王淑琴

摘 要 專業(yè)實(shí)踐教學(xué)涉及到學(xué)生發(fā)展的各個(gè)方面，也可以看作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。文章運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想和方法，組織分級(jí)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)一個(gè)實(shí)例，詳細(xì)介紹如何協(xié)調(diào)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中各項(xiàng)因素，將整個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)串起來(lái)，實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)性和整體性。

關(guān)鍵詞 系統(tǒng)工程 實(shí)踐教學(xué) 課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) A/D轉(zhuǎn)換芯片

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

實(shí)踐教學(xué)是高等應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和實(shí)踐動(dòng)手能力起著極其重要的意義。實(shí)踐教學(xué)包括專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)等，其中課程設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)按教學(xué)組織大多是由專業(yè)教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。

如何制定人才培養(yǎng)流程，使整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程做到系統(tǒng)化和整體性，一方面需要合理安排與本專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)類課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，另一方面要探索課程設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的規(guī)劃，充分?jǐn)U展專業(yè)特色課程相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵。其中后者是提高學(xué)生動(dòng)手能力和綜合思考問(wèn)題最佳方式。

1 以系統(tǒng)工程的思想構(gòu)建專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

系統(tǒng)是由互相關(guān)聯(lián)、互相制約、互相作用的若干組成部分構(gòu)成的具有某種功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)工程是運(yùn)用系統(tǒng)思想直接改造客觀世界的一大類工程技術(shù)的總稱。專業(yè)實(shí)踐課程活動(dòng)涉及到學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的整個(gè)階段，也可以看作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。為了提高專業(yè)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)效果，保證專業(yè)知識(shí)的可持續(xù)性發(fā)展，就應(yīng)該按照系統(tǒng)工程的思想和方法，協(xié)調(diào)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中各項(xiàng)因素。在實(shí)際工作中，一方面要重視每一項(xiàng)工作，將每一項(xiàng)工作做到位，另一方面要重視各項(xiàng)工作的內(nèi)在聯(lián)系，建立系統(tǒng)的、整體的教學(xué)體系，這樣才能使實(shí)踐教學(xué)的功能最大化。

目前在高校的實(shí)踐教學(xué)中常見的問(wèn)題是缺乏大學(xué)四年整體的實(shí)踐教學(xué)體系，學(xué)生每一年都在做不同的實(shí)驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性和完整性被割裂開，學(xué)生不能用聯(lián)系的眼光去看全部的設(shè)計(jì)，不能體會(huì)到各專業(yè)課程之間的聯(lián)系和傳承。針對(duì)這一情況，必須做好系統(tǒng)化統(tǒng)籌安排。

結(jié)合各個(gè)階段專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，合理安排專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，最大限度激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和能動(dòng)性，是專業(yè)教師必須思考的問(wèn)題。下文以浙江科技學(xué)院測(cè)控專業(yè)某小組四年的課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹如何將教師和學(xué)生結(jié)合起來(lái)，系統(tǒng)地完成四年的專業(yè)教育。

2 改革與探索——以數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)為例

基于系統(tǒng)化工程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，專業(yè)教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的各個(gè)階段，合理安排與專業(yè)課程相對(duì)應(yīng)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有效地發(fā)掘各個(gè)環(huán)節(jié)的密切聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)理念。

在一年級(jí)本科始業(yè)教育和專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，專業(yè)老師提供各種設(shè)計(jì)題目供學(xué)生進(jìn)行分組選擇，這些題目必須具有傳承性的，并且說(shuō)明各個(gè)設(shè)計(jì)要用到的專業(yè)知識(shí)，比如說(shuō)電子課程設(shè)計(jì)要有電路原理、數(shù)字電路和模擬電路相關(guān)知識(shí)；下一階段就要用到單片機(jī)和傳感器等知識(shí)；再下一個(gè)設(shè)計(jì)可能要用到虛擬儀器、控制系統(tǒng)等知識(shí)，讓學(xué)生在一年級(jí)就對(duì)本專業(yè)的整體構(gòu)造有感性認(rèn)識(shí)，從而激發(fā)他們專研專業(yè)知識(shí)的興趣。

2.1 基于ICL7107的多量程直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃的安排，在一二年級(jí)學(xué)生所接觸的主要是專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生能自由掌控的專業(yè)知識(shí)有限，因此在二年級(jí)電子課程設(shè)計(jì)中，我們要求學(xué)生設(shè)計(jì)一款直流數(shù)字電壓表，具體要求是能實(shí)現(xiàn)0mV～2V測(cè)量范圍。專業(yè)教師只負(fù)責(zé)提出任務(wù)以及實(shí)現(xiàn)的功能，學(xué)生自行查閱資料，提出解決方案，然后師生一起討論可行性。在實(shí)踐中，學(xué)生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解決方案。

2.1.1 數(shù)字電壓表的組成

數(shù)字電壓表基本量程200Mv，可以擴(kuò)展量程2V和20mV。整個(gè)電路設(shè)計(jì)沒有超越學(xué)生現(xiàn)有理論知識(shí)，學(xué)生有能力獨(dú)立完成，同時(shí)功能的擴(kuò)展又要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的各門專業(yè)課程，完成復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)，鍛煉了綜合分析問(wèn)題并獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

2.1.2 總結(jié)分析

這一階段學(xué)生只能使用電路模電和數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合電子綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生查閱資料，了解ICL7107的原理，掌握雙積分式芯片的基本電路的設(shè)計(jì)，完成了芯片的供電模塊—— ？V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，并可以在此基礎(chǔ)上開拓量程自動(dòng)切換的功能（如圖1所示）。

2.2 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

隨著二三年級(jí)大量專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以運(yùn)用的專業(yè)知識(shí)更加豐富了，他們可以完成設(shè)計(jì)的功能也隨之更加強(qiáng)大。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生延續(xù)前面的設(shè)計(jì)，改進(jìn)了電壓表的設(shè)計(jì)。

2.2.1 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

由于ICL7107沒有BCD碼輸出，沒有像ICL7135那樣的BUSY信號(hào)，在與單片機(jī)連接時(shí)，學(xué)生遇到了障礙，于是又展開了一場(chǎng)討論，如何利用單片機(jī)只是完成直流/交流電壓的測(cè)試任務(wù)。根據(jù)大量查閱的文獻(xiàn)資料，有學(xué)生提出采用ICL7135芯片的想法，該芯片與ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，加上外圍電路ICL7135可組成一個(gè)滿量程為2V的數(shù)字電壓表。ICL7135可以采用并行采集方式與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接。如圖2所示，模擬電壓送到ICL7135進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管中顯示。其中ICL7135電源部分可以沿用上學(xué)期的？V直流穩(wěn)壓電源。

2.2.2 總結(jié)分析

現(xiàn)階段可以要求學(xué)生用到所學(xué)的單片機(jī)等知識(shí)，完成功能更多、精度更高的課程設(shè)計(jì)。在單片機(jī)等課內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生完成了單片機(jī)最小實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，結(jié)合前期所做的電子課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以開發(fā)基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表。該設(shè)計(jì)引入單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)從數(shù)字量編碼轉(zhuǎn)換到七段譯碼，最后送到數(shù)碼管顯示輸出測(cè)量結(jié)果。學(xué)生利用單片機(jī)最小實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，擴(kuò)展單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，專業(yè)知識(shí)得到了綜合運(yùn)用。

2.3 基于ICL7135的畢業(yè)設(shè)計(jì)

ICI7107/7135都是CMOS雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以轉(zhuǎn)換輸出？0 000個(gè)數(shù)字量，對(duì)外提供6個(gè)輸入、輸出控制信號(hào)。因此，除用于數(shù)字電壓表外，還能與異步接受/ 發(fā)送器、微處理器或其他控制電路連接使用。

因此，在選做畢業(yè)設(shè)計(jì)題目過(guò)程中，學(xué)生對(duì)需要進(jìn)行模擬信號(hào)處理的設(shè)計(jì)中大多選用這兩款芯片，如圖3所示，在選用ICL7135作為A/ D 轉(zhuǎn)換器，模擬信號(hào)由傳感器采集，由ICL7135 轉(zhuǎn)換后數(shù)字量送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)ICL7135 輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，在數(shù)碼顯示管（LED）上顯示。并可通過(guò)鍵盤輸入溫度設(shè)定值。單片機(jī)根據(jù)設(shè)定溫度進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算（如PID、模糊運(yùn)算等），產(chǎn)生控制信號(hào)。

當(dāng)然還可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的應(yīng)用的實(shí)例，這里我們致力于讓學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用，當(dāng)他們能用課堂上所學(xué)到的知識(shí)，系統(tǒng)地解決一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，這里面的滿足感和成就感能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)習(xí)效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合理選題能讓學(xué)生將大學(xué)里幾年來(lái)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)“串” 起來(lái)，形成有機(jī)的整體。開設(shè)系統(tǒng)性的專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)現(xiàn)工程教育的思想，確保培養(yǎng)合格人才方面具有重要作用和意義。隨著對(duì)高等應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求的不斷擴(kuò)大，專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革和實(shí)踐必將會(huì)進(jìn)一步深入下去。作為專業(yè)教師，致力于為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)開放的平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生以工程觀的思想運(yùn)用不同學(xué)科的理論和方法解決實(shí)際問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，為將來(lái)所從事的技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。