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关键词:高级电子技术;实验教学;实验室
作者简介:廉玉欣(1980-),男,黑龙江佳木斯人,哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,工程师;李琰(1977-),男,黑龙江大庆人,哈尔滨工业大学电气工程系电工电子实验教学中心副主任,工程师。(黑龙江?哈尔滨?150001)
基金项目:本文系哈尔滨工业大学校级教学研究项目的研究成果。
中图分类号:G642.423?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)21-0088-02
“高级电子技术综合实验”课程是依托哈尔滨工业大学(以下简称“我校”)电工电子实验教学中心,面向全校本科生和硕士研究生开设的一门实验课程。作为电子技术实验课程的延伸,本课程主要内容包括:电子仪器仪表的使用,基础电子学实验,模拟电路综合设计,数字电路综合设计,单片机综合设计,DSP综合设计,FPGA综合设计。通过学习该实验课程,有利于提高学生运用所学知识解决实际问题的能力、动手能力、应用实践能力,同时也有利于培养学生创新和求知探索精神。
本文探讨了“高级电子技术综合实验”课程建设的重要性和意义,介绍了课程体系和课程内容,提出可采用开放式教学、问题式教学等方法,最后总结了教学实践环节中的一些经验体会,提出进一步改革的方向。[1]
一、建设课程的必要性
我校的本科生基本上在大一大二阶段就在电工电子实验教学中心完成了所必修的实验课程,通过这些实验课程,学生提高了自身的动手能力和实验技能。由于必修的实验课程大部分都是验证型实验和小部分综合设计型实验,对学生的综合素质教育和创新精神的培养还略显不足,因此有必要设置一门以综合设计型实验为主,基础型实验和创新型实验为辅的实验课程。
“高级电子技术综合实验”课程面向的对象包括本科生和硕士研究生。本科生在大一大二阶段,还没有接触专业课知识和实际专业实习,因此对必修实验课程的应用实践认识深度不够。在大三大四学期,通过对所在专业领域的进一步深入了解,如果学生发现自身动手能力、实验技能不够,仍想继续提高,可以选修该课程到实验中心完成实验。此外,为了构建本—硕—博一体化的培养体系,本课程的面向对象向硕士研究生延伸。我校本科毕业的所有电类和非电类学科专业,希望继续提高在电子领域里实验技能、动手能力的硕士研究生,他们可以选修该课程。我校地处北疆,同国内其他同类水平的学校相比,地势优势较弱。所以我校每年入取的各类研究生中,二、三类院校报考的也不在少数。这些学生原来本科院校实验条件较差,在电子技术实践方面底子较薄,这对于进入课题后能否顺利完成论文,或高质量完成论文成为一大障碍,因此建议这部分学生必修该课程。
“高级电子技术综合实验”课程对学生能力的培养主要体现在以下几个方面:
一是完成“高级电子技术综合实验”的过程与进行小型科学研究项目的过程类似,这种培养方式给学生创造了一个实践自己想法的机会,每个学生都有较大的独立思考空间,有利于培养学生应用研究型思维和能力。
二是通过高级电子技术综合实验可以培养学生的系统观念、工程观念和解决实际问题的能力,包括实际动手进行科学研究的能力。例如查阅文献资料的能力,根据要求设计实验的能力,在实践中发现问题、分析问题、解决问题的能力等。
三是通过总结交流、答辩,撰写总结报告,培养实验研究的总结和表达能力。最后,如果学生所作课题,确有心得或有学术意义,鼓励他们撰写相关论文。
“高级电子技术综合实验”课程主要的教学目的是培养学生的应用研究性思维、应用实践能力和探索精神。强调学生的自主应用研究与创新,将学习与应用实践有机结合起来,通过学习中应用实践,在应用实践中学习,培养学生的应用研究性思维和能力。
二、课程体系与建设内容
对于选修“高级电子技术综合实验”课程的学生来说,仅仅完成一些验证类、设计类的实验项目是不够的,他们应该完成高水平的、研究型的高级电子技术综合实验。这门单独设课的综合实验课程是在设计型实验的基础上进行的具有研究性和探索性的大型高级实验。其选用的题目是从科学研究、生产实践和实验室建设等项目中提炼出来的子课题或子系统。
“高级电子技术综合实验”所用到的知识涉及多个学科或多门课程,例如模拟电路和数字电路理论课程,单片机,DSP和FPGA课程等。它侧重于电子技术理论知识的灵活运用,设计的创新,新知识的探索研究,具有系统性、综合性和探索性。它要求学生深入理解实验任务与要求,了解完成实验任务的基本原理和方法,通过查阅资料、设计实施方案、设计电路、撰写报告、交流与答辩等过程,获取新的知识和经验,得到全面的提高与锻炼。
【关键词】电工电子学 教学改革 教学方法
【中图分类号】TP21 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(a)-0045-02
1 教学内容及所处的地位
《电工电子学》是青岛科技大学自动化与电子工程学院一门重要的技术基础课,也是面向全校非电类专业本科生开设的唯一的一门电类基础课程。每年面向化工,机自,高材,印刷,包装,安全,非金属,材物,材化,应物,制药,成型,船舶,油储,设计等10余专业近2500名学生授课;同时开出实验近14400人次。它在我校非电类专业学生的是青岛科技大学自动化与电子工程学院一门重要的技术基础课,也是面向全校非电类专业本科生开设的唯一的一门电类基础课程。培养过程中起着重要的作用。
《电工电子学》的教学目的是适应新世纪对人才素质要求和相关学科的发展,使学生获得电工电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能,了解电工电子技术的应用及发展概况,为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作打下宽广的基础。由于课程本身涉及的一些基本概念、原理和基本分析方法对于培养学生分析问题和解决问题的能力也十分重要,因此,本课程通常被列为相关专业的重要技术基础课或者作为重要的选修课。
《电工电子学》作为技术基础课,即不同于专业课,它更加强调基本概念、基本原理和基本分析方法,为将来在工作中应用电工、电子技术解决实际问题打下牢固的基础;又不同于某些基础理论课,内容更接近工程实际。其次,《电工电子学》是一门发展十分迅速的学科,课程内容不断更新,新的器件和应用电路层出不穷,因此,在本课程的学习中既要抓住基本又要注意能力的培养,所以电子电工技术的实践性很强,实践环节和动手能力的培养在本课程中占有重要的地位。
2 教学改革措施
为了适应时代的发展和教改的要求,在多年教学经验的基础上,课程组在传统教学方法的基础上对课程教学内容作了较大的改革与充实,优化了课程的教学体系,强化了对学生能力培养的措施和力度。
2.1 强化了学科间的知识技能的联系,注重于基本技能的培养
在重视理论教学内容的同时,强化了学科间的知识技能的联系,不但追求学科体系的完整性,而且注重于基本技能的培养。对内容进行合理的整合,打破以前不合理的学科体系,以实践应用为基础,确立了几大实验教学模块。如教学大纲中电子器件的识别与应用部分,是通过对二极管等电子器件的认识与应用能力而展开教学,在纯理论教学的基础上,重点进行器件识别、测试、应用能力的训练;另如直流稳压电源的制作与分析部分,通过整流电路、滤波电路、稳压电路等一步步的制作测试过程,来学习了解直流电源的基本知识与技能。通过这些实验模块的学习,不仅掌握了各常用基本元器件的工作原理,而且对电路的设计、制作过程有了进一步的认识。把过去学科体系教学转变成一个个相对独立而又存在联系的实际电子电路的实践分析的学习过程。实验课与电子技术课程有机结合,使理论与实践训练融为一体,不但提高了学生的学习兴趣,还充分体现了电工电子学课程的应用性、技术性的课程特点。也与后续专业课程教学进行了较好的衔接。
2.2 抓住教学的重点、难点,突出课程教学的主线
在实际教学中,分析学生在学习过程中存在的困难及问题,运用适当的教学手段。如学生对基本放大电路的工作原理理解有困难,教学中可以通过计算机仿真、动画演示等手段解决;教师要正确引导学生,把注意力集中到认识电路,分析电路等上,化解学生的难点,在讲清理论的基础上突出其应用性的特点。
2.3 增加动手能力,培养合格人才
减少一些纯理论教学的课时,增加在电工电子实验中心、培训基地及专业实验室的教学时间。把过去实验为理论教学服务的思想转为用理论去解释实践过程中出现的现象。增加对元器件的识别、单元电路的测试等实验教学内容。
2.4 完善指导教学材料,提高教学水平
完善教学大纲,编写适合我校实际的各种电子实验、实训指导材料。制订了相应的基本技能考核标准,教师教学目标与学生的学习目标更加明确。
2.5 拓宽教学内容,联系设计大赛
特别值得一提的是在课程教学内容中,适当安排了和电子设计大赛相关的综合教学培训模块:如嵌入式系统设计和数字信号处理等综合内容。在进行该模块教学过程中,尽可能逼近应用和开发实际,有查找资料、有工艺设计、有实际装接、测试,还要完成实践报告,最后回答指导教师的相关提问。这种重基础、分层次、宽口径、模块化式的教学方式,使学生的学习兴趣大大提高,进一步促进了理论教学。
《电工电子学》课程组教学中以能力为中心,符合循序渐进、理论联系实际等的教学原则,并且在理论教学中运用多媒体技术,实践教学中强调综合能力的培养,通过课程整合,减少了教学时间,提高了教学效率,取得了良好的效果。
3 合理的教学方法和手段
3.1 采用新颖的项目式教学模式
《电工电子学》课程的教学方法与教学手段经过课程组多年的精心建设,探索出一套比较有效的教学方法。在教学过程中,针对一个个教学模块,以能力、素质教学为中心。采用项目式教学法,以一个个模块中的项目作为教学的单元,首先虚拟演示、动画或实际测试作为课程的引入,然后介绍其工作原理、特性等相关理论,再回到实际中依靠电工电子实验中心和培训基地的开放实验室和创新实验室来验证学到的理论。这样使学生置身于一个“提出问题分析解决实际验证再提出问题”的循环之中,把教师的课程知识传输过程转化为学生不断地解决问题的学习过程,同时也在不同程度上解决了目前较难解决的“教”与“学”的矛盾问题。
3.2 运用多种教学手段
在课程教学中,积极借助网络资源,采用多媒体教学、计算机虚拟技术、模拟演示技术等教学手段,其中多媒体手段在教学中的应用率达到90%以上。同时电工电子实验中心和实习基地、电子专业实验室和机房等的建设,基本满足了学生进行实验、实践等基本教学内容的需要,另外开放实验室、创新实验室的建设,有利于让学生的个性得到充分发挥。
3.3 综合实习开展课程实际训练
在课程结束后,开设《电工电子学》综合实际训练课程,进一步培养学生对所学知识的综合应用能力。具体的教学过程如下:(1)教师作基本的辅导,提出实践要求;(2)学生根据教师的要求,选定实践课题内容,进入图书馆寻找资料,并做出设计电路;(3)学生根据自己设计的电路,装接、排故、调试并作相应电路参数的测试;(4)根据实践内容,写出总结报告或设计报告;(5)最后指导教师组织对每个学生根据设计的结果和报告内容进行答辩,确定实际训练成绩。
3.4 考核内容及方式的改革、评价标准的制订
《电工电子学》的考核方式及考核内容与传统相比,作了较大的改革。考核内容从以理论为主转向考核学生对电子元器件的识别检测、仪器的使用和对单元电路的分析测试等综合能力的测试,通过强化平时的实验环节的考核力度,重视了学生基本专业素质的培养。
4 教学组织管理
本课程教学组经过长时间的实际教学,制定了严格的教学管理制度,并形成了有自己特色的教学组织形式,主要体现在以下几个方面:
4.1 与时俱进,制定与完善教学大纲
教学大纲是课程的指导纲领,课程组定期讨论《电工电子学》教学的新形势、新技术、新方法,并把研究得到的成果,运用于教学实践中,并在集成电路飞速发展的今天,紧跟时代步伐,使电工电子学的教学内容和教学手段始终保持先进地位。
4.2 加强教学管理,严把教学质量关
严格要求教师上课纪律和学生听课纪律,要求主讲教师在上课过程中记录学生平时学习情况,并作相应记录,作为平时成绩依据。
严格执行学校教学计划,按照教学日历进行授课,严格遵守学校的教学管理制度。
课程组经过长时间的实践,形成了集中备课、作业批改制度。集中备课制度的采用增加了教师相互交流教学经验的机会,有利于把握教学过程中的学生动态,探讨微机发展趋势,适时调整教学内容。集中批改作业制度,使得学生作业中反映的情况能够得到及时反映,有助于教师在上课中出现的问题进行针对性的讲解。
建立互相听课制度,定期组织教师相互听课,取长补短,共同提高教学质量。
4.3 积极进行教学研究活动
课程组的主讲教师个人积极进行教学研究的同时,也踊跃参加学校教学研究项目和实验研究项目的申报。
4.4 在教学资源管理方面,注重网络资源的更新
本课程建设的目标是使本课程的教学资源网络化,使之成为同学学习、交流的工具。课题组已经将部分内容放在信息科学技术学院网站,如电工电子学教学课件,其他网络资源,如教学网站、课程录像、电子教案、实验讲义、习题集、课程相关内容的新动态等正在加紧研制,争取早日挂接在学院网站上,使网络资源不断丰富和完善。
4.5 注重人才梯队的培养,并适时制定青年教师培训计划
鼓励中、青年教师攻读在职博士,争取使课程组的教师具有博士学位的比例进一步提高。
鼓励中、青年教师积极参加教学研究活动。
鼓励教师参加国内外学术交流和相关技术培训。
制订了详细的中青年教师培训计划,以提高课程组的整体教学与科研水平。
5 结论
《电工电子学》课程经过教学改革,无论从对学生的教学,还是教师的科研都有了很大的提高,极大地促进了该课程的发展,取得了良好的效果。
参考文献
[1] 温军玲,陈晓平,李长杰,朱孝勇.关于“电路”教学改革的进一步探讨.江苏大学学报.2003,25(4):98-100.
[2] 秦增煌主编.电工学.高等教育出版社.2003年.
[关键词]电子技术实践 教学改革 现代工程师 实践教学体系
[作者简介]李晓红(1967- ),女,吉林吉林人,吉林化工学院信息与控制工程学院,高级实验师,硕士,主要从事电工与电子技术方面的教学与研究。(吉林 吉林 132022)
[课题项目]本文系2011年吉林化工学院高等教育教学研究资助课题“构建电工电子分层开放式实验教学平台,培养‘三实二创’现代工程师人才”的研究成果之一。(项目编号:JY2011A14)
[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985(2012)36-0161-01
《中华人民共和国高等教育法》对我国高等教育作了明确规定:高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。我校对应用型本科构建了坚持理论与实践并重原则,突出实践教学的重要地位,培养学生实践理念、实践精神、实践能力、创新精神和创新能力(简称“三实二创”)的实践教学体系①。电子技术实践是电子信息科学与电气信息类专业一门极其重要的技术基础实验课程,其主要目的是使学生掌握常用电子仪器的使用、元器件的检测、电子电路的基本测试等技术;学会分析与处理实验数据、寻找和排除实验电路中故障的方法。同时,通过电子技术实践强化学生对电子技术理论的理解,以大学生电子设计竞赛为依托,进行科学训练,深化理论知识,为后续课程的学习以及工程能力的培养奠定良好基础,将学生培养成为“三实二创”的现代工程师人才。
一、构建实践教学新体系
电子技术实践课程在培养方案的制订过程中,坚持理论教学,以夯实基础、突出工程应用为前提,坚持实践教学以实验教学为基础、课程设计为主线、电子设计竞赛和工程训练为依托的教学模式。遵循“厚基础、宽专业、重实践、高素质”的原则,优化教学体系,强化实践教学环节,把培养目标定位在培养德、智、体全面发展、知识结构新、实践能力强、综合素质高、就业技能好的面向生产与管理一线的现代工程师高级专门人才②。根据电气信息类专业人才培养目标和我校的实际情况,构建了电子技术分层次实践教学体系,将其分成四个层次,以达到培养高素质创新型工程技术人才的目的,如图所示③。实践表明,该实践教学体系不仅体现了循序渐进的教学规律,而且有利于激发学生的积极性和创造性,有利于因材施教,有利于落实学生工程实践能力,有利于将学生培养成为“三实二创”的现代工程师人才。
1.基础验证型实验。验证型实验主要是掌握正确使用常用电子仪器以及电子电路的基本测试技术④。
2.综合设计型实验。主要是培养学生综合设计能力,掌握分析、寻找和排除实验电路中故障的方法。学生根据要求设计出电路,列出实验步骤和测试方法。
3.拓展应用型实验。主要是培养学生工程实践应用能力。该层次拓展了学科专业知识结构,加强了综合性强的实践内容,培养了学生分析和解决实际问题的能力,为学生提供了锻炼实践能力和创新思维的机会⑤。
4.工程创新型实验。主要是以大学生电子设计竞赛为依托,开设工程创新型实验或以校内“长通杯”大学生电子设计竞赛为实验内容,供有兴趣的学生选做。使学生得到科学研究思想和方法的综合训练,培养学生团队合作精神,提高学生分析问题、解决问题、实际动手能力和创新能力⑥。
二、优化教学内容,改革教学方法与手段
1.实践教学内容的优化。目前电子技术实践课程所开设的实验内容较为陈旧,大多为基础验证型实验,综合设计型实验较少。这种以验证为主的实验教学,遏制了学生实际动手能力、工程能力和创新能力的培养⑦。按照“加强基础、拓宽专业、注重实践、突出工程”的思路,坚持“以系统的理论知识和熟练的操作技能为基础,坚持实验教学与创新教育结合,以现代工程师人才培养为目标”的教育理念,坚持原有基础验证型实验项目的基础上,在电子技术实践课程内容中增加了综合设计型、拓展应用型和工程创新型的项目。这样做既注重了基础知识、基本技能的教学,又做到了实用、新颖、理论联系实际。
2.实践教学方法与手段的改革。一是实验技术:实践教师紧紧跟踪电子技术的发展,重视技术研究、项目选择、方案设计,有利于启迪学生科学思维和创新意识。在基础验证型实验教学中,采用了仿真技术。例如,模拟电子技术实验中,引入Multsim 9仿真软件;在数字电子技术实验中,采用EDA软件并结合硬件进行实验教学⑧。二是实验教学方法:建立以学生为中心的实验教学模式,形成以自主式、开放式、合作式、研究式为主的学习方式。在实践教学中,充分发挥学生的主动性,体现出学生的创新精神,鼓励和引导学生自主选择开放实验项目,积极调动了学生学习的主动性,拓宽学生的知识面和实验技能,培养学生的自学能力、动手能力、工程能力以及创新能力,为培养现代工程师人才奠定基础。三是实验教学手段:注重现代化教育技术的应用,将多媒体技术与实验教学相结合,将仿真技术与实际动手调试相结合,将课内实验与课外科技活动相结合,将理论教学与实践教学相结合的多样化实验教学手段,同时还构建了以电工电子教学与实验中心网络平台为载体的网络辅助教学系统。
三、完善实践考核制度,调动学生学习积极性
根据实践教学的特点,以培养“三实二创”现代工程师人才为目的,建立多元实验考核方式。
1.基础验证型实验考核方式。基础验证型实验成绩评分分为实验预习成绩占15%、实验操作成绩占30%、实验数据处理成绩占15%和实验操作考试成绩占40%等四部分。
2.综合设计型实验考核方式。综合设计型实验成绩评分分为设计报告成绩占30%、电路组装与调试成绩占25%、现场答辩成绩占20%和实验操作考试成绩占25%等四部分。
3.拓展应用型实验考核方式。拓展应用型实验成绩评分分为实验操作考试成绩和实验笔试成绩两部分,各占50%。
4.工程创新型实验考核方式。工程创新型实验成绩评分分为电路制作与调试成绩占40%、总结报告成绩占30%、现场答辩成绩占30%三部分。
四、结论与展望
电子技术实践教学是电子技术课程的重要实践环节,基础验证型实验加深了学生对所学基本知识的理解,是实践教学的基础;综合设计型实验增强了学生理论联系实际的能力,是实践教学的关键;拓展应用型实验促进了学生交叉学科知识的综合应用,是实践教学的提高;工程创新型实验培养了学生电子系统的工程能力和创新精神,是实践教学的升华。采用这种理论与实践相结合的教学方式,为我校“三实二创”现代工程师人才培养奠定了基础⑨。
[注释]
①白永国.“五系列五模块三实二创”实践教学体系的构建[J].中国电力教育,2010(4):46-47.
②王春兴.电子信息专业实验课程体系改革与创新人才培养[J].实验室技术与管理,2011(8):136.
③王留芳,董德礼,周拓宇,等.多模式、多层次电子电工实践教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2011(3):94.
④林春,邵雅斌.改革电子技术实验教学培养应用型人才[J].实验室科学,2011(5):33.
⑤隋竹翠,李晓蓉,陈小桥.构筑分层次开放式实验教学平台 培养“三创”人才[A].北京:高等教育出版社,2007:118.
⑥高原,王土央.依托电子竞赛,构建电子信息实践活动体系[J].实验技术与管理,2011(8):154.
⑦张晖,高凯.电子技术基础实验教学改革探讨[J].实验室科学,2011(4): 43.
关键词:模拟与数字电路;电子技术综合实验;实验园地;虚拟仪器实验
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)08-0151-03
一、背景
以模拟与数字电路为基础内容的电子技术实验是高等学校理工科专业学生重要的必修专业基础课,也是电子、计算机、自动化等工科专业的学生在大学教育阶段所要经历的一个重要的工程性实践环节,在培养学生素质和能力方面占有十分重要的地位[1]。而电子技术综合实验课程作为一门综合性的实践课程,与理论课程并行开设,其实验内容不再限制于某一门课程,而是把多门相关课程的知识相互渗透,有机融合。在一个实验项目或设计课题中,可以融合模拟电子技术、数字电子技术、EDA技术、单片机原理等知识模块,让学生运用多种技术完成一个完整的电子系统的设计,使学生对电子系统的设计过程有深入的理解,同时培养工程实践方面的基本素养。除了传统实验教学中的实验项目,课题设计还可以采用电子设计竞赛、科研项目、学生创新实践等方式,在“开放”的状态下进行,充分体现学生的主体性[2]。众所周知,软件学院的办学宗旨是要基于“精英型软件人才”的培养目标,一般的软件学院通常拥有软件工程和网络工程两个专业方向,而我院为了强化“精英型软件人才”的培养目标,在本科二年级时又开设了嵌入式和物联网两个专业方向,这两个专业方向的学习需要有更好的硬件基础,这也是我院面向本科一个年级800人开设模拟与数字电路理论与实验课程,并且实验教学采取独立设课的方式的重要原因。嵌入式与物联网专业与电子技术等硬件课程的联系要较为紧密一些,对于目前的模拟与数字电路教学,从事这两个专业方向学习的学生往往会感到学得不够多,不够深入。许多有志于这两个专业方向学习的学生,在做完基础的模拟与数字电路实验后希望,还能有机会到实验室做一些额外的、提高性的实验。而不从事这两个专业方向学习的软件工程和网络工程专业的学生,往往体会不到学习电子技术等硬件课程的重要意义,简单的认为在软件学院学习,只要把“软”的东西搞明白就可以了,不应在“硬”上浪费时间。因此,结合我院目前本科生的教学体系、培养目标以及开设的相关硬件课程如:51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程,构建“电子技术综合实验教学体系”就显得有重大的意义,能够使基础的硬件教学与软件学院的教学体系和培养目标建立起联系,体现了硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性,实现软硬兼顾。除此以外,目前在全国众多的软件学院中,另外,还没有发现一所软件学院提出构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革活动。著名的大学如北京大学是将软件与微电子学院放在一起合办,尽管如此,北京大学也没有面向软件工程、网络工程将近800人的、规模庞大的模拟与数字电路的实验课程,因此,我院进行构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革实践就显得特别有意义,能够起到“示范性”的作用。
二、研究基础
我院自2008年开始在本科生的教学体系中引入独立的模拟与数字电路实验课程以来,取得了许多积极的教学成果:(1)有力的辅助了模拟与数字电路理论课的教学,使抽象的理论课不再生涩难懂。(2)通过动手搭电路的实验很好的煅练了学生的操作能力,通过实验学生的实践能力得以提高。(3)对我院其他专业方向的如计算机组成原理等理论与实验课程的教学提供了有力的支持。(4)教学模式不断改进,部分实验,如仪器使用的教学方式完成了由传统的“老师讲,学生跟着做”到以学生为主体,旨在培养学生“自主学习和创新意识”的开放式教学。在数字实验部分设立了“选做”实验项目,面向能快速完成必做实验部分的、有兴趣做更多学习和尝试的学生。(5)规范实验教学的流程,引入了实验报告册,在报告册中明确规定实验的预习、操作、总结部分的要求。(6)在现有课程教学基础上,结合我院嵌入式工程专业的培养目标,开设了一门提高性质的开放式电路设计实验课程“嵌入式电路设计开发与应用实践”。
但现在的实验教学仍有许多不足之处:(1)实验内容陈旧,所用元器件型号过时,需要更新。(2)实验项目仍然偏少,不够丰富,可供选择的余地小,大大的限制了学生自主性的发挥,不利于创新型、研究型的学习。因此,验证性、综合性、设计性的实验项目均应增加。(3)教学模式僵化,手段单一,仍以传统的老师在课堂上按部就班的指导,学生跟着按实验步骤进行操作验证为主,学生没有自由发挥、进行创新型学习的机会。实验室目前仍没有完全实现开放,而学生的专业学习任务较重,课程设置多,很难有整块的时间和专门的机会通过更多的实验训练获得提高。(4)实验课程考核的方式单一,除了批阅实验报告之外,成绩评定主要以学生完成实验的快慢为主,即主要考核学生的学习态度,认真预习的程度及实验动手操作能力的高低。(5)尚未形成一个有效的综合教学体系,使模拟与数字电路实验课程能更好地融入我院的整体教学体系当中。
三、研究思路
基于以上的原因及分析,应结合目前我院的教学体系及专业培养方向,以现有的模拟与数字电路实验教学为基础,以“开放式”教学为主要依托,构建“电子技术综合实验教学体系”,以求根本解决我院目前模拟与数字电路实验教学中存在的各种问题。
1.建设电子技术综合实验园地[3]。建设电子技术综合实验园地是本研究课题要实现的基础目标,是构建我院电子技术综合实验教学体系的基础。
实验园地中的实验项目如图1所示分为以下几大组成部分:①实验基本技能训练园地,实验基本技能训练园地主要包括:如何进行实验预习,如查找资料,对实验进行理论分析;实验操作中的FAQ;实验总结报告的书写要求;电路设计仿真软件的入门;嵌入式C、汇编语言的集成开发环境的使用;VHDL、Verilog等硬件设计语言及ISE开发编译环境的使用;EDA技术基础如电路板的原理图、PCB板图的设计;电路焊接的基本技能培训等。将实验基本技能训练部分的资源放置于我院的ftp课程网站或学院网站上,根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。②专用仪器设备园地,在专用仪器设备园地中,可获得示波器、万用表、函数信号发生器、直流稳压电源、电子技术实验箱、实验操作面板等仪器设备的使用说明书,操作实例,操作课件等。③基础模拟与数字电子技术实验园地,按照基础模拟与数字电子技术通用的理论教学,实验园地可分为四大模块[4]:模块A:常用电子元器件,包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管等,模块A是模拟与数字电子技术的共同基础。模块B:模拟电路模块,包括基本放大器、差动放大器、功率放大器、运算放大器、反馈放大器、信号发生器、直流稳压电源等,该模块是模拟电子技术的主要内容,着重让学生掌握模拟电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模块C:数字逻辑和数字电路模块,主要包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生与整形、大规模集成电路(半导体存储器、A/D和D/A等)。模块C是数字电子技术的主要内容,旨在让学生掌握数电的基本知识及常用数字集成电路,学会逻辑分析和逻辑设计的方法。模块D:可编程逻辑器件模块,目前常用的可编程逻辑器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM,模块D是数字电路领域发展较快的一项技术,通过与EDA技术的结合,使通过软件编程的方法实现硬件设计成为可能。④演示实验教学园地,将演示实验教学园地分为三大模块:模块A:实物演示实验教学,实物演示实验教学是从实验结果入手的教学方法,有助于从总体设计方面建立深入的宏观印象,趣味性的结果还有助于激发学生的实验学习创造的兴趣,使学生在充分理解了现有实现方法的基础上,积极探求不同的实验思路和解决方案。“实物”既可以包括实验教师为某项实验所设计的专用演示电路实验板,也可以包括学生创新实践过程中的设计产品,当然也可以是实验电路搭接后结果的视频演示。演示实验教学系统也可以通过多媒体PPT课件,WORD或PDF文档、视频的形式集中于我院的FTP课程网站或学院网站上,根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。模块B:虚拟仪器实验,建设基于Labview的3D电子技术虚拟实验室。可以满足学生进行常用仪器设备的熟悉与使用,验证性实验的虚拟仿真等。如图2所示为实验中心自主开发的“三维虚拟实验室”软件系统,目前该系统正在研制。
通过对实物如仪器设备、电子元件等的虚拟,使学生对电子技术实验形成全方位的了解,为深入实验做准备,虚拟实验还可以减少针对仪器设备、电子器件的误操作,降低设备器件的损耗,延长使用寿命,减少维修维护的工作量。虚拟实验的教学可以不受时间、空间的限制,学生可以在实验室开放的时间到实验室来做实验,也可以在公共机房安装有该软件系统的PC机上完成实验任务,甚至可以在宿舍、网吧、图书馆等有网络环境的地方通过网络进行实验教学,真正实现实验教学的“开放式”。模块C:电路仿真实验,许多EDA软件就具有电路仿真功能,针对简单的验证性实验,电路仿真往往显得特别有效,如RC电路的实验,实现过程非常简单。如果在进入实验室之前就能利用EDA软件针对不同电阻R和电容C进行电路仿真,根据仿真的结果确定所需要的电阻、电容,就可以大大节省查找器件的时间,降低了在实验室中找不到该器件的风险,提高的实验学习的效率,有助于开放教学过程中更高效的使用实验室。相比于实物演示教学和虚拟实验教学,电路仿真更显得专业化。⑤提高性实验园地,提高性实验园地的建设是构建“电子技术综合实验教学体系”的关键,是使电子技术综合实验教学能与软件学院的教学体系和培养目标建立联系的重要环节,体现硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性,实现软硬兼顾。结合我院本科生教学体系及专业培养方向的实际,以及我院目前开设的51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程,提高性实验教学园地包括三大模块:模块A:单片机硬件实验,实验方式为,设计电路原理图进行电路仿真(可选)编写C、汇编程序编译成HEX文件用编程器写入MCU实验箱上搭接电路实现功能制作PCB板(可选)。单片机硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路、单片机原理及应用、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块B:FPGA硬件实验,实验方式为,设计电路原理图进行电路仿真(可选)编写VHDL、Verilog语言程序编译生成bit文件烧写到可编程器件内搭接电路实现数字逻辑设计或系统功能。FPGA硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路(尤其是数字逻辑)、计算机组成原理及体系结构、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块C:通信原理硬件实验,通信原理理论课程是我院网络工程系开设的一门专业课,为了深入这门课程,必须具备坚实的模拟(包括低频、高频电子线路)和数字电子技术基础。目前,我院尚无完善的硬件实验课程与之匹配,因此可在提高性实验园地中加入这一模块。通信原理硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路(尤其是高频电子线路与数字逻辑)、网络技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。
四、结论
由以上分析得出如图3所示的“软件学院电子技术综合实验教学体系”的基本构思。
实验教师应是电子技术综合实验园地的建设者,在利用园地中的各种实验项目及资源做好基础及提高性实验教学的基础上,承担实验园地中实验方案与任务书的设计工作,在实验项目开发的过程中,针对不同水平的学生,逐渐形成验证性,综合性,设计性实验教学的层次。做为电子技术综合实验园地的使用者的学生,在传统的课堂教学与“开放式”教学相结合的基础上,逐渐与实验教师建立新型的教与学的关系,如:学生自已选择现有的实验项目,尽可能的独立完成实验,实验教师仅起到辅助指导的作用;教师根据学生的水平,将现有的多个验证性实验综合,形成实验方案,引导学生独立完成;学生独立设计实验方案,寻求实验教师的建议及帮助,尽可能的完全独立自主的完成电路设计及实验验证。实验园地的建设会为基础、提高性实验教学提供更多的实验素材,有助于丰富实验教学内容。教学中产生的问题有助于丰富实验园地中的实验项目的建设,使教师、学生在进行实践教学的过程中有更多的选择,有助于扩展学生的知识面,提高实验教师的教学水平。总之,三者之间的良性互动将创造一个良好的教学实践环境,切实提高实验教学水平和教学质量。
鸣谢:本文受到2013年大连理工大学教学改革项目“立足精英型软件人才培养目标的电子技术综合实验教学体系的构建”项目资助。
参考文献:
[1]侯加林.全面实施电子技术实验改革提高学生创新能力[J].实验室研究与探索,2009,28(1).
[2]姜宁.高校电子技术综合实验开放式教学研究[D].陕西:延安大学,2011.
关键词: 联合办学 岗位素质标准 机电工程技能 交互训导机制
一、立论
51b1
高等职业技术教育具有双重教育属性,属于高等教育范畴系列,同时又属于职业技术教育,培养的是技术型人才。高等职业技术教育研究总是着眼于职业的载体——行业人才素质的构成要求。高等职业技术教育机构与跨国公司在华企业联合办学是基于“定向培养现代企业适用的岗位人才”行动作为的校企合作关系。
在我国,高职教育事业机构与国际知名企业联合办学的专业建设较系统的、富含职业教育技术的资料样本尚不多见。
我国高职院校和跨国公司企业员工培训机构在组织制度、行为方式、能力范围等方面存在着差异,联合办学首项技术要略就是以特定企业专业岗位人才素质要求为背景,以高等职业技术教育层次为平台,在教育实施过程中研究适用的专业课程体系。
我国机电产业生产技术标准与多数跨国公司企业生产技术标准存在着差异,这种专业性内质规范的差异如何在课程体系中形成最简洁、最有系统性、最适用的表述,是需要在联合办学的工作基面上攻关解决的难题。
日立电梯(中国)有限公司与广州工程技术职业学院签约联合办学,日立电梯广州制造基地挂牌“广州工程技术职业学院日立电梯技术学院”。我们持有“积极推行订单培养,探索工学交替、任务驱动、项目导向、顶岗实习等教学模式”的教学技术发展理念,面对已经开始与国际知名企业联合办学的工作现实,不可回避这种联合办学机制下专业课程体系设置亟须在工作实践中探索研究。
日立公司是以机电产品为主的世界500强企业。日立企业历史悠久,生产管理机制和生产技术标准自成体系。
据调研资料:日立公司在华企业与国内其他职业院校的联合办学均未达到“挂牌日立梯技术学院,实行2年学院专业取向性学习+1年企业岗位培养”的机制技术层次。联合办学的专业课程体系研究以“特定企业岗位人才素质”为基面在实践中探索并形成具有“普适性”价值的“联合办学机电专业课程体系设置”理论,既符合“创制办学特色”的职业教育技术方针指向,又应合我国高等职业技术教育在“在技术进步与创新”理念导引下的发展趋势。我们确信:这个工作项目的过程将会是充满创新机会、历练团队的过程。勤奋踏实地工作和钻研,则丰硕成果可期。
二、课题工作的目标
机电一体化技术是一门跨学科的综合性科学,是由微电子技术、计算机科学、机械工程和电力电子技术互相渗透而成的一门学科,是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术。因而机电一体化专业技术课程内容是一种综合结构,在设置专业课程时应以毕业生应具备的现代机电主流技术的运用能力为主线重组课程内容。机电一体化专业建设与课程体系的再构建,形成具有地区机电企业专业人才特色的高职高专综合课程,有着极其现实的职业教育技术进步与创新意义。
电梯是集机电一体化各侧向高级技术工艺(如新材料应用技术、先进加工技术、计算机技术、智能控制技术、大功率电子技术、传感与信号处理技术、维修与调校工艺)为一体的现代化机电设备,其职业技术课程体系的开发过程必然富含高专业技术含量的、极具教学技术创新意义的项目设计类研究子课题。
以联合办学双方的专业人才培养方案的比对——取职业知识与技能要素——嵌合性研究为起点,在教育实施过程中研究通识性机电工艺知识与企业岗位专门技能并重的专业课程体系。
日立电梯产品集拥多项先进工业技术,如能量再生技术、永磁同步技术、无机房技术、扶梯一体化设计等,将这些高端的制造技术工艺理论编撰到相关专业教材或项目化实训指导书之中,则特色专业将从联合办学的教学实施过程中创制。
解决“专业性内质规范的差异如何在课程体系中形成最简洁、最有系统性、最适用的表述”难题,课题成果可期成为“高等职业教育机构与跨国公司在华企业联合办学课程体系设计”的优质标树。
具有普适性价值的工作过程资料将能够展现出实证性强、系统性佳、普适性优的“高等职业教育机构与跨国公司在华企业联合办学课程体系设计”的理论体系和应用价值。
形成系列教学标准文件——联合办学课程体系设计方案、“电梯技术”人才培养工作标准、联合办学课程体系主干课程标准、课题项目总结报告书与自评报告书等。
三、技术要略
1.地域工业技术经济发展的现实性认识和前瞻性意识
兼具完善性和创新性的高等职业技术教育机电一体化技术专业课程重构着眼于广东“十二五”规划关于机电行业职业人才素质特征及需求情况描述;着眼于泛珠江三角洲地区机电行业规模与技术工艺整合、进步的水平预期;优化高等职业教育体系机电一体化技术(专业知识与工作能力)教学实施项目体系的结构。
人才服务区依据机电一体化专业就业岗位类别划分:产品制造、设备应用维护或改造、市场营销服务。服务区调整的灵活性设计并体现在工学结合、校企联合办学、订单培养、顶岗实习等的各类型专业实践(教、学)项目之中。
知识、能力、素质结构调整的灵活性体现在:学生在接受高职专业教育过程中可自主选择并趋近有利于尚扬天赋、激励专业进取的面向行业技术工艺岗位的四个就业和发展取向——通用机械或金属加工机床设备传动结构改进和工艺维护工程实施、机电设备的微机控制技术运用、机电设备功率控制系统的电力电子技术运用、机电产品技术文档设计与编撰或行业市场信息采集与处理。相应地,专业技能课程板块是机械工程工艺、电工电子技术与技能、先进加工技术与技能、微机控制技术与电力电子技术。
2.企业文化
广州工程技术职业学院与日立电梯(中国)有限公司联合办学协议规定采取实行“2+1”的模式,即“2年学院专业学习,1年企业岗位培养”的机制。2年学院专业学习的课程体系包括丰富的企业文化元素(课程)和以现代电梯设备技术工艺为衬托的通识型机电基础课程。1年企业岗位培养是在日立企业培训机构管理下的、以电梯设备制造过程工艺和产品技术服务过程技能为核心元素的培训系统工程实施。日立企业借此造就成批的“忠于职业、技能适用于产品体系”的企业骨干员工。
联合办学是定向培养现代企业适用的岗位人才行动作为,企业文化课程或专用技术工艺课程就要和谐地融入专业课程体系。企业文化课程要素有些是要形成单列课程;如企业经营历史与发展概况、企业技术工艺体系特征、企业生产管理机制学说、企业员工职业环境和生活节律情况、企业福利制度、特殊工种操作技能等。
3.企业专有先进技术或工艺的基础理论平台构建
有些涵括基础专业工艺的课程要素应该细致地研究如何有取舍地融入高职专业技术基础课程之中,如电梯设备装配与调试、数控加工专用程序、电路测试等。
现代机电设备制造业工程技能的培训内容是;
(1)通识通用类课程内容——适用性好、结构精化、带有标准索引。
(2)涵括基础专业工艺的企业专门技术课程要素。
(3)系统工艺意识的形成方法。
机电设备工程是综合的支向技术工艺实施过程体系。实施工程的过程包括制作、调试、检测、记录、评价、改进等阶段。我们理解“岗位高端人才”必须具备机电技术综合运用能力。因而在项目任务型技能训练课程中设计有指标有比例的电气技术工艺、传动技术工艺、编程技术工艺、调测技术工艺、专业文档编整工艺的交互训导。
4.逆向工程工艺基础
专业软实力的培养方法研究是高等职业教育技术研究的重项,专业智能水平是职业适应状况的决定性要素。
针对机电一体化技术人才岗位特征——专业智能成分较多、技巧思维保持、非连续性非周期性的操作等,在专业技术和专业技能综合性课程中加入“工艺培养”项目。开设“机电设备控制系统高级工艺实训”课程,以培养技术工艺素质人才为目标,实施工艺能力培养。机电设备传动结构和电气控制系统测绘、规范技术文档编撰、技术文献或技师项目论文品阅评价等项目化的训导和实践科目活动为课程主要内容,课程项目实施采用逆向工程方式。先修课程理论引领理解实践任务的技术工艺内涵,实践活动充实原理理解并且在专业思维空间树立柔性连接理论与实践的工艺意识。经过此课程的项目化工作训练,学生应胜任一般机电行业企业电气技术工程岗位工作——达到电气工艺师(或电工技师)业务水平。
5.校企合作课程设计
主要工作任务是研究基于工学结合实践课目工作过程的机电支向技能课程的交互训导模式。这种交互训导模式要求有三维研究:
(1)横向要素:各支向技术工艺课目(机械传动构件课目、电气控制课目、微机编程解析课目、大功率驱动器课目、专业文档编整课目、特种工种操作技能培训与考证)的内容分布。
(2)纵向要素:各支向技术工艺课目工序、工步、工时的分配。
(3)立向要素:各支向技术工艺课目工作评价(工艺水平、适用性)指标、改进要略、安全措施、客观动态适应等方面的机制“软件库资料”的形成。
交互训导模式要求改造现行教学理论与实践在空间和时间上分别进行的时空结构,将实验室、实训室或生产车间与教室整合为理论与实践融合互动的一体化情境氛围教学平台,为进行理论与实践融合互动提供支撑条件。
参考文献:
[1]广州工程技术职业学院.机电一体化技术专业人才培养工作标准(人才培养计划书)[R].2011.12.
[2]广州工程技术职业学院.日立电梯(中国)有限公司.联合办学协议书.
[3]日立电梯(中国)有限公司培训部《校企合作课程设置(企业培训计划书)》[R].2011.9.
[4]张文凡,产文良,解军,等.机电设备控制系统高级实训[M].北京:中国电力出版社,2012.6.