[电子系统设计实践的教学创新] 电子系统设计与实践

电子系统设计实践的教学创新

据调查，成都理工大学电子类专业本科大3学生对电子 系统的理解及其设计能力实际情况如下:一般知道一些最基 本的单元电路知识，但不深刻;多数学生从未阅读过一个完 整的电子系统硬件电路图、从未真正设计并实现过哪怕一个 单元电路，更不用说系统电路和没有自己编写过一个功能程 序，更不用说系统程序。因此，本校电子信息类本科学生知 识点分散，缺乏综合设计能力。如何将课程特点与学生的实 际情况结合起来，优化电子系统设计实践教学的总体规划、 教学方式、教学过程成为该实验课程教学改革的重要切入点。

1本课程的总体规划 为了达到让学生将多门课程建立有机联系从而灵活运 用的能力，以及将所学知识综合应用解决实际问题的能力， 即具有综合能力和创新能力。实践教学体系应考虑:(1)通过 实践教学体系的训练，学生将专业知识进行融合、贯通，建立一套与学生自身发展目标(培养目标)相一致的知识技能 培养结构体系;(2)实践教学体系要紧贴工作和应用需求，让 学生明了工作中专业知识以外的知识，例如PCB生产流程工 艺，电子系统设计能力综合应用等这些实际工作中不可缺少 的环节［1］。根据以上要求，构建了电子类本科电子系统 设计实践教学体系。该体系由基础实验、提高设计层实验、 实际应用层实验、科技活动层实验四个层次组成，如图1所 示。

基础实验主要指常规的验证性实验，主要满足理论课教 学中的实验要求，让学生加深对所学知识的了解，培养学生 的专业兴趣;提高设计层实践主要是以基本技能和初步设计、 制作能力为主的课程设计，让学生了解电子产品设计的具体 方法，学会电子系统设计实践中的规范设计;实际应用层实 践是指结合实际生产和生活需要，设计和调试相应的产品， 根据实际应用修改完善实验设计等;科技活动层主要是指实 践创新活动，如电子制作、各层次的电子竞赛、设计交流、 参加教师科研课题等。根据以上教学体系层次设计要求，设 定的电子系统设计实践内容如表1所示。

2以培养实践能力为核心的教学方式 2.1多种形式的课堂教学 课堂教学方法主要有传统教学法(如口授、板书、挂图 等)和多媒体教学法(如投影、幻灯、录像等)，两种教学方 法有机结合可以让学生在短时间内掌握电子系统设计实践的基础［3－6］。目前，我们设计增加了以学生主讲的课堂 讨论教学法。传统教学法有利于引导学生的思路，也有利于 课后整理笔记，还可根据需要将电子元器件实物、电子装置 等加入到教学过程中，有助于学生对知识的理解与掌握。但 缺点是短时间内传达的信息量有限。多媒体教学法具有综合 处理文字、图像、声音、动画的能力，是传统教学手段和现 代电教媒体结合的产物，提高了学习的积极性，使教学简捷 高效、生动有趣、内容丰富，减轻了教师的负担也加强了学 生的主观能动性，普遍受到了教师和学生的欢迎。但多媒体 也有一些缺点，比如讲课时画面滞留时间短，不利于课堂笔 记和课后复习;节奏太快，某些学生跟不上。课堂教学以教 师授课，学生被动接受为主，学生的思维能力和学习思路需 要和教师高度一致，才能达到理想的效果。但学生的个体差 异和当时的精神状态差异，他们的思路难以达到和教师的教 学思路一致。基于此，在教学中，我们每次课前安排学习内 容，指定学习方向，由学生组织教学内容，课堂上留一部分 时间(如30分钟)由学生主讲，同学和教师补充和讨论，形成 了以学生主讲的课堂讨论教学法。该方法使学生的主动性得 到提高，讨论的内容也更丰富，且讨论的设计来自于学生， 教师可以从中了解学生的掌握和欠缺的知识点，可以有针对 性的补充教学内容。以上几种方法结合使用，扬长避短，可 以有效提高电子系统设计实践课的教学效果。

2.2精心选择实例采用实例教学法［7］，主要是以问题为基础，以要解 决的问题为单位，按预习、精讲、讨论步骤进行教学。它能 提高学生分析和解决问题的能力，培养学生实际工作的能力。

这是多数实践课采用的有效方法之一。但是，在教学过程中 应注意确定以学生为中心的新型教育理念，强调自主学习， 切忌随意选择实例或组织无目的的讨论，以免浪费时间，影 响教学质量。实例教学法具体实施方法如下: (1)合理选择实例。首先，要选择合适的实例，以不脱 离学生的水平为标准;其次，要能通过实例的整体性把所学 过的电子电路知识串起来，起到复习以前学过知识的作用;
再次，就是力争做到通俗易懂，不能把实例讨论变成学术讨 论。

(2)组织有效讨论。学生应做到课前预习，将学生分成 若干小组进行预讨论，上课时选派代表发言，届时教师应随 时解答学生代表提出的问题。

(3)重点讲授思路。在课程的后半段，由教师进行重点 讲授，着重讲授所讨论电子系统实现的各种方案的可行性、 优缺点，分析需严谨周密，注意与实际应用紧密结合。

(4)评价讨论结果。教师总结讨论的优缺点并进行讲解， 使学生逐渐掌握讨论实例的方法、步骤和技巧，教会学生们 勇于创新，不依赖权威，要有新的见解，避免固定思维、笼 统思维，对实例要有个体化认识。

2.3精心设计实验在学生掌握了电子系统设计的基本理论和应用技术，并 得到了基本的动手能力训练，已具备了一定的电子产品设计 能力之后，在专业方向设计阶段，我们放开了实践内容限制， 让学生根据自己的兴趣爱好，自主命题，设计制作个性作品。

通过学生自己给自己设任务、下指标、选器件、定方案、做 仿真、搞制作，完成电子产品的全套设计流程，得到真正的 工程训练。要达到这样的目的，除了课堂讲授外，还要靠实 践加深理解，要通过对一些典型软件、硬件进行设计，编写 程序、调试，直到正常运行，才能让学生具有基本的电子系 统开发能力。我们在实践环节上主要作了以下一些探索。

1)充分利用仿真工具进行设计时，要充分发挥计算机和 EDA软件在电子系统设计各层次的强大的模拟仿真能力，在 不需要任何实验仪器和元器件的情况下，为学生提供了一个 展示设计能力的平台，充分发挥学生的想象力和创造力。这 样既可以节省人力、物力和时间，方便了学生，同时减轻了 实验室的负担，极大地提高了实验室的利用率;又可以扩展 学生的思维空间，激发学生学习的主动性和创新欲望。经过 多方比较，精选了EWB、Proteus、Pspice等多款EDA仿真软 件作为主要仿真工具。

2)充分发挥学生的自主创新能力为了真正锻炼学生的 实际动手能力，要求学生在确定最佳设计方案后，必须要到 实验室进行焊装、测量和调试，把实际的设计作品做出来。

在学生的有限系统设计能力条件下，要达到的较好的电子系统设计实践的锻炼目的，在安排设计性实验时，需要做到以 下5点: (1)对学生的自主选题要有时间上和经费上的限制，让 学生初步认识什么是工程项目管理。

(2)对学生的选题难度要给予客观分析和评价，太容易 达不到锻炼目的，太难了学生完成不了，对学生信心和创新 热情都会产生不小的负面影响。

(3)及时给予指导，让学生的工作方向不发生大的偏移， 确保设计的最终成功。

(4)同时，通过教师与学生能经常进行近距离的交流， 教师的耐心和鼓励教育能激发学生的兴趣与自信，有利于提 高设计的质量，提高学生的业务素质。

(5)在系统的制作和调试过程，让他们设法采取各种措 施解决所遇到的实际问题，不断调整参数，修改和完善设计 方案，得到真正的实训。通过做出实物，强调了设计、安装、 调试等不同过程，学生实际动手能力得到锻炼。

2.4认真检验教学效果 建立健全的考核机制，采取良好灵活的考核方式。考核 方式可采取理论考试、实验设计、动手能力、课题答辩、作 品演示等，从多角度综合评判。考核分基本设计考核和创新 设计考核。基本设计考核反映学生在基础知识和基本设计能 力的综合表现，创新设计考核反映学生在某方面的特长和优 异表现。这样更能客观地反映学生综合设计能力，强调个性发展，更好的鼓励创新。另外，还可将电子设计竞赛选拔和 该课程的教学考核结合起来，进一步激发学生的学习和创新 热情。同时，详细分析考核结果，了解学生的薄弱环节，调 整教学方法或教学思路，更好地达到培养目标。

3结束语 电子系统设计实践课程教学的改革与实践，极大地解决 了传统教学中存在的问题，激发了学生学习的兴趣，调动了 学习的主动性，提高了教学质量［6］。从学生的平时反映、 考试考查成绩，以及参加电子制作和电子竞赛的成绩来看， 电子系统设计实践课程教学方法的改革在我校收到了良好 的效果。