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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.
摘 要 本文在调研分析高校机械专业课程的基础上,分析总结机械类专业课程的实验与课程设计教学环节中存在的问题,从教学体系、内容、方法和手段等方面,对机械类专业课程的实验与课程设计教学进行了综合改革探索,表明这些教学改革措施对提高机械类学生的工程思维和工程能力效果显著。
关键词 综合教学改革 课程实验 课程设计 应用型本科人才
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.025
On Mechanical Course Experiment and Course
Design Comprehensive Reform
ZHANG Lingli, ZHAO Jian, WANG Wenjin, ZHANG Jing
(School of Control and Mechanical Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384)
Abstract: On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system, methods, ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.
Keywords: comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate
根据机械类本科人才培养要求及社会发展需要,学生在校期间应得到系统化工程实践能力和创新能力的培养,具体表现在识图及工程语义的表达及其包括机械产品的加工、制造、装配和调试等实践能力。因此,对机械类本科生在校期间应注重这两方面的培养。机械类本科生所学主干课程的实践教学包括实验和课程设计两部分,它们是培养学生工程实践能力和创新能力的重要环节。
目前,本科院校开设的机械基础实验所涉及的教学课程较多,但各门课程的实验各自独立开设,互不联系,没有从专业培养的目标和课程综合学习的角度出发,形成机械基础综合实验教学体系。实验室能开设的实验多为常规验证性的,内容较为陈旧,实验手段较落后,设计性和创新性的综合实验很少;实验仅仅作为理论课的辅助教学,学生也不重视,实验的成绩并不能反映出学生真实的实验能力和水平;在实验教学方式上,学生只能按照教师事先搭接好的实验平台和设计好的实验步骤进行操作,读取实验数据及进行数据处理,这种实验教学方法严重制约了学生实际动手能力和创新能力的培养。①
在课程设计教学实践中,很多院校在选择设计题目时一直选用传统、单一的二级减速器,虽然减速器的设计包含了齿轮、轴和轴承等典型轴系零件的设计,学生所学到的知识也能得到较全面的综合应用,但是中国制造业的不断发展,又对机械类专业设计者提出了新要求,在这种形势下,以往的教学模式暴露出了诸多问题,具体表现为:设计题目相对单一,设计参数数量不足,导致部分同学的设计结果雷同,存在抄袭现象;②学生盲目模仿,甚至照搬照抄;在结构设计中,存在不能综合考虑零件的强度、刚度、工艺、装配、和密封等问题。③这些都致使学生的设计能力及创新能力得不到应有的锻炼。
针对上述问题,结合机械专业特点,本文主要从机械类本科生所学主干课程的实验教学和课程设计入手,提出一套面向机械类学生综合创新能力培养的教学改革方案。
1 改革实验教学,建立全新的基础实验教学体系
遵循模仿、掌握、熟练和创新的认识规律,必要的基础实验应该保留,设计性、创新性、综合性实验的比例适当增加,通过综合性实验项目和开放性课外创新实践教学活动,培养学生在机械设计方面的创新能力和密切配合的团队精神。
(1)整合实验内容,建立科学完整的实验体系。突破实验原有的课程界限,把一部分实验内容采用单元形式进行教学,每一单元设计一组实验,再把另一部分实验内容组合在一起,设置成为机械基础综合实验单元,形成分层次的实验教学。各实验单元既互相独立又相互联系。机械基础综合实验教学内容分三个层次:基础实验、综合设计性实验、创新性实验,通过综合设计性实验项目和科技创新活动,既提高了学生对机械产品的创新思维能力,又培养了相互协作的团队精神。
(2)改革实验教学方法,引入案例式实验教学手段。在实验教学中引入案例式教学手段,教师应根据教学目标,用典型的教学案例将机、电知识结合在一起,调动学生参与讨论、分析及实践的积极性,进一步提高学生认识、分析和解决工程实际问题以及理论联系实际的能力,形成培养创新思维意识、自主学习方法、沟通能力和合作精神能力的一种教学方法。
(3)创设开放性实验,培养学生创新意识。在规定范围内允许学生自选实验题目,由学生自行设计实验,整个实验过程在教师的指导下独立完成,无固定实验模式,这种教学模式既能让学生认识到机械方案设计的重要性,又强化了学生独立设计的意识和动手能力。同时,增加成果展示和学生互评环节,促进创新经验交流和创新意识的激发。
(4)探索设计性、综合性和创新性实验的教学模式。尝试在设计性、综合性和创新性实验过程采用自主形式,即允许学生自选实验题目。例如,机电系统创意组合搭接实验,这个实验完全由学生自己设计传动方案,整个装配、调整、测试、数据采集及分析过程也由学生独立完成。这样就极大地调动了学生动手的兴趣,这种实验教学模式排除了由教师统一定传动方案、实验步骤,禁锢学生创新思维的现象。
(5)开放实验室,开展课外实践性教学活动。将实验室作为学生的课外科技创新活动基地,教师引导学生自由组建项目小组,由学生自行寻找课题或根据竞赛主题确定题目,进行方案设计论证,通过小组分析、研究和讨论确定项目内容,最终根据设计思想和创意理念,在教师指导下形成设计作品,作品可参加校级或市级机械创新大赛,在实践过程中促进学生间交流,拓宽知识面,开阔眼界。同时,可以将学生暴露出的问题进行总结并引入到实验教学中,使实验教学和课外科技创新活动形成良性循环。
2 改革课程设计教学,培养学生的工程应用能力
课程设计环节实践性和实用性强,结合机械类专业特色,培养学生“学以致用”成为应用型创新人才,为后续面向卓越工程师培养的课程教学体制改革进行有益的初步探索。
(1)改革课程设计内容,引入“能力导向”原则。能力导向原则是以能力为中心设计课程体系,以能力为目标改进教学方法,以能力为标准考评教学效果。④⑤面向机械类学生,我们以学生为中心,以能力导向为原则,构建了完善的课程设计教学体系,目标是培养学生基本设计能力和创新性设计能力,专业设计能力和相关专业设计能力。根据学校自身特色和社会需要拟定课程设计题目,打破传统设计两级齿轮减速器局限,在部分有能力的同学中开设创新性设计内容,选定以工程实际为背景的设计题目,把构思、方案设计、功能设计、结构设计、优化设计与CAD相结合,并进行系统训练,形成一个面向工程实践的教学体系。
(2)把学生的课外创新设计作品,纳入到课程设计教学环节。在部分有能力的同学中开展课外创新性设计活动,设计过程尝试采用项目式实践模式,教师提出项目的目标,不规定题目,不指定方法,不提供参考资料;由学生自行探索,允许几个人组成小组,共同完成项目,成果可以作为课程设计的教学环节进行考核。这种教学模式既培养了团队合作的能力,又培养了学生的创新能力,极大地挖掘了学生的潜力。
(3)将CAD(计算机辅助设计)运用到课程设计中,提高绘图效率。把现代设计手段引入到课程设计中,如利用机械专业常用设计软件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等,鼓励学生使用计算机辅助设计软件构建三维模型,实现运动和装配仿真等,最后可将零件的三维实体模型转换为二维工程图,并进一步完成尺寸和公差的标注,这样,既激发了学生的学习热情,又将学生从繁杂的绘图中解放出来,提高绘图效率,同时,学生对整个设计过程及结果具有更加直观和形象的了解,使学生将注意力集中在设计方法上,有更多时间去思考产品的整体设计、细节设计及创新设计,真正体验到机械设计的乐趣。
3 开辟第二课堂,调动学生的学习兴趣
利用实验和课程设计这两个实践教学环节组织学生进行课外科技创新活动,通过课外实践性教学活动,锻炼学生从方案确定、到结构设计、再到工艺实现等工程实践能力,培养学生的创新设计能力、综合设计能力、动手能力、工程实践能力和团队协作精神,调动学生学习兴趣,挖掘学生自身潜力,施展学生创造才能。一方面,实验教学、课程设计等可以为课外实践性教学活动打下良好的实践基础;另一方面,课外实践性教学活动又使实验教学、课程设计得到了延伸。例如我校机械专业的同学,6人自由组成一设计小组,进行机械创新设计,学生们从设计方案的确定、参数的选择,零件的设计、校核及绘图再到零件的加工等都是在教师的指导下独立完成,其中一组同学设计的产品“思维空间”平面机构创意组合演示教具,参加全国第六届机械创新大赛和天津市第五届机械创新大赛,分别获二等奖和一等奖荣誉。通过我校的教学实践改革证明,学生主动学习、沟通能力、理论联系实际和创新思维意识有了很大的提高。
4 结语
本文立足机械类本科生所学主干课程的课程实验和课程设计,通过具体实践教学和学生第二课堂,就教学体系、教学内容、教学方法和教学手段等方面进行全面改革,提出了以学生为中心,教师为主导,注重动手能力的培养,发挥学生的想象力,使学生在获取知识(自学)、共享知识(团队工作)、应用知识(解决问题)、总结知识(创新)和传播知识(沟通)过程中得到能力提升的改革思路,教学改革已初见成效。实践证明,这种改革更能充分地调动学生的学习和创新的积极性,提高学生实际动手能力、协作能力及创新能力,教学效果显著,为把学生培养成应用型本科人才打下了良好的基础。
参考文献
[1] 刘贺平,罗阿妮,杨恩霞,庞永刚.“机械设计”课程设计融入课堂教学的方法研究[J].中国电力教育,2013.
[2] 涂德浴,陈富强,许爱瑾,路曼.机械基础主干课程体系建设及教改实践[J].安徽工业大学学报社会科学版,2012.
[3] 马先英,蔡卫国,谢忠东,武立波.面向应用型创新人才培养的《机械设计》课程教学改革[J].教育教学论坛,2015.
关键词:城市轨道;车辆工程;课程设计
作者简介:师蔚(1981-),女,新疆伊宁人,上海工程技术大学城市轨道交通学院,讲师;郑树彬(1979-),男,广东揭阳人,上海工程技术大学城市轨道交通学院,副教授。(上海 201620)
基金项目:本文系2012年上海高校本科重点教学改革项目(批准号:沪教委高〔2012〕49号)、上海工程技术大学城市轨道交通车辆工程“卓越工程师”培养平台建设项目(项目编号:11XK10)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)19-0117-02
作为教育部首批“卓越工程师”教育培养计划试点专业,上海工程技术大学城市轨道车辆工程专业培养方案重视知识、能力与工程实践的融合,理论联系实际,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。[1]城市轨道学院车辆工程系教师不断探索,总结该专业在培养过程中的经验,并对本专业的发展方向、培养过程中出现的问题不断研究、改进,从而完善和优化了本专业的课程体系。其中,重要的改进部分为在新的培养计划中添加了系列综合课程设计,注重课程设计选题的综合应用性、工程实践性及多样性,旨在着力培养城市轨道交通车辆工程专业学生在城市轨道车辆方面的综合设计、工程实际应用能力及创新能力。并通过前期研究及一系列规划及筹备,达到了开设条件,取得了一定的成果。
一、系列综合课程设计设置依据
城市轨道车辆工程专业课程体系设置原则主要是紧贴本专业“卓越工程师”培养目标,在系列综合课程设计中着重考虑了其在工程素质和能力培养需求方面的作用,并与课程体系中其他课程保持良好的相互衔接,进一步提升理论及实践教学效果。
1.城市轨道车辆工程专业培养需求
上海工程技术大学城市轨道交通车辆工程专业的培养目标为:以城市轨道交通车辆工程为背景,培养具有城市轨道交通车辆工程基础知识与应用能力,能面向工程实际,从事城市轨道交通车辆运行保障及维护、故障诊断及维修并可延伸至整个轨道交通领域等方面工作的高级工程技术人才。[2]在培养目标中,本专业注重与工程实际的结合,因此设置具有工程实践特点的系列综合课程设计正是满足本专业培养目标的需要。
2.衔接专业课程群需求
城市轨道车辆工程专业课程群设置主要包括学科基础课程群、专业课程群及集中实践环节课程群三大部分。其中学科基础课程群主要包括机械、电力电子、测试控制等相关课程。通过对该部分课程的学习,使学生掌握扎实的机械、电力电子及测试控制方面的基本知识,具备独立分析课程相关内容的能力,为后续专业课的学习打下良好的理论和技能基础,为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。
专业课程群则包括城市轨道车辆结构与原理、城市轨道车辆电力牵引与控制、城市轨道故障诊断技术等专业课程。该部分的课程则使学生系统掌握城市轨道交通车辆结构、控制、检测、维护保障等方面的知识。通过这些课程的学习,使学生掌握城市轨道交通车辆机械结构、电力牵引、电气设备等相关城市轨道车辆的组成和原理,以及其故障诊断、检修方法及手段。
专业课程中的集中实践环节课程群则包括企业实践环节和系列综合课程设计环节。该部分课程中的企业实践环节的主要目的是提高学生工程实践能力,使理论联系实际,增强理论教学效果。而系列综合课程设计环节则是学科基础课程群、专业课程群及企业实践环节的综合应用,通过在设计应用过程中使用各课程群中的知识点,不仅弥补了专业基础课程抽象不易理解,理论教学效果不理想的不足,又解决了专业课程涉及知识领域广、实践性强、不易掌握的问题。并且让学生将学校的“所学”与企业实践的“所见”充分结合,使知识体系得以融会。系列综合课程设计正是起到了衔接及促进各专业课程群效果的作用。
二、内容设置
城市轨道车辆工程专业系列综合课程设计包括:城市轨道交通车辆结构与原理课程设计、检测与传感技术课程设计、城市轨道交通车辆电气设备课程设计。在内容设置方面传统课程设计仅隶属于某一门课程,并不注重课程体系其他课程的内容衔接,难以达到训练学生较全面知识体系的目的,而改革后则避免了这一缺点。在系列综合课程设计中主要体现以下特点:
1.综合应用性
首先在设计选题时,教师考虑其综合应用性,将分散的多门课程串联起来并系统化,使学生得到综合性的应用训练。具体做法是各综合课程设计教师首先开设多个选题,供学生选择,并考虑其具体特点,即在城市轨道交通车辆结构与原理课程设计中,将机械原理、机械设计、工程力学、城市轨道交通车辆结构与原理等课程联系起来;检测与传感技术课程设计将检测与传感技术、城市轨道车辆故障诊断技术等课程联系起来;而城市轨道交通车辆电气设备课程设计则将电子技术、电力电子技术、电力牵引、控制理论等课程联系起来,在综合课程设计的任务书中就体现出各选题的综合应用性。
2.工程实践性
在考虑选题时,所有的选题都应与城市轨道车辆工程应用有关,使学生具有实际应用的前提,有利于提高课程设计的兴趣,调动学生的积极性,有利于发挥学生的主观能动性和创造性,也增强了学生在实践中发现问题、解决问题的能力,做到理论与实践相结合。
3.多样性
即选题多样性。选题有的来自于企业的需求,即需要解决的问题,做创新性的开发;有的来自于国内外文献资料,学生进行实践重新设计,实际复现;有的课题来自于教师科研课题中成熟的研究成果转化,指导学生进行前瞻性的设计。总之,学生可以根据自己自身的特点及能力,选择适合自己的设计选题,达到提高综合能力的目标。
4.开放性
在系列课程设计中,借鉴开放式课程设计模式,以综合课程设计选题为主线,在管理上首先实施开放性管理,指导教师以阶段成果作为考核设计进程标准,给学生开放的课程设计空间,使他们有更多自学和研究的机会。同时配有开放的教学实验室为基地,满足学生开放式实践机会。[3,4]
三、组织实施
根据上述系列综合课程设计设置的内容及特点,需要指导教师具有较强的城市轨道车辆综合应用能力及工程实践经验,因此在组织实施该教学内容时主要通过本专业专职教师的培养、企业导师的参与,同时积极构建课程设计平台,并针对系列课程设计在院内立项研究,从硬件、软件上得以为系列课程设计的实施提供有利的保障。
1.系列课程设计教师培养
在系列课程设计的指导教师配备上使用双导师制,即同时配备学校专职教师与企业导师共同指导系列课程设计。由于有企业导师的介入,使系列课程设计的选题可以更加实用,设计过程更加接近工程实际。而学校专职教师则可以在课程设计中把握学生对新技术的应用,引导创新设计思路,并管控课程设计过程,使系列综合课程设计在实施过程中满足学校培养体系的要求及规范。
在学校专职教师培养过程中,注重企业挂职锻炼环节,使挂职锻炼成为专业课程教师的必修环节。通过企业的挂职锻炼,让教师充分了解本专业领域的工程实践相关知识,促进教师提高解决实际问题和进行实践教学的能力。并促使教师不断学习,不断更新知识和工程实践经验,使教学内容与本专业需求保持紧密的联系。对于企业兼职导师,则需要他们具有硕士以上学历,在企业有丰富的现场及实践经验,弥补专职教师在培养学生过程中出现知识、技能和视野以及对新技术应用方面的不足。
2.系列课程设计平台搭建
为保证系列课程设计的正常进行,除了在指导教师配备及培养方面进行努力外,还进行了系列课程设计的硬件平台的搭建。主要包括设置系列综合课程设计用教室,提供基本计算机,仿真设计软件,实验平台。同时还充分利用实验室等其他平台,具体如下:
(1)充分利用专业实验室。在系列课程设计场所的选用中,通过开放性管理,充分利用城市轨道交通学院已有的实验室,如城市轨道交通列车结构实验室、城市轨道车辆自动驾驶实验室、城市轨道车辆检测实验室等场所及相应实验平成部分实验,使专业实验室得到充分利用。
(2)利用科研平台。当学生的课程设计选题为教师科研成果转化的题目时,学生则可利用专业教师的科研平台进行设计、实验等相关内容。
(3)利用学生创新工作平台。通过学院已经搭建的大学城创新工作室及相关设备,部分学生选题接近时,可以进入这些工作室进行相应的课程设计工作。
3.系列课程设计立项研究
在系列综合课程设计的总体设计方案落实的基础上,为了进一步对各综合课程设计进行细化,如选题论证、设计步骤规范、设计工作量的核算、设计指导书的编制等工作,通过院内立项研究,做到选题必须具有工程实践性,设计内容必须具有先进性。对选题进行学生试做,充分验证其课程设计的工作量是否合理,难度是否适中。通过试做学生反馈进行调整,为正式执行教学计划打下基础。
四、结论
在城市轨道车辆专业课程体系中,增加系列综合课程设计是卓越工程师培养目标的需求,同时也是衔接课程体系各课程的重要内容。通过对指导教师的培养、企业导师的介入,并搭建了系列课程设计平台,在软件及硬件上进行建设,并通过立项研究选题,把握其综合性、工程应用性、多样性等特点,取得了一定成果。
参考文献:
[1]柴晓冬,方宇,郑树彬,师蔚.城市轨道交通特色专业群卓越工程师人才培养模式研究[J].中国科教创新导刊,2012,(5):75-76
[2]师蔚,郑述彬,方宇.城市轨道电力牵引系列教学环节建设的探讨[J].中国电力教育,2012,(20):80-81.
摘要:本文对计算机专业“计算机组成原理和系统结构”课程的实验目标、实验内容及其课程设计的目标与内容进行了探讨,并提出了考核方法。
关键词:实验;课程设计;实践教学
中国分类号:G642
文献标识码:B
“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求,是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念,加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用,提高应用集成电路的基本技能,培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。
1实验设备
2003年初我院加大实验室建设投入,全面改善实验室条件,添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学,并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。
2实验目标和内容
运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理,熟悉简单运算器的数据传送通路;掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能;掌握移位电路的工作原理和使用方法;掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法;掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能;验证4位乘4位功能。按给定的数据,完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如,学生验证完运算器的加运算之后,再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。
存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用,掌握存储器的构成;掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法;掌握用存储器芯片构成主存储器时,如何进行字/片选技术,了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读,属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。
控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理;掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程;掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程;硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。
总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性;掌握用总线传输数据的控制原理和方法;掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。
模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法,以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念,为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验,复杂模型计算机实验,用CPLD实现模型计算机实验,基于RISC处理器的模型计算机实验,基于重叠技术的模型计算机实验,基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。
3课程设计的目标和内容
在学期快要结束的时候,专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计,主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况,自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同,基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。
4考核方法
实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前,指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期),然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中,要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程,实验结果),在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论,实验讨论,实验清单),下次做实验时再交上实验报告,由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。
课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%),主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%),主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%),主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%),主要是程序能正确运行情况(10%),设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%),问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩,并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。
参考文献
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[2] 柴志雷. “计算机组成与体系结构”教学初探[J]. 考试周刊,2007,(27).
[3] 白中英. 计算机组成原理(第三版・网络版)[M]. 北京:科学出版社,2001.
关键词:数据库;课程设计;教学改革
中图分类号:G 642.0 文献标识码:a DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.02.028
0 引 言
培养和提高学生的创新思维和实践应用能力是高等教育改革的一项重要任务。在高校计算机专业中,数据库系统原理作为专业方向必修课,具有非常重要的地位和实际意义,而数据库课程设计作为其实践环节重要性也至关重要。数据库课程设计是计算机科学与技术专业集中实践环节的必修课,是学生学习完“数据库系统原理”课程后,进行的一次全面的综合训练。其目的在于加深对数据库基础理论和基本知识的理解,培养学生具有数据库应用软件系统的设计和开发能力,在课程设计实践过程中强化学生的实践意识,提高动手能力、创新意识和合作精神。然而目前有些高校本科计算机专业的数据库课程设计教学还存在一些问题,教学效果不够理想。本文结合琼州学院数据库课程的实践教学,就计算机专业数据库课程设计中存在的一些问题提出一些观点和建议。
1 高校数据库课程设计中存在的问题
1.1 对课程设计认识不足
根据我们在实际教学中掌握的情况,很多学生认为课程设计只不过是一门考查课,没有试卷,没有老师监考,自己知识把实验做一下,课程设计报告交上去就可以了。甚至有些同学根本就没有自己的东西,随便到网上下载一个管理系统应付了事,到验收的时间,具体的设计是怎么完成的,一问三不知,当问到通过课程设计学到了什么的时候,很多人表示自己也不清楚。可见,很多同学对课程设计的重要性认识不足。实际上,作为对理论的巩固与应用,数据库课程设计是一门综合性比较强的课程。它不仅要求学生具备基本的程序设计理论,还要求学生掌握规范化的软件开发流程,它不仅仅是像某些同学认为的比较复杂的程序,而是一个完整的软件,要包括规范的开发文档等一系列内容,在数据库课程设计中,学生就是一名数据库应用软件开发工程师。所以,我们要加强学生对这门课程认识上的引导,培养他们严谨,科学的研发态度。
对于课程设计的目标,有些同学并不清楚,他们只是根据老师的要求,完成自己的任务,而不知道通过课程设计,自己应该达到什么样的目标,应该收获什么东西。很多同学在课程设计中只是停留在老师给出的题目和任务上,没有进行更深层次的考虑,他们认为只要完成任务就可以了。事实上,数据库课程设计是对软件开发的一个系统模拟过程,通过这项课程设计,让学生熟悉软件开发,数据库及其应用开发的操作流程,掌握行之有效的软件开发方法和软件开发工具。更重要的是培养学生严谨细致规范的学习作风,为科研工作奠定基础。
1.2 课程设计选题存在的问题
优秀的课程设计选题方案不仅可以提高学生的学习兴趣,也会激发他们的创作性,从而在课程设计中做出一定的成绩。但是有些学校在选题上存在几个问题;选题没有新意,每年都是同样的几个题目,有些同学直接把师兄师姐们的东西拿来照抄,这种选题不仅不能引起学生的兴趣,也不能跟上发展的要求;题目过大,比如飞机订票系统,火车订票系统等。这些选题看似不错,能够锻炼学生的开发能,但实际上根本没有必要选择这么大的题目,学生也没有能力完成这样的题目,所以,课程设计的选题很重要,应大小适中,以实际能力出发,最好结合学生自己的兴趣爱好方向,贴近实际情况,让学生自主选题,指导教师提出针对性建议和方向,让学生发挥自己的特长与创造性,会获得更好的效果。
1.3 课程管理复杂,考核方式不够科学
通过调研一些高校学校,发现其数据库课程设计的考核方 式与其他课程的课程设计一样,但是数据库课程设计本身更注重实践、更贴近实际的特点使它不能跟其他课程同等对待。我们了解到很多学校通常采用平时分加实验分作为总成绩,但实验分数上面存在很大的问题,就是最终课程设计的验收往往只是随便问几个问题,根据学生的回答情况给出相应的分数。我们认为在这种考核方式下学生是在被动地完成任务,而不是进行创造性的思考,不能够通过课程设计有效地提升学生的创新能力。
2 加强数据库课程设计建设的几点措施
针对以上在数据库课程设计中存在的问题,我们结合本校教学研究实践,总结了以下几点措施。
2.1 引导学生树立严谨的学习研究态度
严谨的学习态度是培养学生的一个重要目标,他们在不久的将来要成为国家科技发展的脊梁,肩负着科技兴国的责任,一个没有严谨求实的研究态度的人,是不可能担此重任的,数据库课程设计中出现的应付了事、抄袭他人的现象,反映出学生学习浮躁、投机取巧的学习态度,这种现象的出现不是偶然的,具有一定的“遗传性”,它反映了一个学校近期的整体学习风气,从表面上看是学生的学习态度不端正,从深层次上看,这在一定程度上暴露了学科教师的科研治学态度问题。教师要求不严格,没有加以合理的引导,也会导致这一现象的产生。
所以,我们必须先从端正的学生学习态度,在教学过程中对学生进行学习研究以及科研工作的基本素养教育,这不仅促进了学生良好习惯的养成,更重要的是其在无形之中具备严谨、科学的学习研究态度,无论对他们课程设计的完成,还是以后的工作学习,都奠定了坚实的基础。
2.2 开放式教学方式,增强学习自主性与创造性
长期以来,在数据库课程设计中由于课时少时间紧,在选题上,大部分教师提供固定的题目供学生选择,这样可以更方便的进行指导与管理,但在另一个方面却忽视了学生的个性发展。每个学生对教学内容掌握情况不大一致,对课程的理解也参差不齐,所以有必要让学生自由发挥,自选题目,自由选择开发工具,只要完成所要求的设计内容即可。加入在数据库选择上,可以选择 SQL Server、Oracle、Mysql 等,在开发平台上,可以选择 Power Buider、Delphi、. net、J2EE,这些内容需要学生自己选择,老师尽量不去指定某个平台。这样学生的自主性、创造性可以更好地发挥出来。
在人员分工组织上,很多情况下还是一个人完成系统所有的开发任务,这种做法不符合实际情况,因为在公司里面几乎没有哪个软件是由一个人负责开发完成的。我们需要培养学生良好的合作、交流表达能力,而课程设计恰好提供了这样一个平台,在实际操作中,可以更具学生不同特点,合理进行项目的分组。比如,每个组里面各包含一个组织能力较强的同学、动手能力较强的同学、语言书写能力较强的同学,这样不仅可以发挥每个同学的长处,又可以避免有些组几个人都只擅长同一样东西,课题无法很好的完成的现象。另外,如果有条件,可以模拟公司的开发环境,组织每个小组进行团队开发,让他们掌握团队开发中的软件版本控制问题,这些都能为以后的实际工作积累很好的经验。
2.3 规范化课程管理的构建
在课程管理环节,建议采用了以下流程:确定选题,开题,中期检查,系统验收,课程设计答辩,提交设计报告。通过规范化管理模式,学生可以清楚的了解在什么阶段应该做什么,课程设计得以顺利进行。
确定选题要求学生根据自身情况,合理进行分组,确定题目,描述系统要实现的功能,为开题做好铺垫。
开题是整个开发过程中最重要的一环,我们要给学生以良好的指引。这个阶段要求学生对系统进行需求分析,确定系统边界,建立业务模型,对具体的业务流程绘出图表,确定各个业务功能模块之间的联系。之后根据系统的功能模块,进行数据库的概念设计,抽象出业务实体,进行数据库的概念模型设计,画出 E-R 图,描述各个实体的属性、联系。这是整个系统的关键,直接影响到后面的详细设计的完成。
中期检查是对学生上一阶段的设计情况作一个总结,解决开发中出现的问题,比如,小组成员之间的有效沟通,进度是否符合要求等。
系统验收是对完成后的系统的正确性、可用性、合理性及性能,实现的情况是否与初期设计目标一致进行的一个检查。这一验收结果是评价学生完成课程设计质量的主要依据,比如,系统是否能够完成基本的数据查询、更新,是否使用了视图机制保护数据库的安全,是否试用储存过程提高系统的性能,是否有完成的日志系统以保证系统具备良好的可维护性,系统界面是否符合操作习惯等。
课程答辩是对整个系统完成情况的一个系统的总结,也是最终评定课程设计成绩的重要依据。学生在此过程中可以提高总结描述能力,通过对整个开发过程的总结,对某些细节问题的回答,提高了学生的临场应变能力及口头表达能力。
2.4 考核方式的构想
在进行选题的开放性教学后,由于大家的选题不一样,开发平台不一样,最终系统完成的功能、效果不一样,很多老师会遇到一个共同问题就是如何对课程设计结果进行考核。根据课程设计的流程,我们可以分别在开题、中期检查、系统验收、设计答辩4个环节进行考核评价。由于各个小组完成系统功能的差异化相同的某项功能。开题考核占整个课程评价的15%,评价标准初步构想如下:
概念模型:E-R是否符合规范;实体属性师傅完整、恰当;实体联系师傅正确。(7分)
系统结构:系统设计整体思路师傅符合需求;难度、规范是否合理。(5分)
开题报告:开题报告是否符合规范。(3分)
中期检查主要是对学生进行课程设计进度的监督检查,目的是督促学生按照课程计划如期完成课程设计任务,检查的指标包括各种数据操作是否实现,系统功能模块完成情况。中期检查占整个课程评价的20%,评价标准如下:
各种数据操作:数据库连接;查询,更新。(10)
功能模块:模块划分是否合理;模块互操作是否实现;模块功能实现的程度;流程图是否正确。(10)
系统验收是对学生课程设计的主要评价,学生对整个系统开发设计的完成情况都体现在这里,我门主要对系统界面、功能实现、系统性能、创新点、帮助系统进行考核。占整个课程评价的45%,评价标准如下:
界面:界面显示效果;可操作性。((5分)
功能:正确性;实现程度;复杂性。(20分)
性能:稳定性;运行效率。(10分)
创新点:是否有创新之处。(5分)
帮助系统:完整性;操作是否方便快捷。(5分)
课程答辩是对整个系统完成情况的一个系统的总结,检查学生是否能够根据自身完成情况清楚流畅地介自己完成的工作,是否能够对老师提出的问题给出恰当的回答。占整个课程评价的20%,评价标准如下:
课题介绍:总结、表达能力。(5分)
答辩:正确性;实现程度。(7分)
课题评价:人员分工情况;团队合作情况。(2分)
课程答辩是对整个系统完成情况的一个系统的总结,检查学生是否能够根据自身完成情况清楚流畅地介绍自己完成的工作,是否能够对老师提出的问题给出恰当的回答。占整个课程评价的20%,评价标准如下:
课题介绍:总结、表达能力。(5分)
答辩:正确性;实现程度。(7分)
课题评价:人员分工情况;团队合作情况。(2分)
设计报告:课程设计报告是否符合规范。(3分)
技术文档:是否符合规范。(3分)
3 结束语
本文对数据库课程设计教学存在的几个问题作了深入的分析,提出了对学生严谨、科学、创新的教学目标,极大地调动学生的学习自主性,提高学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新思维能力。几年来,我们在数据库课程设计教学中积累了丰富的经验,提高了学生分析问题和解决问题的能力,同时也提高了学生学习课程的兴趣和课堂教学质量,并将继续将其发展和完善,在教学指导方法上不断创新,并在其他课程的实验教学中逐步推广。
参考文献
[1] 陆慧娟. 数据库系统原理[M].杭州:浙江大学出版社.2004.
[2] 王珊,萨师煊. 数据库系统原理[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.