时间:2023-10-11 16:32:46
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篇电子电路创新设计,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。
1引言
创新实验是各个大学正在认真实施及探讨的一个重要课题,也是摆在教师和学生面前的一项首要任务,创新性实验的开发需要创新性的教学平台,几年来,我们根据电子专业的教学特点,将电子电路专业的实验同大学生创新创业实践项目、大学生挑战杯项目和毕业论文设计实践这一系列创新内容相结合[1],实现了从“传统教育模式”转型为“创新教育模式”[2-3].例如:设计PNP和NPN三极管电流分配关系演示实验仪,设计声光控传感器件性能的演示电路,设计可控硅导通特性演示电路,设计COMS集成电路特性演示电路等先进行电路的仿真实验,进而制作成有创意的演示教具,开发设计了一系列创新实验内容,既培养了学生的创新精神,又为实验教学奠定了一定基础.
2创新实验电路举例
几年来山西师范大学物信学院电子专业通过开放性多种实验训练方式,学生制作出有特色的多种创新电路及创新电路实验演示板,例如:图1是用数字集成电路制作的三极管电流分配关系演示仪,接通电源,该演示仪能模拟PNP和NPN三极管3个电极电流的流动Ie=Ib+Ic,使学生对三极管的结构、特性达到深刻的理解.图2是图1三极管电流分配关系演示仪图2单双向可控硅导通性能演示实验装置用数字集成电路设计制作的单双向可控硅导通性能演示实验装置[4-5].图3是单向可控硅导通性能模拟演示图,图4是双向可控硅导通性能模拟演示图,该演示装置如果将充电开关按下,电路左边的充电回路就有闪闪发光的充电电流在流动,如果将触发开关按下,右边回路里就有闪闪发光可控硅导通电流在流动,单向可控硅电流只能有一个方向导通电流,而双向可控硅可以有2种触发方式,控制2个方向导通电流在流动,模拟导通电流如图3~4所示,演示效果形象逼真,电路设计说服力强.图5是声光控特性原理设计框图,图6是声光控特性演示实验装置图,该实验装置可通过声光传感器将声光信号送给功放电路及可控硅导通电路分别将声光传感器的导通特性通过1组发光管进行形象演示,使学生对声光传感器件的特性加深了理解.图7是用多种数字集成块巧妙组合而成的CMOS门电路逻辑功能特性演示实验装置,该装置是对数字电路的综合应用,用译码器、数码管显示器、555时基电路、计数器以及多个控制开关组成的数字门电路特性演示器,它可将各种门电路的输出状态通过发光管亮暗的方式、数码管显示“0”“1”的方式、计数器输出端LED依次流动发光的方式,同时演示给学生,使学生对门电路的功能特性达到深刻的理解.图8、图9是学生制作的中学物理演示实验内容,图8将中学物理中二极管的单向导通、电容2个振动波的合成、声波信号的演示、电磁感应现象等中学物理实验电路用电子电路进行模拟演示,当有信号时电路右边的输出端接在二极管倍压整流电路的输入端,输出端接的是1组高亮发光管,显示感应电流的大小、方向等现象,显示方式生动活泼、形象逼真.图7CMOS门电路逻辑功能演示装置电路显示图10是仿真电路的创新设计,它将图7的CMOS门电路逻辑功能演示装置进行仿真演示,图8中学物理实验演示仪装置图9LED型倍压整流电路演示板从另一个方面演示了门电路逻辑功能特性,也是对实验电路的一种创新设计,可以将各种创新电路都可以进行计算机仿真演示,这里就不一一例举
3结束语
总之,几年的教学实践证明,只要善于动脑动手,将电子电路理论知识通过基础课的实验,进而运用到大学生创新创业实践项目、大学生挑战杯项目、毕业论文设计实践这一系列创新实验平台,即可培开发设计出形形的创新实验电路,培养出一大批社会所需要的创新性人才[6].
作者:张敏 景国凯 崔小红 景彦君 单位:山西师范大学
关键词:应用型人才;实验室建设;实践中心
我院是在我国高等教育进入大众化阶段以后,于2003年经教育部批准,由大连理工大学与企业共同投资建立的独立学院,目前已经发展成有9 000余名全日制在校本科大学生的学院,其中IT类专业在读本科学生为4 500多人,所设置的IT类专业包括计算机科学与技术、软件工程、网络工程、电子信息工程、自动化等。学院的办学宗旨为:面向学生,服务社会,培养高素质应用型人才。从2004年开始,学院利用自筹资金规划和建设IT实践中心,满足培养IT类应用型人才的需要。经过6年多的努力,完成设备投资1 800余万元,建成具有36个实验和实训室的IT实践中心,形成了设备先进、门类齐全,能很好地满足实验、实训、科技创新需要的实践平台。
1 IT实践中心的建设目标与构思
随着我国经济建设的发展,需要大量的应用型和创新型人才。独立学院一般定位在培养高素质的应用型人才[1],实践平台的建设和实践教学在人才培养工作中占有重要的地位[2]。不同于一些研究型重点大学,独立学院一般要靠自筹资金建设实验室,实验室所占的空间也受到一定的制约。如何在资金和空间有限的情况下,建设满足培养应用型、创新型人才的要求,同时又具有特色的高水平实践平台,是独立学院发展中的重要课题[3]。公办大学按多层次建设实验平台已有一些成功的经验可以借鉴[4],但是,作为独立学院,如果完全照搬其经验必然受到资金的困扰并出现一些重复性的建设,同时也不能突出应用人才培养实践平台的特色。
经过广泛的调查研究和充分论证,我院IT实践中心的建设确立了“统一规划、节省资金和空间、兼顾实验实训和创新”的思路。根据学生的培养目标,IT实践中心的定位是充分满足学院计算机科学与技术、软件工程、网络工程、电子信息工程、自动化专业培养高素质应用型人才需要,具有支撑上述专业的课程实验、专业实践与实训教学、大学生科技创新活动的实践平台。
2 公共实验平台的建设
公共实验平台是指能满足我院计算机科学与技术、软件工程、网络工程、电子信息工程、自动化各专业实验实践共同需要,或者是综合运用不同专业技术的实验平台。被列入我院公共实践平台的实验室包括:电子技术实验室、微机系统与接口实验室、嵌入式系统实验室。
2.1 电子技术实验室建设方案
我院电子技术实验室的功能定位是能够完成电路、模拟电子电路、数字电路、EDA的课程实验,同时又能实现综合电路设计及电子设计与制作创新的实验实践平台。与一些院校采用针对电路、模拟电子电路、数字电路、EDA课程分别设置实验室不同,我院设置了8个相同的电子技术实验室,同时满足电路、模拟电子电路、数字电路的实验教学要求。
每个电子技术实验室配备了32套设备,每套设备包括电子技术实验箱、双路可调直流稳压电源、双踪示波器、多功能信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。其中电子技术实验箱是按我院提出的方案,由湖北众友科技实业股份有限公司特殊生产制作的产品,它综合考虑了各门课程实验的需要,能满足电路、模拟电子电路、数字电路实验的要求,而且还配有EDA板,插到实验箱上再配上个人计算机可以进行EAD方面的实验。利用该实验箱可以任意搭接模拟电子电路、数字电路及模拟与数字混合电路,与PCB板制作设备配合可以完成综合电子设计和电子制作创新设计。
实践证明,电子技术实验室的这种建设方案既满足了实验室功能定位的要求,又节省了资金和空间,而且便于管理和排课,为学院电路、模拟电子技术、数字电路的教学改革提供了有力支撑[5]。
2.2 微机系统与接口实验室建设方案
微机系统与接口实验室的功能定位是能满足基于X86的微机原理课程实验、MCS-51单片机原理及应用课程实验、单片机设计与开发的创新实践的平台。
我院设置了3个微机系统与接口实验室,每个实验室装备了32套实验箱和个人计算机。为了满足基于X86的微机原理和MCS-51单片机系统的两类实验教学需要,实验箱选择了启东计算机厂有限公司生产的DVCC-5286NJH单片机微机仿真实验系统,该实验箱配备有8086和89C51双CPU板,在做微机原理实验时插上8086 CPU板,而在做单片机实验室时使用89C51 CPU板。此外,为了适应单片机应用设计与创新实践的需要,实验室还配备了单片机开发板,学生可以设计和开发各种单片机应用系统。
2.3 嵌入式系统实验室建设方案
嵌入式系统是近年来计算机应用的热点,也是大学生科技创新最活跃的领域,我院把嵌入式系统实验室作为重点实验室进行建设。从培养嵌入式系统实用型和应用创新型人才的角度出发,实验室的功能定位于满足嵌入式系统课程实验、实训教学以及科技创新项目的开发需要。实验室的硬件平台由“嵌入式系统实验箱+个人计算机+扩展模块+控制对象模型”构成。
关键词:EDA;工作过程;行动导向;能力评价
中图分类号:G71 文献标识码:A
收录日期:2014年3月28日
高职教育作为技术应用型职业技能培养教育,一系列课程改革在人才培养中日益凸显重要性。在实际工作与探索中,从课程地位与作用、教学改革与建设、教材选用与处理、教学方法与手段、教学过程与评价等五个方面,对《电子设计自动化(EDA)》进行了课程优化,初步建立了基于工作过程的课程优化体系。
一、课程地位与作用
《电子设计自动化(EDA)》是应用电子技术、汽车电子技术等专业的专业核心能力课程,也是电气自动化技术等专业的专业拓展能力课程,在通信工程、自动控制系统和机电一体化等领域占有举足轻重的地位。课程内容分为三个模块,即:电子CAD技术(Protel电子电路原理图与PCB设计)、电子电路仿真技术(EWB、Multisim仿真调试与分析)和EDA综合应用开发技术。课程本身既是一门综合应用专业课程,对前面所学的电子电路进行电路绘图、制版、测试、仿真等综合内容,同时又学习电子电路的设计、仿真及开发方法,跟踪现代电子技术的发展、应用潮流与趋势,为后续课程的学习及毕业后能迅速适应专业工作需要打下坚实的技术基础,起着承前启后的重要枢纽作用。
课程的学习,选择恰当的软件系统至关重要。一般要求所选择的软件系统是国际主流应用系列,具有强大的功能与兼容性,还应该较为简单易学,操作简便,符合高职高专人才培养目标的要求。本着“必需、够用”的原则,选择了澳大利亚Altium公司的Protel DXP和美国NI公司的Multisim12这两款业界公认的优秀的EDA软件,内容难易适度,符合人才培养目标,对学生学习、掌握电子设计自动化相关技能是切合实际和行之有效的。
二、教学改革与建设
在课程教学改革与建设中,深刻领会教育部[2012]4号、教职成[2011]12号等文件精神,借鉴吸收兄弟院校的优秀成果和宝贵经验,引入校企合作的开发机制,着力构建基于工作过程的课程改革模式。
(一)基于企业应用需要,架构课程核心。通过企业调研、挂职顶岗等形式,针对电子类专业毕业生从事的岗位群(包括电子产品装接技师、调试维修技师、检验服务技师和电子设计工程师等)进行深层调研分析,确定了岗位群对职业能力的要求。同时,以山东半岛制造业基地为背景,以黄河三角洲地区引进发展急需人才项目为载体,大力加强与山东五洲电气有限公司、潍坊华彤电气有限责任公司等校外实训基地的交流与合作,校企双方共同探讨以职业能力培养为导向开展课程改革的新模式,架构了《电子设计自动化(EDA)》的课程核心。
(二)基于典型工作过程,设计课程结构。近年来,德国基于工作过程的职业教育课程开发方法代表着世界职业教育课程发展的方向,比较成功地解决了职业教育课程改革中的难题。其参照系是工作过程,但并非所有的、原生态的工作过程,而是从职业群中归纳整合出的典型的职业工作过程。根据工作岗位与工作任务的调研结果,进行归纳汇总,得到了电子电路原理图设计、电子电路PCB设计、电子电路仿真调试、EDA综合应用等分解工作任务,将相互关联的任务归类,得到了《电子设计自动化(EDA)》的具体行动领域。实际教学过程中采取由易而难、循序渐进的方式,将单管放大电路、射极跟随器等基本电路,单片机最小系统等中等集成电路,智能手机拆解电路等实际复杂电路逐层展开,层层融入课程结构,收到了非常好的效果。
(三)基于企业发展前沿,提升教学标准。鼓励学生考取职业资格证书,以便有能力在激烈的市场竞争中搏风击浪。在继续开展维修电工职业技能鉴定的同时,也在尝试将电子制图员、助理电子设计师等职业标准和电子设计自动化新器件、新技术、新工艺等融入课程内容,全面提升教学标准,以满足企业需要,实现与岗位零距离对接。将PCB设计软件由旧的Protel 99SE升级为更为完备的Protel DXP,将电子仿真软件由旧的EWB5.12升级为功能更强的Multisim12。在教学过程中,将深圳华为技术有限公司等知名电信电子公司的设计规范标准介绍给学生,既开阔了学生的眼界,同时又激发了学生的学习兴趣和热情。
三、教材选用与处理
根据最新的教学大纲,选用教育部高职高专规划教材,以提高学生的动手及工程实践能力为目标,以电子技术基础为背景,以计算机为工具,全面培养学生的工作和实践能力。根据需要,把教材内容分为两大部分:第一部分是电子电路原理图与PCB设计,包括设计的一般方法、元件库与封装库的编辑、手工布局与手工布线、自动布局与布线等内容;第二部分是电子电路仿真,包括仿真软件的基本操作、分析方法及实际应用等内容。在此基础上,又将两者有机融合,单独开辟了EDA综合应用这一环节作为第三部分。另外,结合现代信息技术,突出实用性、时代性,以自主、设计和创新为重点,强调学生的综合素质教育,培养学生初步的科研和产品开发能力,选拔优秀学生参加全国大学生电子设计竞赛、山东省职业院校技能竞赛及机电产品创新设计竞赛等活动,“走出去――以赛带练”不失为一条培养高素质人才的好路子。
四、教学方法与手段
借鉴行动导向教学法的先进理念,注重实践活动,充分调动学生学习的主动性、积极性。在教学方法上,不拘泥形式,而是根据学生的个性特征及教学的实际需要,综合设计,推陈出新,以达到教学的目的。如在电子电路分析方法的选择上,采用头脑风暴法,让学生各抒己见,充分调动其学习兴趣;在PCB板的设计中,采用角色扮演法,根据设计流程让学生在规范确定、PCB规划、封装选择、布局布线、DRC检测等环节担任不同角色,合理分工,提高其工作责任心和学习效率,让学生在学习过程发现问题、思考问题、解决问题,变被动学习为主动学习。
在教学手段上,综合应用现代教学技术,充分利用电子课件等多种电子资源进行多媒体教学。课件内容形式多样,充分发挥多媒体的特点,把文字、图像、声音、动画及视频等信息进行有机结合,使得讲授更加生动,演示更加直观,上机练习更加充分,辅导答疑更加全面。
五、教学过程与评价
在教学过程中,努力营造活跃开放的课堂氛围,引导学生积极主动思考。鼓励学生提问,因为每一个疑问都是智慧火花的碰撞,每一个疑问的解决都是能力升华的结晶。以积极心态去引导,对提出问题的学生加以表扬,给予平日成绩加分的奖励。在“传道、授业、解惑”的过程中,老师起了一个传帮带的作用,与学生拉近了距离,是学生学习上的良师,更是生活中的益友。谦逊的态度使人受用终生,在老师的平易近人面前,学生也学会了彬彬有礼,这便是一个和谐的教学氛围。在授课过程中,还坚持一个理念,即高职教育培养出来的学生不是只会干活的流水线机器,而是有思想、有内涵的高素质人才。教师要教给学生的,理论知识固然重要,做人的道理亦不可或缺。
《电子设计自动化(EDA)》作为一门发展潜力巨大的优秀课程,教学考核与评价体系也应该先进实用,首先要与我国高等职业教育要求的通用能力相关联;其次要与对应职业领域的国家职业标准相关联。为此,初步探索了基于能力评价的学生考评系统,使之与基于工作过程的课程内容改革相配套,具体包括作业完成情况、基本能力展示、实践操作技能、工作与职业操守、学习态度、团队合作精神等考核内容。
作为一门实践性很强的专业课,在大力强化技能训练的同时,并不忽略理论的重要性。重理论、轻实践只是纸上谈兵;而重实践、轻理论则是匹夫之勇;只有理论与实践相统一,那才是王者之道。现代教育培养的学生不是一个个操作工人,而是具有深厚理论功底的能工巧匠。
六、结语
实践证明,基于工作过程的《电子设计自动化(EDA)》课程优化符合高职高专人才培养目标的要求,值得进一步推广。教育教学改革是一项复杂的系统工程,很多想法和思路还不是很完善,权作抛砖引玉,欢迎读者百家争鸣,建言献策。
主要参考文献:
[1]杨春玲,朱敏,杨荣峰.EDA技术实践课程建设及实训基地建设[J].电气电子教学学报,2012.8.
[2]首珩,周虹.基于工作过程的课程体系开发与实施[J].职教论坛,2008.18.
[3]陈宇,刘博盛.基于工作过程导向的高职课程开发[J].机械职业教育,2009.1.
[4]蒋冬初,何飞.基于EDA技术的电子信息课程整合教学研究[J].高教论坛,2009.2.
【关键词】电子类竞赛;应用电子技术专业;课程体系;微控制器
0 引言
电子类竞赛项目开展以来,一直充当着教学改革的“指挥棒”的角色,“以赛促学,以赛促教,以赛促改”已成为发展职业教育,完善培养技能型人才的长效机制[1]P36-37。本院应用电子技术专业参与竞赛活动历经近十年,积累了众多大赛课题与成果,形成了多种赛项全面参与的形势。但是大赛受益学生仅限于若干优秀学生,推广面不够宽。近年来,国内各类电子大赛越来越倾向于将工作过程系统化融入大赛,大赛的评审指标与产业要求相接轨,这与高职高专最近几年将工作过程系统化融入专业与课程的改革正相稳合,本文在剖析电子类竞赛的基础上,对大赛成果进行升级并应用于日常教学,以期取得扩大受益人群的效果,使得以赛促建的优势得到真正的发挥。
1 电子类竞赛项目的透析
目前,全国面向高职高专院校开展的电子类的竞赛,主要有全国大学生电子设计竞赛和全国职业院校技能大赛。
1.1 竞赛的主要技术体系
纵观浙江省和教育部举办的大学生电子设计竞赛与制作竞赛,竞赛的技术体系主要包含理论知识测试、电路识图、元件选型与参数计算、原理图绘制、PCB设计、PCB板制作、电子工艺焊接、单片机软件程序编写、电路调试、软件调试、电子产品的结构与安装工艺、电子产品的工艺文件编写、电子产品的技术文件编写、技术答辩等技术考核内容。整个竞赛过程贴近生产、工艺、注重质量,以企业实际要求出发。
1.2 原课程体系与竞赛的融合情况
通过参加各类电子竞赛,我们清楚的认识到高职教育的培养目标和电子竞赛的宗旨是一致的,竞赛促进了电子信息专业课程体系,以电子竞赛的实践来促进教学改革,形成以“素质教育为基础,能力培养为主线”的创新型应用性人才培养模式。
对于传统的电子类基础课程,如模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术等,整合为《电子技术基本技能实训》、《单元电子电路分析与测试》和《电子电路调试与应用》。按照竞赛的要求,通过《电子技术基本技能实训》专门训练学生的技能,并在后续的课程里不断反复应用,以促进学生掌握。
新的应用电子技术专业人才培养方案中对于创新型应用性人才的培养,主要通过《简易智能产品编程》、《微控制器应用》、《电子产品制图与制板》、《电子产品生产工艺与管理》、《智能电子产品设计与制作》、《电子创新设计与制作》和《嵌入式系统应用》等课程的相辅相成,实现对学生的全面素质、技能的培养。
2 竞赛引领下应用电子技术专业课程的改革
根据前面对竞赛的深度剖析,我们对原来应用电子技术专业人才培养方案中实践教学环节课程的教学组织做了相应调整。将竞赛中对学生提出的要求融入日常课程的教学,并重新梳理了各个课程的教学内容及上下承接的关联部分的内容。参照企业中的技术开发部与生产部管理模式,课程中实训项目来自于竞赛题目、教师科研项目、企业实际产品等方面。
教学开展的具体步骤:
(1)在《简易智能产品编程》课程中,以竞赛项目为例,培养学生的C语言编程技巧,要求学生能够消化吸收。
(2)在《电子产品制图与制板》课程中,以《微控制器应用》课程教学案例为例,培养学生根据任务要求利用Protel软件,遵循国际和行业规范,依据国家标准,完成原理图的设计与绘制,在符合PCB布局和布线要求的基础上完成PCB设计,并制作出相应PCB板。
(3)在《电子产品生产工艺与管理》课程中,以后续课程所选教学案例为例,培养学生常用电子元器件、基本材料和工具的使用知识、电子产品的装配准备工艺、线路基板焊接工艺、电子产品总装和调试工艺、电子产品检验和包装工艺、电子产品生产工艺文件编制等专业知识和相关技能;同时,培养学生理论联系实际、根据企业实际条件决定生产工艺方案的管理意识,树立质量第一的观点和分工协作的团队意识和严肃认真一丝不苟的严谨作风。
(4)在《微控制器应用》课程中,以竞赛项目为例,培养学生能设计一个完整的、简单的单片机应用系统,从单片机选型、接口电路搭建、内部资源分配、程序编写以及下载调试等环节对学生进行全面综合的训练,使学生具备单片机应用的基础能力。
(5)《智能电子产品设计与制作》、《电子创新设计与制作》和《嵌入式系统应用》的课程教学中,以竞赛项目及企业项目为例,培养学生根据实际需求,选择不同的控制器,从设计方案、成本核算、电路设计、工艺设计、程序设计及系统联调、产品装配、工艺文件编写及使用说明书撰写到项目总结与创新,完整的体验项目开发的全过程。促使学生在学习的过程中不断的总结、不断的提升。
(6)在《生产实习》和《顶岗实习》等实践环节中,让学生亲临企业一线,切身感受工作中的压力、努力和兴奋等感受,促进其快速成长。
3 结论
电子竞赛在高职高专院校的普遍开展,给予了我们许多的启示,以电子竞赛为载体,促进了专业课程改革,激发了学生的学习兴趣,为培养更多的高素质技能型人才提供了有效指导。
【参考文献】
[1]陈炳和.技能大赛对高职人才培养的价值研究[J].中国职业技术教育,2008(9).
[2]李天真, 崔立军. 竞赛引领下的应用电子技术专业课程体系重构[J].湖州职业技术学院学报, 2010(3):21-23.
[3]郭志俊, 赵玉铃, 徐伟杰.论电子类竞赛在专业课程改革中的作用[J].浙江水利水电专科学校学报,2011(6):82-84.
1对电子设计竞赛高职组试题的探讨
大学生电子设计竞赛命题一般是以电子电路(含模拟和数字电路)应用设计为主要内容,可以涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA软件工具和PC机(主要用于开发)的应用。题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分,着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力,考核学生的创新精神和独立工作能力,考核学生的实验技能(制作、调试)。具体的竞赛试题一般具有特定工程背景,其涉及的专业知识面广,综合应用性强。在给定功能和性能参数要求的情况下,由一个参赛队在四天内共同设计、制作完成。起初在竞赛的选题上,高职院校的参赛选手与本科生没有什么区别,都是从同一组试题中进行选题,其竞赛的成绩与本科生差距明显,多数参赛队伍都难以按要求完成其中的理论设计部分。从2007年开始,组委会采用了本科生组(甲组)和高职高专学生组(乙组)分开的两组竞赛题目,高职组的题目相对本科组除难度小些,要求降低外,其他方面并没有多大区别,仍然是以电路的综合设计与制作为主,评分标准也大体相同。从今年9月份举办的竞赛来看,仍是这种情况,给人的感觉只是本科生试题要求的缩水。竞赛对高职生在理论设计上的要求分量显得过重,与当前高职教学改革的方向似乎有些偏离。
高职教育在我国经历了十多年的发展,全国各类高职院校成立之初,课程的设置与本科院校同类专业差别不大,许多课程只是本科课程的压缩。随着高职教学改革的深入开展,其培养目标和职业岗位定位越来越清晰。教育部对高职生的培养目标是要求学生具有较强的动手能力与实践能力,要求学生毕业后从事生产第一线的设备维护、维修、安装、调试等工作,这与就业市场对高职生的需求是相符的。高职的课程改革也逐渐走上了以就业为导向,校企合作、工学结合的道路。在这种趋势下,大学生电子竞赛对高职生在电路综合设计方面的要求则难以发挥导向作用,以至于一些院校为了应付竞赛而另外为参赛选手开设培训课程的情况。既然竞赛专门开设了高职高专组,在题目的设计和要求上是否能多考虑高职教育的特点和职业岗位的要求,不仅在难度上与本科组有所区别,在竞赛的侧重点和评分标准也应有所不同。例如本科组可侧重综合设计,高职组侧重制作和测试,这样更符合不同层次的高等院校对人才培养的定位要求。
2综合设计型人才难以成为高职教育的培养目标
虽然高职生也是从每年的高考中录取的,但是在入学分数上毕竟比本科生差了一个等次,这个差距反映出他们的中学知识基础和学习能力与本科生的差距。许多学生读高职是想学一门专业技术,希望在动手能力上强于本科生,在今后的就业市场上找到属于自己的位子。基础、能力和心理上的定位预期决定了他们中的大多数人难以在电子电路的综合设计上有所作为。电子信息技术是现代科学技术中的高新技术,其理论抽象、高深,初学者不容易理解和掌握。高职生由于中学的物理和数学基础较差,教学中他们普遍反映专业理论课程的学习难度大,感到内容抽象、难以掌握,理论考试不及格的情况在各高职院校都较为普遍。另外,高职生在校学习时间短,也制约了他们深入、全面地学习电子信息技术和相关知识。许多高职生实际在校学习时间为2年或2年半,最后一年或半年学校安排到企业实习。所以每届参赛的高职生,多以二年级的学生为主,以他们的课程安排来说,还只是学了一些基础理论,加上近年来的高职教学改革更侧重于培养学生的动手实操能力,许多理论课程被压缩,或降低要求,有设计要求的课程很少。在这种情况下,培养的高职生大多数不具备综合全面的设计能力。因此,课程难度与学习时间的限制决定了难以将高职生培养成为电子电路方面的设计型人才。就业市场对高职生的需求和定位也越来越清晰,多数电子企业并不要求高职生具备设计开发电子产品的能力。以我校应用电子技术专业多年来毕业生的就业情况来看,在电子行业工作的大多数毕业生都是从事电子产品的生产制造与维修工作,只有极个别的学生有机会从事电子产品的设计开发。因此,就业的导向也决定了高职电子信息类专业教学不能以培养设计开发型的人才为目标。
3以专业职业岗位技能要求为导向设计高职竞赛题目
高职院校的办学目标定位就是要培养出符合区域经济发展需求的高素质技能型人才,其核心任务就是要提高学生的职业技能与综合职业素质。在电子产品的设计、制造和服务领域,职业岗位对高职生技能的要求是能够从事更高级、更复杂、更精细的工作。如果考虑到目前高职教育的特点,以电子专业职业岗位技能要求为导向设计高职电子竞赛试题,可以从两方面考虑出题,一是以电子电路的制作与测试为主;二是以电子产品故障的分析与维修为主。这两方面是电子信息专业的高职生要掌握的主要职业技能,把这两方面的职业技能要求引入到竞赛中,通过赛项的设计将引导高职泛信息类相关专业课程设置和教学改革、人才培养模式改革与创新方向。大学生电子设计竞赛高职高专组的命题设计,可以侧重考核参赛者的电路制作与测试能力,降低对电路综合与程序设计要求,甚至不做要求,直接给出电路原理图和控制程序,变设计制作为分析、制作和测试为主。让高职生在识读电路原理功能、弄清信号流程、读懂程序设计的基础上,进行PCB电路板的设计制作;元器件的选择安装;程序的输入调试;电路功能的实现;整机性能参数的测量。以充分反映参赛的高职生对电路的理解和将图纸变为实物的技能水平。
全国职业院校技能大赛高职电子信息类的选题,可以以电子产品故障的分析与维修为主。今年全国职业院校技能大赛高职组的“芯片级检测维修与信息服务”试题,就是按照完整的芯片级维修工作过程设计竞赛题目,竞赛内容体现实际工作过程的真实性。今后的竞赛若能以电子产品整机的维修作为竞赛项目(如数字电视、手机、电脑、数码产品等),在一个产品上设置多种故障,能涉及更多更全面的维修知识和技能。对高职生的维修技能要求应与经验型维修有所区别,应重点要求能从硬件和软件原理分析,仪器检测等分析复杂故障,写出故障分析报告。对于一般的维修技能也应有所要求,如根据电路板绘出局部电路图、软件的擦写、芯片的拆焊、元器件的代换、维修工具的使用等。
4高职电子信息专业培养的能力目标定位
—、实践教学改革的措施
1.压缩理论课时,单开实验课程。我们压缩了理论课时数,增加了综合实验课程,加强了实践教学环节,从而让学生有更多的时间参与实践提高动手能力。如:我们将《电路分析原理》课由90学时压缩至70学时,单开—门电路实验课;将《模拟电子线路》课由110学时压缩至70学时,将《数字电路》课由100学时压缩至70学时,同时增加了一门《电子技术实践》课;等等。这些做法有力地突出了实践教学,受到学生的欢迎,取得了—定的成效。
2.构筑实践教学的平台。针对电子技术职业岗位群所需的知识和能力的要求,对电子技术实践性环节进行总体优化,提出五级实践教学环节。即:基础实验——电子实习——电子实训——校外生产实习——毕业设计。整个实践环节占整个教学时数的50%。
(1)基础理论课程实验。基础理论课程实验的教学内容为基本电子电路的应用性实验。教学中运用多媒体教学手段,演示电路的安装规范与测试方法,授课与训练结合,其目的是培养学生进行低频、高频、数字电子等电路的设计、装调与测试能力,以加深学生对电子技术基本理论的理解,培养正确书写实验报告的能力。
(2)电子实习。在电子实习中,通过基本操作训练,培养学生的实际动手能力。为了达到教学目的,我们建立了电子实习场地。电路由学生自行安装与测试,仪器1人1组,元件1人l套,目的自在培养学生电子器件选、装、焊、调、测、制、读、写、校等应用能力。
(3)电子实训。电子实训主要培养学生对电子产品的维修能力、检验装配能力、计算机应用能力以及对电子产品系统分析的能力。电子实训贯穿学生的整个学习周期。主要进行彩电、DVD等产品的技术训练及对以微型机为核心的电子系统分析。
(4)校外生产实习与考证实习。校外生产实习是重要的实践性教学环节,是实现本专业人才培养的主要手段之一。学生在完成一定的校内教学实习、公共课和专业课程学习以后,安排到有关企业进行生产实习,使学生初步能运用所学理论知识去观察和分析生产现场的电子设备安装、调试、维修工艺中常见的现象,了解工厂的生产组织和管理方法,加强学生劳动观念,安全生产意识,加强实际生产中的感性认识,培养解决实际问题的能力和在生产第一线进行现场技术指导及管理的能力,为学生就业前做技术准备。为了适应就业需要,我们加强了学生的职业技能培训,鼓励学生参加技能考核,以取得相应的职业资格证书。目前我们电子工程系开设了电工中级维修、家用电子维修、通讯终端维护,扣级培训,还计划开办高级维修工的培训。
(5)电子综合设计与创新。在EDA实验室内启发学生掌握新技术、新方法法、新器件的应用能力。
二、培养创新能力的措施
1.开放实验室,加强非验证性实验。实验的目的是让学生通过实际动手,掌握—般的实验方法和技巧,巩固已有的理论知识,提高其分析和解决实际问题的能力,培养创新精神和实事求是的作风。我们一般将实验分为验证性实验和非验证性实验(综合性实验和设计性实验)两种,前者是依据教学大纲要求预先设计好的,只要求学生按照已知的方法和步骤进行操作即可,这种实验方式在基础训练阶段是必不可少的,但因为其本身在时间、空间和内容上的局限性,不利于学生自由发挥,也不利于学生创新能力的培养。而非验证性实验因可让学生自主设计实验,极大地激发了一些学生的创新欲望,对培养学生的实际动手能力利创新精神是非常有利的。近年来我系对电子系列实验课程进行了改革,投入大量经费改善了实验条件,建设了一批开放性实验室,增加了非验证性实验课,提高了学生综合实验能力。
2.因材施教,鼓励创新。在电子实验课和课程设计等实践教学环节中,对有创新设计能力的优秀学生,可以免做普通实验,而安排难度较大的实验课题或学生自定课题。要求他们自拟方案,实验室提供所需的特殊器件。对实验课题完成较好的学生可以免考,并给予较高的成绩。
3.建立现代电子EDA实验室。为了培养学生的创新设计能力,给优秀学生提供一个良好的学习与研究的环境,展现新思维、新设计的舞台,我们建立了现代电子EDA实验室。实验室的设备先进,配置比较齐全。现有10网计算机,4套单片机开发系统,15套EDA装置、10套DSP装置,10套通用电子仪器,2台400M数字存储示波器,l台无线电综合测试仪,l台频谱分析仪,并配有先进的电子软件。实验室向优秀学生、第二课堂活动骨干及学有余力的学生开放。
全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合,竞赛内容既有理论设计,又有实际制作,以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。大学生电子设计竞赛,其意义不仅仅是比赛本身,其对参赛学生的意义是不可小觑的,同时比赛更是带动了电子信息类专业教学体系的改革,促进了电子信息类创新型人才的产生。
1大学生电子设计竞赛是对学生所学
知识的检验及进一步升华,学有所用,相得益彰该竞赛主要针对的是电子信息类的在校学生,在本科期间,会学习电路、数字电子基础、模拟电子基础等基础课程,以及相应的实验,这些是专业基础,是必不可少的。通过对竞赛的准备阶段,会不断地学习充实自己,在深入学习的思考中,对专业基础的认识已远非书本上死板的知识点,而是从中窥出的更有价值的东西。学生通过自己的感悟和学习,会对基础知识有更深刻的认识,有助于其他知识的学习,同时也是对所学基础知识的灵活利用及升华。
2大学生电子设计竞赛促进了相关教学体系的改革,使电子信息类专业蓬勃发展
电子设计竞赛促进传统的教学内容和教学方法的改革,促进适应现代高等教育需要的一个新的教学课程体系的形成。大学生电子设计竞赛已越来越成为推进高校教学改革的有利措施,并使电子信息类专业的教学内容按着理论和实践并重、分析和综合并重的道路发展。[1]
我国现有的教育体制,存在重知识轻能力,重理论轻实践,重分析轻综合,重个体轻协作,重继承轻创新等现象。按传统方法培养的学生,在参加电子设计竞赛时,就会发生诸多的问题。如:理论设计正确却无法在工程上实现,单元电路正确却无法实现系统联调,个人能力很强却各自为政等。原因则在于,电子设计竞赛既强调理论设计,更强调系统实现;既考核学生综合运用基础知识的能力,更注重考察学生的创新意识;试题实用性强、综合性强,涉及的内容是一个课程群而非单一的一门课程。电子设计竞赛反映了电子技术的先进水平,又引导高校在教学改革中,应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力,形式与内容基本符合面向21世纪人才培养的目标和需求,是对传统教学方法的一个挑战,对我们的教学提出了新的要求。课程体系和教学内容的改革思路,必须适应现代高等教育的需要,不断改进教学内容,丰富实验手段,开阔学生视野,强化工程概念,以锻炼学生思维的广阔性,培养其创新能力,使学生的知识和能力达到电子设计竞赛的水平,随着集成技术的飞速发展,集成器件的广泛应用,传统的《模拟电子线路》、《脉冲数字电路》等基础课程的深度和广度已远不能满足电子竞赛和电子信息时代的要求.注重电子新技术的应用,加强大学生基础教育的内涵更新和外延拓展势在必行。
实验教学对于大学生,特别是工科大学生培养实际动手能力至关重要。但是,现行的实验教学内容较陈旧,方法较单一,实验安排过多过细,演示性、验证性实验太多,而综合性、设计性、创新性实验却偏少。这样的实验教学模式,会误导学生学习的目的性,削弱学生学习的主动性,阻碍学生创新思维的发挥和实践能力的提高。而大学生电子设计竞赛的举办,则为课程体系改革和教学内容更新提供了契机。许多院校总结参加竞赛的经验后,纷纷对课程体系进行了调整,在教学计划中将电路类、单片机、计算机原理等课程提前安排;将单一验证性实验逐步转向科学验证、分析设计、系统综合相结合;对传统的实验课进行整合,开设了《电子设计》选修课程和独立的《电子设计综合实验课程》。由于竞赛的需要,也促使实验教学内容不断更新,许多院校已经将一些新器件(如CPLD/FPGA等)和新技术(如EDA、电子电路软件仿真、虚拟仪器技术等)引入实验教学中,从而丰富了实验内容和手段,提高了实验课的技术含量。不少院校还投入巨资建立专门的电子创新设计实验室(基地),为参赛队员提供训练、提高的场地,也面向全校学生,创造自主学习、独立思考的环境,提供发挥创新思维、展示聪明才智的舞台。[2]
3大学生电子设计竞赛通过竞赛的形式,培养大学生创新思维,促进电子信息类创新型人才的产生
大学生电子设计竞赛设计多门学科,多个专业。该项竞赛是对学生设计能力、实践能力、心理素质、团队精神以及体力的一个大挑战,它检验学生的综合运用知识能力和综合实验能力。[3]实践证明,学科竞赛使得优秀学生脱颖而出,其个性与共性都得到了培养和加强。通过多学科知识和实际动手能力的综合运用,学生的主动性得到充分发挥,创新思维得到激发,工程实践的训练得到加强,培养了他们严谨的科学工作态度、理论联系实际的学风、利用信息资源的能力和团队协作精神。此外,参赛学生在信心、勇气以及克服困难的毅力等非理性思维及素质方面也有不同的表现。这些都为学生今后的发展、贡献社会、回报学校打下坚实的基础。[4]
全国大学生电子设计竞赛参赛学生的人数从1994年第一届600余名增加到今年第11届14200余名。获全国一等奖的学生队从1994年的11个队,增加到今年的127个队。人数翻了24倍,获奖的队数也翻了11余倍。我们学校参赛的情况也是如此。大赛之所以受到越来越多的学校重视,吸引越来越多的学生参加,规模越来越大,关键在于:大赛开创了一个让全国大学生都能参加的“展示电子设计能力”的巨大舞台。也为高校提供了一个交流“教学改革研究与实践”经验的平台。因此,大赛促进了高校的教学改革,调动了学生自主学习的积极性,让一批优秀人才脱颖而出。
由此可见,学生参加电子设计大赛,既要熟练地掌握电子电路的基本理论和方法,还要具有选用新器件的能力。在电子设计大赛的促进下,课内教学与课外活动应进行有机的结合。我们在这方面做了一些探索性的工作。
二、实验课教学模式的改革
我们将低频、高频、数字逻辑电路等实验课的内容进行整合和优化,成为“电子线路设计与测试”课程,面向信息学院开课。该课程分为三个层次:基础性实验-综合设计性实验-设计研究性实验”。各个层次的教学内容和教学方法是:(1)基础性实验:开设一定数量的验证性实验,包括模拟电路、数字电路以及高频电路三门课程的基础实验。运用EDA进行仿真、比较实验与仿真的结果。(2)综合设计性实验:以集成电路和可编程器件为主,由学生自行设计、装调电子电路,培养学生工程设计能力,启发学生创新设计思维。(3)设计研究性实验:打破多门课程界线,进行综合性、研究性课题设计,如电子系统的设计,CPLD/FPGA的数字应用系统设计,嵌入式系统设计,电子系统自动化设计与仿真。
采用“三开放”的教学方法,即(1)时间开放:学生可以通过上网预约实验时间和实验室,实验仪器1人1组。(2)内容开放:学生完成基本的实验后,可以扩展实验内容。(3)元器件开放:与实验相关的所有元器件发给学生,由学生保管。学生每做完一个实验课题,教师收集学生实验中的问题,组织同学课堂讨论,还可以在课堂上提问,师生共同讨论。理论与实践相结合,学生以自学为主,实验为主,教师现场指导的方法进行教学,同时还用多媒体课件给学生讲授20学时的理论课,介绍电子线路的设计方案、设计思路,新器件和EDA技术的应用以及实验测试方法等问题。
三、实践到理论再到实践的教学方法
1.先理论后实践的缺点
电子类课程理论较难掌握,相当一部分学生成绩较差,分析其原因,课程理论知识比较难只是一方面,最重要的是学生学习兴趣不高,觉得理论知识没有用处。而参加电子设计大赛的同学学习却非常轻松。由于比赛的题目多数都是和实际应用相结合,甚至要求设计一种全新的产品,学生在制作过程中会深刻体会到理论知识在实际应用中的作用,实际问题的解决要靠理论知识来支撑。教师无数次地强调理论知识的重要性也没有学生一次实际经历给他们的印象深刻。
2.实践到理论再到实践的作用及效果
低年级的同学参赛前没有学习电子类课程,相关的知识也只是中学阶段和课外自学获得的,并没有系统性地学习。因此在实际制作过程中,会遇到很多问题无法解决,使他们带着问题学习理论课程,问题解决后,也已掌握大部分的理论内容。因此,在电子课程的教学中,我们采用实践到理论再到实践的教学方法。具体实施如下:
教师在先实践后理论的教学中要起主导作用。主要是调动学生的积极性和学习兴趣。在指导实践过程中,教师对电路原理只做简单的讲解,告知学生如何应用相关组件,并强调在后续的理论课程学习中会学习相关的理论知识。在理论课程教学中,以学生制作过的电路等为实例,结合课程内容详细讲解其工作原理,让学生懂得电路为什么能实现相应的功能。在开始的实践引导下掌握好理论知识,再将理论知识应用到实际中去,是我们的教学目的。理论后的实践是学生自主应用理论知识的过程,这时我们给学生提供的只是场所,由他们自由发挥自己的想象力和创造力,目的明确地设计和制作小产品。
3.与项目教学法相结合
我们在先实践后理论的教学中紧密联系项目教学方法,以实现一定功能的机器人设计和组装作为主要项目,结合电源设计、功放设计和收音机组装等纯电子线路设计,对学生进行基本的电子实践训练。教师全程参与到教学过程中去,从纯粹的知识传授者转变为教学过程的组织者和指导者。
在初始阶段,教师是学生学习的指导者,根据教学目标由教师或师生共同确定教学项目。教师要帮助学生完成信息的收集、计划的制定与论证。由于我们是机电专业,强调机械电子相结合,我们给学生推荐的项目是机器人设计和组装,机器人是典型的机械电子产品,既有机械设计部分,又有电子控制部分,能让学生对机械电子结合有很深的感性认识,能够很好地满足教学要求。
设计制作过程中,教师对学生遇到的问题进行引导解决,对于部分自主学习能力较强的学生,可以鼓励他们自主学习,自行解决问题。解决一个问题学习到的知识远比纯粹的理论讲授印象深得多。
设计制作结束后的评价,以制作结果的性能可靠性作为主要的评价依据,还参考制作过程中对遇到问题的主动解决能力。这种实践主要以激发学生兴趣和学习主动性为目的,因此并不作为成绩记录,让学生无须担心最后的成绩,可以尽情发挥自己的想象力,在教师总的要求下,做出有自己特色的产品来。
(一)课内实验课内实验按照“由简单到综合、由学习到创新”的思路,设置了由操作性实验、验证性实验、设计性实验和综合性实验等“四个层次”组成的实验教学体系。操作性实验,重点针对电工电子技能方面的工程训练,使学生掌握元器件的辨识、使用,仪器仪表的操作,基本电工电子电路的安装、调试和测试方法等。验证性实验,重点解决理论与实践相结合,理想模型与实际物体相结合等问题。通过实验比较深入的理解基础理论,掌握科学实验的方法和步骤,培养学生实验技能以及在实践中运用、推广和提高知识的能力。设计性实验,主要培养学生根据实验目的和实验目标,设计实验方案,选择仪器设备,组装实验系统以及调试、测试、分析和总结等能力。综合性实验,以自由组合形成选题小组,通过自选或自定设计题目等方式,使学生能够较系统地掌握从选题、方案论证、电路设计、电路实现、装配调试,直到最后的文档整理和总结报告等全过程的各个环节。
(二)集中技能培训集中技能培训是针对具体问题,学生通过器件选择、产品制作、安装调试等训练,熟悉电工、电子产品的制造工艺以及器件和电路的安装、测试和调试方法。在内容选择上,与现代电工电子技术实际应用并将国家职业技能考核标准融入教学内容中;在训练方法上,让学生身临实践现场“真刀真枪”地训练。
(三)创新实践活动创新实践活动安排在课外进行,针对各专业常见的实际问题以及电子设计竞赛、电工数学建模竞赛和电工技能鉴定等活动,开展综合训练、创新设计或自主实验,对学生电工电子技术的应用能力进行再提高。同时,结合各专业学生的生产实习和毕业实习,有针对性地进行相关设备的电工电子技术方面的实践。在学生进行生产实习和毕业实习的时候,根据现场电工电子技术应用的实际,给学生布置电工电子技术方面的实习内容,学生在专业实习的同时,得到电工电子技能与能力的培养。
教学方法和教学手段的改革
学生利用课外时间,通过查阅文献、咨询等多种渠道开展自学活动,构建各自独到的见解。组织讨论。教师在课堂组织学生开展讨论。在讨论中,教师要注重启发引导,并根据实际情况设疑、质疑,充分调动学生的思维,主动思考,踊跃发言。对于错误的、模糊的观点,教师要及时予以纠正。效果评价。评价采用学生自我评价、同学之间评价和教师评价相结合的方式进行。通过同学评价加深知识的理解和掌握,促进共同进步;通过教师的评价,指出存在的问题,并为学生布置课后思考题,进一步实现知识的升华。PBL教学法的灵活运用,不仅提高了学生对电工电子基本知识和基本理论的掌握和理解,而且培养了学生自学能力、探究问题、分析问题、解决问题、归纳整合和交流表达、团队合作等实际工作能力。集中实践教学采用任务驱动教学模式在电工工艺实习和电子工艺实习等集中实践教学中,采用任务驱动教学模式组织教学活动,培养学生的综合应用能力。
1.电工工艺实习首先进行电工安全知识、电工工具使用、电工仪器仪表的选择与使用、导线的连接与绝缘的恢复、室内线路的敷设与安装、动力线路的敷设与安装、电缆接头的制作和常用低压电器的选择与安装等基本技能与能力训练,然后,采用任务驱动教学模式,以典型机床动力配电盘或电气控制柜为载体,将相关教学模块、训练项目与内容有机结合,使学生通过电工产品的安装、调试以及技术文件的编写,掌握电工产品的生产工艺与调试、测试方法。
2.电子工艺实习首先进行示波器、万用表、信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源等常用电子仪器的操作方法以及电子器件辨识与检测、电路板制作与焊接技术等基本技能与能力训练,然后,以方波发生器、电压报警器和SMT技术的FM收音机为载体,将教学模块、训练项目与内容有机地结合起来,使学生通过电子产品的装配、调试和测试以及技术文件编写等训练,掌握电子产品整机装配与调试工艺流程以及整机装配与调试的项目和方法。
中图分类号:TN710-34文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)18-0172-04
Application of Multisim10 in RF Electronic Experiment Teaching
LI Song-song1, LI Xiang1, GAO Xiao-ye2
(1.School of Information Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 2.Dalian Vocational & Technical College, Dalian 116035, China)
Abstract: Multisim10 is a software of modern computer simulation, is organic carrier of electronic design automation, and is an effective means of theory and practical ability in teaching. Through theoretical analysis of RF circuit, the RF circuit design principles are described and the network analyzer is used to simulate in Multism10. The theoretical analysis is verified by virtual experiments, the results of simulation show Multism10 is more flexible, exact and quick in assist teaching and practice in teaching.Keywords: Multisim10; electronic circuit simulation; RF circuit; maximum power transfer
0 引 言
随着教育改革的不断深入,教育技术现代化,教学手段现代化已成为我国教育改革所面临的十分重要的课题。其中电子线路EDA技术的发展,正是弥补目前我国各院校电子学实验室的条件不足,特别是新器件,新设备价格昂贵时,而开设一些内容更新颖、具时代意义的创新型、设计型以及综合型实验而设置的[1]。同时,对于具备条件的实验,正是对理论联系实际的检验,对满足现代电子领域对高校培养具有高层次专业技术人才的需求提供了一定程度上的保障。
1 Multisim 10软件简介
利用Multisiml0可以实现计算机仿真设计与虚拟实验,与传统的电子电路设计与实验方法相比,具有如下特点:设计与实验可以同步进行,可以边设计边实验,修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件,实验所需元器件的种类和数量不受限制,实验成本低,实验速度快,效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
Multisim 10还可以应用到日常课堂的演示教学中,它可以制作在课件中,对于所讲述电路的各种参数进行即时分析,可以生动在投影上模拟各种实验的结果,具有极佳的演示效果,提高电子技术开发中心系列课程的趣味性和直观性[2-4]。
Multisim 10提供了16 000多个高品质的模拟、数字元器件和RF组件模型,另外用户还可以自行编辑和设计相应的元器件。Multisim 10不仅提供了电路的多种仿真分析方法,如直流扫描分析,参数扫描分析,交流频率特性分析,瞬态分析,傅里叶分析,后处理器功能等,而且提供了2个仪表和多台仪器,仪表有:电压表、电流表;常用的仪器有:数字万用表,函数信号发生器,示波器,逻辑分析仪和逻辑转换仪等。同时,应用Multisim 10可以进行模拟电路、数字电路、模数混合以及射频电路的仿真。其中,它的高频仿真和设计环境是众多通用电路仿真软件所不具备的[5]。
2 射频理论
目前,包括大学生电子技术设计大赛在内的很多知名赛事,都把无线收发作为一个重点的研究方向,而各个高校都有开设类似的课程和实习作为培训学生得┮幌瞠基本内容。这都是由于RF电路自身特点的主要用于无线电通信系统的发射装置和接收装置的研究中。所以随着信息技术的发展,对各种发射、接收装置的要求越来越高。RF电路的性能好坏,将直接关系到通信的质量。尤其是RF频段中的微波波段,其频率高、频带宽的特点,使其很适用于作为大容量通信的载波,来传输多路电报、电话和电视信号[6]。
射频技术RF(radio frequency)的基本原理是电磁理论,指的是从音频以上至可见光频率的整个频段,其范围约为16 Hz~20 kHz。可见光波段在微波波段以上,所以RF的范围大约为20 kHz~3 000 GHz,其中包括微波波段。总的来说,RF频段的频率很高。射频系统的优点是不局限于视线,识别距离比光学系统远,射频识别卡可具有读写能力,可携带大量数据,难以伪造,且有智能[7]。
近年来,便携式数据终端(PDT)的应用多了起来,PDT可把那些采集到的有用数据存储起来或传送至┮桓霆管理信息系统。便携式数据终端一般包括一个扫描器、一个体积小但功能很强并带有存储器的计算机、┮桓霆显示器和供人工输入的键盘。在只读存储器中装有常驻内存的操作系统,用于控制数据的采集和传送。
PDT存储器中的数据可随时通过射频通信技术传送到主计算机。操作时先扫描位置标签,货架号码、产品数量就都输入到PDT,再通过RF技术把这些数据传送到计算机管理系统,可以得到客户产品清单、发票、发运标签、该地所存产品代码和数量等,这些研究领域对于电子信息类专业的学生来讲,都是实践理论的研究课题。
根据射频理论,它与一般的低频电路相比较,有其自身的特点,主要包括以下几点:
(1) 大量使用调谐网络:这些网络不仅提供调谐到所要求的工作频率,同时还使晶体管特性与输入和输出阻抗匹配。因此,调谐网络设计的好坏,将直接关系到RF电路的性能。
(2) 需考虑阻抗匹配问题:在RF电路中,处理信号的不同部件被安置在相距有一定距离的地方。这个距离往往和被传输信号的波长可以相比拟。将它们连起来时,必须考虑到阻抗匹配。
(3) 不同频段使用的元件不同:RF频带宽,包括长波、中波及短波、超短波和微波。从使用的元件、器件及线路结构与工作原理等方面来说,中波、短波和米波波段基本相同,但它们和微波波段则有明显的区别。前者大都采用集中参数元件,如:通常的电阻器、电容器和电感线圈;后者则采用分布参数元件,如:同轴线和波导等。在器件方面,中、短波和米波主要采用晶体管、集成电路及电子管,而微波除上述器件外,还需特殊的微波器件,如:微波二极管、速调管、行波管及磁控管等。
3 Multisim 10软件及其在射频领域模块技术
随着电子通信技术的发展,RF电路的开发研究吸引了众多电子设计工程师。Multisim 10射频模块可以提供基本的射频电路所需的设计。分析和仿真射频电路的功能。Multisim 10的射频模块由RF-Specific(射频特殊元件,包括自定义的RF SPICE模型)。用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器。
在Multisim 10中,标准的RF元件包括电容、电感、环行线、耦合器、传输线、波导以及有源器件等。在RF设计中,该模块包含了大约100多个元件和元件模型,这些模型都可以在高频下准确工作而设计的,克服了SPICE模型中在高频时候工作不稳定的问题。
元件在电子学领域中可以分成两类:集中式和分布式元件。当Е=c/f时,集中式元件的尺寸小于波长,在这种情况下,电压波长和电流波长运行时比元件自身大很多,欧姆定律在此时有效。另一方面,大部分的分布式对象中电压相位和电流相位的改变远超过器件的物理扩展,因为器件的尺寸都是类似的,某些时候甚至大于波长。因此常规的电路理论已经不适用工作在MHz到GHz之间的频率电路中。射频元件存在寄生效应,与用于低频状态的模型有所不同。射频模型使用的电容和电感都在高频工作状态下,两节点之间连接发生的行为和低频工作状态下两节点连接发生的行为是不同的。在PCB上执行这些行为时,将表现传输线的形式。电路板本身将变成电阻的一部分,会干涉到电路的正常工作。这就是EDA工具中可行的低频电路仿真在高频电路中却变得不可行的原因[8]。
4 基于Multisim 10的射频电路设计
高频电路的设计通常有别于低频电路,射频设计的主要工作就是设计好输入输出阻抗、功率增益、噪声分析以及问点因数的参数性能。高频电路可以被理想化成为一个双端口网络,为了恰当的使用网络分析仪,电路的输入端、输出端必须断开,在仿真期间,网络分析仪可以通过插入子电路完成对电路的分析。
对于设计一个简单的直流偏置,重要的是晶体管的性能和放大器的静态工作点。应用Multisim 10设计┮桓霆最大功率传输放大器,首先应选择射频功率管,由于在相对较高的频率上有低功率和低噪声的优势,这里选择MRF927T1,从元件库中选择该元件并将其放在电路中[9-10]。
为了配合低频电子线路相关课程的内容,选择静态工作点,静态工作点表现为Vce和Ic。Vce通常要小于VCC,并且通常在集电极-发射极之间的最大摆幅为VCC/2,因此,选择Vce=3 V和Vcc=9 V。而Ie近似于Ic,晶体管的集电极耗散功率为Ic×Vce。为了达到较好的频带增益和电压增益,这里设置Ic=3 mA。
同时,设定Vbe=0.7 V,β=100Ъ扑闳缦:
Rc=Vcc-VceIc=9-33×10-3=2 kΩ
Ib=Icβ=3×10-3100=3 μA
Rb=Vcc-VbeIb=9-0.73×10-6=277 kΩ
设计完静态工作点之后,就可以在Multisim 10下进行仿真,设置Rb=277 kΩ和Rc=2 kΩ,绘制电路如图1所示。
图1 最初设计的偏置电路
在低频电子线路的教学中,学生已经掌握对静态工作点的直流分析,而Multisim 10软件自带有直流工作点分析语句,可以直接设置选择基极和集电极工作节点。通过仿真,可以得到Vce=3.33 V和Vbe=0.8 V,当修改以上这两个值以满足静态工作点的需要,经过实验得到,当Rb=258 kΩ和Rc=2 kΩ时,近似得到Vce=3.00 V和Vbe=0.80 V,这时有:
β=IcIb=(Vcc-Vce)/Rc(Vcc-Vbe)/Rb
=(9-3.00)/(2×103)(9-0.80)/(258×103)
=94.39
此时,β比较接近设定值,可以应用到此次实验中。对于信号源,假定使用信号源的中心频率为3.02 GHz,设置偏置网络,连接两个电容到网络分析仪,如图2所示。
对于一个连接好网络分析仪的电路,可以进行双端口测量,以及测量传输参数。Multisim 10软件自带有网络分析仪。网络分析仪主要测量信号所包含的频率和频率所对应的幅度。对于RF系统来说,可以应用到调制波的以及载波信息的失真。Multisim 10中的网络分析仪所模拟的是实际中Agilent公司生产的HP8751A和HP8753E两款网络分析仪,可以方便的测量S、H、Y、Z四种参数,并且是高频最常用的仪器之一。连接好电路打开网络分析仪界面,如图3所示。
图2 连接入网络分析仪的电路
图3 图2的网络分析仪界面
对于一个无源负载条件下不会产生振荡的电路稳定可以称为“无条件稳定”,这时可以使用阻抗匹配器自动改变RF放大器的结构以便获得最大增益阻抗。
为了获得放大器以及源阻抗之间的最大匹配,必须要求放大器的输入和输出端口之间的阻抗匹配最大。这种阻抗匹配电路提供的最大功率传输适用于非常窄的频带,对于选频网络特别适合。图2的网络自动匹配结果如图4所示。
图4 图2的网络自动匹配的结果
应用图4所得到的网络参数,加入到原始电路图中,所得电路图如图5所示。
图5 最终设计的RF电路
5 结 语
无论是高频还是低频电子线路课程是 电子信息类学生必修的课程,它不但要求学生掌握电路的基本原理和计算方法,更重要的是培养学生对电路的分析、设计和创新能力,因此实验教学在整个教学过程中成为不可缺少的一部分。
因此,利用Multisim 10进行射频电路设计型实验教学,改变了利用电子元器件、仪器等物质手段的传统设计型实验教学模式,从而更好地培养学生的实验技能、提高学生的电路设计能力和设计周期,培养学生的科学作风和创新精神,为以后从事电子技术方面的工作打下良好的基础。
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摘要:在简要介绍了EDA技术特征的基础—L,用EDA技术作为开发手段,实现一个数字系统的设计。系统采用了顶层图形设计思想,基于硬件描述语言AI扔L,以可编程器件为核心,具有体积小、可靠性高、灵活性强等特征。并比较了EnA技术和传统电子设计方法的差异,总结出别rA技术的优势。
关键字:EDA数字系统CPLDVHDL
电子设计的必由之路是数字化,这已成为共识。在数字化的道路上,我国的电子技术经历了一系列重大的变革。从应用小规模集成电路构成电路系统,到广泛地应用微控制器或单片机(MCU),在电子系统设计上发生了具有里程碑意义的飞跃。电子产品正在以前所未有的速度进行着革新,主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用。非凡在当前,半导体工艺水平已经达到深亚微米,芯片的集成高达到干兆位,时钟频率也在向干兆赫兹以上发展,数据传输位数达到每秒几十亿次,未来集成电路技术的发展趋向将是SOC(System0haCh5p)片上系统。从而实现可编程片上系统芯片CPU(复杂可编程逻辑器件)和5PGA(现场可编程门阵列)必将成为今后电子系统设计的一个发展方向。所以电子设计技术发展到今天,又将面临另一次更大意义的突破,5PGA在EDA(电子设计自动化)基础上的广泛应用。
EDA技术的概念摘要:EDA是电子设计自动化(E1echonicsDes5pAM·toM60n)的缩写。由于它是一门刚刚发展起来的新技术,涉及面广,内容丰富,理解各异,所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA技术的几个主要方面的内容来看,可以理解为摘要:EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化,逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片。EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的,至今已有30多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段摘要:这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑,PCB布同布线,使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的QtE(计算机辅助工程设计)阶段摘要:这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心,重点解决电路设计的功能检测等新问题,使设计而能在产品制作之前预知产品的功能和性能。20吐纪如年代是EDA(电子设计自动化)阶段摘要:这一阶段的主要特征是以高级描述语言,系统级仿真和综合技术为特征,采用“自顶向下”的设计理念,将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。EDA是电子技术设计自动化,也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥功能,使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段,可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性;在芯片设计阶段,可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图摘要:在电路板设计阶段,可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。非凡是支持硬件描述语言的EDA工具的出现,使复杂数字系统设计自动化成为可能,只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确,就可以进行该数字系统的芯片设计和制造。有专家认为,21世纪将是四A技术的高速发展期,EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
EDA技术的基本特征摘要:EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法,这种设汁方法首先从系统设计人手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错.并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行驶证。然后,用综合优化工具生成具体门电路的网络表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路(ASIC)。设计者的工作仅限于利用软件的方式,即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这既有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,又减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次性成功率。由于现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高,一般分离的中小规模集成电路组合已不能满足要求,电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片,具有高速度、高集成度、低功耗的可编程朋IC器件已蓬勃发展起来。在EDA技术中所用的大规模、超大规模芯片被称为可编程ASIC芯片,这些可编程逻辑器件自70年代以来,经历了CPm、IzPGA、CPLD、FPGA几个发展阶段,其中CPm(复杂可编程逻辑器件)/IzPGA(现场可编程逻辑器件)肩高密度可编程逻辑器件,目前集成度已高达200万门/片以上,它将掩模ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特征结合在一起,非凡适合于样品研制或小批量产品开发,使产品能以最快的速度上市,而当市场扩大时,它可以很轻易地转由掩模ASIC实现,因此开发风险也大为降低。可以说CPLE)/FPGA器件,已成为现代高层次电子设计方法的实现裁体。硬件描述语言(HDL)是EDA技术的重要组成部分,是EDA设计开发中的很重要的软件工具,VHDL即摘要:超高速集成电路硬件描述语言,仍量凡是作为电子设计主流硬件的描述语言。它具有很强的电路描述和建模能力,能从多个层次对数字系统进行建模和描述,从而大大简化了硬件设计任务,提高了设计较串和可靠性,用V佃L进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现,而不需要对不影响功能的和工艺有关的因素花费过多的时间和精力。例如一个32位的加法器,利用图形输入软件需要输入500至1删个门,而利用VHDL语言只需要书写一行“A=B十C”即可。使用硬件描述语言(HDL)可以用模拟仿真的方式完成以前必须设计和制作好的样机上才能进行的电子电路特性的说明和调试。能在系统行为级就发现可能出现的错误、新问题,并加以多次反复修改论证,避免了物理级器件的损伤和多次制作,节约了时间和开发成本,缩短了电子系统开发的周期。将EDA技术和传统电子设计方法进行比较可以看出,传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计,是一种搭积木式的方式,使复杂电路的设计、调试十分困难;假如某一过程存在错误.查找和修改十分不便;对于集成电路设计而言,设计实现过程和具体生产工艺直接相关,因此可移植性差;只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实泅,因而开发产品的周期长。而电子EDA技术则有很大不同,采用可编程器件,通过设计芯片来实现系统功能。采用硬件描述语言作为设计输入和库(LibraIy)的引入,由设计者定义器件的内部逻辑和管脚,将原来由电路板设计完成的大部分工作故在芯片的设计中进行。由于管脚定义的灵活性,大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度,有效增强了设计的灵活性,提高了工作效率。并且可减少芯片的数量,缩小系统体积,降低能源消耗,提高了系统的性能和可靠性。能全方位地利用计算机自动设计、仿真和调试。
硬件描述语言摘要:硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言,它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述,其层次由高到低分为行为级、R,几级和门电路级。常用硬件描述语言有WDL、Velllq和AHDL语言。WDL语言是一种高级描述语言,适用于行为级和R,几级的描述;Vedlq语言和ABEL语言属于一种较低级的描述语言,适用于R,几级和门电路级的描述。现在WDL和Velllq作为工业标准硬件描述语言,已得到众多EDA公司的支持,在电子工程领域,它们已成为事实上的通用硬件描述语言,承担几乎全部的数字系统的设计任务。应用Vf进行电子系统设计有以下优点摘要:(1)和其他硬件描述语言相比,WDL具有更强的行为描述能力,强大的行为描述能力是避开具体的器件结构,从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。(2)VHDL具有丰富的仿真语句和库函数,使得在任何大系统的设计早期就能检查设计系统的功能可行性,并可以随时对系统进行仿真。(3)Vf语句的行为描述能力和程序结构,决定了它具有支持大规模设计的分解和对已有设计的再利用功能。(4)用Vf完成的设计,可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化,并可根据不同的目标芯片自动把Vf描述设计转变成门级网表,这种设计方式极大地减少了电路设计的时间及可能发生的错误,从而降低了开发成本。(5)Vf0L对设计的描述具有相对独立性,可以在设计者不僵硬件结构的情况下,也不必管最终设计的目标器件是什么,而进行独立的设计。(6)由于VI具有类属描述语句和子程序调用等功能,所以对于已完成的设计,可以在不改变源程序的情况厂,只需改变类属参量或函数,就能很轻易地改变及计的规模和结构。
EDA技术的应用摘要:电子EDA技术发展迅猛,逐渐在教学、科研、产品设计和制造等各方面都发挥着巨大的功能。在教学方面摘要:几乎所有理工科(非凡是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念、鳞握用佃L描述系统逻辑的方法、使用扔A工具进行电子电路课程的模拟仿真实验并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计,为今后工作打下基础。具有代表性的是全国每两年举办一次大学生电子设计竞赛活动。在科研方面摘要:主要利用电路仿真工具(EwB或PSPICE、VLOL等)进行电路设计和仿真;利用虚拟仪器进行产品调试;将O)LI)/FPGA器件的开发应用到仪器设备中。例如在CDMA无线通信系统中,所有移动手机和无线基站都工作在相同的频谱,为区别不同的呼叫,每个手机有一个唯一的码序列,CDMA基站必须能判别这些不同观点的码序列才能分辨出不同的传呼进程;这一判别是通过匹配滤波器的输出显示在输人数据流中探调到特定的码序列;FPGA能提供良好的滤波器设计,而且能完成DSP高级数据处理功能,因而FPGA在现代通信领域方面获得广泛应用。在产品设计和制造方面摘要:从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等,EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试,而且也在P哪的制作、电子设备的研制和生产、电路板的焊接、朋比的制作过程等有重要功能。可以说电子EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。
EDA技术发展趋向摘要:EDA技术在进入21世纪后,由于更大规模的FPGA和凹m器件的不断推出,在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断更新、增加,使电子EDA技术得到了更大的发展。电子技术全方位纳入EDA领域,EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊,更加互为包容,突出表现在以下几个方面摘要:使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能;基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块;软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认;SoC高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、集成技术和计算机技术的迅猛发展,电子系统的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。可以说电子EDA技术是电子设计领域的一场革命。传统的“固定功能集成块十连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台,而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流。作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和攀握这一先进技术是势在必行,这不仅是提高设计效率的需要,更是时展的需求,只有攀握了EDA技术才有能力参和世界电子工业市场的竞争,才能生存和发展。随着科技的进步,电子产品的更新日新月异,EDA技术作为电子产品开发研制的源动力,已成为现代电子设计的核心。所以发展EDA技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命,同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高的要求。非凡是EDA技术在我国尚未普及,把握和普及这一全新的技术,将对我国电子技术的发展具有深远的意义。
作为一名电子硬件工程师、大专院校电子类专业的在校学生或者电子喜好者,必须把握EIlA技术用于0U)/5PGA的开发,只有这样才能乘上现代科技的快车去适应激烈竞争的环境。在现在和未来,EDA技术主要应用于下面几个方面摘要:1.高校电子类专业的实践教学中,如实验教学、课程设计、毕业设计、设计竞赛等均可借助凹ID/5PGA器件,既使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性,又经济、快速、轻易实现、修改便利,同时可大大提高学生的实践动手能力、创新能力和计算机应用能力。2.科研和新产品开发中,0)U)/5PGA可直接应用于小批量产品的芯片或作为大批量产品的芯片前期开发。传统机电产品的升级换代和技术改造,0)U)/5PGA的应用可提高传统产品的性能,缩小体积,提高技术含量和产品的附加值。
关键词:人才培养体系;电子技术;建筑行业;培养模式;课程设置;实训环境
中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)07-0222-03
一、引言
教职成[2011]9号文《教育部关于推进中等和高等职业教育协调发展的指导意见》指出,要以科学定位为立足点,优化职业教育层次结构,构建现代职业教育体系,树立系统培养的理念,坚持就业导向,明确人才培养规格、梯次和结构,明确高等职业学校定位,促进学生全面发展,重点培养高端技能型人才。作为一所以建设类专业为主的高职院校,我院以服务区域经济和建设行业发展需求为己任,探索“依托行业,校企合作、工学结合”的人才培养模式,紧贴人才市场需求,铸造建筑特色的专业品牌。作为广东省第一大支柱产业,电子与信息技术产值连年提高,其中智能建筑电子产品市场需求旺盛,对楼宇智能化电子产品设计开发、生产、维修、技术服务人才的培养提出需求。这就要求我们以“工学结合”理念为指导,面向行业就业,对社会人才需求进行调研,科学定位专业人才培养规格,合理选择人才培养模式,改革课程体系,配备实践教学条件和教学团队,从而构建适合建筑行业需要的应用电子技术专业人才培养体系。
二、专业人才培养体系构建的指导思想
专业人才培养体系的构建需要从应用电子技术专业人才市场调研出发,根据岗位定位人才培养目标和规格,选择合理的人才培养模式,从而为人才培养体系的构建做好准备。
1.专业定位。在建筑行业,一方面智能家居市场需求旺盛,产品蓬勃发展,另一方面工程应用领域产品的技术性能尚处于开发改良阶段,调研表明毕业生主要去向在电子产品设计、样机制作、调试维修、生产线产品制程技术指导、质量成本控制等岗位。依据“工学结合”关于职业教育能力目标培养的理念,针对这些专业工作岗位,将其工作过程归纳出典型工作任务,主要包括:产品方案选择、电路原理设计、控制编程、电子线路制作、调试、测试、文件编写等。因此应用电子技术专业人才培养方案规定要面向智能建筑电子产品设计与生产应用第一线,培养从事产品设计、生产、维修和技术服务工作,具有扎实的电子电路基础理论知识和分析能力,具有电子线路设计与产品制作工艺实践能力,能够胜任智能建筑电子产品的工程应用、安装调试、维修等工作的高素质技能型专门人才。
2.人才培养模式。人才培养模式是为了实现培养目标,在培养过程中采取的构造样式和运行方式,包括专业设置、课程体系、教学设计和教育方法等方面。作为建筑行业的应用电子技术专业人才培养,我们采用“411”模式,即第1~4学期完成支撑专业核心能力的理论基础知识的学习和各专项技能的训练,第5学期通过生产实习、智能建筑电子产品设计与制作、专业证书考证训练等综合课程形成专业能力、方法能力和社会能力;第6学期到企业顶岗实习,完成职业素养的全面形成。在人才培养的各个环节当中,从实际工作岗位出发,理论知识够用为度,重视理论前沿新知识的传授和技术的拓展,实践技能培养方面构建虚拟真实的岗位工作环境,通过真实项目设计教学内容,运用行动导向教学方法,使得电子产品的设计、制作、维修、技术服务等能力逐步形成。
三、人才培养体系的构建
明确专业定位和专业人才培养模式之后,我们重点从改革课程教学体系、设置实践教学环境、教学团队建设等方面构建人才培养体系,完善应用电子技术专业“工学结合”人才培养模式的内涵。
1.课程教学体系的改革。根据专业设置,结合往届毕业生顶岗实习反馈信息,以及各类电子设计大赛和技能竞赛情况,我们认为需要提高学生在电子产品装配工艺、质量检测、成本控制方面的能力,加强PCB制造方面的动手操作能力,了解SMT技术工艺,因此结合专业定位和企业岗位实际调研制订课程体系改革重点:在专业课程中设置针对电路分析、设计、PCB绘图、样机制作、编程与调试、测试测量等技能的教学,以及积累电子产品工艺的设计和管理经验,如电子产品表面贴装(SMT)工艺、PCB制板等内容。针对产品设计工作过程中软硬件设计、PCB绘图、样机制作、测试,将专业课程体系划分为专业理论基础知识课程、专业核心能力平台课程、专业综合能力形成课程和专业知识技能拓展课程,共26门专业课程,其中4门集中实训课,占总学时60%以上。包括电路基础、模拟电路、数字电路、C语言程序设计、检测与控制技术、单片机原理与接口技术等专业理论基础知识课程,电子CAD、电子测量与仿真技术、单片机应用设计、电子基本技能实训、电子产品装配工艺实训、电子线路应用实训、单片机原理与接口实训等专业核心能力平台课程,以及生产实习、智能建筑电子产品设计与制作、专业证书考试训练、顶岗实习等专业综合能力形成课程,在专业知识技能拓展方面开设电气控制与PLC应用、集成电路应用、高频电子技术、电力电子技术、EDA技术、智能卡技术、VB程序设计、建筑设备智能控制等课程。在课程的微观教学设计上,运用行动导向教学方法使学生在项目任务完成中形成能力,掌握知识。例如在《单片机应用设计》课程中从开发仿真到模仿真实产品项目开发,在电子产品开发的真实工作环境中学习单片机开发、测试工具设备、加工手段的选择和运用,在教学实施过程中模拟企业真实项目任务开发的组织形式将学生分组,为学生分配角色,培养团队协作精神。
2.实践教学环境构建。为满足教学体系中的实践环节,配置专业实践条件和环境,包括电子技术应用实训室、电子加工工艺实训室、电子创新设计实训室和电子材料室。电子加工工艺实训室主要承担表面贴装(SMT)加工工艺实训、PCB线路板制作工艺实训和电子线路应用实训。配备的设备有:数控电路板雕刻机、热转印线路板制作机、腐蚀机、沉铜器、手动焊锡膏丝印机、真空吸笔、再流焊机、放大镜和热风拆焊台等加工与返修设备。通过实践培养PCB板制作、SMT贴装等工艺技能,另外可满足教科研和学生课外兴趣制作项目中的电路板加工。电子创新设计实训室主要承担单片机原理与接口实训、电子线路应用实训、智能建筑电子产品设计与制作,配备有计算机、单片机和FPGA实验箱、仿真软件(Proteus),可使电子产品创新设计过程中的测控应用电路设计和编程在计算机仿真软件环境中得以验证,从而加速产品开发和节省材料成本。同时可支撑电子测量与仿真技术、电子CAD、单片机应用设计、检测与控制技术、EDA技术、智能卡技术等课程。另外该实训室是教学科研项目设计、大学生电子设计竞赛、职业技能大赛、科技文化创新活动、课外兴趣制作的主要平台。电子材料室主要支撑应用电子技术专业开展的实训教学项目,储备电子元件材料,库存系列阻值的电阻、电容、二三极管、IC芯片、及各种接插件等。实践教学体系构建的主要特色是从人才培养模式出发,结合相关专业课程,以专业人才实际动手能力的培养和工艺设计管理经验的积累为目的,为教学提供实践环境,注重在职业环境中培养学生道德素质,使学生在学习中完成角色的转变,以工学结合的模式为学生搭建通向企业职场的桥梁。
3.教学团队的建设。教学团队的建设是专业内涵建设的保证,是提升人才培养质量的着力点。现阶段职业教育的模式要求教学团队成员根据经济建设和社会发展需要不断地研究新情况,更新教育教学理念,整合教学资源,深化专业与课程改革,加强“双师”素质的养成。因而我们注重教学团队在知识结构、工程项目实践以及教科研等方面的进修、培训、提高,为人才培养质量打造优质教学团队。
以职业教育理念为指导,通过科学的调研和专业定位,合理地选择专业人才培养模式,主要从课程体系、实训环境、教学团队三个方面构建了适于建筑行业发展的应用电子技术专业人才培养体系,该体系从岗位工作过程出发,全面培养学生的专业能力、方法能力和社会能力,在提高人才培养质量方面收到良好的效果,例如学生在各类电子设计竞赛中多次获奖,学生在职业资格证书考试中通过率达到96.61%,毕业生的就业率逐年提高,2010、2011两年就业率均达到98%以上,毕业生受到用人单位的好评。
参考文献:
[1]教育部.教育部关于推进中等和高等职业教育协调发展的指导意见[Z].教职成2011]9号文,2011.
[2]贾雯杰.物联网与智能家居发展浅析[J].科技与生活,2010,(13).