)備即構(gòu)成了通用的微處理器硬件系統(tǒng)。通過(guò)C語(yǔ)言、VHDL語(yǔ)言等的支撐，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)測(cè)、控、信號(hào)處理等各種功能。

圖3 通用微處理器硬件系統(tǒng)構(gòu)成

我們要求學(xué)生至少精通一種微處理器，并以此奠定就業(yè)方向。例如，有些學(xué)生對(duì)PLC掌握較好，其就業(yè)途徑為工業(yè)控制類企業(yè)或公司；有些學(xué)生對(duì)DSP感興趣，就業(yè)于數(shù)碼產(chǎn)品研制單位；有些學(xué)生喜歡FPGA，最終成為FPGA工程師；有些學(xué)生精通單片機(jī)，去了華為等著名大公司；有些學(xué)生對(duì)ARM情有獨(dú)鐘，具有更大的就業(yè)空間。

4 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目注重與實(shí)際項(xiàng)目相結(jié)合

學(xué)生在完成全部課程學(xué)習(xí)(包括課程設(shè)計(jì)和專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié))后，進(jìn)入大學(xué)的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)—畢業(yè)設(shè)計(jì)。在該階段，我們讓學(xué)生深入教師科研(教師根據(jù)所進(jìn)行的科研項(xiàng)目擬定畢設(shè)題目)或進(jìn)入公司課題(學(xué)生進(jìn)入公司實(shí)習(xí)，完成符合畢設(shè)要求的實(shí)際項(xiàng)目)，并最終提交調(diào)試通過(guò)的軟硬件系統(tǒng)。每年都有一定數(shù)量的學(xué)生參加畢業(yè)設(shè)計(jì)成果展覽，展示自己的作品。

每年都有部分學(xué)生在相關(guān)單位做畢業(yè)設(shè)計(jì)并最終就業(yè)，這些單位有些是教師推薦的，大部分是學(xué)生自己應(yīng)聘的，畢業(yè)設(shè)計(jì)期間他們?cè)诮處熤笇?dǎo)下動(dòng)手能力在短期內(nèi)獲得較大提升并被用人單位認(rèn)可。由于從專業(yè)應(yīng)用課程到畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們始終堅(jiān)持訓(xùn)練學(xué)生掌握通用微處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，所以學(xué)生的畢業(yè)去向非常廣闊，在大學(xué)生就業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻的現(xiàn)狀下獨(dú)樹(shù)一幟。

[1]教育部.教育部財(cái)政部關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見(jiàn)[Z].教高(2007)1號(hào),2007.

[2]教育部.關(guān)于做好普通高等學(xué)校本科學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的若干原則意見(jiàn)[Z].教高(2001)5號(hào),2001.

[3]周金和.電子信息工程特色專業(yè)建設(shè)的實(shí)踐探索[C].全國(guó)高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)協(xié)作委員會(huì).2009年會(huì)論文集.2009.