时间:2023-05-30 09:26:02
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电子技术基础实验,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
传统的电子技术基础课程,一直分为电路分析(以下简称电分),模拟电子技术基础(以下简称模电)和数字电子技术基础(以下简称数电)3门课,是我院工科各专业必修的专业基础课。为了追求自身系统的完整性,这3门课有部分内容重复,且相互衔接松散,实验依附于理论课程,通常是以课程内实验出现,完全依赖于理论课的进程,且实验教学环节内容多、学时少、应用性弱的矛盾。实验内容更是以理论知识的验证,缺少对学生实验实践能力的培养,没有结合教学实际情况,进行针对性、开放性、创新性实验。教学形式呆板、方法单一的问题。所以,学生对做实验普遍不重视、兴趣不大。为了提高学生的操作能力和分析问题的能力,改变“重理论、轻实践”的思想,结合我院电子信息工程系实验中心电子技术基础实验教学的情况,经过综合分析: 应把实验教学与理论教学同等看待,将电分、模电、数电三者实验课程合并为1门名为《电子技术基础实验》课,明确该实验教学在整个教学计划中的比例;把实验教学从理论教学的附属地位中摆脱出来,形成相对独立的体系并对其进行优化。《电子技术基础实验》课,融会了常用仪器仪表的使用、电路分析、模拟电路、数字电路等知识,优选了其中的典型实验;目的在于有针对性的突出学生实验实践能力的培养。从实际出发,充分利用现有的教学资源,通过优化教学内容,强化教学管理,更新教学手段等措施来提高课程教学质量,保证了教学时数,增强了实验的系统性,激发学生的学习热情,更有利于培养具有创新意识的应用型电类专业人才,为电子技术基础实验教学改革工作的顺利开展提供必要的保障。因此建议从以下已方面进行改革。
一、实验课堂教学组织的改革
在科学发展史上,实验和理论互为依存,理论是实验事实的总结,实验是科学理论的基础,同时还是判断、修正错误的依据,也是发展理论的起点。从实验在科学发展中的作用看,实验教学理应受到教学管理者、施教者、受教者的重视。但是,当前的实验教学和理论教学不能同步。表现在:理论教学中的元器件知识和基本电路理论没有得到实验的及时验证,而实验的方法、步骤和实验中出现的各种实验现象没有得到理论的指导和合理解释,理论教学不能很好地指导实验教学。实验教学也不能很好地服务于理论教学。
《电子技术基础》的课程设计环节以更好的培养学生的综合应用知识能力为宗旨,在教学方法上我们探索了一种“理论实践理论”教学模式,改变现在传统的单一理论验证实验教学模式。具体做法是:是以教师针对本次实验进行理论知识的讲解、巩固,然后在让同学实际操作,讲解与操作有机的结合在一起,使学生的理论知识通过动手实验进一步得到巩固加深。之后,教师再针对实验进行补充知识的讲解。从“牵着学生的手往前走”转变到“鼓励学生自己往前走”,
二、这门课程对应的教学用板的改革创新
目前实验室使用的教学用板几乎都是以厂家的形式定制教学用板,其实验内容固定、单一,未必适合现代教学实验实践内容。另外在实验过程中,元器件的损耗老化,这是不可避免的,但需要及时更新维护。检查教学实验板的好坏和线路是一项繁杂的工作,而设备老化、故障较多时,会浪费掉大量的不必要的实验时间和精力,严重影响教师的教学和学生的学习。另一方面,原有实验设备组数少,不能保证一人一组,且更新换代很慢,陈旧的设备早已不能适应迅速发展的科学技术的要求。
针对这些情况,应对解决的方法为:学院可以结合实际的教学内容,定制开发新的教学实验板,不再使用厂家自定制的,使教学实验板更具有通用性,功能更齐全。学院再设立一定的实验室专项基金,专款专用,从源头彻底解决制约开放实验室的根本问题。这样就可以对教学实验板、实验仪器、设备进行维修和维护。
三、学生的综合应用实验实践能力的培养,达到授之以渔的效果
《电子技术基础实验》设备采用的是集成化、模块化的综合实验板。学生在现在的实验过程中只需按照实验的要求选择实验电路板,选择测试仪器,不需要具体选择电路元器件,搭建电路,这样学生只是从形式上完成了实验,但掌握不了实验中元器件的参数识别、性能测试和选用,掌握不了基本单元电路的安装方法、调试技能,不利于培养学生的动手和创新能力。
因此,为了更好的培养学生的综合应用实验实践能力,在教学方法上我们探索了一种全新的教学模式,在教学时间、教学内容上对学生进行完全开放。具体做法是:给学生一些课程设计的题目和要求,让学生自行设计电路。并自带器件和实验工具,学校提供实验仪器、场地。让学生充分利用课堂和课余时间完成课程设计。另外学生除完成规定的必选项目外,还可以自选内容,设计调试一些综合性、设计性项目,甚至可以实践一些感兴趣的课外电路。学生可以更加灵活地选择实验内容,最大限度地挖掘出实验室的潜能、培养学生的自主精神、调动学生的学习积极性、大大提高了学生的实验兴趣,使学生由“被动式”实验变为“主动探索式”学习,提高学生的能力素质。
这样,不仅使教学内容更加贴近了工程应用背景的实际需要,培养学生工程思维和工程应用的能力,而且提高了学生的学习兴趣、创新能力以及综合素质。还解决了实践学时少与综合性、设计性课题难以付诸实现的矛盾,使少学时内完成综合性、设计性项目成为可能,注重了学生个性的发展。
四、实验教材和讲义PPT的改革
除了以上的改革计划外,为了构建符合电子技术发展要求的、层次化的教学体系,打造系列化、立体化的特色教材,全面实现多媒体、网络化的现代教学方式,建设虚实结合、激励学生创新的一流的实验教学环境,全面提高学生现代化电子设计能力和综合工程素质。可采取以下主要措施:
(1)构建了符合电子技术发展要求的、层次化的课程体系。
(2)多媒体课件与教材相互配套,实现了教材立体化。
(3)教材与课程体系同步建设,同步发展。
(4)实际实验与计算机仿真实验相结合,提高了实验综合效益。
(5)建设教学网站,实现了课程教学网络化。
电子技术基础实验课是培养学生实践能力和创新能力的基础,加强本课程的改革和建设具有重要性和紧迫性,需要不断的创新,为培养实践人才提供有力的保障。
参考文献:
[1]王艳新.《电工电子技术教学改革的研究与实践》[J].教育研究,2007(1):33-35
《电子技术基础》是物理及相关学科的一门重要的技术基础课,其理论和实践性都很强,学生在学好电子技术基础理论的同时,还必须经过电子技术基础实验这一环节的严格训练,才有可能牢固地掌握该课程的基本内容。如何通过电子技术课程中这一重要的实验环节,提高培养学生理论联系实际的能力,培养学生动手、动脑的实验能力,发挥电子技术实验对培养学生的创造性思维的积极性呢?笔者根据在电子技术实验室多年的实验教学和实验室管理工作,谈谈自己的一些做法和体会。
一、在常用电子仪器的测量中增加创造性思维的成分
在进行“常用电子仪器的使用”实验中,采用一边介绍电子仪器的原理、构造,一边进行实验演示教学的方法,充分调动学生的多种感官进行感知认识。例如:我们在使用型号为SR-8的双通道通用型示波器进行信号电压的测量时,要求学生注意示波器面板上“V/div”开关每一档的电压和微调(电压范围)旋钮的使用方法,从而提高用示波器测量信号电压的精度;在需要知道信号波形的频率而用示波器测量信号波形的时间时,要求学生注意示波器面板上扫速开关“t/div”每一档的时间和微调旋钮的功能和使用场合;在用示波器测量信号波形的相位时,通过测量说明在示波器上如何同时显示两个信号波形,讲清楚“断续”和“交替”显示有何区别?这样能够较快地使学生熟悉仪器的结构、使用方法和注意事项。测量结束后,要求学生思考:怎样将压力信号、光信号和温度等非电信号转变为电信号,然后用示波器显示出来,以及示波器在生活中有哪些应用,举一、二个例子。这样一来,学生能够联系实践去进行探索,思维也得到扩散。
二、改单元验证性实验为探索性实验
传统性的电子技术基础实验多数为验证性实验,学生根据教师已编好的实验指导书,在事先准备好的实验装置上,按教师拟好的实验步骤,机械地测试一些数据来验证所学理论的正确性,做完实验后学生也是知其然而不知其所以然。
为了改变这种状态,多年来我们一直在做这方面的探索性工作。对实验的内容和方法进行了比较大的改革,每次实验前首先由教师向学生提出本次实验的目的和基本要求,学生根据教师的要求自选或自拟实验内容,经教师同意后进行组装、演示。例如:我们讲利用二极管的单向导电性可以组成整流电路,并且用示波器由教师给学生演示一些由二极管组成的半波整流、桥式整流的波形,在这里我们没有再让学生进行重复性实验,而是给学生介绍一些由二极管组成的整流电路在生活中的应用。然后,要求学生去思考,二极管整流电路在生活中还有哪些简单应用,具体去做一做,并将理论依据和做的过程写清楚。又如,将由半导体三极管组成的单级放大电路的原理给学生讲解,并用示波器给学生演示该电路输出信号波形和输入信号波形的关系,从而使学生知道合适的静态工作点是使输出信号波形不失真的基本要求,在输出信号波形不失真的基本要求下,才能涉及提高电压放大倍数的问题,不再要求学生重复这一实验。而是给学生介绍由放大电路可以组成助听器等等实用电路,要求学生充分发挥想象力,这类简单电路在生活中还有哪些实际应用,根据自己的需要动手做一个实用的放大电路,并写出其电路的原理、制作所需的元件和制作步骤。这样,既提高了学生对单元电路的重视程度,又促使学生去思考、去探索,让学生明白,这些看似简单的实验也是和我们的生活息息相关的。
三、利用现有条件,为学生探索性实验服务
根据学校的仪器现状,注重基础先于专业,立足应用。我们编写了《电子技术基础实验》讲义,目的是为了让学生在按照新的实验方法进行实验电路的设计、调试和测试时,给他们提供必要的参考资料。并且,电子技术实验室对学生进行开放,让学生有充裕的时间反复实践,让教师有充裕的时间去引导学生的思路。在开放期间,我们采取了由教师负责、学生参与管理的做法:将学生几人为一个小组分配到具体的实验台,每一个实验台有一个学生实验负责人,负责安排本组学生实验轮流的时间和召集本组同学进行实验线路板的焊接、安装及线路板的维修,也负责本组实验仪器的简单维护。如遇到仪器出现较大的故障时,再由教师带着学生共同进行修理。在每班选出一个学生作为《仪器使用说明书》的借阅责任人,负责《仪器使用说明书》的借阅工作和学生之间的交换阅读。这样,既减轻了教师的工作量,又让学生在教师的引导下学到了进行实验室基本的管理工作和简单的实验仪器的维护修理,学到了从事实验研究工作的本领和一丝不苟的实验作风。这种做法,在贵州省对各高校实验室的评估工作中,得到了省评估专家的高度评价。
四、加强设计、制作性实验的训练,提高学生创造的积极性
设计性实验是由学生根据实验目的自己进行设计和制作,与前面单元实验相比较,这一类实验虽然较为复杂,但实用性较强。学生的学习热情相对较高,部分学生思想较活跃,能够运用学到的知识,搞一些实际应用的设计制作。这时,教师就要注重引导学生精心设计好电路,基于学生的现状,我们对学生提出了三种不同的要求,(1)允许一部分学生按别人的已经制作成功的设计图进行制作,但必须自己从头到尾进行制作,写出制作的体会;(2)要求第二部分学生对别人的设计图进行适当的改进,然后进行制作,对自己的改进制作和原来的设计进行比较,写出各自的优、缺点;(3)对学习比较优秀的学生,要求他们运用自己学过的知识进行设计,然后根据自己的设计进行制作,写出自己设计和制作的全部过程和体会。制作结束后,将自己制作的产品交到实验室,由电子技术教研组的老师和学生一起进行比较和交流,公开进行评比,最后评出成绩。这样一来,学生能够提高动手、动脑能力,对于成绩的评定,学生也比较服气。
(作者单位:铜仁学院物理系)
1电子技术实验课的现状
1.1教学过程从教学过程来看,几乎所有的高职高专院校的电子技术实验,都是根据实验指导书所设计好的实验步骤以及方法来进行实验操作。电路都已经设计好,实验元件也选好,学生只需要根据实验步骤一步一步操作,观察波形以及测量数据,记录实验结果,得到已经确定的结论。这种实验称为验证性实验。这种实验模式的出发点是验证电子技术理论课程的相关原理,这对于巩固课堂上所学的理论知识起到至关重要的作用。但事与愿违,实际上大多数学生往往都是按照设计好的实验步骤来操作,只需要动手不需要思考,这没有将动手与动脑相结合,没有起到电子技术实验课应有的作用。
1.2教学手段与教学方法从教学手段以及教学方法来看,大多数教师都是在做实验之前将实验步骤进行详细讲解,然后学生只要照着做。然而这种方法枯燥乏味,无法激起学生自己动手学习的兴趣。
1.3考核方法从考核方法来看,目前对于电子技术实验课的考核方法主要以实验报告为主,做实验时一般都是2到3个学生为一组。这样的实验教学方法以及考核方式,导致很多学生都是抄实验报告,甚至有些学生直接弄虚作假,编造数据,蒙混过关。
2电子技术实验教学改革的几个措施
2.1改革实验课程体系按照循序渐进的原则,将电子技术实验课为分三个阶段:(1)基础训练。考虑到高职高专学生的学习现状,可以加强基础训练。电子技术实验的第一堂课往往是让学生熟悉以及使用数字万用表、数字示波器、信号发生器等常用的电子仪器,然而过了一段时间之后,大多数学生都不记得这几种仪器的功能和使用方法。在这种情况下,接下来的实验总是不能顺利的展开。所以,应该加强基础训练,让学生熟练掌握使用数字万用表、数字示波器和信号发生器的使用,为以后取得教学效果打下坚定的基础。(2)基础实验。电子技术实验课程的基本实验项目有晶体管共射极单管放大电路、RC正弦波振荡器、集成运算放大器、组合逻辑电路等。通过这些基础实验,让学生掌握并巩固电子技术理论知识,进一步掌握数字万用表、数字示波器和信号发生器等常用电子仪器的使用,培养学生基本的实验技能。(3)综合设计性实验。综合设计性实验是电子技术实验课中的重要组成部分,是重难点,也是电子技术实验课改革的核心部分。例如直流稳压电源、时序逻辑电路等,学生独立查阅资料设计组装电路,如遇到困难,由任课老师来指导,并共同解决。选好实验题目,要求学生大胆设计,使用各自选择或者设计的新电路,自行调试电路并写实验报告,这种模式下,可以充分调动学生的学习积极性,培养学生的创新意识和开拓精神。
2.2改革实验教学方法(1)采用引导、启发式教学。在电子技术实验课的教学过程中,应该采用开放式、引导式的教学方式,而不是灌输式、强迫式的教学方式。在实验教学过程中,应该更加注重开发学生的学习主动性,调动他们的积极性,发挥他们的创造性,帮助他们养成主动学习、分析问题、解决问题的能力。高职高专学生往往对于感兴趣的东西学习积极性较高,对于内容枯燥的知识点则表现出较低的学习效率。所以在组织电子技术实验教学时,必须注重结合实际,引起学生的学习兴趣,从而提高学习效率。(2)开放实验室。课上的时间毕竟有限,这样就不能满足部分同学对于实验室使用的需求。目前比较普遍的是全天开放实验室,但是高职高专院校往往条件有限,且这样会耗费教师以及实验室管理人员大量的精力。所以应该实施“按需开放”,即在规定的时间内,由学生提出申请,根据实验室使用情况来进行安排。学生可以在这段时间内补做课内尚未完成的实验或者做自己感兴趣的实验。(3)使用仿真软件。大多数高职高专院校的仪器设备和元器件种类都有一定的局限性,往往会阻碍学生对于电子技术实验的学习。针对这种情况,可以将仿真软件引入到电子技术实验教学中来。学生可以通过学习仿真软件,可以自由发挥自己的想法,提高自身的实验设计能力,这对传统的实验教学起到了很好的互补作用。同时,这不仅可以提高学生对于电子技术实验课程学习的积极性,同时也带动学生对于电子技术理论课的学习热情。
2.3改革实验成绩的评定方法对电子技术实验教学的考核应当引起足够的重视,因为这直接决定了实验的效果。对于高职高专学生来说,应当建立一个多元化的考核体系。电子技术实验成绩可由实验前的准备情况、实验操作情况以及实验报告这三部分组成。实验之前,要求学生做好实验预习,并带着问题来到实验室。实验过程中,检查学生是否能够独立地按照要求连好电路,检查电路是否正确,仪器使用是否规范,是否顺利完成实验要求并做实验数据记录。实验后,要求学生完成实验报告,并对实验中所遇到的问题进行分析,对记录的数据进行处理,完成实验总结。
2.4开展课外电子技术实验教学的相关活动为培养学生对于电子技术实验的兴趣,提高学生的独立工作能力和实践能力,可以开展一些电子设计和制作大赛。通过举办此类活动,学生在教师的指导下,查阅参考书,收集资料,解决各种疑难问题,充分发挥学生的主观能动性,调动学生学习电子技术、电路理论等相关课程的积极性,同时也培养了学生的团队精神。
3结语
[关键词]电力电子技术;CDIO模式;教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)03-0077-02
电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程,包括电力学、电子学和控制理论,这是课程的三大支柱。电力电子技术课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程,在工业技术领域有极其广泛的应用。学生通过学习电力电子技术课程,掌握扎实的基础理论知识,具备极强的实际操作能力,熟悉构思、设计、实现、运行的产品研发过程,并具有相应的沟通协作能力和人际交往能力。在我国社会经济迅猛发展的背景下,电力电子专业学生就业态势良好,主要从事各大机关单位配电、配电设备生产及销售、建筑电气、电路开发工程师、PLC及控制、中国石化及相关企业、地铁公司等领域的技术工作。因此,如何教好电力电子技术课程,让学生有所学、有所用,成为大学生人才培养的重点问题。
CDIO模式是一种在全球各国广泛推行的工程教育模式,以产品或项目“构思-设计-实现-运行”为载体,为大学生创建企业模拟环境,帮助大学生掌握课程理论知识,培养大学生产品过程能力。CDIO模式以产品、项目的全生命周期为系统教育背景,制订CDIO课程教学标准和体系,让学生主动参与学习,在理论中学习,在学习中实践,通过CDIO模式提高工程能力。
因此,如何结合我国高校教育改革与创新趋势,把握高校电力电子技术课程应用型人才培养定位,融合CDIO模式理念,构建电力电子技术课程体系和培养方案,探索CDIO模式下电力电子技术课程教学方法成为广大教师需要思考的问题。电力电子课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程,符合CDIO模式教学支撑的课程特点,对电力电子技术课程展开CDIO模式课堂教学和实验教学的改革与探索,能为电力电子技术课程教学改革提供支撑和助推作用。
一、CDIO模式下电力电子技术课程教学改革
CDIO模式理念涵括了产品、项目全生命周期,注重理论和实践的联系,体现了“基于项目的教学”理念,和电力电子技术课程相结合,整合课程传统教学模式,形成电力电子技术课程CDIO教学模式。本文以“CDIO模式”为主线,构建贯穿电力电子技术课堂理论教学和实验教学的新型教学模式,并对此进行有益尝试。
(一)基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学
1.教学课程规划
在电力电子技术课程理论教学中,为了更好地开展理论教学,笔者建议有计划地将实践教学融入课堂教学全过程。在电力电子技术课堂教学中,教师向学生讲解理论基础知识,提出重难点,抛出问题,让学生进行仿真分析和总结。学生按照小组划分组建项目团队,对课堂理论知识进行讨论学习,从总体设计理论知识和项目任务,深入理解项目目标,主动发现问题。教师针对学生存在的学习问题进行引导,动态掌握学生理论知识学习情况,及时纠正学生理解中的错误。同时,教师还应全面开放电力电子技术实验室,开放电力电子技术项目实施环节,为学生项目团队设计项目任务。
笔者以“三相桥式全控整流电路”为例,为学生设计全控桥整流项目任务,结合三相交流变压、晶闸管工作特性、阻感式电路、纯阻性电路、触发电路等内容进行电力电子技术课程教学规划。
2.课堂教学方法
教师引а生查找相关资料,对项目任务进行工作分解,以“自上而下”为项目设计导向,构思项目整体概念,从整体到局部,从宏观到微观,整合涉及的所有课程基础知识,结合“三项全控桥”设计、“触发电路”设计的工作结构和原理,构建模型,分析模型,计算参数,评估设计,模拟故障等,让学生实践“原理思考-分解任务-小组探讨-模型构建-课程讲解”,在教师的启发下主动学习,带着问题学习理论基础知识,带着目的和方向学习,绘制出电路原理图和集成出发电路图,能收获较好的课堂教学效果。
在电力电子技术课堂教学中,教师要将课堂教学和模型仿真并行,为学生创设“学习-构思-设计-仿真”的一体化电力电子技术课堂教学模式,培养学生电路设计思维和能力。
(二)基于CDIO模式的电力电子技术实验教学
1.基础实验验证
电力电子技术课程在理论知识课堂讲解结束后,需要结合课堂教学内容,设计理论知识基础实验验证,帮助学生巩固基础理论知识,并结合实验过程中遇到的问题进行讨论学习,提高学生问题解决能力,让学生能够在实验构思、设计、实现、运行中巩固理论知识,操练电路设计实践能力。
笔者以“反激变换器”为例,在给学生讲解介绍了反激变换器设计内容和实施步骤后,要求学生应用“电流型脉宽调制器芯片(UC3842)”设计反激变换器,在设计中正弘交流输入是给定的110V/50Hz,经过降压、整流后,输出功率实际为Pout=60W,开关频率为fs=64kHz,输出电压为Vo=15V,要求学生结合电路设计中的各元件参数,确定各参数的选取原则与计算公式,设计仿真方案,制作版图和电路板调试电路,撰写项目设计结果分析报告。
2.创新实验设计
在电力电子技术课程内容教学结束后,教师应梳理电力电子技术发展前沿,紧随时代步伐,更新课程教学内容,制订创新实验设计,让学生结合时代要求调整实验设计方案,遵循“理论学习-实验设计-仿真验证-实验”的流程,按照“基础-实践-综合-创新”的教学主线,创新设计电力电子技术综合实验。
“反激变换器”实验设计中的变换器电路设计包括主电路参数设计、控制电路参数设计。第一,主电路参数设计包括整流桥、变压器、滤波器、开关管等参数的选取,钳位电路、启动电路、供电电路等设计。其中,电感和变压器等磁性元件设计是反激变换器设计中最复杂的难点。在可变的电磁变换环境下,高频变压器工作发挥着变压器和电感双重作用,变换器性能受原副边匝数比、线圈电感、磁芯参数等参数关键影响,学生需要计算这些参数,然后结合计算结果绕制变压器。第二,控制电路参数设计包括振荡电路参数设计、光耦隔离部分参数设计、反馈采样电阻设计、驱动电路设计。通过设计控制系统,学生有机结合自动控制理论和电力电子技术,深入理解PID控制理论,这样可培养学生电力电子技术知识运用能力和问题解决能力。
二、CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价
CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价包括过程考核和结果考核。
电力电子技术课程过程考核应构建“自评+互评+师评”的评价指标。其中,自评指标需要学生在正确认识自我基础上,对自己学习态度、操作能力、创新能力进行客观评价;互评指标是在项目小组分工下,由小组成员对学生的学习态度、操作能力、团队参与、项目报告等能力进行客观评价;师评是教师结合学生在学期内的课堂和实验表现,对学生学习态度、操作能力、团队参与、实验设计等能力进行评价,全面提高学生专业素养。
电力电子技术课程结果考核是试卷考核,教师为学生创新课程试卷,设计“理论知识+实验设计”的新型试卷,以“理论+实验”的试卷模式取代“理论+计算”的试卷模式,全面考核学生知识应用和创新能力。
教师应该结合学校专业人才培养方案,在过程考核和结果考核之间设定科学权重,制订课程教学考核标准,以计算最终课程成绩。
三、结论
本文提出CDIO模式下的电力电子技术课程教学改革模式和实施“构思-设计-实现-运行”的流程,帮助学生应用理论知识实施实验,掌握电力电子技术课程知识,掌握课程实验操作方法,使课程理论和实践融会贯通。笔者在电力电子技术课程内容和就业去向分析的基础上,结合CDIO模式理念,指明力电子技术课程教学改革趋势,提出“基于项目教学”的电力电子技术课程CDIO教学模式。本文从教学课程规划和课堂教学方法,论述了基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学改革,从基础实验验证和创新实验设计,论述了基于CDIO模式的电力电子技术实验教学。最后,笔者给出CDIO模式下电力电子技术课程教学考核的新办法,包括“自评+互评+师评”的电力电子技术课程过程考核和“理论知识+实验设计”的电力电子技术课程结果考核,形成“CDIO”模式下电力电子技术课程新型教学模式,培养应用型专业化人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡静波. “电力电子技术”课程的CDIO教学改革[J].高教学刊,2015(6):34-35.
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。《电子技术基础》课程实践性强,将CDIO工程教育理念引入到电子技术教学中来,可以让学生以主动、实践的方式学习该课程。河北工业大学电气工程学院电子学课程组通过合理组织理论教学、合理安排《电子工艺实习》进度、改进实验和《电子工艺实习》的验收考核环节等诸多教学方法的改变,突出工程教育理念,取得了较好的效果。
关键词:
电子技术;CDIO;教学方法;教育理念
构思Conceive、设计Design、实现Implement和运作Operate(简称CDIO)这种工程教育模式是近年来工程教育改革的新成果。该模式让学生主动地以实践的方式学习产品的研发、产品的设计、产品的运行整个过程,以综合的培养方式使学生在多方面具有工程师的素养。对于《电子技术基础》课程,国内很多高校将CDIO理念融入到该课程教学模式中。黑龙江工程学院借鉴CDIO工程教育理念对专业教育进行一体化设计,将《数字电子技术》与《EDA技术》两门课程有机地融合为一门课程《数字电子与EDA技术》,将《电工电子工艺实习》和《PROTEL实习》有机地融合为《电工电子工艺实习》[1]。广西科技大学基于CDIO理念对课堂教学、实验教学和课程考核方面进行了有益的实践[2]。成都信息工程学院改革《电子技术综合设计》课程,培养学生综合运用专业知识的能力[3]。东北林业大学基于CDIO对数字电子技术课程进行了教学改革探索[4]。南京工程学院将CDIO融入数字电子技术教学模式改革中,使理论教学、实验课程与课程设计相辅相成进行[5]。浙江工业大学基于CDIO教育工程模式下进行了“模拟电子技术”授课体系改革,该体系分成课堂授课、课外辅导小组授课、建立课外兴趣小组授课这3个层次,具有诸多优点[6]。河北工程大学在CDIO教育理念的指引下,对电子应用系统项目实施模式进行探索和研究,对项目训练教学中的项目体系结构、项目训练方式、项目训练成绩评定、项目指导过程及项目空间环境建设等方面的实施模式进行构建和实践[7]。经过实践证明,《电子技术基础》课程引入CDIO工程教育理念的教学模式后,教学质量得到了提高,学生的工程意识、项目实践能力、团队合作能力、自学创新能力和表达能力均得到了提高[8-10]。
1《电子技术基础》课程引入CDIO工程教育理念的优点
《电子技术基础》课程实践性强,有很多通过学习、实践易于实现的电子产品,如秒表、节日彩灯、简易信号发生器、功率放大器、直流电源、智能声音放大电路等。将CDIO工程教育理念引入到《电子技术基础》的课程教学中,可以让学生自行进行电子产品的思考、设计及实现,从电子产品的研发到产品运行为主线,培养学生的工程意识,提高学生对《电子技术基础》课程基础知识的掌握。引入CDIO工程教育理念后,《电子技术基础》的课程教学具有以下优点:1)能加强学生对电子技术基础理论知识的理解和记忆,提高学生学习的主动性和兴趣,提高该课程的教学质量;2)该教学方法的实施能建立起学生在现行教育中缺失的工程意识,激发学生产生主动学习的兴趣,从而转变学习态度;3)该方法还能培养学生的团队协作意识,锻炼学生的合作交流能力;4)能锻炼学生的语言表达能力。
2引入CDIO的《电子技术基础》教学方法
把CDIO工程教育理念引入到《电子技术基础》教学中,任课教师必须具备很强的实践经验和较强的工程知识与能力,这样才能在《电子技术基础》的课堂教学中提供恰当的工程实例。另外,学生在实践过程出现这样或那样的问题时,具备工程实践经验的老师能及时给学生提供经验性的指导。一般来说,青年教师缺乏工程实践经验,河北工业大学电气工程学院电子学课程组采取了“传、帮、带”的措施,青年教师上讲台前必须跟经验丰富的教师听课并助课,课程团队同时还为年轻教师指定工程经验丰富的教师作为指导教师,进行为期一年的指导。定期召开教学研讨会,对教学方法、工程实例进行讨论和共享。另外课程团队积极鼓励工程经验少的教师到企业单位参观,并积极鼓励教师参加工程项目,提高教师的工程实践能力。2014年春季学期,课程组教师去同辉电子有限公司参观;2014年秋季学期,课程组教师去天津职业技能公共实测中心参观;2015年春季学期,两位教师去天津职业技能公共实测中心进行实际操作培训。通过参观和培训,教师的工程实践能力得到了提高。
2.1根据工程实际,确定课程教学内容
1)在教学过程中,积极进行教学内容的改革,去除《电子技术基础》课程里陈旧的教学内容,比如集成电路的内部结构,突出集成芯片的外部特性与应用。
2)理论教学内容模块化。《数字电子技术基础》突出计数器模块,学生可以进行秒表设计;突出寄存器模块,学生可以进行节日彩灯设计;《模拟电子技术基础》突出直流电源模块,学生可以进行直流稳压稳流电源和充电器设计;突出波形发生和振荡电路模块,学生可以进行简易信号发生器设计;突出运算放大电路模块,学生可以进行各种运算电路和滤波电路的设计等。具体模块化内容与实践性项目如表1所示。
3)理论教学与实验教学中均加入电子线路的仿真。《电子技术基础》课堂教学中加入仿真,帮助学生理解难懂的电路原理,比如正弦波振荡电路的启动振荡过程。在《电子技术基础》实验教学中也引入仿真。学生在实验室搭接硬件电路前,利用仿真帮助学生掌握实验仪器的基本使用方法及电路参数的测试方法,如放大电路的交直流参数的不同测试方法。仿真完成后,学生再进行硬件电路的实验环节。加入仿真的方法后,学生对理论知识的理解更加透彻,通过理论与实验结合的方法有效地激发了学生对《电子技术基础》课程的学习兴趣。
2.2将《电子工艺实习》贯穿到整个《电子技术基础》理论课程教学中
目前,大部分高校的电子技术教学体系中,《电子技术基础》与《电子技术基础实验》是分别开设的,《电子技术课程设计》(或者《电子工艺实习》)是一门单独的实践类课程,这种课程设置的本意是让学生重视实践课程,但是这种课程设置却达不到预期的目标。理论与实践分开,课程进度不做协调,并且一般课程结束数周后才进行为期一周的课程设计(或《电子工艺实习》),不利于学生连贯性、持续性的学习。课程组将《电子工艺实习》和《模拟电子技术基础》安排在同一学期,《电子工艺实习》安排在《模拟电子技术基础》课程后,内容为稳压稳流电源设计与制作,该内容涉及到《模拟电子技术基础》的直流电源这一章节的内容。在理论课程未讲述到时,就下达设计任务,学生可以自行预习这一章节,提高学生学习的兴趣。在理论课程讲述完负反馈放大电路后,给学生安排稳压稳流电源的仿真与印刷电路板设计任务,学生两人一组进行电源电路仿真和印刷电路板(PCB)的设计。在讲述完直流电源内容后,学生即可进入实验室进行实际的电路焊接与调试工作。焊接与调试时,每位同学做出一个电源成品。学生自行进行调试工作。最后学生进行实习报告的书写、分组讲解稳压电源的功能,提升整个实习的理论高度。经过《电子工艺实习》,学生普遍反映收获很大,极大地提高了学生的动手能力和学习电子技术基础课程的兴趣。
2.3改进实验和《电子工艺实习》的验收考核环节
CDIO其中的一个理念是团队合作能力,课程组采用口试答辩和现场调试相结合的方法进行。口试答辩和调试过程强调每个组员的作用,每位成员承担的任务不同,讲解及调试的重点也不同。调试通过后还要进行设计报告的提交工作,通过设计报告的制作提高学生的科技写作能力。
3结束语
电子技术课程是一门实践性很强的专业基础课,与之配套的电子技术实验课程具有以下一些特点:
(1)电子器件品种繁多,特性各异。在进行实验时,首先就面临如何正确、合理地选择电子器件的问题。如果选用不当,则将难以获得满意的实验结果,甚至造成电子器件的损坏因此,必须对所用电子器件的性能有所了解。
(2)电子器件的特性参数分散性大,电子元件的元件值也有较大的偏差。这就使得实际电路性能与设计要求有一定的差异,实验时就需要进行调试。
(3)电子电路中的寄生参数和外界的电磁干扰,在一定条件下可能对电路的特性有重大影响,甚至会产生自激而使电路不能工作。这种情况在工作频率高时尤易发生。因此,元件的合理布局和合理连接方式、接地点的合理选择和地线的合理安排、必要的去祸和屏蔽等措施在模拟电子电路实验中是相当重要的。
(4)电子电路各单元电路相互连接时,经常会遇到一个匹配问题。尽管各单元电路都能正常工作,若未能做到很好地匹配,则相互连接后的总体电路也可能不能正常工作。为了做到匹配,除了在设计时就要考虑到这一问题,选择合适的元件参数或采取某些特殊的措施外,在实验时也要注意到这一问题。
(5)模拟电子电路的输人输出关系具有连续性、多样性与复杂性这就决定了模拟电子电路测试手段的多样性与复杂性。针对不同的问题采用不同的测试方法,是模拟电子电路实验的特点之一。而数字电子电路的输出输人关系比较简单,但应搞清楚各测试点电平之间的逻辑关系或时序关系。
2.电子技术实验存在的主要问题
2.1实验的教学方式相对单一
电子技术实验设备采用的是集成化、模块化的综合实验箱,学生在实验过程中只须按照实验的要求选择实验电路板,选择测试仪器,不需要具体选择电路元器件,搭建电路,这样学生只是从形式上完成了实验,但掌握不了实验中元器件的参数识别、性能测试和选用、掌握不了基本单元电路的安装方法、调试技能,不利于培养学生的动手和创新能力。所开设的实验内容较为陈旧,大多为验证性实验,实验指导书详细,学生按照事先既定的程序“按部就班”地操作,只会模仿,从而限制了学生求知的激情和创造性思维。
电子技术实验教学仍然停留在手工作坊式的传统教学模式上,学生以固定的班级为单位,在同一时间里用同一种教材,做着同一个多以验证性实验为主的必做实验。学生做实验完全按照指导书或教师规定的实验操作步骤亦步亦趋地进行,学生不知道为什么这样做甚至也不知道操作结果说明了什么。实验考核的依据主要是做没做实验、交没交实验报告和教师对学生的印象好不好等因素。这样的实验教学效率低下、学生处于被动学习和机械操作的状态,导致教师和学生都觉得枯燥,遏止了学生的逻辑思维和创造性思维,不利于培养学生的实验能力和科研能力,不适应教育现代化的需要。以灌输式、填鸭式、封闭式的教学方法占大部分,过分强调以教师为中心的教学方式,从教材编排、实验内容、步骤到实验结果和实验报告的书写均由教师预先确定、安排,以统一的模式去要求和塑造学生,致使学生学习兴趣不高,处于被动学习状态。
2.2实验与理论课的结合不够
在科学发展史上,实验和理论互为依存,理论是实验事实的总结,实验是科学理论的基础,同时还是判断、修正错误的依据,也是发展理论的起点。从实验在科学发展中的作用看,实验教学理应受到教学管理着、施教者、受教者的重视。但是,当前的实验教学和理论教学不能同步。主要表现在:理论教学中的元器件知识和基本电路理论没有得到实验的及时验证,而实验的方法、步骤和实验中出现的各种实验现象没有得到理论的指导和合理解释,理论教学不能很好地指导实验教学,实验教学也不能很好地服务于理论教学。教学观念陈旧过时,长期以来只重视理论教学,轻视实验教学和实验能力的培养,实验教学仅仅依附、服务于理论教学,培养出来的学生缺乏观察、分析和解决问题的能力,造成高分低能。
2.3实验内容设置不合理
目前的电子技术实验内容多是按理论课要求设置的,实验内容陈旧,形式单一,对课本知识的验证性实验偏多,综合性、设计性、应用性实验很少,而且新技术不能及时充实到实验内容中来。由于学生缺乏独立设计与创新的实验思维,这种实验教学已不能适应高职对人才培养的现实需求。因此,教学双方呼唤改革实验内容的声音非常强烈。
2.4实验仪器设备太陈旧
由于电子技术的飞速发展,新设备、新工艺、新技术不断涌现,现有实验设施已不能适应时代的发展,并且由于经费有限,多数正在使用的仪器设备破损严重,更新较难,已无法满足实验教学的要求。如何通过改造与创新实验教学来解决这些问题,已成为教学中必须面对并巫需解决的问题。
3.电子技术实验的发展前景
3.1电子技术实验发展的基本思路
创新人才的培养必须贯穿于实验教学的全过程,体现在实验教学的各个环节。因此,必须以培养与提高科学实验素质和创新能力为目标,重组实验教学体系,优化课程结构,更新实验内容,按照多层次、模块化、开放性的实验教学新体系组织实验教学。电子技术实验课程改革的基本思路是:
(1)体现以学生为主体的教学思想改变传统教学中由教师“主宰”课堂的方式,引人以学生讨论提高和自我发挥为主的课堂机制。在“教”与“学”中找到溶合点,教师只作必要的指导和启发,留出时间,让学生独立思考,自己动手设计实验,在实验过程中激发学习的兴趣与热情开拓思维的深度与广度,从而有效地培养学生的主动性和创造性。
(2)强化实践能力和创新意识随着教育体制改革的深人进行,高等学校的竞争力不仅体现在教学和科研实力上,学生的综合素质、创新能力也成为高校生存和发展的重要因素。为此,应树立一种新型的、开放的人才培养观。电子技术实验教学改革应在广泛接触和获取前沿学科的基础上,以电子技术发展的新趋势来构架教学课程体系,重视培养学生的实践能力、创新能力和创业精神,普遍提高学生的人文素养和科学素质,才能顺应时展潮流,为社会培养高素质人才。
(3)优化实验课程的知识结构鉴于学科发展的趋势是交*与综合,各学科间的交*与渗透日益频繁。因此,要根据学科发展的特点,突破原有学科与课程界限,加强相关学科之间的横向联系、相关课程之间的纵向联系,使开设的实验内容相互联系、相互渗透,形成较完整的知识体系。
3.2电子技术实验发展方向
当前电子技术的发展突飞猛进,知识更新的速度不断加快,对电子技术实验教学提出了新要求。电子技术实验课程改革是社会发展和市场机制对实验教学提出的必然要求。
(1)改变教学模式,完善实验教学手段在实验教学中,必须改变传统的教学模式,不断探索新的实验方法,捕捉最新科技成果,引入高、精、尖的实验设备和实验手段。按照素质教育的要求,以培养创新能力为主线,可以采用多层次实验教学体系结构。在多层次实验教学体系结构模型中,它将电子技术实验分为四个层次。实验理论和实验技术知识以课堂教学为主,要求学生掌握电子电路设计的基本理论和基本方法及常用EDA软件的使用,了解常用电子仪表的原理等。基础训练型实验主要安排电子电路各基本单元电路的设计与调测。通过实验使学生掌握各基本单元电路的功能及设计方法,掌握运用常用仪器仪表测试电路和电路参数的方法,掌握实验数据的处理方法。综合设计型实验属于应用性实验,实验内容侧重于某些理论知识的综合应用。系统设计实验既有综合性又有探索性,主要侧重于对学生创新能力的开发,主要安排一些特定功能电子电路的设计、安装和调试。
(2)以学生为主体,培养学生独立设计的能力实验课程改革的指导思想在于注重综合应用能力的培养。学习电子技术不仅要求学生掌握基本原理和计算公式,而且要求在掌握基本原理的基础上,着重培养对电路的分析、设计和应用开发的能力。在实验教学中,应提倡以学生为主体,引导和共同探讨为主的自主式教学模式。在实验前,教师应教会学生学会预习相关理论,启发学生按实验目的要求自己设计实验方案,知道要做什么及实验结果。学生必须认真预习,查阅资料,设计电路,拟订实验方案,设计数据表格等。在学生设计能力提高到一定程度后,教师可以布置综合实验题目,该任务功能明确,实现的原理、器件和方法由学生自定,也可根据实验室的条件,部分限制使用的元器件和实现的方法,但选择余地应足够大;还可开设实验专题,鼓励学生根据实验专题查阅资料、确定方案,制定电路设计和元器件选定,选用测量仪器,在此基础上进行电路装配、调试、数据测量和数据处理,最后写出有分析的实验报告,在实验中培养学生探索、分析、研究的能力。
(3)重视综合设计型实验的开设验证性实验与设计性实验的有机结合可以培养学生动手能力和分析问题的能力,提高学生综合运用每门课程进行创造性的学习,使学生的实验能力、设计能力、创新能力和科学素质在不断的解决问题和积极主动的实验过程中得到培养。因此,在原有传统性实验的基础上,应以培养学生实践能力为目标,开设设计型实验课程。学生完成了基本实验和设计性实验后,掌握了实验的基本技能,同时又具备了一定的创新能力,这时再开设综合设计性实验和实训,就可以进一步开拓学生的创新思维和创新能力,培养学生的系统设计、制作和测试能力,以及综合研发能力和基础理论运用能力。在综合设计性实验和实训,首先由教师提出实验的目的和具体电路性能要求;然后由学生自行查阅资料、设计实验电路、选择元器件;再把设计好的电路用计算机辅助软件-仿真模拟。
科技的发展日新月异,新思想、新观念、新技术、新装备、新应用层出不穷。实验教学体系是一项复杂的系统工程,涉及到教育、教学及其管理的方方面面、各个层次和各个环节,它们既相互促进,又相互制约。因此,实验教学的改革,没有固定的模式,要跟上时代的步伐。
参考文献:
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关键词:数字电子技术;理论教学;实验教学;课程设计
引言
《数字电子技术》课程是电气类、信息类等相关专业一门理论性和实践性都较强的专业基础课,随着科技的发展,教学改革的不断深入,对《数字电子技术》课程的教学也要适应社会对培养高素质人才的要求,合理安排教学环节,精心设计教学过程,认真完成对该课程的基础理论教学、实验教学和课程设计教学,培养出兼具扎实的基础理论知识以及实际的分析问题和解决问题能力的应用型、复合型人才。
一、基础理论教学方面,改善教学效果
《数字电子技术》课程的基础理论教学是该课程的教学基础和核心,将直接影响后续的实验和课程设计教学,为了使学生充分掌握该课程的基本概念、基本理论等内容,要从教学手段的优化、教学内容的设计以及教学方法的改进上来提高教学质量,改善教学效果。
1.1教学手段的优化
传统教学主要是讲授式,以填鸭式的方式使学生很被动的接受知识,教学效果不理想。随着多媒体技术的不断发展,已经越来越多地使用传统教学与多媒体相结合的教学手段,极大地吸引了学生的注意力,激发了学生的学习兴趣。《数字电子技术》课程的显著特点是内容多、信息量大、图表复杂多样等,使用多媒体课件将这些内容生动形象的动态显示出来,既大大节省了传统教学中板书的时间,还使学生轻松、灵活地理解所学知识,达到事半功倍的效果。
1.2教学内容的设计
《数字电子技术》课程的教学内容较多,且逻辑性很强,必须要合理安排各教学模块的授课次序,循序渐进,有层次地因材施教。教学内容的各个模块处于不同层次,只有以前面的模块为基础,才能学习掌握后面的模块,例如,只有掌握了组合逻辑电路和触发器的内容,才能够继续学习后续的时序逻辑电路部分,它们之间具有承上启下的衔接关系。另外,由于该课程的应用性和实践性,教学目标注重对集成电路和芯片的使用,因此在对教学内容的选取上,要淡化各类电子器件内部电路的分析,突出中、大规模集成电路的外部特性和应用,提高该课程的教学效果。
1.3教学方法的改进
在教学过程中,学生普遍反映《数字电子技术》课程的基础理论教学太枯燥、难学懂,为了提高学生的学习积极性,在课堂中引入问题启发式教学和案例教学的方法。问题启发式教学是采用创设问题的方法引导学生思考、探索、求证,加强师生之间的互动,激发学生学习新知识的主观能动性。为了进一步提高学生的学习兴趣,还可以采用案例教学。例如在讲授时序逻辑电路时,通过介绍交通灯控制的应用案例,使学生了解数字电路的基本组成部分,以及各类集成电路芯片的使用,激发学生的好奇心和求知欲,改善了课堂效果。
二、实验教学方面,提高应用能力
《数字电子技术》课程的实验教学是该课程必不可少的教学环节,是培养学生实际应用能力的重要途径。通过实验教学与基础理论教学的穿行,使学生在学中做、做中学,将理论知识与实际相结合,不断提高学生的应用能力。为了提高实验教学的效率,更好地培养学生的实际应用能力,要不断改进和提高实验内容和实验手段。
2.1实验内容的调整
《数字电子技术》实验包含验证型和设计型,在基本完成实验教学内容的基础上,要适当地减少验证型实验,增加设计型实验的内容。验证型实验无需自己设计,对选择的集成器件进行连线,根据输出的结果验证器件的功能效果。例如验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能。这类实验只能培养学生动手操作设备或器件的能力,使学生具备基本的实验技能。而设计型实验需根据要求的逻辑功能,设计出逻辑电路图,然后选择合适的集成器件,连接电路并调试运行其功能。例如设计三输入多数表决电路的实验。该类型的实验既能培养学生分析和设计电路的能力,还能提升学生的创新意识,加强学生应用能力的培养。
2.2实验手段的更新
常规的实验教学都是在硬件设备上完成的,随着微电子技术和计算机技术的发展,软硬并重的实验教学平台被不断采用。Multisim软件提供了大量丰富的虚拟器件,具有强大的仿真功能。在实验中引入Multisim仿真软件,既大大提高了实验效率,还能培养学生自主学习的能力和应用能力。
三、课程设计教学方面,加强综合素质培养
《数字电子技术》的课程设计教学是该课程一个很重要的实践教学环节,与实际生活有着紧密的联系。课程设计教学是通过指导学生查阅文献、选择方案、设计电路、模拟仿真、制作实物、调试运行等过程,使学生循序渐进地独立完成数字电路的整体设计,培养学生的综合应用能力、动手能力、创新能力以及运用理论知识分析问题和解决问题的能力。
以数字电子钟逻辑电路设计为例,要完成该课程设计题目,首先要明确其设计要求,根据要求确定需使用的器材,然后进行整体方案的选择,设计各单元电路,连接构成完整的数字电路,使用Multisim软件进行模拟仿真,最后购买可用的器材,焊接搭建成实物,演示运行,实现设计要求的全部功能。通过指导学生完成以上一系列的任务,使学生在设计的过程中,掌握通用数字电路的设计方法,巩固和加深对基础理论知识的理解,进一步提升基本实验技能,训练对数字电子产品制作的动手能力,进而提高学生独立思考探索、分析解决实际问题、科学创新的综合分析设计能力,加强了学生综合素质的培养。
结语
总之,通过以上对《数字电子技术》课程各方面教学的分析,改善教学之路还很漫长,需在长期的实践中不断积累和完善,开发学生的智力,挖掘学生的潜力,为培养出适应社会发展的高素质人才继续努力。
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关键词:电子技术实验;教学改革;教学创新
中图分类号:G712 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2015)13-048-02
随着电子技术的飞快发展,电子技术实验教学将改变传统的教学模式,创立新的电子技术教学体系,提高学生在实践中运用理论知识的能力。电子技术实验课程中,电子设计自动化技术被提出,简称EDA。这一设计技术的引入,在强化创新教育的同时,改善了传统封闭的教学模式,为培养电子技术复合型人才起到了促进作用。
一、实验教学中EDA技术的引入
EDA(电子设计自动化)技术,引领了现代电子工程技术的潮流,是电子工程技术人员必须掌握的技术。EDA技术的应用促进了电子技术实验教学和世界电子工程技术的接轨,学习和掌握EDA技术是电子专业高校学生重点的学习内容。随着教学改革的变化和深入,EDA给电子技术专业实验课带来了翻天覆地的变化。
二、实验教学体系结构的改革与创新
传统的实验教学观念中,实验教学依附于电子技术理论知识的教学,没有完整的教学体系,缺乏高标准、高素质的教师团队,使得电子技术实验教学的水平一直无法提高,无法适应现代电子技术的发展要求。从实践的角度来说,实验教学的设立是必不可少的,需要纳入学校的发展规划之中。通过教学改革,使电子技术实验教学水平得到普遍提高,培养高素质的复合型人才。实验教学改革需要突破传统的教学模式,以培养学生的创新能力为主要目的。改革将实验教学分成四个层次:
1、实验理论和技术知识的应用。以课堂教学内容为主,掌握电子技术的基本理论和方法,以及EDA技术的应用。了解电路设计中,电子仪表的原理和正确使用方法。这是电子技术实验教学的理论基础。
2、基础训练实验。实验的基础训练,主要训练电路的设计和调测。在实验中,使学生了解单元电路的功能和设计方法,熟练掌握仪器表的运用,并掌握处理实验数据的方法。
3、综合设计型实验。综合设计型实验,侧重理论的实际应用,属于应用性实验。综合运用理论知识,解决实际问题。例如,交通信号灯控制系统、语音控制电路、控制发生器等。
4、系统设计型实验。既有探索性,又有综合性的实验,称之为系统设计型实验。主要为了培养学生的创新能力。电子技术实验教学过程中,由教师提出实验要求,并提供相关的实验材料。学生通过查找资料,整理并设计出实验方案,写出设计方案的技术报告,使学生在自主学习中,发挥创造能力和创新能力。在实验中,培养自己发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力。
三、实验教学方法的改革和创新
1、使学生将被动实验变成主动实验、在电子技术实验教学中,学生在教师的指导下进行自主实验。首先需要根据教师提出的问题,查找相关的资料进行课前预习,并设计电路,草拟设计方案等。再由教师对学生设计的方案,给出建议和指导。让学生在实验教学中,充分发挥他们的创新能力,通过理论与实践相结合的方法,找出真正能够解决问题的方法。最后达成将学生作为教学主体的目的,使他们学习的积极性得以提升。
2、将理论知识与实验教学相结合。实验教学水平的提升,仅从教学入手远远不够,还应该结合理论知识进行教学。实验教学和理论教学是相互依存的关系,实验教学能够加深学生对电路设计的理解,理论教学能引发学生的思考,两者相结合能够培养学生发现问题、解决问题的能力。从而提升学生的创新意识。
3、注重能力培养,改变指导方法。作为一名优秀的教师,除了传达理论知识,还应该具备引导学生进行自主学习的能力。学生作为实验教学的主体,教师应该鼓励学生对实验所提出的问题进行独立的分析和思考,强化对学生实践能力的培养。在实验过程中,教师的指导起到了至关重要的作用。因此,教师不仅要具有丰富的理论知识,还需要具备科学实践的能力。
4、更新实验内容。电子技术飞速发展的今天,实验目的也在发生着变化。相对应的实验内容、方法和手段也要随之改变。只有不断的创新改革,才能跟上时代的步伐。适当的将最新科研成果,引入实验教学中,不断探索新的实验方法,力求跟上科学发展的步伐。
四、实验教学手段的改革和创新
1、采用现代化教学手段。计算机多媒体技术、虚拟实验技术等教学手段能有效提高教学效率,优化教学效果。使学生在轻松愉快的氛围中,学到实验理论知识。
2、开放实验室。开放实验室是指实验时间、地点、方式的开放。有效的培养学生的实践能力,提高学生对于实验仪器的了解。实验室的开放,方便学生将生活中问题带到实验室进行解决。同样,方便学生之间的互相学习和探讨。
五、实验教学考核体系的改革和创新
实验教学的考核,重点考核学生对实验知识点的掌握和操作仪器的熟练度。以下是考核的五个方面:
1、任务设计。考查学生对于指定实验任务的分析能力和设计实验方案的能力。
2、仪器操作。考查学生对仪器的认识,能否正确使用仪表并进行娴熟的操作。
关键词:高职院校 应用电子技术专业 实践教学
1 应用电子技术专业实践教学存在的问题
目前,我国大部分高职院校应用电子技术专业已初步建立了实践教学体系,制定了实践教学大纲,设计了实践教学环节,并将其贯穿于应用型人才培养的全过程,对提高学生的专业技术能力具有重要的促进作用。但仍然存在一些问题,比如对实践教学的理解存在偏差,不重视实践教学,在教学中很少安排实践环节;实践教学内容还有待进一步完善,实践教学经费投入不足,实验室软硬件环境差,实验教师队伍薄弱,大大影响了实践教学的正常、高效开展[1]。
2 应用电子技术专业实践教学体系的相关研究
实践教学体系是由实践教学活动的各子系统构成的有机体,包括实践教学的目标体系、内容体系、管理体系和保障体系等子系统。近年来,学者从不同角度探讨了应用电子技术专业实践教学体系的构建问题。全卫强等(2005)认为应用电子技术专业应以职业能力和创新能力培养为核心而建立一套模块化、进阶式的实践教学体系,并将实践教学内容划分为基本技能、专项技能、专业技能、综合能力训练四大模块。朱庆欢和赵永泉等(2005)提出应以学习单片机和EDA技术的应用开发为主线,构建了由课程实践和集中实践两大部分组成的实践教学体系[2]。任国灿和汪宋良(2010)认为实践教学体系的确立是一项系统工程,实践教学内容的核心体系包括基本技能、专业技能、综合技能及职业技能四个方面,并通过实施项目训练、岗前训练、顶岗实习、毕业综合实践等活动,以提升学生的应用能力[3]。尚亚蕾和杨彬(2012)建立了以专项技能、专业技能、综合技能为核心的独立的实践教学体系[4]。戚淮兵和肖顺文(2012)构建了“职业+技能”两面并重、“课内+课外”二环节紧密相结合、“基础+综合+创新”三层次有机衔接的“223”立体型实践教学体系[5]。贾艳丽(2013)通过企业岗位调研与职业能力分析,构建了三层递进的工学结合实践教学体系[6]。
3 应用电子技术专业实践教学体系的构建
根据学者们的相关研究,本文主要从内容体系和平台体系两个方面来探讨应用电子技术专业实践教学体系的构建问题,其中实践教学内容体系是核心,实践平台体系是保障,如图1所示。
3.1 实践教学内容体系 高职院校电子技术专业的实践教学内容可通过分层训练模块来进行合理设计,通过实验、实习、技能培训、顶岗实习与毕业设计等实践教学环节来达到实践教学的目标。通常应用电子技术专业实践教学内容体系包括基本技能训练、专业技能训练和综合技能训练等三个方面的内容。基本技能训练包括电工技术、数字电子技术、高频电子技术、单片机应用技术和PLC和微机操作等实验。专业技能训练包括电子CAD实习、音频实习、视频实习、SMT制程与维护、电子测量与应用实习、电工中级考核证书实训和电路设计与仿真等。综合技能训练包括电子产品综合设计、电子整机检修调试、顶岗实习和毕业设计以及各种电子设计竞赛等。
3.2 实践教学平台体系 实践教学平台体系包括校内专业基础实验室、专业综合实验室和校外实践教学基地,是应用电子技术专业实践教学内容实施的保障。校内实验室包括电工技术实验室、电子技术实验室、测控技术实验室、EDA实验室、单片机实验室、电子综合实验室和创新实验室等,为学生基本技能的训练、专业能力的提升和创新能力的培养提供了很好的校内实践平台。校外实践教学基地是学校整合校外企业、科研机构等资源而建立的稳定的实践基地,目的在于使学生在毕业前能够直接参与实践工程项目,以缩小校内教学和实践工作的差距,从而促进学生更快地适应社会、更好地服务社会。通常,在企业导师的指导下,学生可在校外实践基地开展毕业设计和顶岗实习。
参考文献:
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关键词:模拟电子技术;专业素质;优化;实践教学
0.引言
《模拟电子技术基础》是电子、电力工程、通信、计算机等工科专业的一门理论性和实践性都很强的技术基础课;它是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科。该课程对后续课程的学习有着很重要的作用,学生对该课程的掌握程度直接影响着后续专业课程的学习。但该课程内容多、理论比较抽象,学生对定义和概念等理解困难;而实践性又较强,学生感觉理论学习很吃力,实践时感到无从下手,就是在指导教师的指导下做出了实验结果,也对实验结果不能作出合理、准确的评价,因此学生都感到该课程难学,学习效果不够理想。如何让学生在有限的学时内学好该门课程,并提高学生的实际动手能力,是每一位《模拟电子技术基础》课程教师要探索的问题。
1. 提高教师自身专业素质
要想上好课,教师本身就是重要的因素。在电子技术日新月异的形势下,为了培养面向21世纪的电子技术人才,使之更符合电子信息时代的要求,承担教学任务的教师必须能跟上时代的步伐,深造、加强专业学习、提高自身实践能力,能够站在学科发展的前沿,能够根据电子科技的发展用最新的专业知识武装自己,努力成为一名“复合型”、“双师型”教师。教师对电子专业知识的学习绝不可能一劳永逸。
电子专业教师只有具备了过硬的理论与实践技术,做到理论与实践相结合,才能更好地组织《模拟电子技术基础》课程的教学。才能做到在课堂上教有所长,引导有方。电子专业教师应积极参与社会实践,电子行业发展迅猛,新型元器件、新型大型集成电路不断涌现,新型电子仪器设备不断更新,向更深层次、更高技术含量领域发展。电子专业教师为了及时地掌握这些新技术,必须积极参与社会实践;必须深入研究机构、生产研发部门进行实践学习,这样才能做到在实验室里指导学生时,处事不乱、胸有成竹。
2. 合理安排教学内容,提高教学效率
随着现代电子科学技术的飞速发展,一些电子器件也在发生着巨大的变化,一些集成电路的规模不断扩大,功能不断提高,为了跟上时代的步伐,《模拟电子技术基础》课程的内容也在不断地更新、变化;而每所高校对该课程设定的课时是有限的;因此,教师应根据电子科技的发展现状和各专业培养目标合理优化教学内容,强化定性分析,淡化定量推导;强调估算,淡化精算,适当引入最新科技成果。
《模拟电子技术基础》教材大部分比较厚、章节多,学生一般对厚重的书籍比较畏惧,因此,一定要上好绪论课。上绪论课时教师应该简要地讲清课程的整体结构,让学生明白该门课程的主干,明白在该门课程里要学些什么内容,学生在有了整体把握后,会打消自己的畏惧情绪,为以后的学习打下一个好的基础。科学安排教学顺序,循序渐进,力求所教内容学生能学以致用。
3. 注重教学方法,激发学生的学习兴趣
3.1 教学中多运用对比、比喻方法,化难为易
在进行概念的教学时,恰当地运用对比、比喻的方法,能使枯燥的知识变得更加形象有趣,深奥的理论变得更形象,抽象的概念变的更具体,有助于培养学生的思维能力和想象能力,提高了记忆效果和教学效果。例如:讲解直流耦合放大电路的零点漂移现象时,可借助于做电路实验的经验,在测量电流或电压时,如果对电流表或电压表没有进行零点较正的话,则当没有输入电流或电压时,电流表或电压表也会显示非零的数据,这就相当于零点漂移现象,易于学生理解零点漂移现象及其危害。讲解放大电路的静态工作点这一概念时,首先应讲明放大电路的工作原理,要使放大电路不失真地放大输入信号,电路必须工作于合适的静态工作点。为了让学生真正理解静态工作点的意义。可与荡秋千进行类比。荡秋千时,绳子距地面的高度必须合适,过低秋千会触地,过高则游戏着不方便上得去。又譬如:求放大电路输出电阻时,学生容易将负载电阻算进去,也可借助一个类比加强理解,输出电阻是放大电路的一个性能指标,好比体重是人的一个指标一样,把学生的书包类比为负载电阻,测体重时肯定不应该背上书包测,这样学生以后再犯同样错误的可能性就大大减小了。
3.2 .加强理论联系实际,增强学生的学习兴趣
兴趣是最好的老师,教师要想激发并培养学生对该门课程的兴趣,必须使学生充分了解学习该门课程的意义和价值。在教学过程当中,应适当多举一些实际应用,提高教学效率、激发学生的学习兴趣。
教学中应从基本应用实例出发,由实际问题提出要学习的相关理论,可以在课堂上充分介绍一些学生感兴趣的热门技术,让学生了解模拟电子技术在自己的专业领域里的应用前景。比如,在数字通信领域,数据转换器的高精度,大带宽设计;在无线领域,高频、抗干扰等设计都与“模拟电子技术”有关,这样既可激发学生的学习兴趣,又可开阔学生的视野。
3.3.合理、综合使用现代教学手段
在科技高度发展的今天,课堂教学已不再是“粉笔+黑板”的传统模式,电教手段已广泛地应用于课堂教学,有效地利用现代电教手段,可使教学变得生动和灵活,可以大大地缩短板书、板画时间,加大课堂信息量。传统的模式虽然手段较单一,但讲授节奏流畅,学生思维连贯,教师能够更好地根据学生的反馈信息及时调整自己的教学思路和方法。所以,综合使用多媒体与传统教学手段,可以做到优势互补,进一步提高教学效果。
对一些理论的推导可采用板书方法,这样学生好有时间思考、做笔记。对于结构非常复杂的大规模集成电路、交直流负载线的画法、图解分析法等,则可充分发挥多媒体课件快捷、方便的优势,利用事先设计好的多媒体课件进行教学,这样就避免了现场作图既浪费时间又不够准确、科学的弊端。
另外,对一些较难理解的物理过程,应当通过形象化的FLASH动画来辅助理解。例如,FET的沟道变化过程、BJT内部的载流子输运过程是教学中的难点,如果采用FLASH动画来演示发射区注入到基区的载流子变化,学生就能轻松、形象地理解这些抽象的 物理过程。
模拟电子技术教学过程中需要在讲解电路理论的基础上,进行实际电路的设计与实现。因此理论课堂上也必须讲解实际电路的设计与应用。在这方面,可通过“先仿真,后实验”的方式进行。在讲解单元电路时,可采用Multisim、Proteus等电路软件进行模拟仿真。通过仿真学生不但能加强学生对基础电路的理解,而且仿真也是学生进行创新性电路设计的手段。同样,学生也可通过仿真对简单的电子技术实验进行预习。这样在实验的过程中,学生可更熟练地完成电路的安装及调试,学习的主动性就提高了。
4.建立一个多层次、立体化的实验教学体系
《模拟电子技术基础》课程的理论性和实践性都很强,在《模拟电子技术基础》课程中,实验教学的内容如果设置不科学、教学方法如果不合理,将会影响学生的学习兴趣、使学生的学习效果大打折扣,难免使实验教学流于形式,收不到预想的效果。
4.1 合理安排实验教学内容
《电子技术基础》实验的主要目的是,让学生掌握做基本的与电子技术相关的知识,能够根据所学的理论知识来解决实际问题。《模拟电子技术》实践课程除应包含不同层次、不同训练目标、不同特点的教学内容外,还应该包含仪器使用训练和工程实践常识等,通过实验型实验加强学生的基本实验技能。但只有验证型实验是远远不够的,在确保验证性实验质量的同时,增大设计性、综合性的实验内容;由此来激发学生的学习兴趣,并提高学生的实践动手能力,加强学生对理论知识的灵活运用。
4.2 利用EDA技术开设设计型和综合型实验
通信、电子电工类专业的学生,除了开设有电子技术课程外,一般还开设了EDA课程,为了提高学生对EDA的应用能力,同时也为了加强学生对模拟电子技术课程的学习,可让学生利用EDA技术进行设计型和综合型实验。教师给出一定的设计任务和原理,引导学生结合计算机仿真软件,利用EDA技术,独立完成电子电路的设计、组装和调试,在实验中培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。当学生在实验过程中碰到各种问题时,指导教师只能引导学生去解决,绝不能代为解决,应做到“与其授人以鱼,不如授人以渔”。
开放实验室,鼓励学生自行进行一些有关电子电路的探究工作,鼓励学生积极参加各级各类电子设计竞赛活动,充分展现出学生内在的学习活动和创造力。
5. 结束语
《模拟电子技术基础》课程内容繁多,具有较强的理论性和实践性,学生学习的难度较大。本文对《模拟电子技术基础》的教学、教改进行了研究。在教学过程中,任课教师应努力提高自身专业素质,掌握专业的前沿知识;优化教学内容,合理采用各种现代教学手段,激发学生的学习兴趣,才能收到良好的教学效果。总之,教学过程是一个复杂、多变、灵活的过程,要让学生在有限的时间内获取更多有用的知识,需要教师在长期的教学实践活动中不断地探索和研究。
参考文献:
[1].康华光.《模拟电子技术基础》.北京:高等教育出版社,1999,6
[2] 张增良,焦志..《模拟电路》教学中的几种典型方法[J]. 华北航天工业学院学报,2002(12):20- 22.
本文作者:李旭春 王春凤 单位:清华大学自动化系
电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,是一门迅速发展的新兴交叉学科。“电力电子技术基础”课程是高等院校电类自动化、电气工程及其自动化和工业电气自动化等专业的重要的基础课。目前,在全国高校中,普遍存在着该课程的课时较少、实验教学环节薄弱等问题,以清华大学自动化系为例,课内学时仅为32学时,实验教学6个学时。在有限的学时内,合理安排课堂教学和实验教学内容、改进教学方法、配备良好实验教学环境,对提高学生学习的兴趣及掌握电力电子技术的基本内容、培养学生的理论联系实际以及创新能力,提高教学效果都有着重要意义[1-4]。
1课堂教学的主要内容和方法
1.1课程特点和课堂教学的主要内容电力电子技术和信息技术发展迅猛,全控型器件及其脉宽调制(PWM)技术以其优越特性,对电力电子技术的发展产生了深远的影响。目前,在电力电子器件方面,国内的高等院校中,大多数采用以全控型器件为主要内容的课堂教学[5-8]。主要的教学内容有:电力MOSFET、IGBT、GTR、晶闸管和功率集成电路等电力电子半导体器件及相关器件或电路的特性、工作原理和使用方法;电路中强弱电接口、驱动和保护等措施;各种电能变换基本电路的工作原理、应用条件和分析方法;PWM技术、软开关技术等控制方法。另外,增加了应用实例及分析,以及对实际工程方法和相关知识的介绍,因为后续的整流电路多以晶闸管整流电路为实例,其他教学内容中也不同程度地涉及到晶闸管,所以,关于半控型晶闸管器件的内容,我们安排了一定的学时。为提高教学效果和有利于学生学习,除主教材外,我们还编写了“补充讲义”,向学生提供了教学内容和要求、课程的知识单元与知识点、教学课件的使用说明、与教学内容有关的参考文献和附录等内容。课件的组织和编排尽量保证课程教学内容的完整性,根据教学内容给出了200多道课堂讨论和思考题,根据以全控型器件及应用为主的教学特点,编写了200多道作业练习题。其中,部分内容是为了扩充学生的知识面、便于自学和实际应用,给学有余力和有兴趣的学生提供参考和实际应用的具体指导。
1.2结合自动化专业特点,探索新的教学方法(1)承上启下,注重系统分析。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术,从这两个关键点出发,课程的基本目标是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法,掌握各种电能变换基本电路的基本原理以及设计方法。为了突出自动化专业的特点、更加侧重学以致用和理论结合实际,同时针对培养研究型人才的要求,我们引导、启发学生从系统控制的角度考虑各种电力电子器件和电力电子电路的结构、工作原理、控制方法和参数计算方法等,这样,既培养了学生将所学的“电路原理”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“自动控制原理”等课程的知识融会贯通的能力,又提高了学生学习新知识的积极性,而且,为“电力拖动与运动控制”和“自动控制系统”等后续课程打好基础。(2)培养学生实际工程的意识。课堂教学中,选取一些实际工程中典型的实例来分析,让学生熟悉各种电力电子器件和变换电路的实际工程分析方法、应用范围及技术经济指标。因此,扩展了学生的视野,使学生了解电力电子领域的最新成就和技术动态,力求做到在有限的学时内,使学生尽可能多地了解电力电子技术的概况,多掌握一些基础知识和基本技能,提高学习和钻研的兴趣。(3)以专题讨论等方式鼓励学生与教师互动。在课件里,根据教学内容给出了200多道课堂讨论和思考题。为了更好地调动学生学习的积极性,让学生积极参与到教学的各个环节中,我们安排了课堂的专题讨论,让学生提前在课外时间通过网上和图书馆查阅资料,自主设计方案,然后在课堂上由教师引导,就典型方案展开讨论。学生的学习由被动变为主动,提高了综合分析问题和创新的能力,学生普遍反映:“提高了我们查阅资料、利用学习资源的能力,也很大地提升了我们的自主学习性,这对我们以后的学习和研究的帮助都将是巨大的”,“激发了自己对于科研的兴趣”,是“较全面检验自己所学基础知识的机会,更让自己对于今后的学习有了总体的认识”。
2实验教学体系的创新
2.1实验教学平台的建设“电力电子技术基础”是一门应用性很强的技术基础课。清华大学自动化系历来重视实验教学,明确了实践教学是创新人才培养过程中贯穿始终、不可缺少的重要组成部分,是培养学生理论联系实际、提高专业业务水平的重要途径[9-10]。根据学科发展的要求以及课程的实验教学特点,我们研究了国内外同类实验教学平台的特点,对原有已较先进和实用的功能模块进行了升级改造,或按照我们的教学理念重新进行了设计,建设了新型电力电子实验教学平台[11]。整套实验平台由实验台和不同的功能模块组成。模块按照功能可划分为5个部分:电源部分、控制部分、功率部分、测量部分和负载部分。模块化和集成化的设计,实现了“电力电子技术基础”课程所需的从电路原理、控制器及被控对象到系统的多层次、多内容的实验体系。整个实验平台结构紧凑,易于扩展,使用方便灵活,便于维护。主要特点如下:(1)覆盖面广。①满足“电力电子技术基础”、“电力拖动与运动控制”课程的基本教学实验和“控制系列专题实验”课程的部分实验;②为自动化专业以及有关专业的本科生、研究生等学生提供一个综合性实验平台;③同时也可为相关的科研项目提供实验环境。(2)主要控制电路采用先进的主流技术。自主设计的驱动及控制单元以DSP为核心,设计了多种控制模式,具有多功能、全数字化的特点。该单元集调压、调频、斩波和正弦脉宽调制输出等多种控制功能于一体,可以进行直流斩波、正弦逆变、倍频逆变、开关电源和电机调速等多项实验。(3)安全性、易观测性和易操作性得到提高。充分注意强电实验的特点,对绝缘和保护做了细致考虑;合理地配置了观测点和测量仪器,以便于实验中各物理量的安全和准确提取,方便了实验验证。
2.2实验内容结合“电力电子技术基础”课程的课堂教学内容以及课程特点,实验教学内容应该包括电力电子器件工作原理、基本电力电子电路原理、典型电力电子系统应用等。从实验类型来分,既有培养学生的基本实验技能和巩固及加强课堂教学内容的验证型实验,又有旨在培养学生的综合能力、设计能力和实现能力的设计型、研究型实验。实验难易程度也是从低到高,学生的能力培养也体现了逐步、稳步提高的过程。作为实验技能训练的基本要求,实验内容中充实了基础实验即验证型实验———直流斩波电路实验。基本要求是对典型斩波电路功能的验证。同时增加研究型实验的环节,要求学生通过改变电路参数、改变开关频率以及改变负载的大小等方式观测和分析电路工作性能和参数的变化,改变了以往验证型实验中有些学生机械性地照搬实验步骤的现象,调动了学生自主学习的积极性。例如,波形失真、谐波分析和高频噪声等内容,在理论上比较难于理解,而通过实验可以很直观地对这些概念加深感性认识,收到了很好的效果。研究型实验包括正弦波逆变电路实验和开关电源实验等。正弦波逆变电路实验融合了逆变电路和PWM控制技术的核心内容。而开关电源采用交—直—交—直变换技术,是一种组合变流电路,包含整流、高频逆变、隔离变压和滤波等电路,体现出了电力电子技术及其课程教学的主要内容,对学生提炼电力电子技术课程教学的关键知识点有很大的帮助,这些研究型实验对学生深入学习与理解电力电子技术有很大的作用。在实践教学中融入数字控制技术和计算机控制技术,提高了系统的可扩展性[12]。对学有余力和有兴趣的学生可以选作设计型实验,如有源功率因数校正实验和斩控式交流调压电路实验等。在原有实验的基础上增加了多项学生自主设计和动手的环节,充分满足了学生自主实验时的要求,鼓励学生充分利用实验室的条件,进行创造性的研究工作。
3结束语
本文就“电力电子技术基础”课程的教学进行了探讨。重点讨论了电力电子技术教学内容的选材,以及课堂教学中结合自动化专业的特点和实际工程应用例的教学方法;讨论了实验教学中的体会;介绍了新的实验教学平台。希望在培养自动化专业学生对电力电子技术的学习兴趣、引导学生正确掌握专业基础课程学习方法,进而夯实专业基础知识、强化学生的创新意识和实践观点、提高实践能力等方面都起到很好的作用。
关键词:数字电子技术;逻辑电路;实践教学;软件仿真
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
“数字电子技术”是计算机专业学生必修的一门专业基础课。本课程的主要目的是使学生掌握数字系统分析和设计的基本知识与原理,熟悉各种不同规模的逻辑器件,掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法,为数字计算机和其他数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。
为了使学生能够真正将课本上的理论知识与实际的数字电子技术电路融会贯通,我校“数字电子技术”课程组授课教师在课堂教学的基础上,精心组织、设计该课程的相关实验,让实践教学环节成为理论教学的有力支撑,使学生更好地将理论与实际结合,高效率地吸取本学科的前沿知识。
2实验教学现状
数字电子技术主要包括小、中和大规模数字电路的分析与设计、可编程逻辑器件和现场可编程门阵列器件、数字系统分析与设计。其教学侧重整个电路的逻辑功能及其应用。在以往相当长一段时间内,由于不具备支持大规模实验的设备,数字系统仿真软件也不成熟,因此国内大多高校只基于“SD―2型数字电子技术实验设备”开设了传统的中、小规模电路的实验,均未开设体现现代电子技术的中、大规模电路的实验。这导致本课程的理论不能全面与实验交融,更不能体现现代数字电子技术的核心,显然不利于学生接受该门课的知识,也与计算机技术的发展格格不入。
近年来,多功能专用硬件实验设备的投产给“数字电子技术”课程提供了全方面的基础实验平台,使“数字电子技术”大规模硬件实验的开设具备了基本条件。另外,为了让学生掌握EDA核心技术,一种可行的方式是在PC机上利用VHDL实现硬件功能,仿真其工作过程,根据时间波形图分析、改进和完善逻辑电路。这种软件仿真模式为学生掌握现代技术,适应社会需求提供了极大的帮助。
3实验教学目标
对逻辑变量、逻辑运算、逻辑函数、逻辑电路的感性和理性认知,能描述各种逻辑问题,并基于逻辑设计和物理设计的层次给予实现,这是学生在“数字电子技术”课程中必须达到的水平。为此,授课教师在给学生提供理性认知帮助的基础上,必须精心设计配套的实验课程,让学生通过实践环节透彻感性地掌握教学内容,进而掌握数字逻辑电路的设计与实现方法,以及性能分析、评价的手段。
“数字电子技术”实践教学内容的设计是在验证性实验和开放性课程设计并存、“软硬兼施”的模式下实施的,目标是使学生感性地认识、理解数字逻辑的基本概念、并能灵活运用,还能掌握先进的数字电子技术,实现复杂数字电路的分析和设计。
4实验教学内容
为了使学生全面地了解和掌握数字电子技术,在具体实践中加深对所学理论知识的理解,针对“数字电子技术”课程教学中的重点难点,我们安排了两类实验:基于硬件的验证性实验和基于软件仿真的实验。
4.1硬件实验
硬件实验采用了浙江大学方圆科技有限公司开发生产的“SD-2型数字电子技术教学实验系统”实验箱作为实验平台,用来达到验证性实验的目的。本课程选择开设如下硬件实验。
① 集成逻辑门的测试
实验目的:掌握TTL集成与非门逻辑功能的测试方法;了解TTL与非门主要参数的意义及其测试方法;学习用与非门实现其他逻辑门的逻辑功能。
在这个实验中,要求学生74LS00芯片完成TTL与非门的逻辑功能,高低电压等测试,以及实现与、或、非、异或等逻辑关系,达到感性理解逻辑变量、逻辑运算的目的。
② 利用SSI设计组合逻辑电路
实验目的:掌握用SSI器件设计组合逻辑电路的基本方法;学习用给定的SSI器件设计组合逻辑电路。
在这个实验中,要求学生利用74LS10等小规模芯片实现一个保密电子锁、产品质检器和一个灯控电路,达到掌握小规模组合逻辑设计的能力。
③ 利用MSI设计组合逻辑电路
实验目的:掌握用MSI器件设计组合逻辑电路的基本方法;学习用给定的MSI器件设计组合逻辑电路。
在这个实验中,要求学生利用74LS138、74LS151和74LS283等中规模芯片实现一个数字判断电路、多功能组合逻辑电路和一个代码转换器,达到掌握中规模逻辑设计的能力。
4.2软件仿真实验
如前所述,数字电子技术的硬件实验只能提供中、小规模电路的设计,而且实用数字逻辑器件的电路一般较复杂,连线繁多,学生在实验中极易出错,且难以及时查错,导致实验效率不高,同时无法实现大规模电路的设计,也不能为学生提供掌握现代数字系统设计技术的条件。为此,我们在硬件实验的基础上采用MAX+PLUSⅡ在PC上进行仿真,实现各种规模的数字电路和简易系统。这既能开拓学生的创新设计能力,又方便可行。具体开设的实验分别在验证性实验的后阶段和开放性课程设计阶段完成,具体来说以下实验①②为实验内容,③④⑤为课程设计内容。
① 移位寄存器
实验目的:掌握软件MAX+PLUSⅡ的安装方法;掌握软件的初步使用方法;掌握原理图输入方法;熟悉FPGA设计流程和相关步骤的主要命令;掌握移位寄存器的逻辑功能及其测试方法;学习移位寄存器的应用。
在这个实验中,要求学生在PC机上用MAX+PLUSⅡ验证74LS194芯片的功能,并用来实现环行脉冲分配器、分频器,达到熟练运用MAX+PLUSⅡ的水平。
② 计数译码显示电路
实验目的:进一步熟悉软件的使用和原理图输入法FPGA设计流程;掌握层次设计方法;掌握中规模TTL集成计数器74LS161的逻辑功能及其应用;学习使用74LS48BCD―7段译码/驱动器和共阴极七段显示器;学习设计计数译码显示电路,并了解其计数、译码显示过程。
在这个实验中,要求学生用层次设计方法,先用74LS00、74LS161和74LS48等芯片实现模10的计数器,再级联扩展成模100的计数器,并用十进制显示,达到能设计中规模时序电路的能力。
③ 数字电子钟的设计
实验目的:熟悉使用VHDL文本输入法设计PLD芯片的流程;学习数字电子钟的秒信号源及秒、分、时、星期计时器的设计;学习秒、分、时、及星期译码,显示电路的设计;掌握对波形图的量化分析方法以及调试技术,提高设计能力。
在这个课程设计实践中,让学生主动学习,开拓创新,在老师的指导下掌握方便的VHDL文本设计方法。
④ 控制器的设计
实验目的:掌握控制器的ASM图描述方法;熟练掌握控制器VHDL文件的建立。
在这个课程设计实践中,学生可以利用各种资料学习现成的程序代码,并加以改进后实现自己确定的控制功能,实现大规模集成电路的设计,达到训练学生收集资料和合理运用资料的能力。
⑤ 十字路通管理器
实验目的:进一步掌握ASM图的应用;编写十字路通管理器的VHDL文件;深入理解层次化描述的基本要领;进一步掌握对时间波形图的量化分析方法。
以上课程设计内容只是学生在选题时的一个启发,抛砖引玉,学生还可以自由发挥,结合实际应用和自己的兴趣确定很多实用有效的选题,并完成相应的任务。
5实验教学效果
实践教学环节的实施表明,“数字电子技术”实验课程很受学生欢迎。以上硬软两部分实验将传统简单的数字电子方法和现代先进的数字电子技术有机地结合起来,让学生既深入理解了成熟的理论,又掌握了现代化数字电路的开发技术。特别是基于软件仿真的课程设计,调动学生的自主创新激情,学生将抽象的理论与实际相结合,对书本的理论知识有了更深入、更具体的认识,并掌握了量化分析方法,最后达到从数字逻辑部件整体功能的角度来研究、评价数字系统的目的,这使得学生在学好“数字电子技术”专业基础课后,为后续的课程学习打下坚实的基础。
本门课程的实践教学从06级学生开始改革实施。06级学生在“数字电子技术”的实践教学环节中表现出强烈的兴趣和积极性,他们按照要求很好地完成了每一个实验。在调查问卷中,学生们对于“数字电子技术”课程的实践教学给予了高度认可。
调查问卷中也体现出学生对软件仿真实验的兴趣和收获大于硬件实验。经分析,原因在于硬件实验平台对实验内容有一定的局限,没有软件仿真实验那么充分的设计和创新空间,也不如仿真实验那么灵活方便。
6结束语
我校“数字电子技术”课程组在教学中,本着理论结合实践的宗旨,突破传统数字电子技术实验平台的局限,
开设各类规模电路的设计,软硬兼施,提供可行的实验环境,设计可操作的实验内容。实施效果表明它很好地支撑了理论教学,有利于培养学生分析问题和解决问题的能力,开拓了学生的创新思维。
下一步我们将着重研究和设计如何把模拟仿真正确的代码、文档下载到CPLD,使其更有设计性和创新性,为“数字电子技术”课程的教学构建更有利的实验平台。
参考文献:
[1] 欧阳星明. 数字逻辑(第二版)[M]. 武汉:华中科技大学出版社,2005.
[2] 汪国强. EDA技术与应用(第二版)[M]. 北京:电子工业出版社,2007.