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1.2對實踐部分的改革方案對學生在實踐方面的具體改革方式是:要求學生要熟練地掌握并完全理解具有驗證性質實驗的內容,重點鼓勵學生認真投入到對實驗的自主設計,加強培養學生的創新思維,這樣更能符合電子設計大賽的宗旨。在基礎的訓練階段,驗證性實驗可以強化學生的理論知識,還可以使學生在學習理論知識的同時,更好的掌握一般的實驗方法和技巧。然而,僅僅要求學生依據已有的實驗內容與實驗步驟進行驗證性實驗操作是遠遠不夠的,這樣對學生的自主發揮和創新設計意識是無益的。對于非驗證性實驗來講,則側重于學生的自主設計與對實驗的展開研究,這樣就可以提供廣泛的想象空間使學生的創新意識得到發揮,不斷提高學生的動手能力及創新意識。在驗證性實驗中,我們需要針對某一實驗內容,可以設置問題,讓學生參與到問題的探討中,并通過實驗解決問題,以加強對學生探究性能力的培養。對于學生在實驗操作中遇到的問題,結合學生們已有的知識,聯系到實際的電路,關聯到生活中的生產實踐,激勵學生在面對問題時進行自己的猜想、和團隊一起討論、然后發表自己的獨特見解。經過學生們的猜想,再進一步的投入到實踐中去,這樣就會使問題變得簡單化,同時對學生探索能力也會有所提高。針對自主設計性實驗,再依據全國大學生電子設計競賽的要求,重點開設如下實驗內容:AC-AD與AD-AC高頻電源變換電路,測量儀器儀表電路、信號源電路、無線模擬與數字信號傳輸系統,反饋與閉環控制電路等,使學生通過所學到的知識與積累到的經驗,自主設計符合實驗的電路,自己設計實驗電路,從而達到動手能力強,高水平的設計能力及創新能力。
2通過教育教學內容的改革
為了更好的符合電子設計競賽的要求,依據課程講解的方法與規律,需要采取科學的、具有針對性的授課方法。
2.1直觀性教學通常在以往的授課中,老師們往往采用的教學方式是以本為綱,一切教學活動都緊扣教材進行,而達到完成教學任務。學生在課堂中對課程涉及到的一些元器件,在老師的講解過程中,對于元器件電路圖符號的認知,使用參數的了解,其在電路中的工作原理以及使用方法沒有一個深刻的認識,并沒有與具體的實物聯系起來,這樣學生就會缺乏對事物的感性的體驗。所以,為了激發學生的學習熱情及探索的積極性,使學生對電子元器件及集成電路有一個感性的認識,在授課時,可以根據教學內容,準備一些課程涉及到的元件或集成電路的應用產品給學生講解,學生在觀察的同時可以加強對其理論上的理解與記憶,對產品的結構有一定的定向了解,以便促進學生學習的積極性。
2.2采用多媒體多媒體教學對學生的影響也是至關重要的,它能生動形象地把需要講授的教學內容完美的展示出來,學生在實驗時的內容也能虛擬的在多媒體上充分顯示出來。這樣就如同使學生身臨其境,更好的受到感悟與啟發,極大地引發學生對學習的積極性。對電路的組成也可以通過多媒體的演示來實現,也可以將一些元件或模擬電路進行直觀的演示,不僅節約了課堂上講課的時間,還能讓學生對所學習的知識有一個深刻直觀的了解,提高學生們的學習興趣進而提高了學生在課堂上的學習效率。
2.3注重應用老師在用多媒體授課時,需要掌握與其有關的工程應用實例,以便可以引發學生積極地思考,提高學生的觀察能力和創新能力,并且需要理論與實際相互聯系,對積極調動學生的積極性有很重要的影響,依據課堂的理論教學方式,引導學生進行電子的實物制作。這樣,不僅在對理論的掌握方面有所提高,還提高了動手操作的能力。例如:“三極管放大特性”的課程中,為了讓學生更好的了解三極管的放大作用,可先讓學生通過對音樂門鈴的制作,進而驗證在使用三極管時出現的效果與沒有使用三極管時的效果。從而來激發學生的學習熱情。
3創新思維的學習
從對電子設計競賽理解來看,這次競賽需要的不是單純的理論設計和單純的實驗能力。它需要通過查閱實驗所需的相關資料,提取實驗相關信息進行理論設計,確定方案,進而動手實現整個系統,然后開始調試系統,分析并排除故障,指標測試,最后撰寫實驗報告。從這些方面來看,就要求參賽的學生在平常的學習生活中要有良好的學習態度,有自主學習的能力,遇到問題能夠通過查詢資料分析并解決。同時還需要學生有設計,調試和寫科技論文等綜合能力。電子競賽需要團隊協作共同完成,所以團結協作能力是一個重要因素;培養學生們的團結協作精神是行之必然。而且競賽學生們要有百分之百的態度和熱情并具有創新意識;使學生們能夠理論和實踐相結合發展他們發散和聚合的思維方式。在電子設計競賽的培訓過程中,要提前告知學生們做好相關資料的學習和查閱,并對整理好的資料進行討論,研習。學生們通過對各種電子元器件和集成電路的討論進一步掌握相關知識,進而設計電路,編程器件,再配合微控制器各類芯片等電子元件組成電路;應用計算機軟件畫好電路板圖,再利用刻繪機制造印刷電路板,通過學生們的焊接,進行裝配,之后通過測試調整進而實現電子系統,培養學生動手和思想創新能力和開發電子產品的技能。
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1EDA實驗環境的建設
EDA(實驗)中心的建設起始于1998年初,學校先后投入資金近百萬元,第一期工程建立起配備有40臺Pentium166MMX微機的多媒體實驗室和硬件實驗室各一個;1999年進行了第二期工程,又建起了一個包含40臺PentiumⅡ400微機和兩臺專用服務器的網絡實驗室和一個管理辦公室。并進行了軟件建設和有關實驗項目的開發。到目前為止已建立起的軟硬件環境如表1。
在EDA中心的建設中,我們遵循以下原則:
(1)創建一流具有EDA特色的實驗環境。EDA的實驗環境的好壞在某種程度上直接影響電類學生對現代化技術的掌握,同時EDA的實驗環境也是一個窗口,代表了一個學校現代化教學的形象。EDA中心的建設不應等同于一般的計算中心或機房的建設,應該具有EDA特色,那就是要有豐富的EDA軟硬件支持,要有得力的指導開發力量。為了建設好一流的EDA實驗環境,我們成立了專家指導小組指導環境的建設,并多次派人到EDA教學較好的學校去參觀學習。為了體現時代的特點,我們將中心80臺機器內部互連,整個內部網絡完全按照Internet技術規范設計,能提供全套Internet服務。中心內部網絡還通過Linux網關與校園網相連。服務器采用WindowsNT4.0、Linux5.0、Net-ware3.12,工作站安裝了DOS6.22、Win-dows98(中、英文)、WindowsNT、Linux等操作系統。
(2)嚴把質量關,高質量完成建設。EDA所有軟硬件設備的引進都經過認真市場調查研究,并嚴格的檢測,對不合格的產品堅決清除。如曾進一批微機,檢測后發現配置與樣機不符,立刻退貨,重新購置。軟件的建設對EDA來說是體現特色的關鍵性建設,盡管EDA軟件投資較大,為保證實驗質量,劃出專項資金,引進許多最新的正版EDA軟件。
(3)加強外聯,尋求多方支持。EDA教學的開展需要許多方面的技術支持,為了做好這方面的工作,我們加強了校際之間的技術交流以及與EDA軟硬件開發商家的聯系,可以從中得到了許多必不可少的幫助,如東南大學贈送給我們不少非常有用的EDA軟件和設備,美國Altera公司通過其大學項目贈送給我們專業版和網絡版的Max+PlasⅡ軟件開發工具等。
(4)鼓勵師生開發EDA教學項目。我校EDA教學項目的開發進行得比較早,并已取得了不少成就,EDA中心成立后更加強了這方面工作的開展,目前已自行開發并用于教學有ISP和FPGA等實驗裝置,全定制的A-SIC實驗環境也正在緊鑼密鼓地準備中。
(5)勤儉節約,變廢為寶。EDA的某些硬件實驗對微機要求并不高并且有可能對微機產生傷害,為此我們從校計算中心等地方找來約20臺淘汰了的386和486微機,建成了硬件機房,很好地解決了這類問題并節約了不少資金。
2EDA實驗環境的管理
我校的EDA實驗環境主要面向電子工程系和自動控制系學生,行政上掛靠電子工程系。為了便于協調管理,兩系分別任命了兼職正副主任負責中心的建設和日常管理。
在EDA(實驗)中心的日常管理中我們努力做到:
(1)全心全意為EDA教學服務。EDA(實驗)中心建立的主要目的之一就是為全校師生的EDA教學實驗提供方便。為了做好服務工作,我們盡力滿足師生的要求。如有教師希望通過網絡授課,我們引進了Lanstar網絡教學系統軟件。有教師需要提供語音教學服務,我們購買了無線話筒。有一些國外引進的EDA軟件需要用英文操作系統,中心工作人員經過多次試驗,使中英文操作系統能夠方便地切換。中心的Internet網及打印機等設備也均向師生開發。
(2)開放式的實驗環境。中心除正常設備維護日外,保持全日制開放。開放時除了安排一般值班人員外,還經常安排對EDA技術熟悉的教師或研究生進行現場指導,學生可以自由地上機實習。
(3)不斷推廣EDA新技術。EDA技術的發展速度非常快,我們利用中心與外界聯系較多的優勢,不斷向師生推薦EDA新技術和新方法。如我們曾請經銷商來介紹最新版本的PADS、EWB等EDA軟件的特點和使用方法,與東南大學EDA實驗中心合作舉辦了兩期全國性的EDA研討班。
3效果分析
(1)EDA中心自投入使用以來,已為電類專業的學生開設了“電路”、“電子線路”、“數字電路”、“信號與系統”等十多門課程的上百個實驗,部分實驗還延伸到非電類專業的“電工學”課程中;每年還有幾十名本專科生和研究生在這里進行畢業設計和課題上機。總上機時數已達4萬機時。
(2)EDA中心的構建,推動了我校多門類課程的教學內容、教學方法的改革。就數字電子課程而言,迫切需要充實現代化的設計思想和設計方法,EDA中心的服務為此創造的必要的條件。由于EDA中心的大量工作,使教師可以在課常上集中精力和時間與學生一起共同體驗前人創造知識的途徑與方法,而把一些繁瑣的計算交給EDA工具,學生通過EDA工具的使用去實踐他們在課堂上學到的方法和思路。對電路分析、模擬電子線路、數字系統設計等課也起到了同樣的作用。
(3)開放式的管理,方便了學生,激發了學生的學習熱情和求知欲。如有一位在給電類提高班講課的教師發現,原擬定通過Lanstar授課系統對學生講授EWB的使用方法,結果在現場卻發現,不少學生已初步學會了EWB的使用,其原因是他們已主動地到EDA中心,通過自學,進入了EDA環境。這是一個學生主動學習的例子。通過這樣的學習客觀上提高了學生的自學能力,反映了他們高度的學習熱情和求知欲,這也為他們將來自行掌握更現代化、更復雜的EDA工具打下了基礎。
(4)EDA中心成為學生第二課堂的場地,培養學生從事科學研究的能力。如數字系統設計的老師利用EDA中心進行電子設計競賽,取得很好的效果,受到了學生的歡迎。
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從運行模式以及實際的應用情況可以看出,Mentor設計平臺通過使用庫管理器和標準化歸檔系統,加強了對元器件符號庫和設計文件歸檔等方面的標準化管理,主要表現在以下方面。
2.1元器件庫建設和管理規范,從流程保證質量元器件的圖形符號和封裝符號庫為設計電路圖、印制板圖等提供基礎信息。特別是器件封裝信息正確與否直接關系到印制板生產的成敗。我們在構建Mentor設計平臺過程中,規范化做在前面:首先,依據實際情況,建立了元器件“圖形符號庫建庫規范”和“PCB封裝庫建庫規范”,所有元器件庫的建設和維護嚴格遵循規范進行。其次,在平臺的運行過程中,使用庫管理系統,實現了對庫的和調用統一化、規范化管理。
2.2元器件庫的統一管理,有利于信息資源共享通過庫管理系統,實現元器件符號庫的建立、、使用和維護。同時,在設計界面,設計師可以通過DataBook直接查閱、調用“企業級器材數據庫”相應的器件,極大地提高了元器件的選用效率。元器件庫的統一和管理,使得全所設計人員都可以實時調用中心庫中的元器件符號庫信息,在實現資源共享的同時,也保證了產品設計的質量。
2.3歸檔文件生成過程自動化,有利于提高設計文件的歸檔效率由于器材型號等關鍵屬性都是自動來自于“企業級器材數據庫”,元件表和外購件明細表實現自動標準化生成,解決了手工填寫器材型號易出錯的現象。通過元器件符號庫的規范化管理,相關設計數據的自動生成,保證了設計過程中數據的一致性,規范了設計文件編制,這將為規范產品設計、保證產品技術狀態提供極大保障。歸檔文件自動化生成功能的實現,將在規范化歸檔設計文件的同時,極大地提高設計文件的歸檔效率,這將為產品設計和生產節省出寶貴的時間。
2.4單兵作戰的設計模式向整體應用的轉變在原有的設計流程(見圖3)中,每個設計師都維護自己的元器件庫和數據,整個流程中存在大量手工操作。相關管理部門的系統和設計工具無集成,基本上靠設計師提交的數據被動地進行相關工作。如元器件清單等由于均為工程師手工填寫,大量存在錯誤信息,物資部門需要花費相當的精力對其進行審核。而在Mentor設計平臺(見圖4)上,我們通過對物資系統元器件信息與設計工具的集成、PDM與設計工具的集成、標準化文檔的自動產生等建設,完全改變了工程師原有的雜亂、無序的設計流程,使物資系統的信息、設計師的設計數據、PDM中存儲的歸檔數據能實現同步和一致,增強現有平臺的作用和意義。
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1.2教學方法和能力培養要求不相適應主要體現在我們的教學方式仍然是以教師講為中心,學生的內在動力沒有充分發揮出來。它注重了完整的教學體系和規格化的培養模式,忽略了學生的個性培養。教育學家多年來提倡的因材施教沒有得到應有的重視,不利于學生能力的培養。
1.3考核方法和素質提高不相適應目前我們實行的考試方法仍然是以課本理論知識為主,以閉卷筆試為主,注重死記硬背,不利于培養學生的動手能力和創新能力。
1.4實驗教學內容陳舊由于長期使用傳統的電子技術實驗教學內容,形式單一,實驗安排過多過細,重復性實驗、驗證性實驗太多而自主設計的實驗少,單科性實驗多而綜合性實驗少,采用傳統的方法多而應用最新的技術少。這樣的教學模式削弱了學生學習的主動性,阻礙了學生創新思維的發揮和實踐能力的提高。1.6缺乏實踐經驗豐富的高水平教師競賽的成績是學校教師的教學水平和科研能力的綜合表現,不同學校學生實踐能力之間的差別,反映出教師教學水平之間的差距。而西部地區高校面臨的一個共同問題就是缺乏高水平的師資。
2以電子設計競賽促進教學改革
電子設計競賽的舉辦為電子信息教學的改革指明了方向和提供了契機,下面就從教學計劃調整、課堂教學改革、實驗教學改革、課外活動安排、師資隊伍建設等方面探討電子信息教學改革。
2.1重新制訂教學計劃重構課程體系,以培養學生的創新精神和發揮個性特長以及協作能力為重要依據修訂專業教學計劃。教學計劃修訂的主要內容有:調整理論教學學時,加強實踐教學環節。壓縮課內學時數,減小必修課程數量,增大實驗學時數,加強實驗環節,從而減輕學生負擔,讓學生有更多的時間參與實踐,提高其動手能力。
2.2改進教學內容,適應電子時代要求首先應調整電子技術課程內容。隨著集成技術的飛速發展,集成器件的廣泛應用,對課程內容必須不斷充實和更新。在教學中,在強調基本原理、基本分析方法的同時,應注意增講新器件,增加有應用前景的專用集成電路,使基本原理與實際應用相結合。例如,在功率放大電路部分可以增加介紹應用廣泛的LA4100~LA4102集成功放,從連接方式說明如何根據要求將芯片分別構成OCL和OTL功放。在電源部分增加介紹三端直流穩壓電源CW78、CW79系列,可調式三端穩壓電源CW317系列,以及擴展輸出電壓、電流的方法。通過對新器件和專用集成電路的介紹,提高了學生的學習興趣,并為將來從事本專業的工作打下了堅實的基礎。
2.3改革實驗課程體系、內容和方法注重提高實踐教學環節的教學質量,激發大學生主動參與實踐教學的積極性,盡可能多地安排設計性、綜合性和開放性的實驗,修訂實驗大綱,將單一驗證性實驗逐步轉向科學驗證、分析設計、系統綜合相結合。(1)改進基礎實驗教學,加強應用實驗環節。基礎實驗主要由模擬電子技術、數字電子技術、電路分析等專業基礎課的配套實驗組成,以基本電子器件的驗證實驗為主,實驗內容覆蓋理論教學課程中的重要知識點。整個實驗過程學生處于被動的驗證實驗原理的狀態,盡管有些收獲,但成效不顯著。因此,以電子設計競賽為契機,改革傳統的驗證性實驗教學模式,讓學生在掌握了驗證性實驗方法的基礎上,在應用實驗環節中增設應用性實驗、集成電路實驗,讓學生通過安裝調試,學會在實驗中調試元件參數,以滿足實驗要求。通過簡單的設計使學生熟悉常用元器件,并掌握快速查閱元器件手冊及通過網絡搜尋所需資料的方法,使他們能正確選擇所需器件,并能進行器件之間的參數匹配。并通過電子實習,安排學生裝配收音機,使他們熟練使用電烙鐵和萬用表等工具和儀器儀表,對電路的制作、安裝和調試有一定的了解和掌握。(2)增加設計性實驗。設計性實驗由老師擬定設計題目,提出設計要求,給出主要參考器件,由學生設計電路原理圖、焊接實際電路、測試電路數據、繪制電路波形、撰寫設計報告,這些設計性的實驗的完成,能促使學生實現由知識到技能,再由技能到素質的躍變,從而培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力,可以鍛煉學生的系統思維能力,建立一定的工程意識,培養創新意識,提高動手能力。(3)在實驗教學中引入一些新器件(如CPLD、FPGA等)和新技術(如EDA、電子電路軟件仿真、虛擬儀器技術等),從而豐富實驗內容和手段,提高實驗課的技術含量。EDA是電子器件與電子設計發展的技術潮流,由此掌握EDA技術是對當今電子工程師的最基本要求。學院建立了EDA實驗室,積極開展EDA的教學,提高了學生電子設計自動化的水平。(4)在實驗教學中使用計算機仿真系統,推動教學改革。隨著電子技術的迅速發展,教學中知識點在大量增加,教學時數要求壓縮,課時資源緊張是一大難題。計算機仿真系統彌補了傳統硬件實驗的不足,解決了上述矛盾。另外也解決了經費緊張、器件品種和數量少等現實問題,有些不能實現的復雜實驗,則可以用仿真軟件進行實驗仿真。
2.4改革考試方式采用理論閉卷考試、實驗開卷考試、實物設計考試等綜合考核方法。例如讓學生獨立完成一個規模不太大的電子系統,讓他們在課下先設計好,然后來實驗室安裝調試或用有關電子虛擬軟件進行仿真,根據所設計的系統能否達到題目要求、電路是否合理、花費時間長短來確定成績。
2.5加強學生的課外實踐活動(第二課堂)學院所有的實驗課都對學生課外開放。另外建立專門的電子創新設計實驗室,在開放實驗室里除了配備信號源、示波器、萬用表等常規實驗設備外,還應配備單片機開發器,DSP實驗板,計算機等實驗設備,為學生課外科技活動提供實驗場地和儀器設備,為部分優秀學生創造自主學習、獨立思考的環境,提供發揮創新思維、展現創造力的廣闊空間。
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(一)課程的培養目標
通過本門課程的學習,逐步培養學生具備以下四種類型的能力:1、專業核心能力:綜合利用電子技術的基礎知識進行理論設計的能力;具備一定的生產、生活中的電子電路的制作及維修能力。2、社會適應能力:自學創新能力;團隊合作能力;獨立解決問題的能力。3、行業通用能力:熟練應用Multisim仿真軟件。4、崗位專用能力:元器件識別檢測,儀器的使用及保養。知識目標的培養具體包括以下5個方面:1、認識各種電子元器件,掌握電子元器件的特性、參數選擇以及檢測方法。學會常用電子儀器的使用及器件手冊的查閱。2、通過搭建各種典型電子電路,了解元器件在電路中的作用,掌握典型電路的工作原理。3、通過焊接技術的學習,使學生掌握焊接技術機理,掌握合格焊點的質量標準。了解生產企業中電子產品的制造過程。4、熟練掌握Multisim仿真軟件的使用。5、能夠進行一個簡單電路或一個簡單電子產品的設計、焊接、制作與調試。
(二)教學項目的選取
充分利用校內外教學資源,以項目作為教學的載體,采納企業人員的建議,基于工作過程選取典型功能電路作為教學項目。教學項目實施進程表設計如下:企業常用到的一些大型的焊接設備,例如:波峰焊和貼片焊,在校內無法讓學生親身體驗,因此可采取帶領學生去校外的企業參觀學習的形式作為教學的補充。項目一至五為模擬電路,項目六和七為數字電路,模擬電路是數字電路的基礎。電路結構的選取由簡單到復雜,呈遞進關系。教學中以學生為主體,體現了“教學做”一體化的教學模式。
(三)教學項目的具體實施
1、教師給出具體項目后,學生根據電路圖選取并檢測所需的元器件。2、運用Multisim仿真軟件進行電路的仿真實驗,學習掌握電路的工作原路。3、利用面包板搭建實際電路,進行電路的參數調整并調試電路使其符合性能要求。4、將實際搭建電路與仿真電路對比,進行誤差分析。5、通過舉一反三,對所學電路進行拓展。6、運用Multisim仿真軟件仿真拓展電路培養學生的電路設計能力。
(四)課程教學方法及手段
本門課程教學方法的使用大體歸納為三點:1、基于企業實際開發電子產品的設計流程,采用仿真與實踐相結合的項目導向教學方法。根據實際教學需要,將案例教學法、問題教學法、擂臺競賽法等多種教學方法靈活應用。同時,注重人文與專業的結合,重視做人做事的教育,將職業道德、職業規范、職業技能的培養有機結合。2、教育技術的應用:借助現代教育手段,可以使學生了解行業最新的技術信息,開闊學生的眼界,并促進教學內容更新完善。3、體驗性學習的廣泛開展:通過校內實訓室的實際動手操作,校內外企業的參觀學習,使學生親身體驗,產生直觀的感受,通過體味領悟,使學生真正弄懂知識,從而收到良好的教學效果。所使用到的教學手段主要有:1、采用多媒體教學影片。2、準備電子教案,并且采用多媒體課件輔助教學。3、充分利用校園網和互聯網:學生可以根據自己掌握知識的程度有選擇的進行學習,通過校園網隨時進入仿真實驗室進行操作。通過大量互聯網的使用使學生了解最新的行業資訊。教師也會給學生提供一些電子行業相關的網站供學生參考。4、利用真實的實踐教學環境。例如:項目八電子產品的制造過程這一知識目標的學習,通過帶領學生進入校外企業參觀學習以及安排學生觀看多媒體教學影片的形式來實現。在參觀的過程中,由我們頂崗實習的學生給新生做詳細的介紹。一方面,學生直觀了解電子產品制造的全過程,另一方面,親身感受企業真實的工作環境,提前做好心理準備,明確發展的方向。
(五)課程的評價體系
《電子設計初步》課程采用項目實施過程的考核機制,企業參與、教師評定與學生互評相結合。總評成績由實踐表現和項目累積成績兩部分組成。其中,實踐表現部分結合企業用人標準給個人打分,包括出勤率、學習態度、查閱資料質量、電路所測參數、校內、外企業參觀實習表現等。實踐表現占個人總評成績的30%。項目累積成績部分給出的是團隊成績,學生互評推選出優秀作品參加小組間的評比,校內實訓室完成的項目由教師打分給出小組的項目實踐成績;校內企業完成的項目請企業人員參與評分,項目累積成績占個人總評成績的70%。
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3.促進實驗室建設。長期以來,電子實驗儀器基本上是老三樣(萬用表、信號源、示波器),學生在實驗中接觸不到先進的儀器設備,更談不上使用先進的實驗手段來完成實驗。這個問題在平時的實驗中表現并不明顯,但在大學生電子設計競賽中就顯得非常突出。誰使用了先進的儀器和設備,誰采用了先進的實驗手段,誰就會在其他條件相同的情況下贏得更多的時間,從而取得更好的成績。因此在實驗室建設中,擁有完善、先進的實驗儀器器材,成為了在競賽中取得好成績的有力保障。
4.更新教學內容,重構課程體系。電子設計競賽強調基礎,但同時又鼓勵采用新技術、新器件,以利于取得好成績,但這些新技術、新器件在教科書上不一定會涉及到,這就要求我們更新教學內容,除了加強學生基礎內容教學以外,必須引入新技術的教學,例如ASIC教學內容(如:CPLD,FPGA等)。同時讓學生了解、使用新器件,有利于學生在競賽中取得好成績。電子技術基礎是工程設計性很強的課程,在教學改革中必須用系統的觀念重構課程體系。
5.加大實踐課教學的改革力度。根據競賽要求,加強實踐課教學的改革,在實驗內容的開設上分為三個層次:第一,基礎性實驗;第二,設計性實驗;第三,綜合設計研究性實驗。基礎性實驗是基本電子器件的應用性實驗,使學生具備設計、調試和測量簡單電路的能力。設計性實驗的教學內容為單元電路的設計及小系統設計。使學生初步了解新產品的設計和制作過程,培養學生的綜合應用能力以及利用現代化分析、測試手段的能力。綜合設計研究性實驗,其教學內容包括信號的檢測、控制、傳輸與處理以及單片機等應用性較強的綜合設計研究性實驗。
二、目前存在的問題
競賽中學生暴露的問題充分暴露了傳統實踐教學模式的不足之處。
1.綜合知識能力欠缺。學生在比賽中,提出的設計方案水平低,對參考電路生搬硬套,不會采用先進的簡便電路。另外,綜合運用知識分析問題的能力不強。究其原因,主要是對基本知識、基本理論、基本技能掌握不牢固,平時閱讀的參考資料和課外書籍太少,基本技能訓練不夠。
2.查閱資料能力不強。參賽隊員選定題目后,不能盡快找到所需要的相關資料,多數學生是找教科書和教學參考書,這反映了我們實踐教學脫離了工程實際。
3.實驗調試技能不強。一些同學不會正確設計測試表格,不會分析實驗數據并解決問題。在焊接中,電路布局凌亂,電路調試與故障排除能力不強,反映了平時學習期間,實驗課內容驗證性多而設計性少,更談不上綜合性實踐,所以學生的設計能力和綜合能力未能得到有效提高。
4.設計報告質量不高。許多參賽學生設計報告格式存在許多不足,設計方案論述不夠嚴謹,電路設計缺少理論分析。說明我們的實驗教學忽略了實驗報告這一重要環節。
5.新器件、新技術應用能力較差。有一些競賽題若能采用新技術、新器件,不僅電路簡單,而且省工、省時,性能指標也優于一般電路。參賽學生這方面的知識和能力與全國大學生電子設計競賽的要求尚有一定的差距。原因是目前課程缺少這方面的內容。針對以上存在的這些問題,要從根本上解決,我們認為要對學生進行系統的電子技術設計訓練,必須建立一個完善的大學生電子設計競賽教學體系,學生通過該體系自主學習、老師輔導,最后參加電子設計競賽,從而較全面地掌握電子設計技術,并在某領域有所特長,成為競爭力強的電子技術專業人才。
三、建立電子設計競賽培訓體系
我們建立的培訓體系從宣傳報名、中間教學環節,一直到最后參賽。
1.加強宣傳,吸引優秀學生參與電子設計競賽。我校工程訓練中心承擔了全校的電子實習教學任務,我們在每學年第一學期開展電子設計競賽的培訓報名工作。通過PPT介紹和視頻展示,在學生中間宣傳和普及電子競賽的知識;并邀請我校曾在電子設計競賽中獲獎的學生,介紹自身參與電子設計競賽的成長經歷及對未來發展的益處。報名采用學生自主報名和教師推薦相結合,通過初審、面試等一系列環節,選拔優秀學生參加電子設計競賽培訓。
2.電子基礎訓練。學生報名、選拔工作完成后,于當年10月份左右開始為期一學期的基礎培訓。培訓時間為12周,培訓內容以8051單片機為主,輔以簡單模擬電路。選擇以單片機為主的培訓,是因為單片機入門較模擬電路容易,學生往往有成就感,不至于中途退出。8051單片機培訓包括I/O口、鍵盤、顯示、中斷、定時和AD轉換等編程,有教師講解、單片機教學視頻等,每位培訓同學配發一塊單片機開發板,從而創造良好的學習環境。簡單模擬電路包括運算放大、有源濾波、比較電路和NE555信號發生等常規電路的制作訓練。基礎電子技術培訓最后是制作一個綜合項目,結合前面學習的內容,制作一個簡單綜合項目“紅外測距儀”,作為對學生一學期來學習的考核。
3.綜合項目化訓練。完成了以上基礎訓練,在每學年第二學期(3月份)開始項目化訓練。完成3個綜合項目的制作,我們通過自定題目或選擇歷年國賽,內容、技術指標可適當降低。為了提高教學質量,每個項目都對學生考核,并有以下教學流程:布置任務、教師講解、過程指導、作品驗收、學生交流和教師點評等,這些過程保證了教學質量。對制作不認真、完成不好的學生警告乃至最后淘汰。
4.暑期集訓。暑期集訓是提高學生參賽水平的關鍵。主要做歷年國賽和省賽真題,每周完成1題,教學流程齊全:布置任務、教師講解、過程指導、作品驗收、學生交流和教師點評等,要求學生按題目的要求和技術指標嚴格、認真制作,鼓勵學生采用新技術、新器件,以降低電路復雜度、提高電路指標。在臨近比賽時,我們安排學生一次模擬比賽,按比賽要求4天時間完成,完成后統一驗收、評獎,由于我校承辦過浙江省大學生電子設計競賽,這個模擬比賽環節,學生能感受比賽的真實狀況,從中受益匪淺。
5.競賽指導和服務工作。競賽期間,每組學生都有1~2名指導教師負責指導和把關,包括幫助學生申題、方案分析、過程指導、指標檢查等,并在學校的大力支持下,安排相關人員,做好各種競賽服務工作,例如水電、網絡等,競賽期間的飲食安排得當,由學校食堂一日三餐和夜點心送到比賽地點,減少學生負擔。競賽期間元件采購和管理,賽前盡量采購齊全的元件,競賽期間安排專人和專車采購,做到學生上午提出采購需求,下午能拿到元件。競賽個別題目會用到一些機械組件,做到學生上午提出需求,下午或第2天上午能加工好所需的組件。
6.其他。為了保證競賽教學的順利進行,還需加強了實驗室建設工作,增添先進儀器,例如數字示波器、程控電源、DDS信號發生器等。建立了競賽元件庫,各種常用、專用元件齊全,分門別類安放在柜子和元件和中,做到種類齊全,能滿足競賽各種題型的需求。建立了機械加工室和電路板加工室學生在訓練和競賽期間,可完成簡單機械加工,例如鉆孔、切割等;可完成電路板的制作,例如轉印、腐蝕等。
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(3)實踐能力鍛煉的欠缺。目前,很大部分的高校學生惰性比較嚴重,缺乏主動和積極思考的習慣,參加的實踐活動只限于課程的實驗和開設的實踐環節。這只是一種相對比較被動的實踐,這對于創新能力的培養和鍛煉遠遠不夠。
2我院學生實踐和創新能力的培養體系
在我學院的電氣工程及其自動化本科專業教學計劃中,電子設計能力作為教學培養的核心能力和特色能力予以突出。
(1)課程培養體系。課程培養體系以單片機課程作為核心課程,電路原理、數電、模電、電力電子技術和傳感器技術作為基礎課程,智能儀器儀表、嵌入式系統作為提高課程形成了電子設計能力的理論培養體系。按照電子設計能力培養的要求,按基礎、應用、實用和綜合的方式整合相關知識的課程,每個學習情境也引用具體的產品項目,每個項目都要求從產品的技術要求出發,按照技術資料查閱、熟悉器件性能、確定硬件電路設計方案、編制器件清單、制作硬件電路、程序設計、軟硬件調試、器件及模塊電路性能測試、性能指標測試等步驟實施。教學內容的選取充分體現了學生綜合能力培養的要求,為學生可持續發展奠定良好的基礎。
(2)實踐教學體系。實踐教學體系按基礎層、應用提高層、綜合設計開發層和科技創新層逐次提高的方式來設計實踐訓練環節,從最基本的電路板設計到最小系統設計,再到控制系統的設計,從簡到難分布在第四到第六學期構成實踐培養體系。該體系注重“厚實基礎,自主學習,提高能力,不斷創新”。根據實踐環節的特點,在每一個層的訓練過程中,以制作真實產品為任務;在訓練方法上采取普適性通用工作過程六步法,即從咨訊、決策、計劃,到實施、檢查、評估的步驟,積極引導學生自主學習,并將所學知識和技能應用于實踐,形成“企業式”的訓練情境。我院“電子產品設計及制造工程訓練中心”,如圖2所示,是一個面向電氣、通信、計算機、機電類專業,以學生電子設計專項技能、嵌入式系統應用開發能力、電子產品設計制造工程能力的培養為目標的校內工程訓練中心。其功能定位密切針對我省電子信息裝備制造業所急需的人才培養,具有鮮明的應用性、工程性特征。中心的實踐教學體系由課程實驗、專項技能實訓、工程綜合訓練等三大模塊構成,教學、科研和服務功能有機融合,以構建系統的電子基礎工藝、嵌入式系統應用為主要方向的電子產品設計、制造及檢測的產學研基地為核心建設目標。該工程訓練中心建成后,將對我校電氣、通信、計算機、機電類專業完善實踐教學體系,提高實踐教學效果,強化學生電子設計專項核心能力,培育具有地方特征的專業特色發揮重要作用,有利于進一步推動相關專業內涵建設工作的深化。
(3)第二課堂的學習。我院目前主要有電子愛好者協會和計算機愛好者協會的第二課堂的建設。通過協會,從大一新生開始就吸收成員,從最初的興趣培養,到后面的能力培養。相對應的學院開設有對應開放實驗室和提供相關儀器儀表供學生課余時間使用,過程中有指導教師參與解答學生的問題和困難。目前,我院建設有四級科研訓練體系,如圖3所示,學生通過學習可以參加各類競賽和主持或參與申報各類的科研訓練項目。目前也取得了較好的成績和效果。
(4)實踐考核體系。我院加大考核方式方法與考核主體的改革力度,變傳統考核方式為多元化考核評價方式,重視職業技能的考核,注重職業能力的培養。采用筆試、口試、操作、論文、制作作品等多樣考核方式,采用校內老師、現場專家、學生考核評價相結合,或是學校、企業與社會考核評價相結合等多種評價方式,各種評價主體有明確合理的比例分配。第一課堂考核與第二課堂比賽相結合,校內老師評價與企業、社會評價相結合,學生之間自評、互評相結合的考核評價模式,既培養了學生使用現代信息技術的能力,也鍛煉了學生的表達能力和團隊合作精神。
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電子設計實踐能力提高班的教學計劃分為三個階段,課內總學時數108課時,全年安排36周,每學期18周,周學時數為3課時,教務處教學計劃單列組班。第一階段:電工電子認知階段,完成12學時教學計劃內容(見表1)。第二階段:集中實驗能力訓練階段,完成42學時教學計劃內容。集中實驗能力訓練以AVR單片機為載體,通過編程實現單片機的各種功能。AVR單片機是目前最新的單片機系列之一,擁有豐富的片內硬件資源,功能強大,可靠性高,功耗低,在業界得到迅猛發展和廣泛應用。集中訓練環節以ATMEGA128A芯片構成實驗系統,完成21個實驗項目的訓練(見表2)。第三階段:分組分項目綜合訓練階段,完成54學時教學計劃內容。學生分組,每組2~3人,自由組合,自由選擇項目類別,采用命題作文的形式完成一個典型電子產品的設計、組裝、實驗和調試(見表3)。
3組織方式
學校教務處每年下達單列教學計劃,電子設計實踐能力提高班招生名額為30人,招生工作在大一下學期進行,全校理工類專業一年級本科生各科成績合格者均可報名參加考試。電工電子實驗中心負責組織初試和復試,初試主要考查學生的基本實驗技能,初試通過后,在網上公示名單;對初試合格學生進行復試,復試采用面試形式,主要考查學生的非智力因素及合作溝通能力,確定最終錄取名單并在網上公示。電子設計實踐能力提高班的教學安排在大二上、下兩個學期,上學期完成基礎能力訓練,下學期完成綜合能力培養,總學時數為432課時,其中課內108課時,課外324課時,由電工電子實驗教學團隊分階段分梯度完成。
4運行管理機制
電子設計實踐能力提高班的學生來自學校不同學院、不同專業,為方便教學,同時不影響學生的正常學習,提高班教學時間一般安排在18:00~21:00。要求教師具有良好的敬業態度和較強的奉獻精神;要求學生既有濃厚的電工電子實驗興趣,又有強烈的責任心和擔當力;為了不影響常規教學,提高班的實驗教學設備、實驗元器件、材料需單獨購置和準備,不宜與常規教學設備共用;要求教師深入開展實驗教學改革,采用自主研究式、探索式實驗模式,培養學生玩中學、做中學的能力;引入退出機制,允許不適應這種教學模式的學生退出,學生退出后不能獲得相應的學分;引入新的評價機制,學生的成績由綜合實驗報告和電子作品綜合評定,所得學分與其他選修課學分價值相同。
5實踐效果
2013年5月,經過報名、初試和復試,我們在全校范圍內選拔了40名學生進入電子設計實踐能力提高班。在培養過程中,有4名學生不適應提高班的教學模式和教學方法,申請退出,其余36名學生經過近一年的培養和訓練,從不適應到適應,從被動學習到主動學習,從孤立學習到相互啟發式學習,學生發生了明顯的變化:(1)主動學習意識明顯增強,綜合實踐能力得到提高。(2)團隊合作意識明顯增強,文獻檢索和應用能力得到訓練。(3)學生自主參與、自主選擇、自主設計、自主實踐能力得到充分施展。(4)現代電子產品設計、組裝、調試、綜合實驗能力增強,作品不斷增加。(5)學生參加電子科技創新活動的熱情高漲,對自己的學習提出了更高的目標。
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培訓的實施采用面向職業崗位,以工作任務為引領,教學做一體的項目教學法進行培訓授課。如表2,即為實用丙級的實施方案示例。
3培訓的鑒定認證
培訓的鑒定認證,是參照臺灣嵌入式系統發展協會的職業能力認證考核標準,制定出包括PLD電子設計專業知識和職業技能兼具的鑒定認證系統,從專業知識和工程實踐技能兩大模塊分別進行考核鑒定。在實用丙級中,專業知識模塊由100道選擇題組成,由在線測試系統(OSTS)從題庫中以隨機方式產生,以考核學員對專業知識的掌握。而實踐技能的考評,主要包括組合邏輯電路的設計與操作、時序邏輯電路的設計與制作、綜合邏輯電路的設計與應用以及數位邏輯功能的模擬與紀錄等四個項目,規劃為二個階段來進行:第一階段主要考量學員對于傳統數位邏輯電路的設計及制作能力,其中包含邏輯化簡、電路設計、電路板規劃、組件辨識及焊接等能力;第二階段則考量有關CPLD的設計與應用能力,包含功能分析、工具使用、電路設計、程序撰寫以及功能模擬紀錄等能力。
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電工電子設計面向全校所有工科學生,每年實訓人數達到2千左右。非電類學生基礎性項目比重較大,綜合性項目比重較小,而電類則相反。現在要求學生在一定的實訓期間內比以前完成更多的實訓項目,充分利用實訓時間,提高實訓效率、效果。實訓教師在整個實訓中,分工明確,嚴格要求學生,加強管理,有效而順利地完成教學任務。實訓教師在學生實訓過程中,要重視實訓指導。不能怕學生出錯,學生出錯教師指出后要求學生更改,學生就會體會更深刻一些,加深記憶、理解,實訓效果會更好。教師在授課時不能忽視操作示范。光是口頭講解操作過程,學生不能直觀了解,只有親自示范、強調操作要點,學生才能感性理解操作中需要注意的方面。教師在講課時,要注意調動學生學習的積極性、主動性,可以在課堂上提出一些問題,激發學生的思考。在講電路原理時,可以先問問學生根據已經學過的理論知識,可以怎樣實現這樣的功能,將理論知識與實際聯系起來,提升創新思維。老師再就該問題做一講評,講解學生提出的方法的可行性、實用性等,實踐中用與不用學生提出方法的原因。注重提問、分析、啟發、討論等教學方法的應用,調動學生學習的積極性,提高課堂教學效率。
三、增加先進的儀器儀表的使用
2011年7月工程訓練中心引進了一批新的儀器儀表。像信號源、數字示波器、毫伏表、掃頻儀、電橋等。新研制并增加一些能夠用到先進儀器儀表的一些實訓項目,充分利用先進的儀器儀表,與社會上現階段的新技術、新設備進行接軌。
四、相應地修訂教學大綱、計劃、教材,適當調整考核標準
根據新的實訓內容修訂教學大綱、計劃、教材,適當調整考核標準,以做到更精準、更客觀、全面地評價學生的實訓。教學大綱對實訓標準進行細化,使實訓教學有更好的操作性。大綱的宗旨是以學生培養為中心,充分調動學生對實訓知識的探索和主動發現問題的積極性。實訓內容注重學生創新能力的培養,注重反映新知識和新方法,體現可操作性。實訓教材是實訓內容的體現。選擇符合技術要求,充分利用教學條件,適合學生學習的實訓內容,對激發學生的實訓熱情十分重要。實訓內容注重基礎、技能、創新,注重反映新知識、新技術、新工藝、新方法。實訓教材突出實用性。根據實訓知識和所用實訓項目以及所用到的儀器儀表編寫的,強調實踐性,充分考慮內容的實用價值。該書內容以學生動手能力、工程實踐能力為培養主線,重點放在安裝操作技能和電子工藝焊接操作技能的培訓上,采用從淺入深的方法,從基礎實踐技能到綜合實踐技能的訓練,培養學生分析和解決實際問題的能力和嚴謹務實的工作習慣。考核標準綜合評定學生實訓成績,只要有一個實訓項目不合格,實訓成績便為不及格,這樣可以促使學生認真對待實訓。根據學生參加實訓的態度、操作技能、實訓報告、作品質量、對實訓項目的理解、出勤,綜合給出實訓成績。做到公平、合理、客觀、精準、全面。教師把考核標準細化、量化,每部分成績所占比例,形成規范,列成條目、做成展板,張貼在實訓室內,讓學生充分知曉。
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《電子設計自動化》是一門實踐性很強的課程,但傳統教學僅僅局限于課堂,學生只能學到理論知識,使得教學效果大打折扣。將案例教學法引入《電子設計自動化》課程的教學中,利用案例來解決難懂的理論知識,不僅能夠讓學生深刻地了解案例,而且能加深學生對理論知識的理解。如在學習電子設計自動化中的555定時器電路課程時,因為555定時器的電路結構包括了觸發器、晶體管、分壓器與電壓比較器等,如果教師只通過理論教學來解釋555定時器,學生無法分清單穩態、脈沖寬度等相關的概念,也不能理解定時時間的算法。于是,筆者把555定時器的概念滲透到案例中,將555定時器設計成一個閃光燈的電路,其電路需要接程典型的無穩態多諧振蕩器的形式,通過EWB仿真軟件,在OUT端口高電平的時候,燈1滅,燈2亮;相反,在OUT端口低電平的時候,燈1亮,燈2滅。這個案例能有效解決這個教學難點。在課堂上,學生還可以結合電路圖動手實踐,親自完成通過調節滑動變阻器來改變閃光燈頻率時間的實驗。這樣不僅可以讓學生直觀地了解多諧振蕩器的原理,而且能使學生從本質上理解脈沖寬帶的含義,并掌握555定時器定時的計算方式。
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1.3自主創新實驗室及題庫建設依托與國際知名公司聯合的實驗室成立了3個大學生自主創新實驗室,成立了13個俱樂部,5~8組/個俱樂部,3人/組。針對歷屆電子設計競賽題目以及我校培訓題目、內容等,與時俱進,緊跟各類題目技術發展方向,建設各類題目題庫及設計方案指南,并將題目題庫及設計方案指南在學生科技創新活動中應用,培養學生創新能力,擴大受益面,做到電子設計競賽活動不斷線。學生在競賽基地及自主創新實驗室活動的部分場面如圖1所示。
1.4參賽學生選拔機制改革歷屆參賽學生選拔是通過理論考試與面試相結合的方式,這種方法帶來的弊端很多,主要表現在選人不準、意志力看不清、半途逃避等,給競賽培訓帶來了困難,浪費了其他同學鍛煉的機會。在總結歷屆電子設計競賽組織過程中出現的這些關鍵問題的基礎上,對組織、選拔、組隊培訓、參賽等過程與管理體制進行了完善,要求各實驗室結合課改、課外興趣小組等形式對有興趣的學生進行課外科技創新訓練,記2學分,形成長效機制,對創新能力強、能吃苦耐勞且意志力堅強的學生推薦到校競賽實訓基地進行強化訓練,取得了明顯的效果,其具體選撥參賽學生機制如圖2所示。
1.5培訓指導思想與方法教練隊伍、競賽基地、題目題庫等健全后,重點應落在學生課外的培訓中,其培訓指導思想為積極認真參與,豐富學生科技活動,推動教學改革與課程建設。建立科學有效的培訓體系,培養學生提高專業理論水平、工程素質及創新能力,鍛煉學生意志品德,樹立協作精神。方法路線為:(1)培訓內容有針對性、繼承性和前瞻性。(2)培訓分階段進行,兼顧知識梯度與受眾面。(3)注重基礎知識與基本技能的培養。(4)強化綜合技能培養,激發創新能力。(5)注意培養協作精神與競爭意識。
2實踐教學內容與競賽知識點融合,建設實踐教學體系
針對學科競賽特點及知識點,在學校實踐教學體系總框架下,對實踐教學內容進行了改革,研究、探索實踐教學內容與電子設計競賽有機結合的新的實踐教學體系。其中面向本科生開設了電源設計、功率電子設計、自主創新實驗等選修課程,在電路實驗中增加了電阻、電容、電感元件的簡單測量,模擬電子線路實驗中增加了程控增益放大器的設計,射頻電子線路實驗中增加諧振放大器的設計,數字電路實驗中增加FPGA設計,微機原理實驗要與單片機有機結合,增加DDS信號產生設計、輸入輸出控制設計等內容。實踐教學內容與電子設計競賽有機結合實踐教學體系初探如圖3所示。
3結合改革內容具體培訓及發現的問題
經有關實驗課程內容改革實施,加之各實驗室教師選拔,推薦到競賽實訓基地進行培訓的學生,經一個月單人單組基本知識點強化培訓與實踐,結合每個學生硬件、軟件設計能力特長,3人一組組隊,每隊再根據3人綜合特長,選擇1-2個競賽題目方向,進行系統訓練,訓練題目難度、技術要求、設計步驟與方法等嚴格按照國家競賽要求進行。訓練作品之一如圖4所示;組隊培訓的具體內容與培訓中發現的問題如表2所示。
4成效
4.1實驗課受益面學生從認知到研究、從單元到系統,對實驗內容和模式給予高度評價,認為在電工電子實驗中心真能學到很多知識,知識和能力得到全面提升。全校80%以上專業和90%的近萬名/年學生四年中均受益。實現了“大面積成才,強化優秀生培養,促進拔尖生脫穎而出”分類培養目標。
4.2競賽實訓基地受益面在實訓基地,學生自由組成科技興趣俱樂部更加活躍了創新氛圍,常年在俱樂部參加課外自主創新實踐活動達500余人,出現了課外實驗室的場地難求局面,寒暑假“俱樂部”也是燈火通明。涌現了一批優秀的本科生及其科技作品,低年級學生被高年級的創新作品深深吸引,90%學生參加各類競賽和科技活動,把競賽實訓基地、俱樂部及自主創新實驗室作為第二課堂。
4.3參賽成績我校選拔了25支隊伍參加了2013年的全國大學生電子設計競賽,其中獲全國一等獎7個,二等獎3個,獲陜西省一等獎14個,二等獎7個,三等獎3個。全國一等獎成績名列第四,其中一人獲瑞薩特別獎。2013年競賽成績與2011年相比有了明顯的提高,如表3所示。
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2.項目選取和布置的注意點。
項目的選取范圍應覆蓋課程的重點內容,可以通過一個大項目覆蓋所有重點內容,也可通過幾個小項目涉及幾個重點內容。項目的難易度適中,應使學生覺得項目有點難度但自己通過努力可以完成,這樣的項目是比較好的。項目的選題還需要與實際應用相關,有了應用背景,學生做項目的興趣度也會提升。項目布置時,應明確設計要求、設計任務和設計的關鍵點,這樣學生才會有的放矢,從而順利地完成項目。
3.項目分組的注意點。
小組規模是影響學生參與的一個重要變量,如果小組規模較大,部分學生的分工會出現重復或是任務不足,如果小組規模較小,組內成員的任務過于繁重,有時導致項目不能順利完成。教師應設定小組規模的范圍(一般2~5人一組為宜),讓學生們自由組合。
4.鼓勵實驗測試和實物加工。
機械專業對學生的動手能力要求較高,實驗測試和實物加工是鍛煉學生動手能力的一個重要途徑。常常出現紙上設計的機構,看起來合適,實際做起來是不合適的,因此在學生實施項目過程中,教師應鼓勵學生完成實驗測試和實物加工,從而檢驗機構設計的合理性。
5.項目的考核。
項目的考核是檢驗學生完成項目的一個重要總結,項目的考核應包含設計文檔、口頭報告、實物或實驗展示這三部分。設計文檔鍛煉了學生總結設計過程的文字撰寫能力;口頭報告鍛煉了學生口頭匯報的能力,口頭報告還應包含教師和學生提問環節,檢驗學生的完成情況,鍛煉學生思考的能力;實物或實驗展示直觀地反映學生項目完成的效果,同時增強學生的動手能力。
二、項目驅動教學法在“電子精密機械設計”中的應用實例
下面以“陶瓷放電管全自動打印機”為例介紹如何開展項目驅動教學法。
1.知識點的講解。
由于陶瓷放電管全自動打印機涉及上料機構、打印機構、供墨機構、傳動機構(凸輪機構)、下料機構的設計,因此布置項目之前,教師應大概講解凸輪機構、上料機構、下料機構、控制系統等相關章節,為學生的項目實施掃清未了解知識的障礙。
2.項目選取和布置的注意點。
“陶瓷放電管全自動打印機”項目與實際緊密聯系,難度適中,學生在了解了相關知識點后不會出現看到題目而不知所措的現象。接下來,教師應明確項目的要求。該項目要求學生完成打印機的整機設計,包括上料機構、打印機構、供墨機構、傳動機構(凸輪機構)、下料機構等的設計,使該設備滿足打印質量要求,其中自動上料機構保證放電管的供料率;打印機構實現陶瓷放電管的打印,要求保證打印質量;凸輪傳動機構驅動打印機構,使其完成打印任務;供墨裝置是為印章提供油墨的機構,要保證油墨厚度均勻。教師還應指出項目實施的關鍵點,例如陶瓷放電管對自動上料的特殊要求:一方面該類放電管的形狀和尺寸使放電管在振動排料時出現多種姿態,給自動上料帶來一定難度,因此自動上料機構的設計必須保證放電管的供料率。另一方面,放電管在振動料斗中的振動,會造成放電管之間的碰撞和摩擦,進而影響放電管的外觀甚至質量,進而影響打印質量,因此要優化振動料斗的機構以減少放電管間的碰撞和摩擦。“陶瓷放電管全自動打印機”是一個較為復雜的系統,因此需要向學生說明設計的要求和設計的關鍵點,同時鼓勵學生組隊合作完成,培養他們的團隊精神。
3.實物的加工和實驗測試。
要求依據設計圖紙,加工陶瓷放電管全自動打印機。加工之前可通過多次文檔報告或口頭報告,不斷改進設計,從而使得加工出來的實物是可行的,實物的完成會讓學生有成就感,讓他們對學習《電子精密機械設計》增添興趣。
4.項目的考核。
項目的考核綜合設計文檔、口頭報告、實物或實驗展示這三部分,分別占40%、30%和30%。設計文檔應注意規范性,圖紙是否規范、合理;文字描述是否正確、翔實;圖標是否清晰等等。口頭報告應注意學生表述是否明朗、思路是否清晰,若發現學生的思路有誤,應及時糾正,防止后續工作的中斷。實物或實驗的展示是成果最直接的體現,教師應對完成的實物或實驗測試提問,掌握學生從項目實施過程中遇到的關鍵問題,以及他們解決的思路。