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篇1
綜觀人類社會發展的文明史,一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發現和新技術的產生而引發的,科學技術作為革命的力量,推動著人類社會向前發展。從50多年前晶體管的發明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態和運動特征的一種普遍形式,與材料和能源一起是人類社會的重要資源,但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用,更好地滿足了人們對信息的需求;而網絡化則使人們更為方便地交換信息,使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同,它具有極強的滲透性和基礎性,它可以滲透和改造各種產業和行業,改變著人類的生產和生活方式,改變著經濟形態和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術。可以毫不夸張地說,沒有微電子技術的進步,就不可能有今天信息技術的蓬勃發展,微電子已經成為整個信息社會發展的基石。
50多年來微電子技術的發展歷史,實際上就是不斷創新的過程,這里指的創新包括原始創新、技術創新和應用創新等。晶體管的發明并不是一個孤立的精心設計的實驗,而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發明點接觸型晶體管、1948年發明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發存儲器等微電子領域的重大發明也都是一系列創新成果的體現。同時,每一項重大發明又都開拓出一個新的領域,帶來了新的巨大市場,對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創新,才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續發展幾十年。自1968年開始,與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文,所以有人認為,1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代(siliconage)〖1〗。因此可以說社會發展的本質是創新,沒有創新,社會就只能被囚禁在“超穩態”陷阱之中。雖然創新作為經濟發展的改革動力往往會給社會帶來“創造性的破壞”,但經過這種破壞后,又將開始一個新的處于更高層次的創新循環,社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發展。
在微電子技術發展的前50年,創新起到了決定性的作用,而今后微電子技術的發展仍將依賴于一系列創新性成果的出現。我們認為:目前微電子技術已經發展到了一個很關鍵的時期,21世紀上半葉,也就是今后50年微電子技術的發展趨勢和主要的創新領域主要有以下四個方面:以硅基CMOS電路為主流工藝;系統芯片(SystemOnAChip,SOC)為發展重點;量子電子器件和以分子(原子)自組裝技術為基礎的納米電子學;與其他學科的結合誕生新的技術增長點,如MEMS,DNAChip等。
221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術發展的目標是不斷提高集成系統的性能及性能價格比,因此便要求提高芯片的集成度,這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例,溝道長度縮小可以提高集成電路的速度;同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸,提高集成度,從而在芯片上集成更多數目的晶體管,將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統集成在一個芯片上;此外,隨著集成度的提高,系統的速度和可靠性也大大提高,價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲,這樣在器件尺寸縮小后,即使器件本身的性能沒有提高,整個集成系統的性能也可以得到很大的提高。
自1958年集成電路發明以來,為了提高電子系統的性能,降低成本,微電子器件的特征尺寸不斷縮小,加工精度不斷提高,同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發展基本上遵循了Intel公司創始人之一的GordonE.Moore1965年預言的摩爾定律,即每隔三年集成度增加4倍,特征尺寸縮小倍。在這期間,雖然有很多人預測這種發展趨勢將減緩,但是微電子產業三十多年來發展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測,微電子技術的這種發展趨勢還將在21世紀繼續一段時期,這是其它任何產業都無法與之比擬的。
現在,0.18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業的主流技術,0.035微米乃至0.020微米的器件已在實驗室中制備成功,研究工作已進入亞0.1微米技術階段,相應的柵氧化層厚度只有2.0~1.0nm。預計到2010年,特征尺寸為0.05~0.07微米的64GDRAM產品將投入批量生產。
21世紀,起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展;但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發展規律,一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間,硅集成電路技術自1947年發明晶體管1958年發明集成電路,到60年代末發展成為大產業也經歷了20多年的時間。另外,全世界數以萬億美元計的設備和技術投入,已使硅基工藝形成非常強大的產業能力;同時,長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步,成為自然界100多種元素之最,這是非常寶貴的知識積累。產業能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用,人們不會輕易放棄。
目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0.030~0.015微米的“極限”之后,將是硅技術時代的結束,這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外,還有設計技術、系統結構等方面需要進一步的大力發展,這些技術的發展必將使微電子產業繼續高速增長。即使是加工工藝技術,很多著名的微電子學家也預測,微電子產業將于2030年左右步入像汽車工業、航空工業這樣的比較成熟的朝陽工業領域。即使微電子產業步入汽車、航空等成熟工業領域,它仍將保持快速發展趨勢,就像汽車、航空工業已經發展了50多年仍極具發展潛力一樣。
隨著器件的特征尺寸越來越小,不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題,究其原因,主要是:對其中的物理規律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發展初期所形成的經典或半經典理論基礎上,這些理論適合于描述微米量級的微電子器件,但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統芯片中的新器件則難以適用;在材料體系上,SiO2柵介質材料、多晶硅/硅化物柵電極等傳統材料由于受到材料特性的制約,已無法滿足亞50納米器件及電路的需求;同時傳統器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求,必須發展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創新和重點發展的領域包括:基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件,新型器件結構,高k柵介質材料和新型柵結構,電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕,SOI、GeSi/Si等與硅基工藝兼容的新型電路,低K介質和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。
3量子電子器件(QED)和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域
在上節我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術,可稱之為“scalingdown”,與此同時我們必須注意“bottomup”。“bottomup”最重要的領域有二個方面:
(1)量子電子器件(QED—QuantumElectronDevice)這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動,由于系統能量的改變和庫侖作用,一個電子進入到一個勢阱,則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優點是集成度高;由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低;由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間,所以速度很快;且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難,特別是制造大量的一致性器件很困難;對環境高度敏感,可靠性難以保證;在室溫工作時要求電容極小(αF),要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。
因此,目前可以認為它們的理論是清楚的,工藝有待于探索和突破。
(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列(QCA—Quantum-dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。
量子點陣列由量子點組成,至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態形成“0”和“1”狀態。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現互連。其基本優勢是開關速度快,功耗低,集成密度高。但難以制造,且對值置變化和大小改變都極為靈敏,0.05nm的變化可以造成單元工作失效。
以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強,可支持高密度電流,而熱導性能類似于金剛石,能在高集成度時大大減小熱耗散,性質類金屬和半導體,特別是它有三種可能的雜交態,而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管(CNT)成為當前科研熱點,從1991年發現以來,現在已有大量成果涌現,北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0.33納米的CNT并提出“T形結”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件,更難以集成。
目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。
QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做,有待突破,離開實際應用還需較長時日!但這終究是一個誘人探索的領域,我們期待它們將創出一個新的天地。
4系統芯片(SystemOnAChip)是21世紀微電子技術發展的重點
在集成電路(IC)發展初期,電路設計都從器件的物理版圖設計入手,后來出現了集成電路單元庫(Cell-Lib),使得集成電路設計從器件級進入邏輯級,這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計,極大地推動了IC產業的發展。但集成電路僅僅是一種半成品,它只有裝入整機系統才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板(PCB)等技術實現整機系統的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制,整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展,系統對電路的要求越來越高,傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時,由于IC設計與工藝技術水平提高,集成電路規模越來越大,復雜程度越來越高,已經可以將整個系統集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108-109個晶體管,而且隨著微電子制造技術的發展,21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發展到3T時代(即存儲容量由G位發展到T位、集成電路器件的速度由GHz發展到燈THz、數據傳輸速率由Gbps發展到Tbps,注:1G=109、1T=1012、bps:每秒傳輸數據位數)。
正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下,出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的系統芯片(SystemOnAChip,簡稱SOC)概念。
系統芯片(SOC)與集成電路(IC)的設計思想是不同的,它是微電子設計領域的一場革命,它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似,它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發展起來的集成電路技術。
SOC是從整個系統的角度出發,把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來,在單個(或少數幾個)芯片上完成整個系統的功能,它的設計必須是從系統行為級開始的自頂向下(Top-Down)的。很多研究表明,與IC組成的系統相比,由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統的各種情況,可以在同樣的工藝技術條件下實現更高性能的系統指標。例如若采用SOC方法和0.35μm工藝設計系統芯片,在相同的系統復雜度和處理速率下,能夠相當于采用0.18~0.25μm工藝制作的IC所實現的同樣系統的性能;還有,與采用常規IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l~2個數量級。
對于系統芯片(SOC)的發展,主要有三個關鍵的支持技術。
(1)軟、硬件的協同設計技術。面向不同系統的軟件和硬件的功能劃分理論(FunctionalPartitionTheory),這里不同的系統涉及諸多計算機系統、通訊系統、數據壓縮解壓縮和加密解密系統等等。
(2)IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核,主要是功能描述;固核,主要為結構設計;和硬核,基于工藝的物理設計、與工藝相關,并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎,在速度與功耗上經過優化并有最大工藝容差的模塊最有價值。現在,美國硅谷在80年代出現無生產線(Fabless)公司的基礎上,90年代后期又出現了一些無芯片(Chipless)的公司,專門銷售IP模塊。
(3)模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯邏輯技術(gluelogictechnologies)和IP模塊綜合分析及其實現技術等。
微電子技術從IC向SOC轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發展的里程碑。通過以上三個支持技術的創新,它必將導致又一次以系統芯片為主的信息技術上的革命。目前,SOC技術已經嶄露頭角,21世紀將是SOC技術真正快速發展的時期。
在新一代系統芯片領域,需要重點突破的創新點主要包括實現系統功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革,例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統芯片中,由于射頻、存儲器件的加入,其中的電路結構已經不是傳統意義上的CMOS結構,因此需要發展更靈巧的新型電路結構。另外,為了實現膠聯邏輯(GlueLogic)新的邏輯陣列技術有望得到快速的發展,在這一方面也需要做系統深入的研究。
5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點
微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點,這方面的典型例子便是MEMS(微機電系統)技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的,后者則是與生物工程技術結合的產物。
微電子機械系統不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合,實現了微電子與機械融為一體的系統。MEMS將電子系統和外部世界聯系起來,它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號,把這些信號轉換成電子系統可以認識的電信號,而且還可以通過電子系統控制這些信號,發出指令并完成該指令。從廣義上講,MEMS是指集微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源于一體的微型機電系統。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域,它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域,如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等〖3〗。
MEMS的發展開辟了一個全新的技術領域和產業。它們不僅可以降低機電系統的成本,而且還可以完成許多大尺寸機電系統所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優異及功能強大等傳統傳感器無法比擬的優點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(ABS)、穩定控制和玩具;微流量系統和微分析儀可用于微推進、傷員救護;信息MEMS系統將在射頻系統、全光通訊系統和高密度存儲器和顯示等方面發揮重大作用;同時MEMS系統還可以用于醫療、光譜分析、信息采集等等。現在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子,可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。
MEMS技術及其產品的增長速度非常之高,目前正處在技術發展時期,再過若干年將會迎來MEMS產業化高速發展的時期。2000年,全世界MEMS的市場達到120到140億美元,而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。
目前,MEMS系統與集成電路發展的初期情況極為相似。集成電路發展初期,其電路在今天看來是很簡單的,應用也非常有限,以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資,促進了集成電路飛速發展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新換代的速度,對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發展。集成電路和計算機在發展中相互推動,形成了今天的雙贏局面,帶來了一場信息革命。現階段的微機電系統專用性很強,單個系統的應用范圍非常有限,還沒有出現類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統的進步,最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業,從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。
當前MEMS系統能否取得更更大突破,取決于兩方面的因素:第一是在微系統理論與基礎技術方面取得突破性進展,使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統;第二是找準應用突破口,揚長避短,以特別適合微系統應用的重大領域為目標進行研究,取得突破,從而帶動微系統產業的發展。在MEMS發展中需要繼續解決的問題主要有:MEMS建模與設計方法學研究;三維微結構構造原理、方法、仿真及制造;微小尺度力學和熱學研究;MEMS的表征與計量方法學;納結構與集成技術等。
微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎,利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能,設計構建具有預期性狀的新物種或新品系,并與工程技術相結合進行加工生產,它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點,正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。
采用微電子加工技術,可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發現遺傳基因的變化等情況,這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。
DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽,然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段,該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA(脫氧核糖核酸)是生物學中最重要的一種物質,它包含有大量的生物遺傳信息,DNA芯片的作用非常巨大,其應用領域也非常廣泛:它不僅可以用于基因學研究、生物醫學等,而且隨著DNA芯片的發展還將形成微電子生物信息系統,這樣該技術將廣泛應用到農業、工業、醫學和環境保護等人類生活的各個方面,那時,生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。
目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術,在固體芯片表面構建的微分析單元和系統,以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。
6結語
在微電子學發展歷程的前50年中,創新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現、新一代SOC的發展、MEMS和DNA芯片的崛起,又提出了一系列新的課題,客觀需求正在“召喚”創新成果的誕生。
回顧20世紀后50年,展望21世紀前50年,即百年的微電子科學技術發展歷程,使我們深切地感受到,世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇,也是一個嚴峻的挑戰,如果我們能夠抓住這個機遇,立足創新,去勇敢地迎接這個挑戰,則有可能使我國微電子技術實現騰飛,在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權,促進我國微電子產業的發展,為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎,以重鑄中華民族的輝煌!
參考文獻
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[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.
[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽元。跨世紀的新技術-微電子機械系統。電子科技導報,1999,4:2
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首先,計算機內存容量滿足大,可以滿足由于招生規模擴大而導致的學籍檔案數量迅速增加的需要。一臺配備電子檔案管理軟件的計算機就可以存儲歷年歷屆學生的學籍檔案,這樣就能夠安全高效地完成各級學生學籍檔案的日常管理。同時電子檔案管理通常情況下實行專人管理,檔案的保密性強,工作效率高。其次,由于電子檔案管理軟件具有搜索和查詢功能,管理人員可以隨時輸入查詢條件僅需幾分鐘甚至更短的時間就可以調取任何一個考生的信息。如果是傳統的紙質方式進行查詢往往需要數小時甚至更長時間才能找到,為管理人員節約了大量的時間和精力,既減少了檔案管理的成本,也大大提高了工作的效率。再次,利用計算機中某些軟件,可以對相關學籍信息進行分析處理,對每個學生的信息進行綜合處理,為學生加深對自身的了解、高校提高管理水平、用人單位找到更合適的員工和制定合理的用人計劃提供方便。
三、目前成人教育學籍電子檔案管理工作中存在的問題
1、子檔案管理重視程度不夠。
一部分成教管理工作人員對學籍管理工作認識模糊,思想上只把成教當成普教的附屬品;還有少數分管成教工作的校領導和工作人員僅將它看成創收的渠道。這種思想導致許多軟件和硬件的配備都不能滿足電子檔案的管理需要,硬件設施不夠完善,不能按崗配備專門人才及檔案管理混亂等。
2、子檔案管理仍然存在手段落后和模式陳舊現象。
雖然目前很多成人教育都采用了電子檔案管理方法,但實踐中還有許多高校的成人教育學籍電子檔案管理仍然采用的是傳統手工操作,沒有采用電子檔案管理,沒有配備專門的電子檔案管理軟件。有一些學校的學籍管理的常規性工作雖然也一部分使用了計算機,但也僅僅是采用單機操作,計算機的價值只是打印的工具而已。這些手段明顯落后于形勢,跟不上時展的需要,從而必然阻礙了工作效率的提高和成人教育事業的發展。
3、電子檔案管理存在忽視學籍檔案管理隊伍建設和人員培訓的現象。
成教學籍檔案管理工作是一項復雜的系統工程,要求子檔案管理人員不僅要有過硬的專業素養,而且要把握工作中的準確性和原則性。隨著計算機系統軟件的不斷升級,要求電子檔案管理人員要不定期的參加系統培訓。但是實踐中,許多地方高校普遍存在著忽視學籍管理隊伍的建設的現狀,學籍管理人員存在著綜合素質偏低、專業結構、年齡結構不合理等現象。高校只有緊緊圍繞當前時展對成人高等教育的新要求,徹底摒棄陳舊和落后的管理理念,將科學、先進、高效的管理理念引進到學籍電子檔案管理領域,才能有效地加強和完善學籍管理隊伍建設工作。
4、子檔案管理存在著信息技術領域內的一些難題
如學籍管理密鑰升級過于繁復、網上黑客與病毒的客觀存在。而且電子檔案管理有其自己的特點,它是無形的東西,裝載在某種介質上,并且必須通過計算機或其他“懂”得其組成規則的工具才能看得到它,沒有傳統檔案的直觀性等等。可以說,保證電子文件的真實性和原始性的技術難題很多,這些因素都制約著學籍電子檔案管理水平。當然,電子檔案當前還處于發展的初級階段,需要不斷的改進和完善。
四、成人教育學籍電子檔案管理的具體措施
1.成人教育學籍管理需要引進一套規范、標準的學籍檔案管理軟件。
目前大部分高校使用的學籍檔案管理軟件是購買軟件公司開發的通用的檔案管理軟件,比較有實力的高校也可能根據本校的實際情況自行開發管理軟件。軟件公司開發的檔案管理軟件雖然設計的原理遵循了國家檔案實體分類法的規定,能夠基本適應高校學籍檔案管理的需要,但是這類軟件更適用于文書檔案的管理。將其用于高校的學籍檔案管理比較牽強。而部分學校自行開發的軟件由于根據本校實際進行設計,所以比較適合本單位檔案管理工作。但自行開發的軟件分類標準卻欠規范。兩種類型都各有利弊,如何揚長避短?實踐中購買軟件的高校可以在引進軟件時與軟件公司進行約定,要求開發人員根據本校實際,在原有通用軟件的基礎上做適當的修改。而有條件自行開發軟件的高校,可以在基于本校工作實際的基礎上,嚴格按照國家檔案實體分類法的規定制定分類標準,使其在適應自身學籍檔案管理需要的同時,更加標準和規范。
2.配備專職的成人學籍檔案管理人員,并加強管理人員的培訓。
首先,先進的學籍管理軟件需要掌握信息技術知識并能熟練操作使用這些管理軟件的專職管理隊伍才能實現發揮作用。要保障成人學籍檔案管理的現代化和信息化,不僅要大力提高學籍管理人員的知識水平及管理能力,尤其要管理人員具有熟練使用現代化辦公設施的能力。所以配備專職的成人學籍檔案管理人員至關重要。其次由于信息技術是不斷更新的,所以重視和加強對檔案管理人員的培訓和繼續教育也不容忽視。學籍管理人員必須及時學習新技能和新知識以提高他們的信息管理意識和水平,這樣才能更好地為本職工作服務。
3.子學籍檔案管理需要建立網絡互聯平臺以實現信息共享。
成人教育的學籍管理不僅部門自身需要查閱,各級教育主管部門也要在需要時對成人教育學籍檔案的相關信息進行查詢。如何提高辦事效率,減少重復勞動和查閱紙質檔案的時間?這就需要建立網絡互聯平臺以實現信息共享,實現成人教育學籍檔案相關管理模塊與教育主管部門的對接。各部門可以根據工作需要直接調用學籍檔案中的信息。
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演示實驗最能激發學生的興趣,可以讓學生積極動腦。在演示實驗中,可以不拘束于教材的安排,由自己動手。比如:學生可以自主選擇器材,自主決定設計實驗方案,在實驗中,學生發現的問題可以自主尋找解決的辦法,有助于學生對實驗和知識記憶。讓學生充分運用大腦進行大膽的猜想和獨立的實驗,使學生產生積極的態度學習,并通過實驗得到正確的理論,從而讓學生有解決問題的勇氣與信念。
3.充分利用多媒體,形成多元模擬課件
電子電工基礎內容作為進一步研究電能技術的專門課程,更是一項十分抽象的學科。因此,在教學過程需要對學生進行復雜圖像以及相關電路路線的思維運轉培養。如果學生缺少抽象思維能力,將不能更好地進行實驗,在對專業相關的內容進行理解的時候,也就十分困難了。與此同時,一些實驗需要進行演示,但是演示的過程中無法進行觀察,變化情況也相對較小,學生很難在這種情況下對其進行直觀感受,也就不能深入理解。例如,學生在整流電路的過程中,實驗現象可以通過肉眼觀察到,但是波形失真比較久很難進行觀察。利用Flssh制作教程動畫,將實驗教學內容整體進行模擬演示,就能夠將教學當中抽象化的部分以更加直觀的方式展現給學生,使學生接受起來更加容易。同時,也更能夠提升學生的學習興趣與積極性。
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2.理論未能緊密聯系實際。
電子電工學科是一門實踐操作性較強的學科,學生既要在學習中掌握知識點,更要掌握操作技能。部分教師在教學中對理論聯系實際研究不夠深入,運用虛擬實踐教學的課時偏多,實踐課程中也沒有充分與理論聯系起來,導致學生在實踐操作能力發展方面存在缺陷。
3.教師綜合素質有待提高。
電子電工課程教學對教師的綜合素質要求較高,不僅要求教師具有電子電工方面的深厚專業技能,還要有善于表達的能力。實際教學中,有的教師雖然具有深厚的專業功底,但是教學技巧不足,也有的教師雖然善于表達和點撥,但是專業技能薄弱,這些方面都是影響教學成效的重要方面。
二、對當前存在問題的簡要分析
中職電子電工課程教學出現上述問題,既有客觀方面的因素,也有主觀方面的影響,歸納起來主要與以下三個方面因素有關:
1.教學設計呈現簡單化趨勢。
由于中職學校缺少了升學的強勁壓力,導致許多教師在教學中存在著研究不夠深入的狀況,教學中注重將教材知識點灌輸到位,較少考慮學生在學習中的主動參與性。加之部分教師的電子電工教學設計沒有充分注重理論聯系實際,學生雖然理論知識掌握較為扎實,但是實際操作能力卻沒有同步提升,這與實用型人才的培養目標背道而馳。
2.師資隊伍呈現滯后性態勢。
過去一段時期,中職呈現出規模化擴張的快速發展,招生規模、基礎設施都不斷擴大,但是師資隊伍建設方面卻沒有能夠完全達標,尤其是電子電工這樣的專業性較強的學科師資,對所學專業的要求較為定向,同時也要掌握教學的技巧與藝術,后一方面的要求對于電子電工專業出身的非師范類人才而言顯得較難,往往出現專業素養過硬、教學技巧不足這樣的典型問題,影響了教學成效的提升。
3.學生學習呈現消極的狀態。
由于教師的電子電工專業教學缺乏生動性與形象性,加之自身在學習活動中處于被動接受知識的狀態,理論聯系實際不足,導致學生對電子電工學科的學習積極性明顯降低。部分學生還因為當前就業形式的競爭激烈,導致對專業學習信心不足,遇到難點缺乏深入研究的興趣,甚至出現混日子的思想,消極心態對電子電工教學的有效開展形成了一定的負面因素制約。
三、創新理念,有效突破當前教學困境的思路
針對當前電子電工學科教學中出現的種種制約因素,中職學校與教師應當開展針對性的改進活動,從以下幾個方面著手突破教學困境:
1.認真分析形勢,增強學生學習信心。
針對部分學生因前途未卜出現的自卑、彷徨心態,電子電工教師應當幫助學生認真分析形勢,一方面職業教師側重于培養各行業急需的實用型人才,未來的就業與普通高校實現了“錯峰”,技術性人才在社會上大有展示的舞臺。教師還可以運用較為典型的“50萬年薪聘請技師”這樣的案例來消除學生內心的消極想法。另一方面還可以運用本校成功的畢業生案例作為鮮活的素材,以學生身邊的人來教育他們,提高他們的學習自信心,以積極的心態投入到電子電工專業學習之中。
2.改進教學方法,打造高效生動課堂。
教師應當對電子電工學科的教學設計進行優化,提高教學的生動性,提高學生的學習興趣。首先,教師要給予學生參與的平臺與空間,無論是知識點的傳授還是技能的訓練,都應當盡可能吸納學生參與其中,讓師生互動成為電子電工教學的有效組織形式,營造活躍的教學氛圍,讓學生充分參與其中、提高掌握效果。其次,教師要善于發揮信息媒體在教學中的促進功能,尤其是在電子電工疑難知識點的講解中,可以通過多媒體投影、動畫模擬演示等方式,幫助學生掌握其中的難點問題,虛擬實驗的直觀演示效果甚至超過實踐操作,將其作為教學方式的補充具有積極意義。
3.尊重學生主體,促進綜合能力發展。
教師在電子電工教學中應當讓學生的主體地位體現出來,可以將教學知識點濃縮為探究題的形式,組織學生進行探究討論,依靠自己的力量尋求問題的答案。教師也可以將電子電工教學目標設計為打包的任務,交給學生或者合作小組進行突破研究,讓學生在探究的過程中提高思維能力與解決問題的能力。教師還應當將技能訓練作為重要抓手,設置電子實驗項目,指導學生建立研究小組開展實驗設計,讓學生在團隊的努力下開展電子程序設計,鞏固理論所學并進行驗證,從而促進學生綜合能力的發展。
4.強化崗位培訓,提升師資隊伍水平。
在提升電子電工專業教師履職能力方面應當進行雙向培養,一方面在教師招聘環節既要堅持專業對口的基本原則,同時也要考查其教育教學能力,將電子電工專業素養過硬、具有較高教學技能的人才吸納到教師隊伍之中,充實專業師資隊伍,另一方面還要強化現有專業教師的培訓,采取脫產進修、跟班學習、在線學習等多種形式提高電子電工專業技能,更好地開展相關專業教學工作。
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(二)對電子電路實驗教學的定位存在偏差,整體教學過程缺乏創新性目前,我國已經將創新能力與對知識的應用能力作為衡量一個人才的標準,因此將實驗課作為輔助學生進行理論知識學習的工具的教學方法已經很難跟上時代對人才的要求。現學習電子電路的學生仍舊是跟著教學大綱與教師的教學計劃參加電子電路的實驗課程。在這種教學方式下的實驗課程往往都是與理論課程同步進行,過于依賴于課堂理論教學,導致學生在學習的過程中容易被條條框框給約束住,導致學生常常在被動地接受知識。在電子電路的實驗教學過程中,教師在開展教學之前需要做足課前的準備,在實驗教學時,學生可以按照實驗中的要求進行相關方面的操作,學生獲得最終的實驗結果,但是,絕大多數的學生在實驗教學的過程中就是走個程序,沒有切實地培養學生的動手能力和操作能力,更沒有進行思維上的創新,無法將理論知識和實踐結合起來。由于學生在動手以及學習能力上存在著一定的差異,因此,基礎知識能力相對較差的學生,在實驗教學中就會有些吃力,而基礎知識能力較強的學生,在實驗教學中就會感覺較輕松,這樣很難真正實現開展實驗教學時的最終目的。
(三)實驗教學模式過時,課程設置內容多且復雜1.電子電路實驗教學的內容和體系較為滯后由于我國目前的電子電路實驗教學體系以及教育理念相對落后使得整個電子電路實驗課程的教學過于依賴理論課的教學,實驗課程進度往往都安排到理論課之后進行,從而對實驗課程的內容產生了禁錮的作用,使得學生在應用能力以及創新能力上很難得到提升。2.實驗教學設備的缺失由于我國在實驗室教學管理水平不高,加之實驗手段以及實驗室設備都比較落后,無法為學生提供創新、設計型實驗的條件,使得電子電路實驗教學的教學效果受到影響。3.實驗手段不足在我國高等院校的傳統實驗教學模式之中,學生往往是根據教師所給出的電路圖進行電路連接,這對提高學生的動手創新能力沒有絲毫的裨益。同時在實驗教學課程之中也缺乏相應的考核制度,無法對教學效果進行實時地檢測,不利于電子電路教學質量的提升。
二、電子電路實驗教學的改革措施
(一)建立師資隊伍改革教學評價體系實驗教學中質量的有效保證就是要有良好的師資隊伍,高等院校需要主動培養且發展綜合能力強和經驗豐富的理論性教師加入到實驗教學中,同時,通過在崗學習或者進修培訓的方法,不斷拓展教師的知識范圍,提高教師綜合性能力以及業務水平。實驗評分方面可以從實驗過程和實驗報告兩個方面著手。共同對學生的實驗評價打出客觀的分數。在考核的過程中,教師可通過抽題方式保證公平性。
(二)逐步采取開放式的實驗教學管理電子電路實驗教學的創新,開放式的實驗管理模式將是未來的發展方向。開放式的實驗教學所指的是實驗場地的開放、實驗儀器的開放和實驗內容的開放。讓學生自主進行實驗,全面培養學生思維能力和創新能力。目前,考慮到部分高等院校實驗場地和學生知識水平的限制,可以從傳統實驗教學的基礎上進行,有計劃地推行開放式實驗教學模式,將開放管理和計劃安排有機地結合起來。電子電路開放式實驗教學中,將其實驗中的實驗時間和實驗內容分開,對必做和選做的內容進行區分,對于額外的實驗內容學生可以自主進行選擇,并由學生對實驗的時間進行預約,教師只對學生自主實驗中所出現的問題進行指導。在這一開放式實驗教學的實施中,學生要事先和實驗室的教師多溝通,對實驗室中的課程安排進行核對查看,以避免實驗場地在使用上出現沖突。
(三)優化實驗教學的方式和內容將現場演示和當面指導相結合;將理論驗證和電路設計相結合;將實物安裝和計算機仿真技術相結合;必修選修和創新發明相結合。同時,實驗教學對象是全體學生,在實驗方法上,可將教學時間和教學方式同時開展,因材施教,為不同層次的學生制定有效的培養計劃,創建實驗新平臺。在內容的優化創新上,必要的驗證試驗是學生一定要掌握的,在此基礎上,可以適當增加一些綜合性的實驗,或者設計性的實驗,從學生日常所感興趣的內容出發,開發實驗內容。
(四)重視新技術在實驗中的應用目前,我國很多新技術得到了開發和應用,在電子電路教學中,實驗教學已經不再是儀器和理論簡單的組合,它需要從各種新軟件和新硬件的技術平臺中建立起來。實驗教學也不僅僅是對課程理論的驗證,也是對其發展前景和應用場合的實踐探索。所以,在電子電路的實驗教學的創新實踐中,更需要加強對新技術的應用。在教學大綱的制定中,教師要從實際出發,在原有實驗手段的基礎上,將各種現代化的教學技術融入到電子電路實驗教學中,采取以設計性實驗為主,由淺到深、由分離到綜合的積木方式,循環漸進地對實驗的內容進行設置。創新實驗教學中,對理論性較強的系統與信號實驗,可以將虛擬儀器技術、MATLAB、EWB等技術融入其中,使每一個實驗都能成為學生掌握新概念和應用新技術的切入點,讓電子電路學生在新技術的應用中獲得更大的思維空間,從而激發學生在電子電路實驗中的創新意識,逐步提高學生的創新能力。
(五)引入多媒體網絡技術,激發學生學習興趣興趣是學習的主要原動力,將學生的學習積極性進行大力且有效的調動,才是達到教學目標的第一步。教師可以自己設計出與教材相同但實驗過程不同的實驗,讓學生自己動手,發現實驗中的趣味性,從而激發起學生的學習興趣。將多媒體技術充分應用到電子電工實驗教學中,可以將原本單一化的教學形式轉變成多種表現形式,多媒體技術中可以通過圖像、文字、聲音、動畫等,將原本教材中枯燥乏味的教學內容變得更加生動形象,讓學生有學習的興趣,同時也可以更加形象、直觀地幫助學生了解相關知識,加上教師將多媒體中的實驗進行現場演示,可以加深學生對知識的印象。
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2.1轉換教學思想,改革電工教學方法,建立連貫的教學體系
從“以教師為中心”向“以學生為中心”的轉變。要以“啟發式、討論式、引導式”等多種教學方法來改變傳統的“灌入式”教學方式,充分顯現學生的主體作,調動學生學習的積極性與主動性,培養學生的興趣和能力。本著“以學生發展為本”的理念,實施以學生為主體、教師為主導、強調學生主動“學”+主動“思”+主動“用”的思想。教師重點講解思路、思想、方法,注重啟發式、討論式、引導式的相互結合和運用,主要激發學生愛思、愛問、愛動手實踐的良性循環。
2.2充分利用現代化的教學手段
以板書、多媒體、動畫以及實驗操作方式、以及時下流行的名校的MOOCs等多種方式相結合,采用多元化手段豐富教育教學方法。采取“設趣與展演”的方式引導和激發學生善學、樂學、會學。電工電子課程的教學應將理論與實驗相結合,通過實驗教學深化對理論知識的強化和理解。更增強學生的理論應用能力。加入實驗教學,能使學生從“被動、封閉、受約束的狀態”變為“主動、開放、自由”的狀態。使學生真正成為主體和主人。在實驗中,學生通過設計方案、制作電路、測試數據和分析數據等一系列過程,知道如何學,如何用。教師在教學過程不僅是講授知識,更要著眼于對學生學習能力的培養。
2.3突出學生的主體地位、激發學生的主觀能動性
對于學生,要想帶動學習的熱情,可以采用高(年級)帶低(年級),優(學生)帶差(學生)的團體學習與討論的氛圍,不僅強化高年級的理論和實踐技能,低年級的同學也能得到迅速提高。即能深化理論知識、強化動手能力、又能培養同學們的團隊意識,還可以鍛煉學生的語言溝通與協調的能力,一舉多得。在知識創新的過程中,隱性知識逐漸向顯性知識轉化需要學生間積極地交流和溝通,集思廣益通常比個人冥思苦想具有更多的收獲和更好的效果“。研討與回顧”是夯實與深化知識的重要保障,“訓練與總結”是知識提升與轉化為能力的實踐檢驗。各環節互相依存又相對獨立、是一個有機的整體。要以引導學生自主探索為重點,以問題為導向的現代教學理念。
2.4面向過程,突出創新,實施多元化的學生考核體系
學生學習效果的考核是人才培養的重要環節,考核方法直接影響教學效果。傳統的考核方式,主要是依據一張試卷來評定學生的總評成績,導致學生只關注考試的結果,而忽視學習過程,制約了學生自主學習、自由探索的積極性,不利于實踐創新能力的培養。因此,我們把學生考核體系建設作為深化電工電子技術課程教學改革的一項重要內容,按照“面向教學過程,重平時表現,重實踐能力,重創新思維”的原則,建立和實施過程性考查(隨堂測試+實驗操作)與總結性考試相結合的考評體系。根據理論課程的目標要求,全面評價學生的學習效果。
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2、三個基礎
為更好地學習后續專業課程和從事工程技術工作,數字電子技術在教學實踐中必須強化理解和掌握數制和碼制、邏輯代數基礎、半導體數字集成電路的工作原理和特性、組合邏輯電路和時序邏輯電路分析方法和設計方法等基本原理、基本理論和基礎知識。
二、教學方法實現“三個基于”
2.1基于問題的教學
美國教育家蘇娜丹戴克曾說過:“告訴我,我會忘記,做給我看,我會記住,讓我參加,我就會完全理解。”在教學實踐中,就要打破“以知識為本位,以灌輸為特征”的傳統教學模式,采取以學生為中心的問題導向型教學方法。教師通過實例、設疑、示錯等方法導入需要講解的問題,而分析問題和解決問題兩個關鍵環節則由教師引導學生來完成。學生通過思考、查閱資料、討論等方式尋求解決問題的方案,教師最后結合問題系統講授知識點,使學生對相關知識點有更加深入地理解。同時,學生的成就感、自信心倍增,學習主動性更強,從而達到良性循環的效果。通過引導、啟發,學生自己搭建出具有記憶功能的電路—觸發器。
2.2基于項目的教學
基于項目的教學強調的是以學生為中心,強調小組合作學習,教師引導發現。實施步驟分為選定項目、制定計劃、活動探究、作品制作、成果交流和活動評價等六個基本步驟。結合本課程,就是在課程開始階段,以任務書的形式給學生下發一些與課程內容結合緊密的、適合學生研究的課題,如電子搶答器、數字電子鐘、交通燈控制器、出組車計價器等,學生自由選題、自主組合,通過課程的學習、查閱相關資料以及與教師的交流討論,利用軟件仿真或硬件焊接制作出課題作品,期末提交研究成果和設計報告,并進行專題匯報,研究成果作為評定平時成績的重要依據。
2.3基于資源的教學
基于資源的教學是以學習者的學習活動為中心的教育教學模式,其主要特征是靈活性和自主性。此模式的教學目標是以教會學生學習為主,而不是以傳授知識為主。也就是說,通過基于資源的教學,學生應該學會確定學習目標,學會查找的資源的手段和方法,學會如何做讀書筆記,學會評價信息,學會與他人合作交流,學會評價自己的學習進展,學會反映學習過程和成果。目前,校園網、互聯網上數字電子技術課程資源較多。通過基于資源的教學,學會查找資源、利用資源,不僅可以克服課堂教學的時空限制,更為開展研究性學習提供了廣闊的平臺。
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三、培養兒童的想象力
現代社會的人們讀屏多于讀書、讀圖勝于讀文,想象相對貧乏,思維往往流于淺表化。不可否認,視覺符號是現代文化的一種直觀形象的形式,它豐富了兒童的認知環境,但過多地接收圖像可能會抑制兒童的想象力。首先,電子媒介以其高密度的強大視聽形象沖擊人的感官,使受眾主體性逐漸弱化,導致人們社會反應的直接簡單,思維極易處于停滯狀態,兒童常常在電子媒介世界里耽于耳目之娛而疏于潛心思考,這對他們想象力和思維力的開發無疑是一種桎梏。正如美國著名心理學家哈里斯在《媒介心理學》中所言,“快節奏的兒童節目使兒童沒有時間來思考和發揮想象力。”其次,電子媒介呈現信息的方式主要以圖像為主,圖是直觀形象的符號,給兒童留下的想象空間極其有限。相較而言,閱讀是一個以語言為中介的思維和想象的過程,著名兒童文學作家金波認為,閱讀在人的成長中有著無法替代的作用,語言是思維的工具,一個人的心智成長、想象和情感培養,都離不開以語言為中介的閱讀活動,這是網絡和電視等其它電子媒介所難以取代的。的確,閱讀能力和方法并非短時間內能掌握,它需要多年的積累和練習,包括許多不連續的階段。這些階段的次序是根據語言、語法和風格的難易程度遞增的。在閱讀時,兒童可以自由地控制閱讀的進度、時間和地點,有充足的時間進行思考想象,兒童文學構造的是一個寧靜的文字世界,文字的抽象性給兒童留下了足夠的思考時間,兒童在接觸書籍時,需要相對安靜的環境和全身心的投入,注意力需要高度集中,他們的思考能力和聯想想象能力在這一過程中可得到良好發展。文學形象因其多義性和朦朧性的特點,留給讀者無限的想象空間,而影視圖畫形象通常是直觀的、與感性的世界相聯系,對于想象力發揮有較大的限制,這正是文學無法為視聽文化所取代的魅力所在。兒童正處于想象力最為豐富的時期,兒童文學可以滿足兒童泛靈性的或自我中心的思維邏輯和游戲精神,兒童可以忘我地沉浸于充滿想象色彩的文學世界里,在文學的世界里張揚奔放的想象力。
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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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二、大學生電子設計競賽促進了我校電子信息類專業課程體系和教學內容的改革
通過組織學生參加大學生電子設計競賽,發現我校電子信息類學生存在理論基礎較好而動手能力較差、參與意識較強而工程素養不足等現象。這說明現有的教學內容和課程體系急需改革,如:在平時實驗課中,驗證性實驗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。針對這些問題,我們對現有的電子信息類課程體系進行了一些調整和改革。
(一)理論和實踐并重,不斷完善課程體系和教學內容根據專業人才培養目標和大學生電子設計競賽內容,我們對課程體系和教學內容進行了調整,調整主要內容有三個方面,第一,理順各門課之間的銜接關系,做到教學內容知識寬但不重復。些外,為了讓學生了解電子信息領域的新知識和新技術,我們在選修課中開設了《前沿技術講座》課程,分別講述各自研究方向的新知識、新技術和新應用。第二,在重視理論教學的同時,加強了實踐教學。除了增加了實驗學時和綜合實驗課程外,還在選修課中增加了《電子線路設計制作》、《電子系統綜合設計》等兩門綜合設計性選修課,在實習環節增加了《綜合設計》實踐環節,讓學生有更多的時間參與實踐,提高了他們的實踐動手能力和工程應用能力。第三,由于可編程器件的不斷發展和應用,對電子信息類的程序設計能力提出了更高的要求。在課程體系中,我們增加《數據結構》等程序設計類課程,以加強對學生程序設計能力的培養。
(二)實踐教學體系改革根據大學生電子競賽對學生實踐能力、創新能力的要求。通過研究與探索,我們優化了實踐教學體系,按照學生認識———訓練———創新能力形成規律,整合實踐教學內容,構建由專業認知、專業技能訓練、課程實驗、開放式實驗、課程設計、電子系統綜合設計、中期實驗、畢業實習、畢業設計、科技競賽組成的實踐教學體系,實踐教學的比例占總學時的27%左右。實踐教學體系整合課程實驗內容,按照基本實驗、設計性實驗、綜合性實驗創新性實驗四個層次設計實驗內容。在實驗教學內容設計方面,對于基礎性和設計性實驗,我們規定了必做內容和選做內容;對綜合性和創新性實驗,我規定了系統設計的基本要求和擴展要求。這樣,對學生即達到某一實驗目的的共性訓練,又實現了對學生的個性化培養。
(三)不斷豐富教學方法和教學手段,提高了教學的質量和效率除了采用傳統的板書和多媒體技術教學手段之外,我們盡可能將各種EDA仿真軟件應用到理論教學和實驗教學中。讓學生很直觀地認識到各種理論知識在實際中的應用及應用效果。在實驗教學中,對于安裝電路和焊接電路等一些技能性工作,我們要求學生在課外學時完成。采用這些教學方法和手段,不僅提高了教學質量和效率,而且節約實驗成本和實驗室的有效利用率。
三、電子設計競賽促進了創新實驗室的建設
大學生電子設計競賽對實驗儀器的功能、性能、類型及實驗室的管理模式提出了更高的要求,原來實驗室常規實驗教學儀器和管理模式不能滿足大學生電子設計競賽、工程應用型人才以及創新型人才培養的要求。為了給學生創新型的實驗項目和教師的科研創造一個良好的平臺,我們建成了電子創新實驗室。實驗室建設以建設先進、實用、開放的現代化實驗室為目標,建成了7個實驗平臺:高頻電路實驗平臺、EDA實驗平臺、單片機實驗平臺、電子測量、綜合電路實驗平臺、DSP實驗平臺和通信工程實驗平臺。電子創新實驗室能滿足綜合課程設計、學生畢業設計、電子設計競賽、教師科研和創新實踐活動的需要。電子創新實驗室以開放性建設模式為基礎建立了較為完善的開放制度,為最大限度地發揮實驗室的效能,除實驗教學所安排的時間段外,其他時間段面向所有學生開放,這種管理方式,保障了多元化實踐教學模式的正常運行。
四、大學生電子設計競賽促進師資隊伍的建設
大學生電子設計競賽題目有類型較多,涉及的知識幾乎涵蓋到電子信息類專業的專業必修課和專業選修課的所有知識。在指導大學生電子設計競賽的過程中,教師會接觸到各種各樣的知識和技術,在指導競賽過程中,教師和教師、教師和學生之間的交流會更加拓寬教師的學術和專業視野,每一屆比賽結束之后留下的技術資料更是教師最寶貴的資料。經過歷屆指導,教師在參與實踐的過程中,不斷積累經驗,吸收前沿知識和技術。這不僅對他們提高教學水平有很大幫助,而且也會慢慢找到自己的研究方向,并充分運用以往的研究經驗,形成清晰的學術觀念,逐漸地提高自己的科研能力。因此,競賽的指導過程也是中青年教師提高教學能力和增強科研能力的過程。
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2.1培養模式的改革電子書籍的教學中以綜合學科知識運用與新媒體技術結合的方式,改變單一教學模式,以開放式態度對待學生和教學。在電子書籍的內容采集階段,提倡凸顯個性化特征;在創意階段,鼓勵學生突破、創新;在電子書籍的制作階段,以合理化運用新媒體技術為原則,將視聽多媒體元素進行有效的編輯和安排。教師應把握學生在每一個階段的學習,以不同階段的要求對學生進行指導,不能一味追求新媒體技術帶來的全新效果,而是要本著傳統書籍技巧與電子書籍技術結合的方式,確立藝術與技術相結合的人才培養模式。
2.2電子書籍設計教學內容的設置優秀的電子書籍設計是以實用性、藝術性、文化性相結合的產物,教師在電子書籍設計的教學內容中需要注意以下幾個方面:強調版式設計:在電子書籍教學中信息傳達是電子書籍版面設計中的重點,雖然電子書籍不同于傳統書籍的紙質媒介和形態,融合了音頻視頻以及圖形圖像為一體的心得表達形式,但是它的呈現,在讀者閱讀時,仍然以圖形、文字、色彩為主要構成,所以將傳統設計元素與視頻、音頻相結合的方式來傳達信息。強調適量的設計元素,避免視覺混亂進行有序的設計,準確把握整體和部分的關系。提倡交互式設計:相較于傳統書籍,電子書籍運用交互式技術使讀者通過界面中的按鈕、圖標、菜單等交互式設置,來實現閱讀的主動性,所以引導學生通過交互式設計來增加讀者閱讀的互動性、趣味性和主動性是電子書籍設計教學的重點,但在電子書籍中交互設計應當適度、合理,帶動讀者的參與,調動讀者的閱讀積極性。鼓勵運用新技術:由于電子書籍中的媒體多元化,所以對于新技術(軟硬件)的掌握與操作尤為重要,鼓勵學生將新技術在電子書籍設計上進行運用,利用flas、視頻音頻、3D模擬虛擬空間等手法,使學生在電子書籍在個性風格和藝術表現上更為豐富,但這也是教學的難點與挑戰,需要學生指導掌握綜合知識與技術。在課題設置訓練上:以網絡上招標的電子書籍設計項目來作為學生訓練項目,如:電子雜志、電子書刊、電子報紙等,而不是局限于虛擬課題設計,提升學生的設計能力和興趣,引導學生結合市場的需求來創意,設計出優秀的電子書籍。
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3.電子專業入學教育是更好地在本專業內開展項目教學法的需要項目教學法的開展有利于學生對工作崗位任務真實性、整體性的理解,有利于實現理論教學和實踐教學的一體化,能夠促進教學相長、師生互動,使教師成為學生學習過程的策劃者、組織者和咨詢者,真正突出學生學習的主體地位,提高學生的綜合職業能力。項目教學法的第一步是項目的選擇和優化,這就需要專業教師與企業進行合作,通過社會調查、走訪企業根據畢業生的需求及社會和企業對人才的需求制訂教學計劃,教師與企業一線技術人員共同設置與優化項目確定教學目標。可以這么說,專業入學教育是項目教學法實施的預熱階段,是奠定基礎階段。
二、實施策略
對于如何搞好專業入學教育,筆者有幾點不成熟的思考。
1.專業入學教育過程中應該給學生重新選擇專業的機會部分初中畢業生及其家長對社會的了解不夠,對專業的認知不深,在選擇專業時并沒有充分考慮孩子的興趣和自身的特點,帶有盲目性,最后會導致學生自身條件明顯不適應于所報專業或者學生對所報專業毫無興趣等一些不利于學生今后發展的情況出現。因此,在專業入學教育過程中,學校應偕同專業教師做好兩步:第一步,讓學生充分了解各個專業情況和將來從事工作的特點;第二步,每個專業任職教師的一個主要任務就是熟悉和了解每個學生,掌握他們的特點和興趣愛好,幫助他們了解并挑選適合自己的專業,從而避免他們走錯路、走彎路、走回頭路。
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提高存儲設備的安全性能,保證電子檔案管理的專一性,及時進行在線升級,定期對電子檔案進行護理,保持存儲設備的穩定性;第二,及時對檔案信息進行更新備份,避免發生檔案丟失不能找回的情況;第三,開啟防火墻模式,進行指紋識別、身份鑒定、閃電殺毒、全面體檢,切實提高電子檔案管理在使用過程中的安全性,保證電子信息不會再輸送時發生丟失或被盜取的情況。保證電子檔案管理應用到中專學校中的安全性,要不斷強化科學技術,及時更新升級,提高電子檔案管理的安全性能。
(二)建立健全規章制度,使中專電子檔案管理向規范化發展
建立健全有關規章制度,推動中專學校電子檔案管理向規范化發展。首先,要提高有關管理人員的專業水平,強化其安全使用意識,幫助其樹立正確的職業道德思想,讓他們全面認識到電子檔案管理的重要性,并能熟練掌握電子檔案管理的操作流程,從而能夠靈活使用電子檔案管理,充分發揮它的作用;其次,在電子檔案管理應用到中專學校的過程中,要充分考慮到學校自身的發展狀況,建立健全有關規章制度。諸如,信息加密措施、檔案總結制度、身份識別制度等,保證電子檔案管理的安全性;再次,在實際的操作過程中,要完善電子檔案管理的使用制度,推動電子檔案管理向規范化發展,對其存儲類型、使用方法進行統一的管理,對存儲、操作、處理等各個流程中進行規范化的管理,盡量在電子檔案轉變的過程中,避免發生信息泄露、文件損壞等現象,堅決不允許在電子檔案管理的過程中,出現缺陷。與此同時,要保證信息檢索與文件加密、檔案管理同步進行。
(三)強化電子檔案管理所需設備
提高對中專學校的軟件、硬件管理電子檔案管理自身的特殊性,要求其信息傳遞、存儲內存都取決于現代化科學技術。由此,要能夠全面提高電子檔案管理的高效性,就要求不斷提高科學技術,加強計算機研究,強化網絡技術等。同時,要研發出適合電子檔案管理存儲的軟件,和具有安全性能的信息加密軟件,使電子檔案管理向高效性、安全性發展。一方面,要將電子檔案中的信息進行備份,可以采取刻錄成光盤的形式;另一方面,選用先進化的電子檔案信息管理系統,并完善相關安全保護制度,提高電子檔案管理的安全性。要將安全管理落實實際的操作過程中,及時更新軟件,保證中專學校電子檔案管理的安全發展。
(四)強化中專學校電子檔案管理操作人員的專業水平
中專學校電子檔案管理的操作人員,要求了解相關的檔案管理知識,具備一定的專業技能,能夠熟練操作電子檔案管理。中專學校要對電子檔案管理人員進行專業的培訓,切實加強他們的操作技能,把握電子檔案管理的實際要求,促進他們發展成為合格的電子檔案管理人員。對電子檔案管理操作人員的培訓,既能采取長期培訓的方法,也能進行短期內的集中訓練。