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电子设计实验课程研究与实践

摘要:电子系统设计已经深入到电子信息类、电气工程、能源动力类、机械、医电等工科专业学科,具备一定的电子系统设计能力可以帮助学生完成专业领域内具有实际意义的综合应用系统设计,可以将理论知识与创新实践结合,培养工程实践和创新创业能力。针对跨学科学生电子系统设计能力的培养,考虑到各个专业的教学资源,很难在各个专业的教学方案中增设相关课程。通过全校选修,层次丰富的开放实验实验课程可取得良好的效果。针对学生基础不同,需求不同,设计一系列概念突出、原理简单、趣味性强、效果明显的实验项目,突出电子技术应用的基本逻辑关系和对事物客观规律的认识,使学生感兴趣,从兴趣转换为能力培养。该实验课程的开设,满足了跨学科专业学生电子系统设计实践能力培养的问题,促进了跨学科综合实践能力培养,丰富了实践教学体系。

关键词:实践教学;电子系统设计,开放实验;教学体系;能力培养

中国现在急需进行产业升级,改变粗放式经济增长模式。国家号召“大众创新、万众创业”,说明国家对创新创业的重视。21世纪是以创造为特征的时代,不同学科间的交叉、融合将更为深刻与广泛。世界许多重大科学技术的突破都是从多学科的角度、运用多种知识、理论和方法才得以解决。因此,培养具有创新型的多学科交叉人才是实践教学的一项重要任务[1]。电子系统应用已经深入到机械,能源动力,电气,医电等多个工科专业学科,具备一定的电子系统设计能力可以帮助学生完成专业领域内具有实际意义的综合应用系统设计。例如现在的机械创新大赛、机器人大赛、节能减排竞赛、挑战杯等科技竞赛都离不开电子系统设计能力。

1跨学科专业融合的工程实践能力培养,激发学生参与实践创新兴趣

随着电子系统,人工智能广泛应用,很多非电类学科学生希望具备一定的电子系统设计能力,但很多专业电类专业课程较少,电子设计类实践机会缺少。开设面向全校本科生开放的电子设计类实验,可以满足学生学习的要求。开设电子系统设计类开放实验面临很多挑战。选修实验的学生基础不同,专业不同,每个学生学习的目标也不同。但是选修实验的多数都是有兴趣的学生,所谓“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”,要想把开放实验开设好,必须要想激发和保持参与实践创新的兴趣。需要根据学生共性问题,尽可能设计一些基于项目的实验,通过递进式培养模式,在激发学生兴趣的情况下,让学生学习实践,体验成功,不断增加学习成就感的实践过程。另外,不同专业学生能够产生很多有趣的想法,促进他们互相学习,共同组队,协同完成电子系统的设计[2]。

2以生活工程模型为实验内容,设计递进式的基于项目的实验

课程面向全校学生,教学内容需要在提高学生实践能力和吸引学生参加上找到平衡点。教学内容要抓住主线,通过简明扼要介绍必须了解的理论知识,尽可能授之以渔,教会学生主动学习的方法[3]。在实验内容的设置上满足不同学生的不同需要,促进学生的兴趣爱好、专业特长得到充分发挥。以“单片机入门实验”为例,实验内容开始以生活中提取的模型,如七彩LED灯,可调光LED灯,远程监控的水位控制等等实验内容。从简单的人机交互入手,递进式增加实验要求,学生通过围绕“解决实际问题”这个基本点,设计一些综合性应用系统,让学生理解工程问题,将知识用于实际工程问题,体验成功的喜悦,提高实践创新能力。对专业需要解决的问题和能够解决什么问题更加清楚,提高实践能力,感受成功的喜悦[4]。

3宣传,教学,激励相结合,建立有效的实验组织方式

宣传机制:与科技社团合作,通过做讲座,鼓励多学科学生参与。通过历年的电子设计竞赛培训,有电信、电气、机械、能动、软件、生命等学院,十多个专业的学生报名参加,具备良好的学生基础。利用学生口碑,可以向有兴趣的学生宣传。教学方式:不同专业学生,基础不同,需要建立积极的反馈交流机制,耐心解答学生的疑惑,细心指导其完成基础实验内容。合理分组,通过团队协作共同解决问题,发现知识如何应用,理解工程问题,体验成功的过程。激励机制:借助校企合作,申请免费芯片和开发板,设计完成的作品归学生所有。对于一些优秀的学生通过赠与一些实验开发板作为奖励。提高学生的积极性,使其参加工程实践的积极性提高。

4研究以工程实践能力培养的实验考核办法和激励机制

在完成基础实验内容的情况下,鼓励学生自主选题,进行后续培养。通过选题报告,项目答辩,项目报告各个环节的表现,以及在实验中的工作量来进行考核。本项目主要是想通过设计综合性的应用系统,着重培养学生分析问题,解决问题,项目总结报告的撰写能力。

5跨学科电子系统设计能力的培养具备可行性

根据这几年面向全校开放实验经验,学生从零基础开始,在经过电子系统设计类开放实验后,参与各种科技活动学生比例大幅度上升。以“单片机入门开放实验”为例,通过调查问卷得知,80%以上选课学生对于单片机都是零基础,在选修了实验后,都能够完成一些自主性实验。例如水位检测,流量控制,遥控小车等系统性实验。在选修了“PCB设计开放实验”之后,都了解元器件的基本知识和选型,能够设计原理图,独立完成PCB设计制作,具备调试电路的经验。选课学生中有1/3的学生都参与了大学生创新创业训练项目。有37%的学生都参加了全国大学生电子设计竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、节能减排竞赛、节能车大赛、全国大学生物联网竞赛等各类竞赛活动,并取得了优异的成绩。多年来的本科教学实践和指导本科生科技竞赛以及科技活动的过程中,有些非电类学生从大一开始就介入科协、机器人队等实践环节,他们在具备良好的电子系统设计能力之后,并没有荒废本专业的学业,反而对本专业的实践能力有了促进。很多在全国大学生机械创新竞赛中获奖的学生,电子系统设计能力很强,说明对跨院系学生在电子系统设计能力的培养是可行的。这些学生一般都对电子系统有着非常浓厚的兴趣,或者受到了学长、家庭的影响。我们希望通过几方面问题的研究和实践,使这类学生的比例大幅度增长,培养更多的综合性创新人才。

6结语

现在国家号召“大众创新、万众创业”,说明国家对创新创业的重视。为了适应“扁平化、多样性、快节奏”的社会,学生不可能仅仅从书本中找到答案,必须要有学习能力和工程实践能力[5]。产业升级,高附加产业改革的需求,需要大量具备电子系统设计能力的高水平毕业生。西安交通大学在培养方案上降低了课程的学分要求,调动学生的主观能动性,增加了学生创新实践的时间。电子系统设计能力对于工科大多数专业学生都有帮助,在此背景下,设计适合跨院系学生电子系统设计能力培养的开放实验项目很有意义。结合学生创新训练项目和学科竞赛等环节,能够有效的培养学生工程实践创新能力。

参考文献:

[1]朱科蓉,王彤,刘守合.跨专业综合实践课程的探索[J]实验技术与管理2014,31(9):210-211.

[2]张鹏辉,张翠翠,王中方.完善实践教学体系,加强大一学生的实践能力培养[C].高等学校国家级实验教学示范中心西北、西南管理组第五届工作研讨会论文集,西安:西安交通大学出版社,2014:215-218.

[3]张诚,林志贵,徐伟,等.基于CDIO模式的电子系统设计课程改革[J].教育教学论坛,2013(1):36-37.

[4]陈学英,吕明.电子系统设计开放实验室建设探讨[J].实验科学与技术,2013,11(4):288-290.

[5]宗静静,车仁信.电子设计竞赛与创新型人才的培养[J].实验室科学,2009,12(1):18-20.

作者:王中方 李 铭 张鹏辉 张芳娟 单位:西安交通大学

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