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[关键词]专业课程设计 光电通信 教学模式 实践教学
[中图分类号]TN29
一、引言
目前,随着社会的发展与我国教育体系的逐渐完善,学生综合素质与能力的培养是当前高校人才培养的重点。能综合应用专业理论知识解决实际问题,具有较强的创造力和敏锐的观察力等都是能力的具体体现。实践教学是培养学生能力的重要环节,而注重从“应用型”向“设计型”人才培养的转变,已成为各大高校实践教学的指导思想。专业课程设计属于实践教学的主要环节之一,其旨在培养学生综合运用理论知识分析、解决实际问题的能力,也是对前期理论与实践教学效果的检验[1-3]。为实现“设计型”人才培养,在专业课程设计中同样需要加强学生的实践创新思维引导。
“信息工程(光电通信)”专业是本校电子信息工程学院新发展的本科专业方向之一,其相对应的教学体系还处于不断探索与发展的阶段。目前,专业课程设计安排在大四秋季学期,共3周时间。在过去几年,专业课程设计都采用“信息工程”大专业统一进行的模式,内容一般包括4次讲课、5个基本实验和1个完整的专题设计。其目标是通过几个基本实验使学生了解典型的电路或系统结构、分析方法和设计实现方法;通过专题设计是学生能够综合运用专业知识、EDA设计工具、新器件、新方法解决专业问题。因此,本专业过去的课程设计采用了传统的组织模式,学生的参与热情不高;专业课程设计的内容也没有体现“光电通信”专业的特点。
针对上述问题,我们对本专业的课程设计教学模式进行了改革,并根据学生已有的专业知识结构,设置具有“光电通信”专业特点的课程设计题目,使学生能应用现有理论知识解决一定的实际问题,在设计能力方面有所提高,为毕业设计及以后步入社会参加工作奠定基础。
二、课程设计的教学模式
为使学生在最短的时间内掌握尽可能多得知识,平时的课堂教学大多采用教师讲授,学生被动式获取知识的模式。专业课程设计的教学不同于平时的课堂教学,应采用学生为主、教师为辅的方式。借鉴校内外其它专业课程设计的组织模式,并结合本校“光电通信”专业现有的教学体系结构,将本专业的课程设计分为三个阶段,即准备阶段、实施阶段和验收阶段[4]。
1)准备阶段。指导教师以加深基础知识、增强综合应用知识能力和提高创新研究能力为主线,制定合理的教学大纲,根据学生已有的专业知识结构,设置课程设计题目,在此过程中尽量做到以下几点:①设计内容具有一定的实用价值;②在突出本专业课程重点内容的基础上所覆盖的知识面尽可能广;③有利于学生综合能力的培养;④难易适中,并具有一定的挑战性。针对设计内容中学生还未学到的理论,安排理论辅导课。
学生根据大纲提供的课程设计选题范围,并结合个人爱好及特长确定题目,为保证每个学生都有一定的工作量,需限制每个题目的选择人数。题目选定之后,组织小组内讨论,明确个人分工。
2)实施阶段。学生通过查阅文献,组内讨论,运用所学知识对选定的题目进行分析、设计,完成设计内容。在此过程中,学生要做到以下几点:①明确设计任务与要求;②提出设计方案,给出总体原理框图;③对所选方案进行理论分析、仿真或实验;④讨论设计结果的可行性。
在此环节,教师进行启发与引导,只讲解难点,充分尊重学生的设计思想,并在中期检查每组设计的进展情况,及时指出其中可能存在的原理错误及设计缺陷,对于细节上的小错误,可以由学生自己在实践中自己发现和修改。
3)验收阶段。学生进行总结,完成课程设计报告并进行结果演示与答辩。教师根据学生在课程设计过程中的总体表现、书面总结报告、设计结果演示及答辩情况评定最后的成绩。
在上述三个阶段中,学生是主体,教师的任务在于抓住关键环节组织教学,将启发式教学、讨论式教学和研究式教学融会其中,给学生最大的发挥空间,最大程度发挥学生的自主能动性,启发其创造性思维,培养其综合应用专业知识解决实际问题的能力及团队合作精神。
三、课程设计的实践
按照上述课程设计的组织模式,本专业的课程设计已完成了三次实践。下面分阶段总结实践情况。
1)在准备阶段,充分利用现有的资源和条件,并结合学生的知识结构,设置了9个专业课程设计题目,如表1所示。表中的设计内容以光通信及光信息处理中常用的光器件设计和光学成像原理应用为主,其中包括4个应用型和5个设计型题目,具体内容稍有难易差别,学生根据自己的专长和基础水平,选择相应的设计题目,每个设计题目由3名学生分工完成。此外,根据学生当前还缺少的专业知识,相应地安排了6学时的理论课及2学时的答疑时间。
2)在实施阶段,学生通过查阅文献和组内讨论完成设计内容,在中期检查中,每个学生进行阶段总结,汇报设计任务进展情况及存在的问题,教师引导学生多方位、多角度地分析问题,提示解决问题的思路与方法,学生进一步查阅文献资料,完成设计任务。
3)在验收阶段,学生总结课程设计内容,撰写报告,并进行结果演示和现场答辩。最后考核包括了平时表现、书面报告及答辩三部分成绩,分别占总成绩的20%、60%和20%。这样的考核方式将评价标准分解在了学生课程设计的三个阶段中,因而可以比较全面、公正地反映学生完成课程设计的情况。
四、实践效果及存在的问题
从最后的考核结果来看,80%以上的学生态度认真,能主动找老师答疑;每组都实现了课程设计的内容,有的组还进行了扩展;有半数以上的学生总结了自己在课程设计中遇到的问题、解决的方法和收获体会,还有学生指出了当前结果的不完善之处。同时,也存在个别学生自己不做,抄袭别人的情况。另外,在课程设计总结报告中要求对结果进行讨论,但从报告及最终答辩情况看,学生对设计结果,主要是结果曲线的讨论很少,大部分学生只是单纯得完成了设计任务,对结果所反映的物理意义及应用价值理解较浅。综合评定后有60%的学生成绩为“良好”以上,也有不到10%的学生为“及格”。
针对实践中存在的问题,今后还需进一步启发学生多查阅文献,了解每个设计题目的实际应用方向,使学生能体会到学有所用,认识到专业课程设计的重要性,尽可能消除个别学生完全不动手的情况,让每组所有的学生都参与到课程设计中来。
五、学生的体会
学生在书面总结报告中这样写道:“虽然在设计的过程中,由于各种各样的原因,在一开始并没有想象中的那么顺利,但是在不断地停滞不前中,发现问题,解决问题,与此同时大脑得到充实,知识得到丰富,思维更加敏锐,总之是受益匪浅。”
“通过这次课程设计,我认识到理论方面的知识也是比较有趣的,结合以往学到的一些知识,比较顺利地解决了课设中遇到的问题,更加激发起了我学习的热情。”
“对于知识,需要经常回顾,否则再熟悉的技术也会变得非常陌生。”
“通过这次课程设计,我加深了对专业知识的认识,学到了不少新的知识,也锻炼了我程序编写的能力。同时,小组的同学,相互协助,各司其职,也是我们能顺利完成这个设计题目的重要原因。”
从这些切身的体会可以看出,学生对本专业课程设计的积极性比较高,在专业知识应用与设计能力方面都得到了一定的锻炼,并对团队合作的重要性也有了更高的认识。
六、结束语
专业课程设计是学生大学教育期间各阶段所学知识回顾和提高的过程,是培养学生实践能力的重要环节。结合本校“光电通信”专业的教学体系现状,我们对本专业课程设计的教学模式进行了初步的改革与实践。在实践中注重从“应用型”向“设计型”人才培养的转变,尽可能调动学生的主观能动性,从课程设计的选题、查阅文献、任务分工,到设计内容的实现、调试与总结答辩,都由学生自己完成,取得了较好的实践效果。但仍然存在一定问题,在今后的实践教学中还需不断探讨本专业课程设计的内容和组织模式,从多方面激发学生的学习兴趣,进一步提高课程设计的质量,使学生在发现问题、分析问题和解决问题的过程中逐步提高综合应用专业知识创新设计的能力。
基金项目:北京航空航天大学本科教学改革立项项目
[参考文献]
[1]胡兵.信息工程专业综合课程设计教学改革探讨[J].高等教育研究, 2011, 28(2): 28-30.
[2]邹道生,黄光华.独立学院电子信息工程专业课程设计教学改革与实践[J].赣南师范学院学报,2011(6): 89-91.
[3]王少刚.课程设计是培养学生创新能力的重要途径[J].中国大学教学, 2007(8): 23-25.
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
本科生课程设计是针对建筑环境与能源应用工程专业一个重要的实践环节,北京工业大学建环专业开设分的课程设计。通过对2010级课程设计的教学组织介绍以及效果分析,体现该课程设计的基本内容以及教学方法在学生对设计内容、设计方法、方案确定等几个方面的能力培养都起到了重要的作用。通过有效的课程设计指导,培养学生独立思考和分析解决问题的能力,以及工程应用能力,实现理论和实践相结合的目标。
关键词:
建筑环境与能源应用工程;课程设计;组织;问题
一、课程设计的目的
“建筑环境与能源应用工程专业”是与实际工程紧密相关的专业学科,学生仅仅通过在校期间理论知识的学习,对于本专业知识的理解和应用是远远不够的。课程设计这一教学环节的设置意在指导学生将理论知识与实际工程相结合,将自己所学知识融会贯通;与此同时,结合实际的工程设计,了解设计的内容、方法和步骤,增强收集资料、理论联系实际的能力。最后,以小组的方式进行的课程设计,能够在培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力的同时,也培养学生的创新精神和团队合作意识,提高对未来工作的适应能力。
二、课程设计的教学组织
北京工业大学建环专业本科生课程设计安排在大四上学期第四周至十六周共14周,成绩总计分。课程设计内容主要以“空气制冷”、“供热锅炉”课程的教学内容为基础,要求学生以小组形式分工合作,完成从冷热源到末端的供暖空调系统的设计。
(一)课程设计步骤
(1)布置设计任务。北京工业大学建环专业的教师团队共同商讨确定课程设计的题目以及内容要求,针对以往同学们出现的问题进行改进,细化设计任务,制定详细的综合课程设计指南及任务书,并且为学生们提供必要的设计参数,设计对象为某高校办公楼供暖空调系统设计。(2)授课讲座答疑。在课程设计过程中,针对学生在课设中出现的问题,围绕课程设计的重点、难点,分阶段集中不定期安排几次专题讲座,如典型建筑暖通空调设计方法、计算机辅助软件应用、工程案例剖析等。通过专题讲座解决学生设计过程中存在的问题,引导学生将理论知识贯穿在整个设计过程中,并能熟练使用标准、规范和设计手册等资料。(3)导师监督考核。为了做到因材施教,努力发挥学生的积极性并且及时解决问题,提高设计效率,同时锻炼良好的团队合作精神,采取分组导师制度,每位教师负责3~4名学生。(4)课程设计答辩。课程设计答辩时间安排在第11周以及第17周,分别进行供暖和空调设计答辩,答辩方式为集中答辩,所有教师分组根据学生答辩情况提问,独立给分,最后全体教师汇总给出综合答辩成绩。
(二)课程设计讲座与内容
为了使学生了解整个课程设计时间安排并且增加对内容的了解,由课程设计负责老师安排一次课程设计动员及任务布置,选择两名研究生作为助教,由于他们对本专业内容熟知,并且熟悉课程设计流程以及内容,易于引导学生更快的从理论知识转化成实践设计中,建立学生与教师之间有效地沟通机制。具体的授课讲座内容分为以下五个部分。(1)采暖空调系统设计引论。综述本科生在前三年里学习的专业知识以及相关的专业课程,针对暖通空调设计基本常识,让学生讲理论知识转化为实践中,同时介绍在设计中基本注意事项,避免出现设计失误。(2)采暖负荷计算及常规设备选型。首先回顾学过的《供热工程》等相关课程,提出设计必须遵循行业规范,让学生逐步从学习转向设计,讲座教师介绍采暖设计步骤,为学生们详细讲解采暖中走廊、卫生间、楼梯间等供暖常见问题,避免学生走进误区。(3)锅炉房设计。结合《锅炉与锅炉房设备》课程以及锅炉房设计规范,从锅炉容量、循环泵流量、扬程确定、软化水系统、补水系统、定压系统以及送引风系统等各个方面介绍锅炉房设计的步骤。(4)空调系统设计及设备选型。结合《空气调节》课程,以及前面关于供暖设计的相关讲座,学生独立完成空调系统的设计,让学生在设计中体会到设计与理论知识的不同,设计中应当结合建筑中各领域的要求,融合到一起,完成设计要求。
(三)课程设计考核方式
课程设计的考核方式分为导师考核和集体答辩两个方面,各个设计阶段的考核,由各位指导教师灵活安排、分工负责。集体答辩分为两个部分:供暖设计以及空调设计。组织全学科部教师分组答辩,每次答辩每位学生限时15分钟,学生汇报8分钟,教师提问7分钟。最终的考核成绩总分为100分,学分为分。
三、课程设计的效果分析
通过一学期的课程设计,学生在各个方面都有了很大的提高,主要表现有:(1)学生能将自己的专业知识与理论进行有效的结合。在课程设计初期,学生由于没有经验,对于工程会犯一些常识性问题,比如管道的设计中,没有考虑阀门的分类和使用。经过锻炼,学生能够很好的更加全面的考虑问题,考虑实际工程的需要,将自己的理论知识与实际工程更好的结合。(2)自主学习以及分析问题解决问题的能力提高。学生在校期间学习的理论知识都是书本上的,而实际的项目中会遇到许许多多的意想不到的问题,学生通过自己动手,通过收集资料,查阅规范,与同学探讨等方式,不仅仅加深了对专业知识与行业规范的了解,更加加强了自己独立分析和解决问题的能力。(3)培养了团队合作能力与教师的沟通能力。得益于团队合作的教学方式,学生通过团队合作,使得学生能够更好的培养团队意识;教师的直接指导,加强了学生与老师之间的交流,使得学生与教师共同学习,交流,增强了他们的表达能力。
四、问题分析及解决方法探讨
通过本次的课程设计,可以看出大部分同学能够对整个暖通设计的流程及基本的设计问题有比较清晰的认识和把握,但从平时的答疑、课程设计讲座的提问及答辩的情况来看,很多同学的课程设计还是存在着一些不足,现主要提出以下几点:(1)设计手册及节能规范的熟知度不够。工程设计手册及国家、地方行业规范、标准作为暖通工程设计的基本依据,理应是最为重要的参考资料,理论教学难以涵盖工程设计的各个方面,需要从这些参考资料中寻求答案。由此看出,面对诸多暖通行业的参考资料,在理论教学中进行适当的解读与学习很有必要。(2)系统方案的确定缺乏深入的思考和有力的依据。供暖、空调系统形式的确定是整个课程设计中最重要的环节。很多同学在系统形式确定这一环节只懂得选用而不懂得比较。从最终课程设计的结果可以看出,在方案确定这一环节,不同方案的思考与评比这一内容还有待完善。(3)水力计算部分有所不足。风系统及水系统合理的水力计算不仅关系到冷热源部分所输出的冷热量能否按需分配到末端用户,更关系到整个系统的运行是否稳定、有效、节能。水力计算的理论学习往往是最难掌握的部分,一个简单的小系统就需要很大的计算量,不同的系统形式往往有多种不同的计算方法,并且计算步骤繁杂,虽然很多同学的水力计算部分能够完成,但其中的步骤并不明晰。如何寻求理论设计与软件辅助设计的平衡变得极为重要。(4)分类设计理念不强。同一建筑往往有不同形式、不同使用功能的房间,尤其对于综合性建筑,很多房间的使用时间不一,所以,对不同的房间、空间,应有不同的分类,同时应划分不同的系统。通过本次课程设计的情况来看,系统划分单一。另外,对各类型房间的供暖、空调的形式不明确,对特殊类型空间如走廊、楼梯间、卫生间、地下车库、门厅的设计知识缺乏,是普遍存在的又一问题。无论在参考书籍还是在理论教学中,往往重视供暖、空调的共性而忽视适用于不同类型空间的个性。所以,此方面理论的学习与指导还有待加强。(5)对系统的认识缺乏整体性。无论是空调系统还是供暖系统,都是与冷热源机房相连。所以,冷热源侧与用户侧是不可分割的整体,系统设计应该有整体的理念。但很多同学只知道供暖系统需要补水定压而不知锅炉房需要有补水定压装置,只知道供暖系统需要补水定压而不知空调系统需要补水定压,只知道用户侧需要水力计算而不会机房侧的管路平衡与确定。多数时候,理论教学教授的是共性的知识,但往往,这种共性没有推广到个性中去,这同样是理论教学有待完善的重要内容。
五、结语
通过专业课程设计的学习,学生不仅仅对于专业知识有了更深的了解,同时对于将来从事的行业,有了更近一步的认识,根据课程设计过程中反映的问题,教学工作还需要从以下几方面进行改进:(1)在平时的教学中,注重将实际与理论相结合。学生在课程设计中,尤其对于工程知识,会犯一些常识性错误。这就要求在平时的教学过程中,教师能够针对一些重要的工程常识性问题进行归纳总结和讲解。(2)在课程设计过程中,给予及时有效的指导。学生对于一个完整的设计,缺乏整体的认识,指导老师应当给予及时有效的指导。这需要指导教师和学生能够进行密切的联系,良好的沟通,使老师能够及时了解学生的问题,并给与恰当的指导。(3)课程设计完成后,及时进行总结。由于课程设计中会遇到很多意想不到的问题,学生需要多次进行修正和完善,这就需要在每一个阶段学生和指导老师都需要进行设计的总结,通过总结,学生能够学会如何更好的解决问题,避免类似错误的出现,老师能够总结经验,对今后的教学进行更好的指导。
作者:潘嵩 王新如 李娜 王未 许传奇 王云默 单位:北京工业大学建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系
参考文献
[1]陈超,蔺洁,李俊梅,等.课程设计•毕业设计指南(第二版)[M].江苏凤凰出版传媒股份有限公司,2013.
[2]谢静超,刁彦华,毕月虹,赵耀华.探讨科研与教学结合的必要性[A].土木建筑教育改革理论与实践(第12卷)[C].2010.
关键词: 电子技术课程设计 教学设计 教学过程
电子技术课程设计是在电子技术实验的基础上进行的综合性的实验训练,是电子技术课程的实践性教学环节,是对电子类和其他相近专业学生进行综合能力培养的实践课程,对于全面、系统、深入地理解与掌握电子系统的知识、设计方法具有重要的教学意义。
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。
电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。
教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。
在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。
学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。
预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。
总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。
电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。
虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。
电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
4.电子技术课程设计的效果
学生经过这样系统训练后,各方面技能都通过考核,为后续课程的学习打下了扎实的基础。
参考文献:
[1]高吉祥,易凡,丁文霞等.电子技术基础实验与课程设计(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2006.
[2]杨志忠,华沙,康广荃.电子技术课程设计[M].北京:机械工业出版社,2008.
1课程设计前的调查与辅导
在开始化工原理课程设计之前,充分了解学生对前修课程如物理化学、化工热力学、化工原理等课程理论知识的掌握程度,了解学生查阅文献获取物性参数和相关公式的能力,了解学生是否具有一定的工程、经济观念,了解学生对计算机CAD绘图能力的掌握情况。上述内容均是在化工原理课程设计过程中学生应具备的知识与能力,通过课前调查,掌握学生的基础,进行适当的辅导与指导,使学生在开始课程设计之前提前进入状况,让学生建立信心,激发学生积极主动的完成将要开始的课程设计。
2课程设计教学过程
课程设计的任务(或题目)是教学的核心,也是能否培养和锻炼学生工程实践能力的关键。在教学过程中,为了全面的地锻炼学生的查阅文献、设计计算、实际分析和CAD绘图能力,课程设计的选题在符合教学大纲要求的前提下结合工业实际,设计结果有较好的参比性。
2.1任务布置
在分配任务时根据学生的理论知识基础和储备进行合理的搭配与分组,做到每组成员具有较均衡的知识能力。设计题目做到每人一题,尽量避免抄袭现象发生,如进行精馏塔设计时,所有学生都有自己的产量、馏出液组成、釜液组成、原料状况与组成、回流比等;组内成员具有个别不同的数据,根据计算结果可以对比不同条件对设计结果的影响,如回流比的不同、原料状况不同、馏出液组成不同、釜液组成不同等。如此一来,组内成员在进行设计计算时,都能积极参与到整个过程中来,每个人计算设计结果都是对比分析与工程评价的一部分,能够较好的提高学生的参与性、积极性,同时激发学生主动思考和创造。另外在课程设计开始之前,指导教师应仔细地讲解设计内容所对应的工艺流程,并将整个设计计算过程进行具体的说明,就设计计算过程中容易出错的位置进行重点指出。
2.2答疑与引导
在进行课程设计的过程中,方案设计是设计计算的重点,如在进行换热器设计时,如何选择合理的工艺流程和换热器的类型,需要根据加热介质和冷却介质的状况、换热器在整个工艺流程中的地位等因素来综合考虑,如进行精馏塔设计时,是选用板式精馏塔还是选用填料精馏塔,都需要根据物料的物性参数和实际工艺条件来共同决定。设计过程中应及时引导学生改进方案,组织学生讨论分析,通过对比综合选用较合适的设计方案。在课程设计的进行过程中,要及时了解与掌握学生设计的进度与状况。由于学生的知识基础和能力的差异,在获取基础数据、物性数据、方案设计、公式选用等方面都会有或多或少的困难,对学生遇到的问题可以通过以下三种方式进行解决:(1)对于个别同学遇到的个别问题,教学过程中采取一对一的答疑方式进行,就学生的问题进行个别解答和指导。如在换热器的设计过程中,就管程和壳程走何种流体,主要从介质的安排能够达到提高传热效率和节省材料的方面来考虑,易产生污垢、腐蚀性强、高温高压的介质走管程,粘度较大的介质走壳程;(2)对于大部分学生在课程设计过程中遇到的共性问题,采取集中详细讲解的方式进行,并对该设计过程进行中所涉及的知识点在实际工程中的影响进行引导与分析。如板式精馏塔的设计计算中,对于塔板数的计算,可以通过图解法和逐板计算法来进行,根据查阅文献获得的基础数据做出物系的平衡曲线或计算出物系的平均相对挥发度,再根据原料、馏出液、釜液的浓度和选择的适宜回流比获得精馏段、提馏段的操作线方程,由原料状况获得进料线方程,根据上述内容可以选择图解法或逐板法来进行计算;(3)对于设计过程中学生遇到的不了解设备形状和结构等方面造成的困难,指导教师通过实物、多媒体图片及动画的方式向学生展示说明,让学生充分了解设计中所选用设备的结构和特点。
2.3课程考核
化工原理课程设计的主要目的是进一步加强学生对理论知识的理解与掌握,同时培养学生综合运用专业知识的能力和处理实际工程问题的能力。因此,在课程的考核方面也主要从这些方面着手,课程考核主要通过如下三个方面来综合评定学生完成课程设计的成绩:(1)遵守课程设计纪律的情况,对基础数据的获取方式或途径,重点考察学生对前修理论课程的掌握情况;(2)考察学生在设计计算过程中,针对实际问题是否能够结合理论知识、实际经验和工程经济方面进行全面分析与预判;(3)分组合作过程中考察学生团队合作意识,课程设计总结与答辩过程中考察学生的语言组织及表达能力。
3总结与展望