全国大学生电子设计竞赛是面向大学生的科技活动,内容涉及电工电路、电子线路、传感器、自动控制、单片机及接口技术、通信、计算机应用等多门学科,涉及大量实践教学中的器件应用,电气参数的实现、实际电路的设计论证调试等方面的综合技能。既有基础理论,又有发挥的内容;既有限制性,又有开拓性,并提倡创新性,因此大学生电子设计竞赛对电子信息类专业的教学计划调整、课堂教学改革、实验教学改革、课外活动安排、师资队伍建设等方面均具有较强的指导作用。
1目前专业教学中存在的问题
1.1重视理论教学,轻视实践教学理论与实践不相适应,所讲理论知识与现场应用中的实际问题有一定的距离,不利于调动学生的积极性。许多学生理论基础尚可而动手能力较差,参与意识较强而工程素养不足,这反映出这些学生平时重理论而轻实践、重软件而轻硬件,理论设计正确却无法在工程上实现。
1.2教学方法和能力培养要求不相适应主要体现在我们的教学方式仍然是以教师讲为中心,学生的内在动力没有充分发挥出来。它注重了完整的教学体系和规格化的培养模式,忽略了学生的个性培养。教育学家多年来提倡的因材施教没有得到应有的重视,不利于学生能力的培养。
1.3考核方法和素质提高不相适应目前我们实行的考试方法仍然是以课本理论知识为主,以闭卷笔试为主,注重死记硬背,不利于培养学生的动手能力和创新能力。
1.4实验教学内容陈旧由于长期使用传统的电子技术实验教学内容,形式单一,实验安排过多过细,重复性实验、验证性实验太多而自主设计的实验少,单科性实验多而综合性实验少,采用传统的方法多而应用最新的技术少。这样的教学模式削弱了学生学习的主动性,阻碍了学生创新思维的发挥和实践能力的提高。1.6缺乏实践经验丰富的高水平教师竞赛的成绩是学校教师的教学水平和科研能力的综合表现,不同学校学生实践能力之间的差别,反映出教师教学水平之间的差距。而西部地区高校面临的一个共同问题就是缺乏高水平的师资。
2以电子设计竞赛促进教学改革
电子设计竞赛的举办为电子信息教学的改革指明了方向和提供了契机,下面就从教学计划调整、课堂教学改革、实验教学改革、课外活动安排、师资队伍建设等方面探讨电子信息教学改革。
2.1重新制订教学计划重构课程体系,以培养学生的创新精神和发挥个性特长以及协作能力为重要依据修订专业教学计划。教学计划修订的主要内容有:调整理论教学学时,加强实践教学环节。压缩课内学时数,减小必修课程数量,增大实验学时数,加强实验环节,从而减轻学生负担,让学生有更多的时间参与实践,提高其动手能力。
2.2改进教学内容,适应电子时代要求首先应调整电子技术课程内容。随着集成技术的飞速发展,集成器件的广泛应用,对课程内容必须不断充实和更新。在教学中,在强调基本原理、基本分析方法的同时,应注意增讲新器件,增加有应用前景的专用集成电路,使基本原理与实际应用相结合。例如,在功率放大电路部分可以增加介绍应用广泛的LA4100~LA4102集成功放,从连接方式说明如何根据要求将芯片分别构成OCL和OTL功放。在电源部分增加介绍三端直流稳压电源CW78、CW79系列,可调式三端稳压电源CW317系列,以及扩展输出电压、电流的方法。通过对新器件和专用集成电路的介绍,提高了学生的学习兴趣,并为将来从事本专业的工作打下了坚实的基础。
2.3改革实验课程体系、内容和方法注重提高实践教学环节的教学质量,激发大学生主动参与实践教学的积极性,尽可能多地安排设计性、综合性和开放性的实验,修订实验大纲,将单一验证性实验逐步转向科学验证、分析设计、系统综合相结合。(1)改进基础实验教学,加强应用实验环节。基础实验主要由模拟电子技术、数字电子技术、电路分析等专业基础课的配套实验组成,以基本电子器件的验证实验为主,实验内容覆盖理论教学课程中的重要知识点。整个实验过程学生处于被动的验证实验原理的状态,尽管有些收获,但成效不显著。因此,以电子设计竞赛为契机,改革传统的验证性实验教学模式,让学生在掌握了验证性实验方法的基础上,在应用实验环节中增设应用性实验、集成电路实验,让学生通过安装调试,学会在实验中调试元件参数,以满足实验要求。通过简单的设计使学生熟悉常用元器件,并掌握快速查阅元器件手册及通过网络搜寻所需资料的方法,使他们能正确选择所需器件,并能进行器件之间的参数匹配。并通过电子实习,安排学生装配收音机,使他们熟练使用电烙铁和万用表等工具和仪器仪表,对电路的制作、安装和调试有一定的了解和掌握。(2)增加设计性实验。设计性实验由老师拟定设计题目,提出设计要求,给出主要参考器件,由学生设计电路原理图、焊接实际电路、测试电路数据、绘制电路波形、撰写设计报告,这些设计性的实验的完成,能促使学生实现由知识到技能,再由技能到素质的跃变,从而培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,可以锻炼学生的系统思维能力,建立一定的工程意识,培养创新意识,提高动手能力。(3)在实验教学中引入一些新器件(如CPLD、FPGA等)和新技术(如EDA、电子电路软件仿真、虚拟仪器技术等),从而丰富实验内容和手段,提高实验课的技术含量。EDA是电子器件与电子设计发展的技术潮流,由此掌握EDA技术是对当今电子工程师的最基本要求。学院建立了EDA实验室,积极开展EDA的教学,提高了学生电子设计自动化的水平。(4)在实验教学中使用计算机仿真系统,推动教学改革。随着电子技术的迅速发展,教学中知识点在大量增加,教学时数要求压缩,课时资源紧张是一大难题。计算机仿真系统弥补了传统硬件实验的不足,解决了上述矛盾。另外也解决了经费紧张、器件品种和数量少等现实问题,有些不能实现的复杂实验,则可以用仿真软件进行实验仿真。
2.4改革考试方式采用理论闭卷考试、实验开卷考试、实物设计考试等综合考核方法。例如让学生独立完成一个规模不太大的电子系统,让他们在课下先设计好,然后来实验室安装调试或用有关电子虚拟软件进行仿真,根据所设计的系统能否达到题目要求、电路是否合理、花费时间长短来确定成绩。
2.5加强学生的课外实践活动(第二课堂)学院所有的实验课都对学生课外开放。另外建立专门的电子创新设计实验室,在开放实验室里除了配备信号源、示波器、万用表等常规实验设备外,还应配备单片机开发器,DSP实验板,计算机等实验设备,为学生课外科技活动提供实验场地和仪器设备,为部分优秀学生创造自主学习、独立思考的环境,提供发挥创新思维、展现创造力的广阔空间。
2.6加强师资队伍建设由于设计性、综合性实验的开出,特别是学生参加全国大学生电子设计竞赛要涉及到模拟电路、数字电路、高频电路、通信原理、单片机技术、可编程器件等多门课程,因而对实验教师就提出了更高的要求。传统课程体系下的教师,如果不继续学习更新知识,难以从容面对实验教学的改革和发展。要求教师必须具有更宽的知识面和更丰富的实践经验,会应用新器件、新技术才能胜任当前的教学工作。我校从2007年参加全国大学生电子设计竞赛以来,先后获得了四个省级一等奖,五个省级二等奖。通过参加竞赛,促进了学校电子信息工程专业实践教学改革,调动了学生学习的积极性,培养了动手能力和创新能力。
总之,全国大学生电子设计竞赛的作用和影响已经远远超出了竞赛本身,其受益者不仅仅是参赛学生,更重要的是检验教学、指导教学、促进教学改革向纵深发展,有利于提高高校电子信息专业教学质量与人才培养的质量。
作者:路永华 单位:兰州商学院 计算机与电子信息工程系
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