蔣力立，彭 端，杜宇上

(廣東工業(yè)大學(xué) 實驗教學(xué)部,廣州 510006)

電子設(shè)計競賽培訓(xùn)的探索與實踐

蔣力立，彭 端，杜宇上

(廣東工業(yè)大學(xué) 實驗教學(xué)部,廣州 510006)

高校是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的主要基地，實驗教學(xué)是進行創(chuàng)新教育不能缺少無可替代的重要組成部分。廣東工業(yè)大學(xué)電工電子實驗中心自2011年開始，面向全校學(xué)生以實驗公選課的形式逐步開設(shè)了“電子設(shè)計競賽培訓(xùn)”系列實驗公選課，為創(chuàng)新能力培養(yǎng)搭建了新的有效平臺。文中從課程設(shè)置、內(nèi)容及特色等方面介紹了公選課的教學(xué)實踐，評價了教學(xué)效果。

電子設(shè)計競賽；創(chuàng)新能力；公選課；實踐

高校是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的主要基地，實驗教學(xué)是進行創(chuàng)新教育不能缺少無可替代的重要組成部分，如何加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)，是當(dāng)今教育改革的重要課題[1-4]。廣東工業(yè)大學(xué)電工電子實驗中心自2011年開始，面向全校學(xué)生以實驗公選課的形式逐步開設(shè)了一系列實驗公選課，以“電子設(shè)計競賽培訓(xùn)”為主題，旨在啟迪創(chuàng)新思維、發(fā)展創(chuàng)造力、培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力、全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，以充分發(fā)揮電工電子技術(shù)實驗在創(chuàng)新人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的重要作用，為創(chuàng)新能力培養(yǎng)搭建了新的有效平臺。

1 課程設(shè)置及內(nèi)容

“電子設(shè)計競賽培訓(xùn)”共開設(shè)了10門公選課，每門課24學(xué)時，1.5學(xué)分。這些課程為：常用電子儀器使用、常用電子元器件的選用、常用電子電路設(shè)計、常用傳感器應(yīng)用電路設(shè)計、常用單片機系統(tǒng)設(shè)計、常用EDA系統(tǒng)設(shè)計、原理圖與PCB制板的設(shè)計方法、信號源電路設(shè)計與制作、趣味電子電路設(shè)計與制作和現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合與創(chuàng)新。

2.1 常用電子儀器使用

本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生對常用電子儀器的操作使用。學(xué)生通過實驗操作，掌握示波器、函數(shù)發(fā)生器、毫伏表、直流穩(wěn)壓電源、萬用表等常用電子儀器的工作原理和規(guī)范使用，學(xué)習(xí)基本實驗知識、基本實驗方法和基本實驗技能，培養(yǎng)良好規(guī)范的操作習(xí)慣，踏實細(xì)致的實驗作風(fēng)，樹立工程實踐的觀點和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

2.2 常用電子元器件的選用

本課程主要培養(yǎng)學(xué)生識別和選用電子元器件的能力。學(xué)生通過實驗，學(xué)習(xí)常用電阻、電容、電感、晶體管、集成電路的正確識別、選用常識和質(zhì)量判別方法，以及一些開關(guān)、接插件、電機、繼電器的識別、選用和故障處理方法。

2.3 常用電子電路設(shè)計

本課程的目的是提高學(xué)生的電路設(shè)計能力。通過設(shè)計分立元件放大電路、運算放大器應(yīng)用電路、電源電路設(shè)計、數(shù)字電路設(shè)計等項目，學(xué)習(xí)電子電路的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和研究性思維，提高撰寫設(shè)計性項目報告的能力。

2.4 常用傳感器應(yīng)用電路設(shè)計

學(xué)生通過學(xué)習(xí)設(shè)計溫度測量電路、光電傳感器循跡電路、霍爾轉(zhuǎn)速表、輪胎壓力監(jiān)測儀等傳感器應(yīng)用電路，能夠用萬用表、示波器等常用儀器檢查各種傳感器性能，如電阻應(yīng)變片、溫度控制器、電容式傳感器、電感式接近開關(guān)、熱電偶、光電傳感器、霍爾元件、壓電傳感器等，判別傳感器好壞；能夠根據(jù)設(shè)計要求合理選用傳感器；并根據(jù)被測信號的特點，用不同類型的傳感器設(shè)計合理的檢測電路；設(shè)計一般電子檢測產(chǎn)品。

2.5 常用單片機系統(tǒng)設(shè)計

本課程的目的是訓(xùn)練學(xué)生通過實際操作學(xué)習(xí)單片機開發(fā)中的各種技術(shù)，如單片機的硬件和內(nèi)部各種資源的原理與應(yīng)用，單片機接口電路與程序設(shè)計、輸入、輸出及顯示、單片機數(shù)據(jù)處理、實用電子制作及應(yīng)用技術(shù)等內(nèi)容，使學(xué)生掌握單片機技術(shù)及其在工業(yè)控制、經(jīng)濟建設(shè)和日常生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力。

2.6 常用EDA系統(tǒng)設(shè)計

本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計能力，以適應(yīng)電子信息時代對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和能力的要求。通過LED數(shù)碼管的顯示、流水燈的設(shè)計、數(shù)字頻率計的設(shè)計等項目學(xué)習(xí)VHDL的有關(guān)概念、語法，以及運用VHDL進行數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計的方法與步驟，以實現(xiàn)采用VHDL對數(shù)字邏輯系統(tǒng)的建模、編程和仿真。

2.7 原理圖與PCB制板的設(shè)計

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握原理圖設(shè)計和PCB的制板方法，學(xué)習(xí)繪制原理圖的方法，元器件的封裝與制作方法，PCB制板技術(shù)中的方法與技巧，電氣檢查與網(wǎng)絡(luò)表的生成方法。

2.8 信號源電路設(shè)計與制作

本課程學(xué)習(xí)信號源的設(shè)計制作。學(xué)生通過實驗操作，了解正弦信號發(fā)生器的設(shè)計方法，學(xué)習(xí)DDS信號發(fā)生器芯片應(yīng)用，利用8038集成電路設(shè)計信號發(fā)生器。

2.9 趣味電子電路設(shè)計與制作

本課程培養(yǎng)學(xué)生對實際電路板元器件的布局設(shè)計的能力，通過電子胸花電路的設(shè)計、魚缸恒溫電路、報警器電路、超聲波電子驅(qū)鼠器電路、監(jiān)測汽車故障的指示器電路、紅外遙控臺燈調(diào)光器等趣味電子電路的設(shè)計與制作，學(xué)習(xí)電子元器件的正確使用方法，學(xué)習(xí)電子元件設(shè)計電路的方法，掌握電路板的設(shè)計與焊接調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)、創(chuàng)新精神和研究性思維。

2.10 現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合與創(chuàng)新

本課程培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合設(shè)計和創(chuàng)新方法。學(xué)生通過典型機電產(chǎn)品:小型機器人的組裝、實驗和調(diào)試，以任務(wù)為目標(biāo)進行學(xué)習(xí)，通過“學(xué)中做，做中學(xué)”的方式傳授給學(xué)生，徹底打破了傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合設(shè)計能力，樹立工程實踐的觀點和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

這些公選課，以激發(fā)學(xué)生興趣為出發(fā)點，以需求作驅(qū)動，以問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)，遵循由簡單到復(fù)雜、從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、由分離元器件到中小規(guī)模集成電路應(yīng)用再到系統(tǒng)設(shè)計，循序漸進由淺入深的原則，從傳授知識培養(yǎng)技能到訓(xùn)練實踐能力和創(chuàng)新能力，突出創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。

10門公選課包含了電子設(shè)計競賽所需的主要基本知識，在課程內(nèi)容傳授、工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面既有延續(xù)性，體現(xiàn)了發(fā)展觀，又實現(xiàn)了課程由淺入深，多層次、多角度、寬視野的科學(xué)設(shè)置。10門公選課即相互獨立、各有側(cè)重，便于實施教學(xué)，其內(nèi)容又密切相關(guān)、相互配合。各門課程有機結(jié)合，融知識性、趣味性、實踐性、拓創(chuàng)性于一體，形成比較系統(tǒng)完整的知識體系。為學(xué)生提供了拓展知識面、補充實踐學(xué)時、豐富業(yè)余生活的實驗教學(xué)平臺。

2 課程特色

2.1 內(nèi)容豐富，體系完整

10門公選課以大學(xué)生電子設(shè)計競賽所需的知識點為基礎(chǔ)，有常用電子儀器的使用、常用電子元器件的識別選用、常用電子電路設(shè)計、常用傳感器應(yīng)用電路設(shè)計、常用單片機系統(tǒng)設(shè)計、常用EDA系統(tǒng)設(shè)計、原理圖與PCB制板的設(shè)計方法、信號源電路設(shè)計與制作、現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合與創(chuàng)新。課程涉及的內(nèi)容有：模擬電子電路、數(shù)字電路、微機原理、電子測量、單片機、可編程邏輯器件、EDA設(shè)計等，涵蓋了大部分電子設(shè)計競賽所需的主要基本知識，構(gòu)成了內(nèi)容豐富、體系完整的以能力培養(yǎng)為主線，分層次、相互銜接的科學(xué)、系統(tǒng)的電子設(shè)計競賽培訓(xùn)公選課課程體系。

2.2 因材施教，因?qū)佣?/p>

選修公選課的學(xué)生來源復(fù)雜，層次參差不齊，差距較大。他們基礎(chǔ)不同，對電子類課程的要求也有很大差別，有基礎(chǔ)較好的電類專業(yè)的，也有要求一般的近電類的，更有非電類的學(xué)生。為了每名學(xué)生都能在課程中得到很好的訓(xùn)練和培養(yǎng)，采用了分層次的實驗教學(xué)體系，便于實驗教學(xué)由易到難，由淺入深，循序漸進開展。課程中既有一定的基礎(chǔ)性實驗，也有大量的提高設(shè)計型、綜合應(yīng)用型項目，有一定層次之別，學(xué)生可根據(jù)自己的能力、興趣、求職意愿等選修其中某門公選課程。例如，對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生可主要完成基礎(chǔ)性實驗和少量的提高設(shè)計型或綜合應(yīng)用型實驗；對程度較好的學(xué)生，可只做少量基礎(chǔ)型實驗，主要完成提高設(shè)計型實驗和綜合應(yīng)用型實驗。對基礎(chǔ)好、能力強、興趣濃、學(xué)有余力的學(xué)生提供研究創(chuàng)新的實踐機會，鼓勵學(xué)生自主選題，開展創(chuàng)新研究。

不同層次采用不同的教學(xué)方法。對于基礎(chǔ)型實驗，主要采用教師現(xiàn)場授課與指導(dǎo)的常規(guī)教學(xué)方法；對于提高設(shè)計型實驗和綜合應(yīng)用型實驗，一般采用教師指導(dǎo)下的學(xué)生合作式、互動式的學(xué)習(xí)與實驗教學(xué)方法，師生之間、學(xué)生之間相互討論，強調(diào)啟發(fā)式教學(xué)；對于研究創(chuàng)新，采用教師引導(dǎo)、學(xué)生自主式、合作式、PBL研究式學(xué)習(xí)與實踐的教學(xué)方法，強調(diào)獨立解決問題能力、團隊合作精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[5-7]。

2.3 與時俱進，軟硬結(jié)合

采用反映現(xiàn)代電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢的現(xiàn)代電子設(shè)計方法與開發(fā)工具，如 VHDL語言、EDA工具、單片機編程器等。

EDA仿真具有很強的測試和分析功能，是目前世界先進的仿真技術(shù)，具有很強的可發(fā)展性。將EDA仿真引入實驗教學(xué)，符合電子技術(shù)發(fā)展的潮流，通過EDA實驗，學(xué)生可以學(xué)到當(dāng)今先進的EDA技術(shù)，了解本學(xué)科的發(fā)展方向，開闊視野[8-9]。

單片機具有體積小、功耗低、性價比高、控制功能強、擴展靈活、良好的抗干擾性和可靠性以及使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。單片機的廣泛應(yīng)用，使電路設(shè)計重心由硬件設(shè)計(傳統(tǒng)電路設(shè)計)向軟件設(shè)計(微控制技術(shù))轉(zhuǎn)移。目前學(xué)校多數(shù)工科專業(yè)開設(shè)了單片機課程。單片機是一門實踐應(yīng)用性很強的科目，單片機學(xué)習(xí)離不開實際操作，通過公選課《常用單片機系統(tǒng)設(shè)計》為學(xué)生增加了單片機操作訓(xùn)練機會，使學(xué)生增強單片機應(yīng)用技術(shù)，訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力。

2.4 科學(xué)考核，因材施評

科學(xué)的考核方式與評價手段是實現(xiàn)教學(xué)的整體化、規(guī)范化，保證教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[10]。

對基礎(chǔ)性實驗主要考核實驗操作過程、實驗結(jié)果及實驗報告的撰寫。采用了針對平時實驗操作情況進行評價的做法。通過平時實驗學(xué)習(xí)的態(tài)度、操作效果、實驗報告的呈現(xiàn)情況進行評價。

對綜合設(shè)計性實驗重點考核綜合運用知識的能力、分析解決問題的能力，排除故障的能力和撰寫報告的能力，采用過程性與終結(jié)性相結(jié)合的成績評定方法。平時的教學(xué)采用過程性評價，基于表現(xiàn)性評價教學(xué)策略，在學(xué)生完成表現(xiàn)性任務(wù)的過程中對學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告和實驗紀(jì)律表現(xiàn)進行觀察和記錄，加以評價并調(diào)整教學(xué)策略，幫助學(xué)生鞏固優(yōu)勢，改進不足，在階段學(xué)習(xí)結(jié)束時采用終結(jié)性評價。

對自主探究性實驗全面考核學(xué)生查找文獻、選題、電路設(shè)計、仿真、元器件選擇、調(diào)試組裝、總結(jié)報告等。教師對實驗的整個過程進行控制，采用啟發(fā)式、交流式、互動式、問題引入式、自主式、網(wǎng)絡(luò)答疑等多種形式的指導(dǎo)方法，將學(xué)生自主探究性實驗項目制作過程中的表現(xiàn)和效果作為學(xué)習(xí)評價的重要因素。

3 效果

3.1 有效推動教學(xué)改革

確立以學(xué)生為本，知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)觀念，創(chuàng)建有利于培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的實驗教學(xué)體系。

增加了一大批綜合設(shè)計型、研究探索型實驗項目，開展了自主探究型PBL實驗教學(xué)模式的改革探索，將原來學(xué)生被動接受實驗的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾魈骄啃偷闹鲃訉W(xué)習(xí)模式。突出學(xué)生自主式學(xué)習(xí)實驗技能，鼓勵創(chuàng)新和團隊合作。這種教學(xué)模式提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和探究性，使學(xué)生的實踐能力顯著提高。從學(xué)生的反饋意見和上交作業(yè)情況來看，學(xué)生對電工電子技術(shù)實驗的教學(xué)效果非常滿意。同時，也產(chǎn)生了一批學(xué)生電路制作的作品。

3.2 為創(chuàng)新能力培養(yǎng)搭建了新的有效平臺

實驗公選課為學(xué)生增加了訓(xùn)練和培養(yǎng)實踐能力、工程能力的選擇機會。公選課中的項目不乏新穎、有趣、實用、智能，它們貼近生活，緊跟現(xiàn)代，受到選課學(xué)生的歡迎，做完一個還想做下一個。受到學(xué)時的限制，不可能在課內(nèi)滿足學(xué)生完成所有項目的要求。對基礎(chǔ)好、能力強、興趣濃、學(xué)有余力的學(xué)生提供研究創(chuàng)新的實踐機會，鼓勵學(xué)生自主選題，開展創(chuàng)新研究。目前已有15名修完公選課的學(xué)生得到了省級、校級的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。

3.3 鍛煉了青年教師

有不少青年教師參與了公選課的教學(xué)活動，他們年輕、有熱情、充滿活力，接受新知識快，在指導(dǎo)綜合設(shè)計型、研究探索型實驗項目中，與學(xué)生教學(xué)相長，共同進步，不斷提升自身的能力和水平。目前有3名青年教師在攻讀博士學(xué)位，繼續(xù)深造。青年教師們在教學(xué)實踐中注意不斷總結(jié)，積極進行電工電子技術(shù)實驗教學(xué)改革研究，獲得了多項廣東省實驗室研究會基金項目、廣東工業(yè)大學(xué)高教研究基金項目的立項資助，在國內(nèi)較有影響力的實驗教學(xué)研究期刊上發(fā)表了一批教改論文。

3.4 學(xué)生參賽獲獎情況

我校學(xué)生積極參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，2011年來共計獲得一等獎1項，二等獎3項，獲得廣東省省大學(xué)生電子設(shè)計競賽一等獎10項，二等獎20項，三等獎22項。

4 結(jié)束語

社會的發(fā)展需要大量的創(chuàng)新型人才，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)離不開實驗教學(xué)。增加實踐教學(xué)課程，加強實踐能力、工程能力培養(yǎng)，開設(shè)實驗公選課無疑是一個有效途徑。

[1]張春平，陳勇，呂宏偉，等.實驗室建設(shè)中文化軟實力的構(gòu)建與發(fā)展[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29(6)：203-205.

[2]曾冬梅.地方大學(xué)服務(wù)創(chuàng)新型區(qū)域建設(shè)的路徑[J].高校教育管理，2011，5(1)：5-9.

[3]唐毅謙.建大專業(yè)平臺，走實踐育人路[J].實驗室研究與探索，2013，32(6)：1-3.

[4]粱宏.搭建實驗實踐一體化平臺深化實驗實踐教學(xué)改革[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30(5)：1-4.

[5]陳安，蔣力立，彭端，等.電工電子特色實驗項目建設(shè)的探索與實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，9(4)：86-89.

[6]劉銀萍，彭端，蔣力立.PBL教學(xué)模式在綜合性實驗中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，9(3)：78-81.

[7]曾思明，彭端，蔣力立，等.電子電路實驗教學(xué)改革[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，8(6)：103-105.

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[9]曾思明，杜宇上.Multisim11在可編程邏輯設(shè)計實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，9(3)：56-58.

[10]杜宇上，蔣力立，曾思明.表現(xiàn)性評價在實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2010，29(2)：107-109.

Exploration and Practice on Training of the Electronic Design Contest

JIANG Lili, PENG Duan, DU Yushang

(Department of Experiment Teaching, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

University is the main base of cultivating innovative talents. Experimental teaching is necessary and important for the innovation education in the university. A number of experimental courses about the training of Electronic Design Contest were offered as the common optional courses by the Electrical and Electronic Experimental Teaching Center in Guangdong University of Technology since 2011. A new platform has been built to cultivate the innovative talents. In this paper, we proposed how to implement the teaching, including the arrangement, the contents and the features about these courses. And the teaching effects were evaluated.

electronic design contest; innovation ability; public elective course; practice

2014-01-09；修改日期: 2014-03-09

2013年度廣東工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革基金資助項目(2013Y014)，2013年度廣東工業(yè)大學(xué)精品資源共享課基金資助項目(ZYGXG)。

蔣力立(1965-)，女，碩士，高級實驗師，主要從事電工電子實驗教學(xué)工作。

G424.28

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.050