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电子创新设计课程改革探索

1《电子创新设计》课程的现状分析

1.1教学模式僵化。西安电子科技大学党委书记、校长郑晓静院士认为,“要通过学校教育,激发全体学生的创新精神和创新意识”,在教育信息化和大数据的背景下,如何灵活的采用先进教学手段最大程度的激发学生创新意识显得尤为重要,但是目前学院《电子创新设计》课程教学在很大程度上仍然局限于传统的“理论讲授”和“实训操作”相结合模式,尤其在传统的枯燥课堂讲授过程中,由于没有充分合理利用信息化手段教学,使得不少学生逐渐失去了对电子创新技能学习的兴趣,就会在课堂上出现学生上课不注意听讲、甚至玩手机、睡觉等现象,导致了教师觉得教学效果不理想[2],学生也认为自身的学习效果不尽人意的不良后果。那么如何改变这种僵化的《电子创新设计》课程的传统教学模式,培养学生的创新精神、提升教学质量,就成了深化该课程改革的重点。1.2学习资源不充分。学习《电子创新设计》课程的大部分学生认为学校的教学资源除了课堂讲解和教材之外,就只有图书馆的资料。然而,不少学生还希望在线下通过一个平台也能得到教师的指导,与同学交流学习心得体会,或者通过视听的方式进行随时随地的学习。为适应这种需求,选择一种合适的教学平台,借助信息技术手段,利用大数据时代下的庞大学习资源充实教学资源就显得尤为重要。1.3实验设备不足。在《电子创新设计》课程的实验环节中,若要保证每人能够动手操作,则需要采购很多仪器仪表和电子元器件以及相应的焊接工具等实验器材。然而,不少高职院校的实验设备资源不足,教育经费投入不够,针对这些问题,学院在《电子创新设计》课程中采用虚拟仿真技术进行提前模拟实践操作环节,利用虚拟仪器测试电路的可行性,避免了电路设计的错误,大大降低了焊接成本,提高教学质量;此外,不少电子电路的设计晦涩抽象,计算复杂,如果充分利用虚拟仿真软件中的虚拟仪器则便于观察波形和计算数据,节省时间,使原来枯燥无味的理论知识变得生动有趣,有利于提高学生学习兴趣;同时,根据教学大纲的要求,《电子创新设计》课程只有32课时,如何在有限的课时条件下让学生习得更多的知识技能,也是该课程亟待解决的问题;最后,针对《电子创新设计》实验教学中难度成本高、危险性大、学生参与度低的一些电路,如果进行仿真模拟,就会更加形象具体地给学生演示分析电路的工作原理,增加了学生观察、模仿和实践的机会。可见,目前高职院校开设的《电子创新设计》课程教学中依然存在教学模式僵化、学习资源和设备不充足、实验场所有限、耗材和维修成本较高等诸多问题,制约了对学生职业素养的培养和教学质量的提升。

2虚拟仿真技术在《电子创新设计》中的应用

2.1优化教学模式,提升教学质量。李克强总理在2016年的第二届中国质量奖颁奖大会上做出重要批示,强调要“弘扬工匠精神,勇攀质量高峰”。在“大众创新、万众创业”时代主旋律的背景下,如何走以质量提升为核心的内涵式发展道路,围绕“育人是根本,学生是主体,质量是生命”的中心继续深化教育改革[3],改变学生学习方式,培养良好学习习惯,实现由被动静听的机械学习到主动探索式的创造性学习的转变,是当今教学改革的方向和客观要求,也是提高教学质量的根本途径,逐步成了我国教育改革发展最为紧迫的任务之一。《电子创新设计》是理论和实践结合紧密的一门课程,着重培养电子类专业学生的综合能力和创新能力。虚拟仿真技术也适用于“成本高”、“复杂度高”、“综合性强”、“危险程度大”的实验过程[4],尤其对于《电子创新设计》课程中部分综合性项目的设计可以利用软件进行仿真,在实物制作之前直观的看到电路实现的功能。通过引入虚拟仿真技术能够实现形象化教学,并采用MOOC的教学方法,将重要的知识点发布“微视频”进行互联网授课,给学生呈现出多方位的视听效果,达到丰富教学内容,提高教学效率,提升教学质量,培养学生知、情、意、技相统一的综合能力的目的;同时,这种较短时间的“体验式”学习方式,更能激发学生的学习热情,开拓视野,从而引导学生进入更高的境88界,让学生习得创新创业基本能力。2.2引入仿真教学,构建虚拟实验室平台。采用虚拟仿真技术进行实例演示,有助于明确概念,解决难点,增强教学生动性和直观性,弥补实践教学中硬件资源不足的缺陷,使学生加深对复杂抽象电路的理解,进一步优化了电子创新设计课程的教学设计。首先,虚拟仿真软件不但提供了各种丰富的分立元件、集成电路、传感器等元件库,还提供了大量的调试测量工具,满足了实验仿真的要求;其次,仿真软件能方便地调整电路参数,实时观察到电路性能随参数变化的过程,利于感性地理解电路的原理,使原来枯燥无味的理论知识变得生动有趣,有利于提高学生学习兴趣;最后,采用仿真技术可以增加学习主观能动性,提升自信心,尤其对于那些实践经验不足的学生而言,他们的主动性较差、信心不足、电路设计成功率低、焊接电路元器件损坏较多,但采用虚拟仿真软件后,学生可先用虚拟仿真技术进行自主设计与仿真[5]。例如,可在Pro-teusISIS窗口中大胆进行电路设计、测量、调试和修改,在安装焊接实物前就可以看到仿真结果,仿真调试成功后再焊接硬件电路,只要元器件安装正确,焊接可靠,布线合理,实物电路就会呈现与仿真设计基本一致的效果。再利用云平台将《电子创新设计》课程建设成为在线课程,方便线下教师的指导和学生之间的交流,凸显课堂特色,丰富教学资源。如此,每个学生都将拥有一个几乎完整的可移动的虚拟实验室,使学生独立操作能力和创造能力都得到充分发挥,有助于提高学生的工程应用能力。2.3开发虚拟实验环境,节约实验室资源。电子创新设计所涉及的实践环节较多,且硬件投入较大,如果因为控制方案有误而进行相应的开发设计,会浪费较多的时间和经费,在有限课时的条件下,会减少项目设计数目和内容,设计过程中也容易造成元器件和仪器仪表的损坏,增加实践操作费用的开支[6]。为了缩短时间、降低成本、减少实物焊接调试的错误率,节约实验室资源,引入虚拟仿真技术——Proteus软件来解决这些问题,它可以像Protel一样绘制硬件原理图并进行电路调试,根据项目需求还可与Keil编程软件进行联调,实现对控制方案的验证,再通过STC烧写软件下载到单片机开发板,最后进行较为复杂的实物制作。所以,通过联合仿真平台制作一个虚拟的综合仿真实验系统,此系统包括电路分析、模电、数电、电子测量和单片机等专业课程知识融合的仿真与设计,能够有效代替传统的开发设计,为电子创新设计的学习和开发提供了完整的虚拟实验环境和开发平台,可节省因方案不正确所造成硬件投入的浪费,有效解决实验过程中元器件的损耗问题。

3采用虚拟仿真技术的课程改革成效

3.1提高了教师的信息化教学水平。只有教师具备相当的信息化应用能力,才能在《电子创新设计》课程和其他课程中游刃有余的开发虚拟实验室平台。学校电子工程学院为了提高教师在课程中应用信息技术的能力,也出台了相应的系列措施鼓励教师开发和应用仿真软件以及职教云教学平台,并将信息技术应用能力作为评价考核教师的重要依据,推荐经验丰富的教师参加全国职业院校信息化教学大赛,并取得了优异的成绩,提升了教师应用信息化教学的水平,深化了虚拟仿真技术在《电子创新设计》课程改革中的应用化。3.2提升了学生的创新能力。教育部编制的《高等职业教育创新发展行动计划(2015-2018年)》明确提出,要“应用信息技术改造传统教学,促进泛在、移动、个性化学习方式的形成。在现场实习安排困难或危险性高的专业领域,开发替代性虚拟仿真实训系统;针对教学中难以理解的复杂结构复杂运动等,开发仿真教学软件”。学院利用云平台技术进行线上线下教学,学生在线上听老师讲授,分组讨论问题;线下可以随时随地巩固学习内容,提交作业,教师根据学生情况在课下对学生有针对性的指导,共性的疑点再拿到课堂中解决。这样,对每个学生达到真正的因材施教,总结教学规律不断优化教学设计,使教学方式和内容更好的满足学生的需求。同时,教师可根据每个学生线下对课程资源的学习情况,对学生进行综合评价,如此,可以将有限的课时进行线下衍生,学生将有机会利用平台的虚拟实验室资源深入学习创新性项目,构建出了教师指导性教授与学生主动性学习的教学模式,从而达到创新能力的提升[7]。通过对学院学生在《电子创新设计》课程中有无采用虚拟仿真技术的平行班级调研发现,采用虚拟仿真技术的班级学生对知识理解更透彻,学习兴趣较传统教学模式班级浓厚,而且在同等学时内进行的实验项目有所增加,实物制作的成功率高,也有信心积极参加各类电子竞赛并取得了优异的成绩,例如在大学生电子竞赛中获得省一等奖,在“互联网+”创业创新大赛中获得院级一等奖等,为将来的就业创业积累了资本。3.3节约了实验室的硬件成本。采用虚拟仿真实验后,结合Proteus仿真软件,对课程中难度较大的项目,特别是对于一些高消耗的电子类实验室,例如“万年历”、“波形发生器”和“计算器”等项目采用仿真教学模式,将程序下载到仿真电路中进行调试,由于这些内容复杂,焊接操作难度较大,学生可以利用教师在云平台上传的资源进行线下学习,这样,仪器设备损坏和耗材都会大幅度下降,有利于实验室的维护,降低实验和设计成本。同时,还能提高实验的安全性,使学生能够在人身安全和设备安全的前提下,根据设计要求最大程度地利用自己的知识去进行设计和扩展,有利于实行项目化教学模式,提高学生的学习兴趣,推进课程内容的改革。

4结语

通过在《电子创新设计》课程中应用虚拟仿真技术,结合云平台信息化教学手段,可以实现形象化教学,丰富教学内容,拓宽实验教学模式,改善了由于硬件条件所限的教学环境,从课堂改变开始,帮助学生主动建构科学的知识体系,注重手脑并用,促进理实结合,培养学生分析解决问题能力,达到知识创新的目的,从而提高教学效率和教学质量,让学生习得创新创业的基本能力。

参考文献:

[1]陈恒.虚拟仿真技术在电子类实验课程中的应用研究[J].实验室科学,2015,(6):59-61.

[2]王永,陈刚,李洪昌.虚拟仿真技术在高职课程中的应用研究[J].科教文汇(下旬刊),2016,(5):92-107.

[3]杨烈君,吴玉芹.虚拟仿真技术在电子类实验课程项目教学中的应用[J].宁德师范学院学报(自然科学版),2016,(11):444-448.

[4]杨东海.虚拟仿真技术在高职《电子技术》课程教学中的应用[J].职业时空,2015,(11):50-55.

[5]高雨,鲁石.云教育背景下的“教、学”改革初探[J].中国校外教育,2014,(12):90-91.

[6]马雪芬.虚拟仿真技术在电工电子实验中的应用研究[J].信息系统工程,2015,(9):64-64.

[7]马学条,陈龙.基于虚拟仿真技术的数字电路实验教学探索[J].实验技术与管理,2016,33(10):127-129.

作者:郭占苗 单位:西安航空职业技术学院

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