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摘要:电子综合设计是电工电子技术实践教学中的重要环节。本文对电子综合设计教学方法、设计手段、考核方式等方面进行了介绍,通过电子综合设计使学生强化对基础理论的理解和消化,培养学生的综合分析能力和应用能力及创新能力。经过教学实践,表明这是一种提高电工电子技术课程教学质量和提高学生综合素质的有效方式。
关键词:电工电子技术;实践教学;电子综合设计;创新能力
电工电子技术是高等工科院校本科非电专业学生必修的一门专业基础课,具有基础性、应用性和先进性。目前,电工电子技术应用极为广泛,发展非常迅速,并且日益渗透到科学技术各个领域,在我国经济建设中占有重要的地位。这门课程知识覆盖面广,理论严密,逻辑性强,且有广阔的工程背景。实践教学是电工电子技术教学的重要组成部分,是激发学生学习兴趣和学习动机、提高教学效果的一个重要教学环节。如何加强实践教学,强化工程实践能力的培养,通过实践性教学增进学生的理解,减轻或消除学习困难,培养学生分析能力、动手能力、创新能力、自主学习能力,这些是我们一直深思的问题。
一、完善实践教学体系
我校电工电子技术实验室在多年的建设和完善过程中,教学条件逐步得到改善,不断补充先进仪器和设备为同学们提供了良好的实验环境。目前实验室除了做基本原理实验外,还可应用一些先进的实验设备和先进的测试手段,进行综合设计性实验。电工电子技术课程具有较强的工程背景,实践教学是培养学生电学实验技能和基本创新能力的一种重要途径。在物质条件具备的前提下,我们遵循现代工程教育的理念,注重实验内容的基础性、技术性、综合性和创新性的有机结合,完善了实践教学体系。
在教学计划的调整中,将电工电子技术实践教学分为三大层次:
一是,基础型教学实验主要强化学生对理论的理解和消化,使学生通过对实际电工、电子电路的感性认识,把理论上所描述的电路和各种实际电路联系起来。基础实验与理论课穿插进行,在实验台上完成,首先是训练学生的动手能力和使用仪器仪表的能力,结合理论课的教学内容做一些“验证型”的实验,保证学生掌握基本的实验技能和实验方法。然后进行一些综合性实验,鼓励和支持学生独立设计和独立完成实验,使学生个人的能力得到发挥,着力于培养学生的基本操作技能及一般的综合设计能力;
二是,电子综合设计则安排在理论课结束后进行,单独设课,重点是培养学生对知识的综合能力和创新能力及动手能力,使学生对前面的理论更进一步融会贯通。
三是,电子工艺实习主要是让学生熟知电子产品研制开发、生产调试等全套过程,为学生毕业后走向工作岗位打下良好的基础,电子工艺实习同时会使学生综合运用电工电子知识的能力加强。
二、电子综合设计教与学的方法和手段
电子综合设计是电工电子技术实践教学中的重要环节。将“电工技术”“模拟电子技术”“数字电子技术”“电子线路EDA及仿真”等课程融会贯通,整合成一门综合性的实验课程,在前述理论课后单独设课。在设计内容、测试方法及数据处理方面均有一定的深度和广度,在现代电子仪器仪表及设备的使用、实验基本技能方面,使学生得到了很好的锻炼。
电子综合设计的教学目的是培养学生初步具有电子技术的工程技术能力,尽力改变以验证理论性质的纯理论实验,合理使用常用的电子仪器进行电路的设计和测试,巩固和加深所学理论,并通过电子综合设计培养学生的综合能力和创造性,提高实验技能,培养学生严谨的科学态度和作风。电子综合设计以设计为主线,采用仿真与实做调试结合、课内与课外结合、硬件与软件结合的教学模式和手段,全面而系统地培养学生的获知能力、综合设计与研究创新能力。
1.电子综合设计内容与要求
电子综合设计时间为1周,第1～2天为理论设计,第3～5天为实验调试。拟完成1～2个设计题目。设计题目为:(1)电子数字计时秒表的设计与调试。要求掌握计数、译码、显示电路的工作原理及其电路结构,运用集成元件“与非门”“D触发器”“计数器”等逻辑部件的有机组合。(2)控温电路设计与调试。要求掌握系统测量和调试,由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成测温电桥,其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号,经复合管放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压即可改变控温的范围,而控温的精度则由滞回比较器的滞环宽度确定。
2.电子综合设计的教学方法
电子技术综合设计是理论和实践紧密结合的实践性教学,使学生在设计中得到系统的训练,为此教师将设计内容、组织形式、教学方法等有机结合起来。在开始设计前,教师制定书面的总体工作计划,其中包括实验安全、实验所需的重要参考资料和元器件、学生的现有水平、学生应获得哪些能力、引导问题与引导说明、原理概述、仪器设备的使用计划、能力的观察、实验总结与反馈等。口头或书面向学生下达设计任务。具体设计的组织步骤如下:(1)选择设计课题;(2)查阅有关资料;(3)进行可行性论证;(4)通过设计方案的比较,定出最优的设计方案;(5)设计、仿真、连接各部分电路,并完成调试;(6)编写设计报告;(7)答辩。
设计开始,为提高教学效率,教师采用多媒体技术集中将电子综合设计内容与要求及设计方案布置给学生。设计要求单人完成,教师及时辅导,特别是方案的设计与器件的选择。实验中注重各类集成电路芯片的使用,管脚的标识,电阻色环的识别,仪器、仪表的使用等,在调试阶段教师通常是一对一的教学,针对学生的个别问题进行指导。
3.电子综合设计的设计手段
为完成电子综合设计学生可采用多种设计手段,将现代信息技术与计算机辅助设计相结合,将虚拟现实技术、仿真技术等现代技术手段实施于设计实践中。
在学生们接到设计任务及要求后,可利用计算机网络等现代教学资源,根据设计要求学生们去查阅有关资料,每个学生要提出自己的设计方案,经学生、老师进行可行性论证后,通过设计方案的比较,定出自己最优的设计方案,并画出所作设计的电路原理图。
应用EDA技术,通过计算机仿真软件Multisim进行仿真,仿真内容可由学生自行设计,形成了具有自身特色的电子实践环节。这些计算机及仿真技术的引入,让学生应用虚拟实验手段进行电子电路现象的观测与分析处理,开阔了他们的视野,激发了他们的学习兴趣。不仅将理论基础更加夯实,而且在动手能力、创新能力上有所提升,与传统的实验教学起到很好的互补作用。
当然,不能以计算机辅助技术、仿真技术等手段完全代替实物实践,两者要互相结合。经仿真后再到实验室模拟实现,用实验室所提供的各类仪器、设备、元件、器件、导线等,亲自动手构建出所要求的实物模型,并调试此实际系统使其满足设计要求。如果设计出的电路不符合要求,可更改实际系统中的部分元件或结构等,最终使系统符合设计要求。若某学生需要的元件实验室没有,经检验其设计是可行的,则允许其去外购元件。该层次实验充分发挥了学生自主设计及创新能力,学生可以根据自己的设计来搭接电路,以多种形式完成电子综合设计的各项要求。通过该部分设计使学生学会实际电路调试方法,了解如何正确地分析问题,找出解决问题的途径。这是只做仿真实验达不到的。
由此可见,整个设计过程将理论与实际有机结合在一起,培养学生的综合能力,包括上网或去图书馆查资料,识图和识别器件,用电脑设计并画电路图,利用EDA技术仿真,电路板布局、焊接和调试等等。所以这种设计其效果是提高了学生的动手能力和使用仪器仪表的能力以及协作精神,具有一定的工程意识,能很好地满足学生的培养要求,在设计中培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力及创新能力。
三、电子综合设计的考核方法
为了检验电子综合设计的设计效果,我们设置了综合设计考试方法,考核由设计报告和课堂答辩两部分组成。
设计报告要求每人1份,要包括电子综合设计的目的、原理、方案选择、电路原理图、元件选择、调试过程、设计结果及收获体会等内容。课堂答辩要求学生当堂抽签选题,当堂回答问题。学生回答问题可直接口试回答,也可通过自己设计的电子线路实物演示回答。这里抽签答辩的题目内容包括:设计方案的选择方法、电子电路原理特点、电子元器件的选择依据、仪器仪表的使用方法、安装调试中遇到的问题及解决方案、学生在电子综合设计中的创新点等。
在设计考核过程中,由于学生设计报告及答辩内容各不相同,有效地避免了抄袭的现象。并且这种考核方法更能考查到学生的真实水平及综合创新能力,包括:(1)考查学生的实验动手能力和独立思考的能力。主要是看学生是否能够自主地进行实验,是否能够正确地使用有关仪器和设备,是否可以通过独立思考解决实验中出现的一些简单问题和小故障。(2)考查学生设计实验的能力。主要是看学生对实验的原理是否理解清楚,是否正确地设计了实验原理图。(3)考查学生理论联系实际的能力,计算机网络技术、仿真技术等现代技术手段的创新应用能力
四、电子综合设计的收获及创新能力的培养
目前已在我校机械设计制造及自动化、交通工程等专业多届学生中进行了电子综合设计实践,且学生们均圆满地完成了电子综合设计的设计要求。
学生们感到:通过电子综合设计不仅学会了各种电子仪器仪表的灵活使用,也学会了电子电路的基本调试方法;不仅能将“电工技术”“电子技术”仿真技术”等基础课程融会贯通,而且体会到电子实践教学是理论教学中必不可少的重要环节。通过电子综合设计学生们对原本抽象枯燥、理解不透的电子技术课程内容现在一下都明白了,增加了学习兴趣,开拓了思路,加强了求知欲望,更加深理论知识的理解。实践中学生们自己设计实验,把设计课变成学生获取知识的新课堂,增强了学生综合、创新能力。同时培养调试电路的实践技能。
通过几年实践,学生的动手能力有了显著提高,创新应用能力也有了提高,学生们积极参加各类电子设计竞赛,毕业后也很受用人单位的欢迎。
经过对电子综合设计教学实践,注意在教学内容上采用适当教学方法,引入计算机网络技术、仿真技术、现场调试等多种设计手段,完善了设计考核方法,使学生加深了对课程理论内容的理解和消化,培养学生了的综合分析能力和应用能力及创新能力。实践表明这是一种提高电工电子技术课程教学质量和提高学生综合素质的有效方式。
参考文献
[1]金波.电工电子基础实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2009,2:113～116.
[2]张春,柴阜桐,陶庭先.工科院校实践教学的改革与创新[J].中国电力教育,2009,1:117～119.
[3]高林,刘文定,王东林,等.自动控制理论课程综合 创新型实验研究[J].中国现代教育装备,2008,6:105～107.
Enhancing undergraduates’innovation and application ability based on the electronic comprehensive design
Gao Lin, Zhang Junmei, Fan Guiling, Chen Fengjun
Beijing forestry university, Beijing, 100083,China
Abstract: The electronic comprehensive design curriculum is an important link to Electric Engineering and Electronic Technology teaching. In this paper, the author analysis the teaching approach, design method, and evaluation of this course carried out in Beijing Forestry University. This course is helpful in cultivating student in understanding of the theoretical, fostering the comprehension application and innovation ability. The practical study showed that it is an effective way to training the overall quality of students.
Key words:electric engineering and electronic technology;practice education; electronic comprehensive design;innovation ability
关键词:电工电子技术;实践教学;电子综合设计;创新能力
电工电子技术是高等工科院校本科非电专业学生必修的一门专业基础课,具有基础性、应用性和先进性。目前,电工电子技术应用极为广泛,发展非常迅速,并且日益渗透到科学技术各个领域,在我国经济建设中占有重要的地位。这门课程知识覆盖面广,理论严密,逻辑性强,且有广阔的工程背景。实践教学是电工电子技术教学的重要组成部分,是激发学生学习兴趣和学习动机、提高教学效果的一个重要教学环节。如何加强实践教学,强化工程实践能力的培养,通过实践性教学增进学生的理解,减轻或消除学习困难,培养学生分析能力、动手能力、创新能力、自主学习能力,这些是我们一直深思的问题。
一、完善实践教学体系
我校电工电子技术实验室在多年的建设和完善过程中,教学条件逐步得到改善,不断补充先进仪器和设备为同学们提供了良好的实验环境。目前实验室除了做基本原理实验外,还可应用一些先进的实验设备和先进的测试手段,进行综合设计性实验。电工电子技术课程具有较强的工程背景,实践教学是培养学生电学实验技能和基本创新能力的一种重要途径。在物质条件具备的前提下,我们遵循现代工程教育的理念,注重实验内容的基础性、技术性、综合性和创新性的有机结合,完善了实践教学体系。
在教学计划的调整中,将电工电子技术实践教学分为三大层次:
一是,基础型教学实验主要强化学生对理论的理解和消化,使学生通过对实际电工、电子电路的感性认识,把理论上所描述的电路和各种实际电路联系起来。基础实验与理论课穿插进行,在实验台上完成,首先是训练学生的动手能力和使用仪器仪表的能力,结合理论课的教学内容做一些“验证型”的实验,保证学生掌握基本的实验技能和实验方法。然后进行一些综合性实验,鼓励和支持学生独立设计和独立完成实验,使学生个人的能力得到发挥,着力于培养学生的基本操作技能及一般的综合设计能力;
二是,电子综合设计则安排在理论课结束后进行,单独设课,重点是培养学生对知识的综合能力和创新能力及动手能力,使学生对前面的理论更进一步融会贯通。
三是,电子工艺实习主要是让学生熟知电子产品研制开发、生产调试等全套过程,为学生毕业后走向工作岗位打下良好的基础,电子工艺实习同时会使学生综合运用电工电子知识的能力加强。
二、电子综合设计教与学的方法和手段
电子综合设计是电工电子技术实践教学中的重要环节。将“电工技术”“模拟电子技术”“数字电子技术”“电子线路EDA及仿真”等课程融会贯通,整合成一门综合性的实验课程,在前述理论课后单独设课。在设计内容、测试方法及数据处理方面均有一定的深度和广度,在现代电子仪器仪表及设备的使用、实验基本技能方面,使学生得到了很好的锻炼。
电子综合设计的教学目的是培养学生初步具有电子技术的工程技术能力,尽力改变以验证理论性质的纯理论实验,合理使用常用的电子仪器进行电路的设计和测试,巩固和加深所学理论,并通过电子综合设计培养学生的综合能力和创造性,提高实验技能,培养学生严谨的科学态度和作风。电子综合设计以设计为主线,采用仿真与实做调试结合、课内与课外结合、硬件与软件结合的教学模式和手段,全面而系统地培养学生的获知能力、综合设计与研究创新能力。
1.电子综合设计内容与要求
电子综合设计时间为1周,第1～2天为理论设计,第3～5天为实验调试。拟完成1～2个设计题目。设计题目为:(1)电子数字计时秒表的设计与调试。要求掌握计数、译码、显示电路的工作原理及其电路结构,运用集成元件“与非门”“D触发器”“计数器”等逻辑部件的有机组合。(2)控温电路设计与调试。要求掌握系统测量和调试,由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成测温电桥,其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号,经复合管放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压即可改变控温的范围,而控温的精度则由滞回比较器的滞环宽度确定。
2.电子综合设计的教学方法
电子技术综合设计是理论和实践紧密结合的实践性教学,使学生在设计中得到系统的训练,为此教师将设计内容、组织形式、教学方法等有机结合起来。在开始设计前,教师制定书面的总体工作计划,其中包括实验安全、实验所需的重要参考资料和元器件、学生的现有水平、学生应获得哪些能力、引导问题与引导说明、原理概述、仪器设备的使用计划、能力的观察、实验总结与反馈等。口头或书面向学生下达设计任务。具体设计的组织步骤如下:(1)选择设计课题;(2)查阅有关资料;(3)进行可行性论证;(4)通过设计方案的比较,定出最优的设计方案;(5)设计、仿真、连接各部分电路,并完成调试;(6)编写设计报告;(7)答辩。
设计开始,为提高教学效率,教师采用多媒体技术集中将电子综合设计内容与要求及设计方案布置给学生。设计要求单人完成,教师及时辅导,特别是方案的设计与器件的选择。实验中注重各类集成电路芯片的使用,管脚的标识,电阻色环的识别,仪器、仪表的使用等,在调试阶段教师通常是一对一的教学,针对学生的个别问题进行指导。
3.电子综合设计的设计手段
为完成电子综合设计学生可采用多种设计手段,将现代信息技术与计算机辅助设计相结合,将虚拟现实技术、仿真技术等现代技术手段实施于设计实践中。
在学生们接到设计任务及要求后,可利用计算机网络等现代教学资源,根据设计要求学生们去查阅有关资料,每个学生要提出自己的设计方案,经学生、老师进行可行性论证后,通过设计方案的比较,定出自己最优的设计方案,并画出所作设计的电路原理图。
应用EDA技术,通过计算机仿真软件Multisim进行仿真,仿真内容可由学生自行设计,形成了具有自身特色的电子实践环节。这些计算机及仿真技术的引入,让学生应用虚拟实验手段进行电子电路现象的观测与分析处理,开阔了他们的视野,激发了他们的学习兴趣。不仅将理论基础更加夯实,而且在动手能力、创新能力上有所提升,与传统的实验教学起到很好的互补作用。
当然,不能以计算机辅助技术、仿真技术等手段完全代替实物实践,两者要互相结合。经仿真后再到实验室模拟实现,用实验室所提供的各类仪器、设备、元件、器件、导线等,亲自动手构建出所要求的实物模型,并调试此实际系统使其满足设计要求。如果设计出的电路不符合要求,可更改实际系统中的部分元件或结构等,最终使系统符合设计要求。若某学生需要的元件实验室没有,经检验其设计是可行的,则允许其去外购元件。该层次实验充分发挥了学生自主设计及创新能力,学生可以根据自己的设计来搭接电路,以多种形式完成电子综合设计的各项要求。通过该部分设计使学生学会实际电路调试方法,了解如何正确地分析问题,找出解决问题的途径。这是只做仿真实验达不到的。
由此可见,整个设计过程将理论与实际有机结合在一起,培养学生的综合能力,包括上网或去图书馆查资料,识图和识别器件,用电脑设计并画电路图,利用EDA技术仿真,电路板布局、焊接和调试等等。所以这种设计其效果是提高了学生的动手能力和使用仪器仪表的能力以及协作精神,具有一定的工程意识,能很好地满足学生的培养要求,在设计中培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力及创新能力。
三、电子综合设计的考核方法
为了检验电子综合设计的设计效果,我们设置了综合设计考试方法,考核由设计报告和课堂答辩两部分组成。
设计报告要求每人1份,要包括电子综合设计的目的、原理、方案选择、电路原理图、元件选择、调试过程、设计结果及收获体会等内容。课堂答辩要求学生当堂抽签选题,当堂回答问题。学生回答问题可直接口试回答,也可通过自己设计的电子线路实物演示回答。这里抽签答辩的题目内容包括:设计方案的选择方法、电子电路原理特点、电子元器件的选择依据、仪器仪表的使用方法、安装调试中遇到的问题及解决方案、学生在电子综合设计中的创新点等。
在设计考核过程中,由于学生设计报告及答辩内容各不相同,有效地避免了抄袭的现象。并且这种考核方法更能考查到学生的真实水平及综合创新能力,包括:(1)考查学生的实验动手能力和独立思考的能力。主要是看学生是否能够自主地进行实验,是否能够正确地使用有关仪器和设备,是否可以通过独立思考解决实验中出现的一些简单问题和小故障。(2)考查学生设计实验的能力。主要是看学生对实验的原理是否理解清楚,是否正确地设计了实验原理图。(3)考查学生理论联系实际的能力,计算机网络技术、仿真技术等现代技术手段的创新应用能力
四、电子综合设计的收获及创新能力的培养
目前已在我校机械设计制造及自动化、交通工程等专业多届学生中进行了电子综合设计实践,且学生们均圆满地完成了电子综合设计的设计要求。
学生们感到:通过电子综合设计不仅学会了各种电子仪器仪表的灵活使用,也学会了电子电路的基本调试方法;不仅能将“电工技术”“电子技术”仿真技术”等基础课程融会贯通,而且体会到电子实践教学是理论教学中必不可少的重要环节。通过电子综合设计学生们对原本抽象枯燥、理解不透的电子技术课程内容现在一下都明白了,增加了学习兴趣,开拓了思路,加强了求知欲望,更加深理论知识的理解。实践中学生们自己设计实验,把设计课变成学生获取知识的新课堂,增强了学生综合、创新能力。同时培养调试电路的实践技能。
通过几年实践,学生的动手能力有了显著提高,创新应用能力也有了提高,学生们积极参加各类电子设计竞赛,毕业后也很受用人单位的欢迎。
经过对电子综合设计教学实践,注意在教学内容上采用适当教学方法,引入计算机网络技术、仿真技术、现场调试等多种设计手段,完善了设计考核方法,使学生加深了对课程理论内容的理解和消化,培养学生了的综合分析能力和应用能力及创新能力。实践表明这是一种提高电工电子技术课程教学质量和提高学生综合素质的有效方式。
参考文献
[1]金波.电工电子基础实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2009,2:113～116.
[2]张春,柴阜桐,陶庭先.工科院校实践教学的改革与创新[J].中国电力教育,2009,1:117～119.
[3]高林,刘文定,王东林,等.自动控制理论课程综合 创新型实验研究[J].中国现代教育装备,2008,6:105～107.
Enhancing undergraduates’innovation and application ability based on the electronic comprehensive design
Gao Lin, Zhang Junmei, Fan Guiling, Chen Fengjun
Beijing forestry university, Beijing, 100083,China
Abstract: The electronic comprehensive design curriculum is an important link to Electric Engineering and Electronic Technology teaching. In this paper, the author analysis the teaching approach, design method, and evaluation of this course carried out in Beijing Forestry University. This course is helpful in cultivating student in understanding of the theoretical, fostering the comprehension application and innovation ability. The practical study showed that it is an effective way to training the overall quality of students.
Key words:electric engineering and electronic technology;practice education; electronic comprehensive design;innovation ability