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本课题来源于试验室建设,研究对象为信号的调制与解调的matlab仿真。
2、研究的目的和意义
2.1、目的
我选择了《信号的调制与解调的MATLAB仿真》这个课题作为毕业设计其主要目的是通过此次课程设计进一步学习和巩固通信原理及其相关知识,并学会利用所学的知识能,在设计过程中能综合运用所学知识内容,进一步熟悉和掌握MATLAB的使用方法;对信号的调制与解调原理及其实现有较深的了解;为即将进入社会参加工作打下坚实的基础;掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力等等。
2.2、意义
从事电子通信业而不能熟练操作使用MATLAB电子线路设计软件,在工作和学习中将是寸步难行的。在数学、电子、金融等行业,使用MATLAB等计算机软件对产品进行设计、仿真在很早以前就已经成为了一种趋势,〖您正浏览的文章由实习报告网整理〗这类软件的问世也极大地提高了设计人员在通信、电子等行业的产品设计质量与效率。众所周知,实际过程中信号传输都要经过调制与解调这一过程,由于消息传过来的原始信号即调制信号具有频谱较低的频谱分量,这种信号在许多信道中不宜传输。因而,在通信系统的发送端通常需要有调制过程,反之在接收端则需要有解调过程。
3、国内外的研究现状和发展趋势
3.1、研究现状
MATLAB是由MATHWORKS公司于1984年推出的一种面向科学与工程的计算软件,通过MATLAB和相关工具箱,工程师、科研人员、数学家和教育工作者可以在统一的平台下完成相应的科学计算工作。
MATLAB本身包含了600余个用于数学计算、统计和工程处理的函数,这样,就可以迅速完成科学计算任务而不必进行额外的开发。业内领先的工具箱算法极大的扩展了MATLAB的应用领域,所以MATLAB自推出以来就受到广泛的关注,信号处理工具箱就是其中之一,在信号处理工具箱中,MATLAB提供了滤波器分析、滤波器实现、FIR滤波器实现、IIR数字滤波器设计、IIR数字滤波器阶次估计等方面的函数命令。
3.2、发展趋势
由于我们所面对的工程问题越来越复杂,过去所依赖分析的技术已逐渐不敷使用。利用电脑来分析及解决工程问题已是当今工程师的必要工具。使用MATLAB软件进行科学计算,能够极大加快科研人员进行研究开发的进度,减少在编写程序和开发算法方面所消耗的时间和有限的经费,从而获得最大的效能。
4、研究的主要内容及设计成果的应用价值
4.1、研究的主要内容
1、信号调制与解调的原理
众所周知,实际过程中信号传输都要经过调制与解调这一过程,由于消息传过来的原始信号即调制信号具有频谱较低的频谱分量,这种信号在许多信道中不宜传输。因而,在通信系统的发送端通常需要有调制过程,反之在接收端则需要有解调过程。但是在计算机中的模拟和实现都是采用数字化的方法的,如果将采样的频率放的高一些,数字的所造成的失真就不容易察觉了,采用计算机对信号进行处理的话,非常的方便,这也是数字代替模拟的的原因之一。
2、信号调制与解调的基本方式
在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数,可以对这三个参数进行调制,分别称为调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制,最常用的是对脉冲的宽度进行调制,称为脉冲调宽。数字信号调制的三种基本方式,有振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)。
在信号的解调中首先已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化,因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。检波后的信号,再经低通滤波,滤除高频信号,即可获得所需调制信号,实现解调。
3、信号调制与解调的MATLAB教本程序编制
利用MATLAB本身包含了600余个用于数学计算、统计和工程处理的函数,就可以迅速完成科学计算任务而不必进行额外的开发,而且信号与系统,通信系统工具包可以很容易的使用MATLAB开发语言——M语言快速的实现信号调制与解调这一过程的仿真。
4、整个系统的实现过程
首先利用MATLAB编制教本文件,对信号调用相应的函数进行各种调制,产生各类已调波及对其进行解调,同时进行频谱分析,然后利用SIMULINK工具箱对其进行解调仿真,通过改变参数并观测结果为系统的设计和改进提供了良好的依据。
4.2、信号的调制与解调的MATLAB仿真的应用价值
调制与解调是信号处理应用的重要问题之一,而系统的仿真和设计是设计过程中的重要步骤和必要保证。利用MATLAB可以很方便的进行通信系统的分析和仿真,尤其对于我们电子信息专业的教学与设计非常有利,另一方面还可以为开设《高频电子基础》和《信号与系统》等课程提供模拟信号的调制与解调的计算机虚拟试验。
5、工作的主要阶段、进度
(1)、2007年秋季学期第11周前
接受毕业设计任务书,学习毕业设计(论文)要求及有关规定。
(2)、2007年秋季学期第12~20周
阅读指定的参考资料及文献(包括10万个印刷符号外文资料),基本完成开题报告、外文翻译等任务。
(3)、2007年春季学期第1周〖您正浏览的文章由实习报告网整理〗
进一步修订完善开题报告、外文翻译,使其在内容及格式上符合毕业设计(论文)规范要求。
(4)、2008年春季学期第82周到第6周
完成各单元电路设计,protel辅助分析。
(5)、第6周至第12周
完成电路制作,调试。
(6)、第13周
完成毕业设计,全部成果交指导老师批阅。
(7)、第14周
毕业答辩
6、最终目标及完成时间
完成硬件设计,提供protel电路原理图及pcb印制版图,最终达到硬件软件能准确无误的应用的目标。
完成时间:第15周
7、现有条件
现有protel软件及制作硬件的必要设备,可以完成本课题的研究与设计。
参考文献
1.谢自美等电子电路设计、实验、测试。武汉:华中科技大学出版社。2000年7月。二版
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6.郭勇等PROTEL99SE印刷电路板设计教程。北京:机械工业出版社。2004年6月。一版
7.许自图电子电路彷真平台与教程。武汉:华中科技大学出版社。2003年1月。一版
关键词:数字通信技术;教学内容;教学模式;考核方式
一、引言
《数字通信技术》是通信技术、移动通信技术专业的一门核心专业基础课。这门课程先修课程有《电路分析基础》,后续课程有《通信终端原理与维修》《移动通信技术》等,学习本门课程可以培养学生对通信电子电路的认识,简单设计、调试与维修能力。
通过近年教学实践,数字通信技术在传统教学中存在以下主要问题。一是存在理论知识过多、学生基础差而难以接受的矛盾;二是教学方法单一,采用传统注入式授课,考虑教学进度多,顾及学生主动性少,导致学生学习积极性不高;三是在学生学习成绩评定中主要以理论考试为主,常忽视了学生实践教学环节表现,不利于学生专业动手能力的提高。基于上述原因,高职数字通信技术课程改革势在必行。笔者以山东轻工职业学院为例,从教学内容、教学模式及考核方式等方面进行数字通信技术课程改革。
二、《数字通信技术》教学内容改革
高职教育的办学理念是培养具有创新精神的职业型、应用型的专门人才,在专业理论基础教学观念上要以“够用”、“适度”为原则,理论教学中避免过多过深的理论探究和数学推导同时增加实践教学环节,通过实验、实训培养学生通信基本操作技能。数字通信技术部分按照信号流程整合内容,分为终端技术(信源编码、信道编码)、基带传输技术、频带传输技术等模块,如下图1所示,将授课内容分为:数字通信认知、信道认知、信源编码、信号传输及通信系统同步等模块,其中在信道认识和信号频带传输两个模块增加了实验内容,该课程课时分配如表1所示。
三.《数字通信技术》教学模式改革
1.理论与实践相结合
让学生边做实验、边看现象、边听课,在做中学这种教学方式更适合高职院校学生特点。例如讲到脉冲调制编码时,讲解模拟信号变成数字信号后,可以通过实验室示波器来观测信号波形的变化,学生就能很快明白“PCM编码的过程实际就是模拟信号变成数字信号的过程”。通过理论与实践的有机结合,使学生对自己通过实验最终得出的结论有更加深刻的理解。
2.加强实验教学改革
减少验证型实验,增加设计型实验,将原有的实验进行优化组合,精简实验内容,以提高实验效率,例如给出具体电路图及实验要求,适当讲解相关知识点后,要求学生做一些简单实验,如讲到数字信号调制时可让学生自己动手完成电路的制作和调试,这样使学生提高动手能力并理解知识点。
3.开放式课堂的营造
教师在教材选取上不能只局限于一本教材,而需要参考最新的通信行业内部论文和相关材料,备课内容要不断更新和补充,使得教学内同在设置上能够紧跟先到通信的发展。同时授课方式也可多样化,对于新技术可以请一些校外专家、技术人员以讲座、论坛的方式进行教授,也可以让学生去实地参观,以便于理解和接受。
四.《数字通信技术》考核方式改革
改变传统单一笔试考核方式,建立多元化的考核体系。本课程考核评价以学生为中心,准确地考查学生在知识、技能、素质方面是否达到目标,全方位、多角度地反映出学生的综合能力及素质。其中,把项目评价和终结性评价相结合,以项目评价为基础,对成果进行自我评价和教师评价,注重学生参与学习与实践的积极性、创新能力、自信心的培养。
在制定考平方式时,必须合理增加实验及其他课堂以外教学成绩比例,以能力为标准,以运用为核心,区别于单一笔试的考评,应采取考核面广、比例适当的考试方式,例如《数字通信技术》课程总成绩(100分)=平时成绩(10分)+项目考核(60分)+终结性考核(30分),其中项目化考核与评分标准如表2所示。
五.结论
在数字通信技术课程改革探讨与实践中,山东轻工职业学院尝试多种手段来提高教学水平和完善教学质量。目前,该课程所选取的教学内容、教学模式和考核方法,能很好地帮助学生理解和掌握数字通信系统的知识点,提高他们的动手实践能力,同时也提高了教师的教学质量。
参考文献:
[1]杨鸿波,柴海莉,魏英.培养创新潜能的《电路分析》课程改革.
[2]周友兵.高职《数字通信技术与应用》课程建设的探索与实践.
随着通信技术的发展,社会和用人单位对通信工程专业毕业生的要求越来越高,本文结合高校通信工程专业的办学实际,分析了目前通信工程专业在课程体系安排中存在的问题,并从课程设置、专业特色、实践教学等方面提出了优化该专业课程的方案,从而满足创新型人才培养的需要。
关键词:
通信工程;课程体系;实践改革
1通信工程专业课程体系改革的必要性
随着通信技术迅速发展和革新,社会和用人单位越来越要求人才具有一定的综合素质能力并熟练掌握通信技术,所以迅速发展的通信技术对传统的高校通信工程专业发展带来了前所未有的挑战。以一些高校的通信工程专业为例,传统的通信工程专业课程体系存在以下几方面的问题:
1.1课程体系结构不合理
传统的通信工程专业课程中理论课程比较多,前沿技术比较少。教程的内容比较陈旧,更新缓慢,技术滞后,与通信技术的飞速发展脱节。另外,各门课程之间的衔接不紧密,学科知识缺乏系统性等等。
1.2实践环节薄弱
在高校教学中“重理论,轻技术”的现象非常的严重,通信工程专业中该现象尤为严重。实践教学内容多数为验证性的实验和课程设计,与通信技术严重脱节。在企业的实习实践短,而且专业对口的实习岗位较少等等问题。传统的通信工程专业课程体系结构严重的限制了对新型技术性人才的培养,课程建设是提高教育质量的关键环节,是教学建设和改革的核心,关系到人才培养目标的实现和人才培养质量的提高,所以对通信专业的课程体系进行改革势在必行。
2通信工程专业课程体系改革的目标与原则
通信工程专业课程体系改革要以就业为指导方向,确立“厚基础、宽口径、高素质”的人才培养目标,是高校教育达到职业化、是实训化的目标。校企双方合作办学、合作育人、合作就业、合作发展,共同确立课程体系改革遵循以下原则。(1)以专业基础的深化和创新能力的提高为目标,注重通信系统的理论分析、设计和实践能力的培养,注重通信电路的应用能力、计算机与网络通信应用与开发的能力培养。新的课程体系注重学生知识与技能的结合,强化学生职业能力训练和工程素质的培养。(2)以“通信工程专业发展战略研究报告”为指导制定通信工程专业课程体系,其中包括理论课程教学和实践教学两部分组成。根据分析通信技术的发展趋势,在对通信工程专业的建设和发展过程中对下一代的网络技术、光通信技术和无线移动通信技术等几个专业方向予以高度重视。(3)遵循“理论够用为度,突出应用技能培养”的原则设置课程体系。体现课程内容的“少、新、精”,并要同时兼顾各门课程的交叉衔接。(4)以新技术的发展和应用为导向。物联网已经成为了国家战略性的新兴产业之一,在通信技术中具有重要的位置,课程体系的改革要注重培养物联网产业所需要的人才,从而使通信工程专业的人才培养占据更大的优势。
3通信工程专业课程体系改革的措施
课程体系改革是提高教育质量的关键环节,是教学建设和改革的核心,关系到人才培养目标的实现和人才培养质量的提高。这是一项重要的工程,涉及到很多的方面,需要从教学内容、实验环节、教材、教学方法与教学手段、考试方法改革几个方面进行。
3.1教学内容改革
对通信工程专业课程内容进行整合和更新,重视对不用课程之间知识的衔接,将每章、节的知识进行分析和优化。密切跟踪现代通信新技术的研究成果,使学者可以在掌握基本理论知识的同时还可以对最新技术的发展有足够的了解。要注重通信电子电路在各种功能实用电路中的系统应用,引入数字载波机和中低压电力线通信技术等内容。
3.2实验环节改革
在传统的实验环节中,教师设计好的成题较多,学生自己设计的比较少;验证性的实验比较多,综合性设计的实验比较少,实验缺乏层次感,实验环节薄弱,不能够达到理想的教学目的。所以在对通信工程专业的课程通信进行改革时,要采取有效的措施改革传统实验的弊端。调动学生的积极性,增加综合性、设计性的实验,引导学生分析思考问题,独立完成实验任务。根据学生的实际情况,采取分层次教学,建立完善的实验室管理制度,保障实验时资源最大化利用。
3.3教材建设
选用国家级精品教材、国家级规划教材和面向21世纪教材作为教学用书和教学参考书。并出台政策鼓励教师出版高质量的自编教材,近几年正式出版了《信号与系统基础教程》、《电力系统通信技术》、《多媒体技术》、《通信系统原理》、《通信电子电路》、《通信电子电路综合实验》等高质量的教材,并编写了十几门课程的实验讲义,教学使用效果显著。
3.4创新教学方法
根据CDIO教育理念实施人才培养模式,引入项目和案例及现场教学等方法进行应用理论和工程技术类课程的讲授。联系实际激发学生的学习兴趣,将学生课堂参与、课堂反馈、教师传授知识系统性和知识更新性等作为评价标准。通过项目的设计、构思、实施过程进一步培养学生的工程推理和解决问题的能力、实验观察、数据分析、发现知识的能力和综合思维能力。
3.5改革考核方法
通信技术的发展很迅速,所以教学内容比较复杂并不断的有新的教学内容添加进来,单纯的传统试卷考核形式严重的束缚了学生的学习兴趣,不能够有效的考察学生的创新能力和解决问题的能力。所以可以根据不同的教学内容采取多种考察方式,如开卷、口试、演讲、提交论文等方式。在考察内容上,加强对学生运用知识解决问题的能力和创新的能力考察。另外,对于经常无故旷课、迟到、早退、不遵守课堂纪律的学生,要严格按照规定管理。使学生严肃对待所学课程,并为下届学生树立榜样。
4结束语
通信技术是我国发展比较迅猛的产业,已参与到了国际竞争当中。高校的通信工程专业就是培养通信技术人才和相关领域人才的重要基地,其课程体系的研究和实践决定了培养对象将具有的知识、能力和素质结构,同时决定着教育思想能否成为现实。本文通过对传统通信工程专业的弊端分析,进一步完善了课程体系的结构等问题,并结合构建的课程体系进行了主干课程精品化、专业课群特色化、方向选择自主化、技术讲解前沿化的探索与实践,培养的人才受到社会和企业的普遍好评。
作者:彭辉 单位:武昌理工学院通信工程1201
参考文献
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[3]王慧琴等.通信工程专业教学改革探索[J].中国冶金教育,2010,(1).
【关键词】高频 虚拟仿真 教学改革
【基金项目】该篇论文是基于徐州工业职业技术学院院级课题《高频电子技术课程项目化教学改革研究与探索》课题编号:XGY201015。
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)01-0043-02
1.引言
高频电子技术课程是电子信息类与通信类专业的一门重要的专业基础核心课程,在整个学科体系中具有承上启下的重要作用,在专业基础知识体系中有着不可替代的重要地位。该课程的特点是专业性、综合性强,涵盖了高等数学、信号与系统、电路分析、数字电子与模拟电子等知识的应用,对学生基础知识结构要求高。通过本课程的学习,学生不仅可掌握高频电子线路的基本理论、基本概念和基本分析方法,而且可运用课程知识去分析、解决实际的工程技术问题。但在课程实际教学过程中,学生普遍反应该课程抽象、难懂,难以掌握,存在排斥情绪。此外该课程实验复杂,且由于高频电路的特点,在实验过程中,输出波形与数据易受干扰致使波形失真,实验数据与理论数据出入较大,实验教学效果也不理想。基于上述情况,为提高教学效果,在高频电子技术课程的教学过程中可积极引入虚拟仿真技术。通过仿真,可以让抽象的理论通过仿真得到验证,学生易于接受。同时利用仿真软件还可以进行一些实际操作受外界干扰大的且不容易调试的实验,如混频,调幅与解调等等,既解决了实际高频实验中存在的实验复杂,实验效果不理想等问题,同时也节省了实验耗材的经费投入。
2.软件介绍
目前电路仿真软件有很多,每种仿真软件都带有了出版公司自己的特点。根据软件的应用领域和模型以及推广程度,电路仿真软件大致有以下几种:
(1)PSPICE[1]: SPICE是由美国加州大学伯克利(Berkeley)分校电工和计算机科学系分校开发,1972年首次推出。PSPICE是由SPICE发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序。目前微机上广泛使用的PSPICE是由美国Microsim公司开发,并于1984年首次推出。能进行模拟电路分析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析,该软件现已成为微机级电路模拟标准软件。
(2)Multisim[2]:该仿真软件的前身是EWB(Electronics Workb
?鄄ench), 是加拿大IIT公司在20世纪80年代后期推出的用于电子电路设计与仿真的EDA软件,一经推出就受到各界好评,尤其在教育领域取得了巨大成功。与其他电子电路设汁软件相比具有界面直观、操作方便等优点。创建电路、选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上元件库和仪器库中直接选取。电子电路的分析、设计与仿真工作都可通过点击鼠标实现,不仅为电子电路设计者带来了无尽的乐趣,而且大大提高了电路设计工作的质量和效率。
(3)Saber:和PSpice和multisim类似的软件,可以用于系统仿真和电源仿真,在电源仿真方面很有优势,比如大电流,该软件主要用于理论仿真和验证。
(4)ADS:安捷伦公司的顶级理论验证软件,主要用于高频仿真,功能强大,可以用于pcb的验证设计,IC验证设计,系统验证设计(CDMA,DVBT等),是理论仿真的顶级软件,但是让学生在短时间内熟练应用很不容易。
以上介绍的软件都可以应用在高频电路仿真中,但是通过比较,Multisim软件更适合在教学过程中使用,该软件支持直观的示波器图形,带有3D元件库,器件参数修改简单,最重要的是该软件的使用易于掌握,所以在高频课程教学改革实践中采用了multisim软件作为仿真软件。
3.基于虚拟仿真技术的高频电子技术课程教学改革思路
近年来,随着我国高等职业教育改革的不断深入,以“能力本位”为出发点,进行项目化教学改革,是目前高职教学改革的方向之一。高频电子技术课程要进行项目化教学改革必须根据课程特点,找到能够提高学生学习兴趣且与实际生活相关的教学项目,并把课程中所有必需的知识按照知识结构分解到教学项目中去,因此我们把该课程的学习内容按照知识结构分解为两大项目的学习,每个项目学习中又含有若干个教学任务,学生在不断完成任务的过程中掌握知识并增长实践技能,最终完成项目,所以该课程实行理实一体化教学[3]。
课程项目的选取根据高频课程的特点,采用了两个生活中常见的并能典型代表高频知识结构的两个电子产品收音机和无线话筒来承载本课程的所有知识点。为了涵盖所有的知识点并满足课时要求,所以教学项目中两个电子产品所采用的调制方式与作用也不一样。AM收音机主要涵盖信号的接收与AM调制的所有知识。无线调频话筒主要涵盖信号的发射与FM/PM调制的所有知识。
4.虚拟仿真技术在高频课程教学改革中的应用
课程主要采用以实际项目为载体的任务驱动型教学方法,把原本相对独立的一些课程内容,设计成两个大的项目,按照知识相关性把学生的理论知识学习与技能训练在这两个项目中进行细化,分解成独立任务。每个任务的完成步骤如下:
所以该课程必须要在理实一体化教室完成。任何一子项目或任务的完成都必须先经过虚拟仿真验证才能进行实物的装配与调试。
下面以调幅电路与检波电路为例,这两种实际电路原理较复杂,而且电路中器件参数变化都会对电路波形输出有影响,该电路在理论分析时较抽象,学生接受起来比较困难,教学效果较差。引入仿真后,可在讲解调幅与检波电路时,根据理论知识,进行电路的仿真验证。如图1所示,分析调幅电路的工作原理,并用仿真软件仿真出输出波形,如图2所示,这样结果直观,避免了只有单纯的公式推导结果,学生理解与接受起来也比较容易,同时也提高了学生的学习兴趣[4]。
在图1中,改变直流电压U1参数为6V和0V,就可以观察到过调幅现象如图3所示和双边带调幅现象如图4所示,可让学生根据理论知识分析其产生的原因,进一步提高学生学习理论知识的兴趣。
根据检波电路的工作原理,可在multisim软件中搭建二极管包络检波电路,在软件中可以很方便的找到调幅信号源,同时还可根据电路的需要,改变调幅系数,观察调幅系数对检波电路的影响。在二极管包络检波中,根据理论与公式推导得到的二极管包络检波的特有失真现象:惰性失真与负峰切割失真都可以通过改变相应器件的参数,很直观地在仿真电路中模拟,增强了学生对理论知识的理解。同时,利用multisim软件很简单的就可以验证同步检波电路的波形输出,解决了实际电路实验中,同步信号难以与被解调信号同频同相的难题,使复杂的理论与实验简单化,方便了教学,深化了学生的理解。
5.总结
multisim软件在高频教学中的使用,对于老师和学生来说,为我们提供了一个很好的实用工具,使我们能够在高频电子技术课程的教学过程中随时通过仿真进行实验,演示电路的工作状态与输出波形,教师可在多媒体教师中深入浅出地分析各种电路的特性,以及参数变化带给电路的影响,用最直观的输出波形进行讲解,更有说服力。学生结合学习内容在课外进行接近实际电路的装配、调试、分析,有利于加深对理论知识的理解。总之,通过基于虚拟仿真技术的高频电子课程改革实践,大大提高了学生的学习兴趣与学习效果,虚拟仿真软件的应用值得大力推广[5]。
参考文献:
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[5]王靖. Proteus仿真在模拟电子技术课程中的应用[J]. 电脑知识与技术 2009.7(05):33-34
关键词:电力电子技术;教学改革;应用型人才培养
作者简介:侯丽华(1966-),女,满族,吉林伊通人,长春工程学院教师发展中心主任兼教务处副处长,教授;杜波(1976-),女,吉林长春人,长春工程学院电气与信息工程学院,副教授。(吉林 长春 130012)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)35-0072-02
“电力电子技术”课程是自动化专业重要的专业基础课,是一门工程应用性很强的课程。该课程具有教学内容多、课时少、更新快的特点。如何在有限学时内使学生较好地掌握课程知识,提高工程实践能力和创新能力,增强学习兴趣,是教学改革要解决的主要问题。长春工程学院(以下简称“我校”)“电力电子技术”课程组根据学校办学定位和人才培养目标,在明确了自动化专业面向基础工业基层一线应用型人才培养目标、基本规格、专业核心能力以及知识体系等方面基础上,紧密结合工业企业现场实际和电力电子技术发展现状,以先进的教育思想为指导,以应用能力和工程素质培养为核心,不断整合教学内容,完善实验教学条件,开发综合性和设计性实验项目,增加实践环节,改进教学方法与手段,改革考试方式,在教学实践中取得了较好的效果。
一、优化教学内容,构建以应用能力培养为核心的课程体系
1.课程建设与改革思路
教学内容和教学体系的改革是“电力电子技术”课程改革中最重要的环节,直接关系到教学质量的提高,关系到应用型人才培养的要求。我校按照电力电子器件―电力电子变换电路―电力电子电路的微机控制技术―电力电子技术应用的思路,以电力电子器件为电路服务,电路为电力电子系统服务,系统为电力电子应用服务的理念作为教学内容设置的主导思想,以应用能力和工程素质培养为核心,精选理论内容,强化技术应用,及时而恰当地引入电力电子技术的新知识、新技术、新工艺。
2.调整教学内容
在教学设计上理论与实践相结合,知识传授与应用能力培养相结合,课内与课外相结合,讲授与研讨相结合。将电力电子器件、变换电路作为传统内容,将电力电子技术应用作为实用内容,将最先进的自动控制生产线作为新技术,对典型电力电子及电气传动系统分析作为讨论内容,将科研课题引入课堂作为启发内容,通过典型案例分析,将理论与实际结合,培养学生解决实际问题的能力,并通过渗透行业规范、安全操作规程、文明生产等知识培养学生的工程素质。课程的讲授以电力电子器件的工作原理、特性、参数、选择、驱动与保护电路为基础,以AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC变换电路结构、工作原理、波形分析和参数计算及电路设计为核心,以微机控制的脉宽调制技术(PWM)和各种软开关技术作为新的控制方法和新技术,把电力电子学科的发展方向引入课堂。以电力电子器件的应用电路为教学的重点,解决实际工程问题,使学生能充分认识现代电力电子技术对交、直流电路的控制和变换能力,并掌握各种变换原理和方法,为后续课程“运动控制系统”深入学习及毕业设计打下坚实的基础。
二、强化实践教学,提高学生实践能力和创新能力
1.完善实践教学条件
“电力电子技术”课程具有很强的工程性和实用性,而实验是培养学生理论联系实际、动手能力、严谨的态度和科学研究方法的重要手段。因此,以营造真实的、先进的工程环境为目标,紧密结合工程实际应用,投入100多万元建设和完善了电力电子技术实验室。现实验室拥有实验设备24台套,开发了电力电子技术仿真研究平台,构建了电力电子技术实践教学体系(包括课内实验、课外实验、课程设计、生产实习和毕业设计等),编制相关的教学文件。实验室向学生全面开放,学生以团队的形式开展自主性实验和学科竞赛培训,并为学生提供实际工程技术资料、仿真实训教学软件,培养工程实践应用能力。
2.精心设计实验内容
课程组精心设计了实验教学项目和内容,引导学生从问题出发,逐步由基础实验走向设计性和综合性实验,再过渡到创新性实验。开设了晶闸管整流、逆变的验证性实验,使学生对本课程的应用有初步认识;对直流斩波、交交变换以及PWM控制技术部分的实验,则由教师给出电路参数要求,由学生自行设计主电路、驱动电路等,完成设计性实验,培养学生分析问题,解决问题的能力;软开关技术的实现等具有较高实用价值的实验项目,密切联系着当今电力电子技术发展的最前沿技术,并且在国民经济发展中起着重要作用。通过实验学生了解了电力电子新技术的发展动态,同时对本课程的应用领域、可以解决的问题有了更直观感性的认识。实验项目与科研、工程、社会应用实践密切联系,形成良性互动,实现基础与前沿、经典与现代的有机结合,有利于学生创新能力的培养和自主训练。
3.增设课程设计与调试环节
开设了1周“电力电子技术”课程设计与调试实践环节,以完整的电力电子系统为载体,将电力电子器件选择以及电力电子主电路、驱动电路、保护电路、检测电路、控制电路等内容有机地结合起来,使学生通过设计、组装、实验和调试“四位一体”的训练,培养学生的实践能力和创新能力。同时,在教学中使用计算机仿真软件Matlab/Simulink搭建各种常用电力电子电路,且可方便地调整电路的参数进行仿真,培养学生应用计算机处理复杂电力电子电路的能力,也为日后从事工程设计和科学研究打下良好的基础。
三、改进教学方法与手段,调动学生学习主动性和积极性
在实际教学实践中,笔者始终坚持以学生为主体、教师为主导、能力为主线的教育理念,根据课程内容合理采用不同的教学方法组织课堂教学,将“理论+实践+应用能力”的教学模式贯穿在整个教学活动中,由传统的教师满堂灌唱独角戏变成了教师学生共同参与的互动学习,教与学融为一体。教师有所教,学生有所学,极大地调动了学生的学习积极性,加深了学生的理解,加快了学习步伐。通过启发教学法、案例教学法、任务驱动教学方法等,增强学生主观能动性,活跃课堂气氛,挖掘学生潜力,增强专业素养,逐渐让学生由“学会”变成“会学”,由被动变主动汲取知识。
为了分析电力电子器件和电路的工作状态,使学生弄清电路中能量的变换和传递,笔者制作了本课程比较完善的多媒体教学课件。利用多媒体技术将实际应用中的电路和电力电子装置做成影音资料带到课堂上,结合典型工程实例,并把电力电子前沿的研究状况、最新的研究成果以图表、图片等方式充实到教学课件中,提高学生的感性认识,激发学生学习的兴趣,不断提高教学效果及教学质量。同时,建设了本课程的教学网站,网站资料丰富,包括教学资料和典型工程实例等,学生可以在网上学习,教师可以在网上进行答疑,激发了学生学习的兴趣,提高了教学效果。
四、改革考核方式,提高学生对知识的综合运用能力
1.考试过程全程化
教师根据“电力电子技术”课程性质和不同阶段的教学要求,通过课堂提问、讨论、平时作业、单元测验、实际操作、撰写报告或论文等方式加强形成性考试评价,并安排阶段性考试以强化学生平时对课程教学内容的学习和掌握,弱化期末终结性考核。
2.考核内容能力化
考核内容围绕应用能力和工程素质培养为核心这个目标设置,结合新的“电力电子技术”教学内容体系,加大电力电子器件特性分析、实际电路分析、应用案例分析、实践技能的比例,侧重考查学生对知识的综合运用、解决问题的能力。
3.考核方式多元化
根据不同阶段的教学要求,考核采取口试、笔试(开卷、闭卷)、开发设计相结合的形式,变单一形式的考核为多种形式的考核。
五、组织课外科技创新活动,探索课内与课外培养的有效机制
按照课内培养与课外培养相结合的原则,把培养学生实践创新能力固化在教学任务中,成立了课外科技活动小组,注意引导和鼓励学生积极参加各种科技竞赛活动。依托电力电子实验室的硬件设施,积极组织学生参加全国大学生电子设计大赛和“挑战杯”竞赛,以培养和提高学生的自学能力、实践能力和创新意识。在运行中,加强课外实践活动的组织和管理,制订《大学生课外科技创新实践活动运行管理办法》和《实验室开放运行管理办法》,对大学生第二课堂教育的条件保障、激励政策、管理办法、评价办法等做了明确规定,形成了有效的大学生科技创新实践活动保障体系。
六、加强青年教师培养,提高课程组教师整体水平
师资队伍建设是课程建设的关键,课程组教师的理论教学水平、工程实践能力、科研水平直接关乎“电力电子技术”课程建设水平。按照校内培养与校外培养相结合、教学培养和科研培养相结合的原则,通过建立青年教师“导师制”、定期开展教学研讨和教学观摩、实行青年教师实验室坐班制、深入工业企业生产实际、选派教师参加新技术培训等措施,不断提高青年教师教学水平、学术水平和实践能力。
七、结语
电力电子技术随着社会科学技术的发展而不断地更新,其应用范围越来越广泛,不仅用于一般工业,也广泛用于交通运输、电力、通信、计算机、新能源系统等。“电力电子技术”课程教学应紧跟时代变化的步伐,不断更新和充实教学内容,改进教学方法与手段,完善实践教学条件建设,创新实验内容,将电力电子技术理论知识与实践紧密联系,培养学生的工程意识,提高实践能力和创新能力。
参考文献: