发布时间:2023-09-21 10:01:42
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随着教育的深入改革,素质教育的不断推进,培养适应新时展步伐与社会发展需要的,具有实践操作能力与创新性精神的高层次人才亟不可待。电子工程实验中心作为时展的衍生物,在时代的发展史中扮演者不可替代的角色。在电子工程实验中心建设过程中教学体系结构的完善、师资队伍的夯实与优化、实验室管理和建设的强化等方面都有了质的飞跃,在培养学生的实际操作能力、自主创新能力以及团队合作能力等方面都有着良好的收益[1]。电工电子实验中心实质上是传统实验教学与现代教育模式相结合的产物,与传统实验教学相比有着资源配制优化、教学效率提高等种种优势。为学生提供更为优良的实践教学平台,有效的提高了新世纪电子工程素质教育的进程。
电子工程实验中心的规划与建设
近年来,教育事业在不断地进行创新与改革,传统教育已经不再适应新时代的发展需求。作为教育事业中的一大军团,电子工程实验课程的传统教学方式方法以及管理制度等也已不再适用,改革电子工程实践教育势在必行。为适应新时代教育的改革发展,在电子工程实验中心建设的过程中,我们要统筹全局,从规划到组织、实施与发展等,一步都不能掉以轻心。电子工程实验中心教学硬件方面,务必要加大对相关仪器设备的投资力度。随着科学技术水平的飞速发展,各类设备在不断的更新换代,为避免教学知识与社会发展需求脱节,就势必要尽可能的使实验室内部设备保持与时俱进。电子工程实验中心教学软件方面,首先,全面加强并优化实验中心教育队伍,适时适当的为其提供相关培训并鼓励其自我的完善与发展,力求提高实验教育队伍的教学、科研和技术开发等能力。其次,编制正确的管理制度,其内容应囊括实验教学设备资源的使用、各学科间的协作发展、以及实验教学的开展方式等。现代电子工程实验中心的规划与建设,与传统的实验教学模式是具有极大的区别的,无论是实验教学的观念,还是实验教学的管理体制本文由收集整理等。所以在实际的电子工程实验中心建设过程中,仍需要不断地探索与改进,并循序渐进地加以实施。
电子工程实验中心的实践研究
3.1不断改进电子工程实验中心体制,实施创新教育
体制的改革是电子工程实验中心建设的基础,所以在电子工程实验中心的实践研究中,体制改革是我们所研究的重中之重。而创新教育是以培养学生的创新精神和创造能力为目的的教育实践[2]。其涉及创新意识、创新思维、创新能力的培养,在实验教学对学生进行创新教育是培养学生创新能力的必不可少教学环节。在现代电子工程实验中心的建设中,新的三级管理模式优化了教学资源的配制,将过去复杂繁琐的管理模式转变为简单有效的现代管理,有效的减轻了学校的负担。与传统实验室教学相比,现代电子工程实验教学更注重培养学生的电子工程的设计能力。传统实验室教学中更注重验证性实验,这对巩固已有的理论知识与初级实验训练中扮演者非常重要的角色,但是其并不能满足于现代电子工程实验教学的发展需求,所以,在电子工程实验中心的建设中,设计极具设计性、创新性与综合性的大型实验及课程设计实为形势所需。通过这些实验与设计夯实学生的基础理论知识,提高学生的分析与解决实际问题以及创新的能力。与此同时,现代电子工程实验中心的开放管理制度实现了实验课程、实验项目、研究课题的开放,为学生提供了更为充分地实验室资源。据此,学生可以根据实践项目需求,合理预约一定时期内使用固定的实验仪器设备与空间,有效的加快了学生的实验进程,优化了实验室的管理。
3.2不断完善电子工程实验教学体系结构,优化师资队伍
实验教学是电子工程不可缺少的重要教学环节,贯穿电子工程本科教育的始终[3]。电子工程实验中心实验教学是对理论教学的深化与拓展,目的在于让学生在实践中巩固已经理论基础并从中获得新的知识。与此同时,还力求提高学生的实践操作能力与创新能力。在此前提下,在实验教学中应实施层次教学长,应该依据电子工程实验教学规律与特点,结合电子工程的发展水平,分为基础实验教学、现代电子工程实验教学以及综合性创新研究实验教学。在电子工程实验中心实验教学中,实验教学队伍的质量与培养学生的创新实践能力有着非常之关键的作用。我们可以通过引进优秀人才、开展培训教育、实施奖惩制度等来进行优化实验教学队伍。
电子信息工程技术专业是在我国很多高职院校所普遍设置的一个专业,以培养具备电子、计算机、自动化、测控仪器以及信息系统的基础知识,以从事各类电子信息产品的生产、检测、维护及管理的技术技能型人才为培养目标。由于专业综合交叉性强、行业应用广,社会需求量很大,因此培养需要一大批基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、具有创新精神和实践能力的电子信息工程应用型若人才显得非常必要。根据国务院办公厅《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》([2015]36号)和教育部《关于深化职业教育教学改革全面提高人才培养质量的若干意见》(教职成[2015]6号)的文件精神,结合我院实际,围绕人才培养方案、课程体系、教学模式、教学团队以及实践教学环节等主要内容,对电子信息工程技术专业进行了综合改革试点,在教学科研以及学生人才培养方面取得了丰硕成果。
一、专业综合改革的指导思想
2014年,我院电子信息工程技术专业被立项为省级“专业综合改革试点”。围绕专业综合改革试点的建设目标,充分发挥积极性和创造性,结合专业定位,提炼专业特色,按照准确定位、注重内涵、突出优势、强化特色的原则,自主设计专业综合改革建设方案,推进培养模式、教学团队、课程教材、教学方式、教学管理等专业发展重要环节的综合改革,促进人才培养水平的整体提升。为此提出人才培养目标:电子信息工程技术专业是以电子技术为核心,信息技术为工具,培养以实现硬件电路软件化为目标的高技能工程技术人才。本专业培养的人才,应具备良好的科学人文素养,掌握足够的电子技术和信息技术知识,具有立足电子信息产品行业的职业能力和综合素质。
二、专业综合改革的基础
芜湖职业技术学院电子信息工程技术自2005年开办以来已有10多年的历史,现在校生200余人。随着电子信息技术的迅猛发展和对电子信息高素质人才的需求越来越大,该专业的发展非常迅速,目前已经与多家企业建立了校企合作长效机制,建立了满足学生实习实训需要的校内校外实习实训基地。2008年“电工电子实验实训中心”获批为省级示范实验实训中心,2009年获批省级“电子技术应用型人才培养模式创新实验区”,2012年“微电子与软件创新中心”获批为省级校企合作实践教育基地,2013年“信息技术专业群教学团队”获批省级教学团队,2014年电子信息工程技术专业获安徽省专业综合改革试点项目立项。目前电子信息工程技术专业有专任教师12人,教授3人,副教授、高级工程师5人,具有硕士学位10人,师资队伍的年龄、学历、学缘、职称结构科学合理,而且中青年教师居多,在传帮带机制下,他们成长迅速,初步形成一支结构合理,以教授、副教授为专业带头人、骨干教师的具有工程实践和教学科研双重经验的师资队伍。
三、专业综合改革的措施
(一)教学团队建设
根据高素质技术技能型人才培养要求,采用培养、引进和聘用相结合方式,建设一支师德高尚、专业结构合理,改革意识强、教学质量高、创新能力强的具有工程实践背景的“双师”型优秀教学团队。主要采取了以下措施:(1)建立了师资队伍统筹协调发展的机制,营造教学名师和优秀人才健康成长的良好环境,促进教学研讨、教学资源开发和教学经验交流;(2)加强校企合作,加大师资队伍的培养和引进力度,着力加强教师的工程实践能力的培养与训练,所有青年教师利用假期或脱产前往合作企业参加项目培训和工程开发。同时组建一支具有工程实践经验的一线工程师和管理人员构成的兼职教师队伍,充实和完善专业教学团队。(3)组织新入职的教师进行培训,建立新入职的教师培训制度,组织老教师对新教师进行指导,推进教学工作的传、帮、带和老中青结合。(4)支持鼓励申报和参与教科研项目的申报、研究工作,支持教师参加国内外教学改革会议,组织教师参加知名企业举办的师资培训或教育部门的举办的专业培训。
(二)课程体系与教学资源建设
根据专业特色和学生特点,依据人才培养方案,把电子信息技术在区域产业中的应用贯穿到理论教学、实验、课程设计、生产实习和毕业设计等教学的每一个环节,形成“知识点案例教学(实验、理论课程)———课程综合应用(课程设计)———专业知识综合应用(生产实习、毕业设计)”环环相扣逐步加强的应用型教学内容,优化课程体系,制订课程标准。以教研室为单位,建立健全并严格执行课程审核制度,促使教师根据社会经济发展需要,定期梳理和调整课程学习目标、课程教学标准和教学内容,建立课程教学档案,充实和优化模块化课程体系,形成了特色鲜明的专业核心课程群。同时加强立体化教学资源建设,丰富和完善网络教学资源。
(三)教学模式改革
通过举办行业企业专家参与的教学研讨会、毕业生回访、实习学生座谈、教师企业顶岗实践等方式,调研电子信息产业发展对人才规格和内在素质的要求,确定职业岗位群、典型工作任务、知识点、技能点,总结归纳面向区域产业集群的电子信息类专业应用型创新人才培养模型[2]。主要措施有:1.全面修订专业教学管理制度,完善组织结构和制度执行流程,形成专业教育的持续改善机制。2.在课程教学中引入案例教学、项目教学、任务驱动、理实一体等教学手段,促进课堂教学方式多元化,改善教学效果,提高教学质量。3.多媒体教学、网络数字化教学与常规教学的有机结合,引入信息化云班课,促进教学从展示到启发的转变。4.改革课程考核评价标准,采用灵活多样的考核方式,从课堂表现、作业、实验实训、课程设计、顶岗实习等方面进行过程性考核,并以量化的方式呈现评价结果。
(四)创新实践教学
为创新实践教学,主要从以下几个方面进行改革:1.以技术技能型人才培养为目标,构架从入学到毕业全过程、四层次(基础层、工程认识层、综合层、创新层)、六模块(基础实验、工程实训、课程设计、毕业设计、科技创新、顶岗实习)的实践教学体系,提高学生的工程应用能力和创新能力。2.开放实验室,建立科技创新学习小组,高年级学生指导和管理低年级学生,形成科学合理的学生梯队。3.与江苏新通达电子科技股份有限公司合作共建校内企业研发测试中心,作为学生校内实训基地,完善实训管理和顶岗实习管理制度,形成满足学生技能实训、教师科研开发、企业技术培训、职业技能鉴定、社会行业技术服务为一体的实践教学基地。4.加强校企合作,形成校企合作办学、合作育人、合作就业、合作发展的格局,实现课程与岗位能力需求融合、教学内容与岗位职业活动融合、实践教学环境与工作环境融合、人才规格与就业市场要求融合、考核标准与行业企业规程融合,实现电子信息工程技术专业的实践教学、毕业设计、顶岗实习和就业四位一体。5.与江苏新通达、飞科电器、德仓电子、华宇彩晶、埃泰克汽车电子等企业合作建立校外实习实训基地。
(五)创新能力培养
提高学生的创新精神和创新能力,形成完善的创新教学体系对电子信息工程专业的人才培养具有重要的意义[3]。1.提高和完善“工学融合、以赛促学”的人才培养理念,实施技术、管理、服务三类平面型个性化教学,完善管理型和服务型人才校内培养机制,争创特色鲜明的专业。2.以省级实践教育基地“微电子与软件创新中心”为平台,以专业技能竞赛为载体,以教师科研助手为手段,强化学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,培养学生创新意识,促进学风建设,实现对人才的个性化培养。3.建立学生创新实验室,组建科技项目小组,以技能竞赛平台,进行技术创新,每个学习小组都有项目导师参与管理和指导,充分实现内容开放、时间开放、空间开放和管理开放。
(六)评价体系构建
专业综合改革是一项复杂的系统工程,评价主体应具有多元化和开放性。多元开放的评价主体使对高职教育的评价不再局限于学校的自评和教育行政部门组织的官方评价。应以培养目标为导向,以教学质量为中心,建立完善的教学质量保障体系和人才培养评价机制。为构建科学的教学评价体系,采取的措施有:1.成立专业建设专家委员会,定期进行专业建设情况审查,对专业建设和教学过程中出现的问题进行分析决策,提出改进方案;2.健全学校、二级学院、教研室三个层次相互衔接、权责分明的质量管理制度,完善专业建设、教学质量监控等人才培养关键环节的管理;3.改革教学评价机制,在学生评教、同行评议的基础上,引入第三方人才培养质量评价制度,由教育主管部门、企业单位、行业协会、学生、家长、一线教师等利益相关方共同参与评价人才培养质量和效果;4.建立学生综合素质评价体系,对学生政治思想表现、日常行为规范、社会实践活动、职业素养等影响学生全面发展和个性发展的综合素质进行评价。
四、专业综合改革的成效
我校电子信息工程技术专业经过近三年综合改革,在教科研和人才培养等方面均取得了较为丰硕的成果。成功申报安徽高校省级自然科学研究重点项目2项,安徽省高校优秀青年人才支持计划重点项目2项;省级质量工程项目5项,出版教材3部,申请发明专利4项、实用新型专利5项,学生参加职业院校技能大赛、电子设计大赛、智能汽车竞赛、单片机应用技能竞赛等赛事获得国家级省级奖励11项,2015届、2016届毕业生就业率分别为98.8%、100%(含专升本学生),截止2017年6月2017届毕业生目前已达94%。承办安徽省职业院校技能大赛“嵌入式产品开发”“电子产品芯片级检测维修与数据恢复”和“移动互联技术应用”三个项目、全国软件和信息技术专业人才大赛安徽省赛(软件类和电子类)、安徽省人力资源与社会保障厅主办的安徽省专业技术人才知识更新工程专业技术人员高级研修班。
五、结束语
通过电子信息工程技术专业综合改革试点建设,以服务区域电子信息产业和地方经济发展为宗旨,以培养技能型、应用型、创新型人才为目标,强化教学团队建设,创新实践教学,优化培养模式,强化创新创业教育,构建科学评价体系,全面推进专业建设与改革的各项工作。通过专业改革使人才培养方案得到了进一步优化,人才培养体系得到不断完善,人才培养水平得到了提升,为地方经济建设输送了大量的电子信息工程技术专业落地人才,取得了良好的办学效果和社会效益。
参考文献:
[1]张国云,李宏民,李武,等.电子信息工程专业综合改革的研究与实践[J].电气电子教学学报,2016,38(2):33-35.
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目前,我院正在加大实践教学改革力度,应以学院实践教学环节的独立设课为契机,着重研究构建电子信息专业类专业独立的实践教学体系,推进内容调整、整合,形成多层次、具有弹性结构、相对独立的实践教学体系。构建实践教学体系必须紧紧结合专业人才培养计划进行,并服务于专业人才培养计划。按照实践教学体系必须紧紧结合专业人才培养计划进行,并服务于专业人才培养计划。按照实践教学分类分层次规划、单独考核的原则进行改革,重点围绕能力培养目标和实践教学对理论教学的反作用来对实践教学方案进行设计。实践教学改革是一项系统工程,在改革过程中必须注重整体规划和系统建设,从实践(验)课程体系、实践(验)教学内容、实践(验)教学方法和实验室开放管理、实验教师队伍等方面综合设计,配套实施。
二、 做好实践教学体系的顶层设计与总体框架
根据是电子信息志业的培养目标要求,实践教学要做到一条龙、不断线、分层次,新的实验教学体系构造了三个实践教学层次――实验教学、实习(课外科技活动)、毕业设计。其中实验教学设计了基础层、专业层和综合层;在基础层,建设电子类实验教学平台和信号类教学平台;在专业层,建设通信类实验教学平台和计算机类实验教学平台;在综合层,以满足不同专业、不同兴趣的同学需求设置两个跨平台,一个是电子信息实验教学为综合应用目标,综合电子类、通信类、计算机类实验平台;另一个是以电子信息加工处理为综合应用目标,综合电子类、信号类和计算机实验平台。增加设计型、综合型实验,培养学生的实践动手能力和创新思维能力。通过该层次的教学,培养学生综合应用知识的能力、分析问题和解决问题的能力以及初步的创新能力。
三、开设设计型和综合型实验
按照教学总体考虑和学生知识、能力的程度,将各门课程的实验课分为三个层次:①基本训练型实验,安排一定的简单内容的基础实验:培养学生在实验过程中学习、理解实验内容,学习各种仪器仪表的操作,学习实验数据测量与处理方法,培养严肃认真的工作态度。②提高型实验:目的是让学生灵活运用所学知识和技能,培养学生的运用能力和单元(功能)的设计能力;在教师的指导下分析给定的功能、特点,并根据给定电路或系统的功能自行设计实现这一功能的电路或系统,并进行实验测试。③设计型实验:目的是着重智力开发、通过培养学生运用知识的能力来提高工程设计能力,以对学生的设计能力和实验能力的考察。着重使学生能把基本理论和实验应用结合越来,并深化学生在基础实验中的初步掌握的实验方法和操作技能。培养学生独立设计实验、操作实验的能力。
四、 建设校内与校外两个基地
建设校内电子设计训练基地,培养学生的实践与创新能力。根据电子信息类专业的特点,建立电子设计实践基地。通过基地的建设,培养专业能力强的学生骨干,并通过他们的示范和带动作用,逐步形成良好的专业学习氛围,发挥其专业导向作用;同时,通过训练,为参加种类设计竞赛选拔和输送人才,争取在全疆或全国电子设计竞赛中取得好成绩,激发学生学习的积极性和创新性,扩大学校和专业的影响,促进专业的建设和发展。基地作为学生培养专业能力的一个阵地,为发挥训练基地的作用,可按开放形式来动作。①由学校立项建设;②培训对象根据兼顾受益面、选择选拔的原则,主要从二、三年级学生中选拔;③基地管理由实验室提供宏观指导,实行学生自主管理的模式。
五、改革实验室管理模式和体制
实验室体制是实验课程体系改革的基础。实验室的管理既是资产管理,又是学科建设和人才培养的主战场,而且后者比前者更重要。因此,实验室建设要认真解决好规模、结构、质量、效益和特色的相互关系,特别要注意以下几个方面的结合,要与学科的重组和建设相结合;要与教学改革的内容相结合,要与科研及现代科学技术的发展相结合;要与学生课处科技活动的开展相结合;要与校外实验室和基地的联建相结合。
六、适应新的教学要求,提高实验教师综合素质
实验室的开放对教师的业务水平,科学素质提出了更高的要求。因为学生自己动手,独立思考时,发现问题和提出问题的机会更多,有些问题甚至老师也未曾遇到过,这就对实验老师提出了更高的要求。
1.2电子技术的发展前景分析目前,电子技术的应用市场比较广泛,在诸多领域中电子技术都有比较广泛的应用。现代化的市场竞争,让电子技术也成为了目前市场上主流的技术之一。由于用电设备几乎无处不在,采用的电子化设备也相对广泛,因此电子技术的市场潜力较大,发挥的空间也比较大。对于电子技术的发展前景,可以通过一下几个方面进行具体分析:第一、电子技术应用的行业越来越广泛,不仅仅会影响电子技术自身的领域,也同样在工业领域以及制造业中都有着比较深入的应用。第二、电子技术是很多技术的基础,尤其是通信领域中电子技术的应用非常深入,从而在很大程度上提高了通信领域的技术含量。在计算机领域中,电子技术与计算机技术进行有效结合,从而实现了软件技术以及单片机等远程技术的发展。第三、未来的智能技术中,对于电子技术的要求越来越高,因此电子技术自身的发展也非常重要,尤其是掌握电子规律,将电子技术的潜在空间发挥,从而使得在结合技术领域能够有一定的市场占有率。总之,对于未来的电子技术领域依然存在很大的发展空间,通过对电子技术自身的发展与结合领域的技术发展,让电子技术的未来发展前景还是非常不错的。
2电子技术在工业工程中的应用
2.1电子技术在工业工程控中应用的背景在传统的工业生产中,人是主要的生产力,但是人存在很大的不确定性,如一个产品加工的精度,受到人员自身素质的影响很大,如果工作人员自身素质较高,那么产品的质量就会比较好,反之工作人员自身的素质较低,那么产品的质量就较差,随着经济的发展,对于工业产品的需求量越来越大,很多产品都需要进行批量的生产,在这种背景下,逐渐的产生了机械化生产的概念。利用机器设备来辅助加工,极大的提高了生产的效率,由于机器设备不需要休息,只要几个人员就能够控制机械设备的运转,在提高生产效率的同时,也减少了大量的工作人员,在一定程度上降低了生产的成本,而且通过人员的轮换休息,可以实现二十四小时的不间断生产,但是在科技革命之后,随着工业的精密化发展,这种机械生产的方式,也无法满足实际生产的需要,为了进一步提高加工的精度和效率,人们开始在工业工程中应用电子技术。
2.2电子技术在工业工程控制中的应用现在工业生产中,都开始进行信息化的建设,通过应用电子技术,很好的实现了工业自动化,我国受到特殊历史因素影响,工业发展的时间较短,因此电子技术应用的情况较差,通过实际的调查发现,目前日韩等发达国家,工业工程中几乎都实现了自动化的管理,而我国的企业受到设备和技术上的限制,目前自动化的水平较低。随着近些年国家的重视,出台了很多优惠的政策,鼓励和扶持我国企业自动化技术的发展,同时培养相关的技术人才,希望能够为我国电子技术的应用,提供良好的基础,通过著名的摩尔定律可以知道,电子行业设备和技术更新的速度很快,每隔十八个月,相应的加工工艺就能够提高一倍,而成本保持不变,要想跟上如此快速的技术发展,必须拥有先进的理念。在这种背景下,要想在工业工程控制中应用电子技术,必须根据企业的实际情况,在现有生产线的基础上,针对性的设计一个自动化管理的系统,通过电子元器件的选择,组建一个科学、合理的管理体系,然后配合相应的软件管理程序,对实际生产中的每个环节,进行具体的控制,只有这样才能够最大程度上提高生产的效率,同时降低生产的成本。
2.3电子技术在工业工程管理中的应用随着信息化水平的提高,现在企业都采用了现代化管理的理念,同时应用现代电子技术,针对性的建立一个管理体系,通常情况下,首先要在企业内部组建一个局域网,将企业内部的计算机连接到一起,而物联网概念的出现,进一步促进了电子技术应用的发展,在物联网的基础上,可以将工业工程中实际生产的设备,也连接到这个局域网中,这样的网络能够覆盖整个企业。在组建相应的网络之后,还需要针对性的设计一个管理程序,通过实际的调查发现,目前市面上有很多这样的管理系统,这些系统在设计硬件体系的同时,也包括了相应的软件程序,但是由于这些系统没有针对性,只能在一些小型的工业工程管理中使用,企业要想最大程度上提高管理的效率,可以自行的进行电子技术的开发,也可以向软件公司进行购买。由此可以看出,电子技术在工业工程管理中的应用,主要可以分成两个部分,分别是硬件和软件,在实际应用的过程中,应该根据管理的实际需求,对硬件和软件进行针对性的设计,只有这样才能够提高工业工程管理的水平。
我国科技创新型的经济发展模式和现代科学技术的发展,需要大量具有创新精神、掌握现代专业技术知识,并能灵活运用专业知识解决工程实际问题、具有工程制造能力和素质的专业人才。因此,改革旧的实验教学模式,构建培养工程科技人才的教学模式势在必行。高等工程教育由于强化了工程实践训练和案例教育,是造就工程科技人才的有效途径,也是高校本科实践教育必不可少的重要环节。[1,2]近年来,我校在实践教学环节进行了一系列的改革和创新,其中机电实习中心进行了开放式电子工程训练教学的尝试,并取得了很好的效果。
一、开放式电子工程训练教学模式的构建
开放式电子工程训练以培养学生工程制造与创新能力为教学目地,使学生在本科期间积累一定的工程制造经验,培养工程实践素质。开放式教学模式采取:(1)内容开放,即规定的教学内容与自选内容相结合;(2)时间开放,即学生可灵活选择课余时间参与工程训练;(3)教学方式开放,采用教师重点讲解与自学相结合、以及辅导与研讨结合的教学方法。此外,开放式教学将采用多媒体、网络、动画、图像等技术,以增强工程训练的教学效果。
二、开放式电子工程训练内容的设置
内容是工程训练的灵魂。选择能满足市场需要的实用性工程项目和产品、引进科研项目、培养电子产品研发的基本技能等,都可以作为开放式电子工程训练的内容。在我校开展开放式工程训练的过程中,设置了丰富的训练题目,如:印刷电路板(PCB)的制作、电子产品的安装和调试、单片机多种信号发生器的制作、单片机温、湿度控制器的制作、可编程序控制器联网应用实践、可编程序控制器与组态软件相结合的组态监控综合应用、智能车控制、交流电动机自动控制系统等等。这些训练内容涵盖了电子工程训练的大部分内容,既有基础性的技能训练,也有提高性的创新训练,有的还结合了电子、电工、控制等综合知识的应用,适合不同层次的学生根据自身的特点选作。
这种多层次、综合性、应用性、趣味性的教学内容,可以使学生在训练过程中逐步掌握现代电子产品设计、加工技术以及工程应用技能,初步具有电子产品研发和工程制作能力,从而为培养具有创新意识、创新能力和科学思维方法的高素质人才提供了重要平台。[3,4]
三、开放式电子工程训练的教学方法
传统的实践教学方法是教师系统讲解实验原理,详细安排实验方法和步骤,学生按照固定的模式去做。这样不仅耗费大量的时间,而且缺少学生独立思考和设计的环节,不利于调动学生的积极性,实验的效果也不好。
在开放式电子工程训练的教学实践中,我们逐步改变了以往的教学方法。例如:在绘制印制电路板、制作单片机应用电路实验板和开发板的电子工程训练中,为了充分发挥学生的创新意识和科研能力,我们采用以学生为主体,教师只起辅助的指导作用。具体而言,学生可以参考视频软件、网络资料和相关书籍来学习设计印制电路板和单片机应用电路板的制作步骤和操作方法。教师则可根据需要采用多媒体课件讲解protel99等绘图软件的使用方法、单片机硬件电路的知识、C语言的编程方法、killc51集成开发软件的应用等,并引导学生根据训练内容的需要主动学习各种基本技能,解决单片机应用电路板设计、安装、调试过程中容易出现的问题。在单片机应用电路设计环节,学生则可以根据个人的兴趣和用途,采用不同的单片机芯片独立进行设计,并完成实验板的制作、调试。这样,才能使学生的创新思维和个性得到充分发展,培养学生创新意识和实际动手能力。
四、开放式电子工程训练典型案例介绍
由于开放式电子工程训练一般都是贴近工程实际的训练项目,因此涉及到的知识领域也非常广泛,要在有限的时间内完成这些内容,需要采取有效的教学组织。以“单片机应用电路实验板的制作”为例,这项训练包括以下几个主要环节:绘制电路原理图和印制电路板图(PCB图)、制作印制电路板、安装和焊接电路板、调试软硬件等。
1.单片机应用电路的设计
通常情况下,参与“单片机应用电路实验板的制作”工程训练的学生在此之前并没有系统学习过单片机的知识,因此在该环节的教学组织中以教师讲解单片机应用电路原理和元器件知识为主,学生借助视频教学课件、网络教材,以及相关教材自主学习为辅,并且通过实践制作逐步应用和理解单片机的知识。在上述理论和实践的基础上,要求学生能够发挥主观能动性,自主设计出具有某些特定功能的单片机应用电路。在这个从理论到实践、实践到认识、再从认识回到实践的学习过程中,培养了学生的自学能力和利用专业知识解决实际问题的兴趣,从而为创新能力的培养奠定了基础。
2.印制电路板图的制作
(1)绘制单片机应用电路原理图。应用绘图软件绘制单片机应用电路原理图、印制电路板图,是进行电子产品开发必备的基本技能,也是需要经过多次实践才能掌握的一项技术。其基本步骤为:1)学生通过自学掌握绘图软件的功能和基本用法;2)利用原理图元件库编辑器制作元件;3)编辑元件参数;4)掌握在原理图中放置元件、布线的方法和要求;5)用表格编辑器检查元件的属性遗漏;6)对原理图进行电气法则测试;7)教师讲解原理图的编辑和调整、元器件的封装等步骤,用具体实例来讲解电路图常见错误,以尽可能减少原理图中出现的错误:如漏画导线和元件、元件参数不全、导线没有连通等,最终形成完好的单片机应用电路原理图。这一环节需要参与的学生既要有专业知识做基础,也要有对待工程设计一丝不苟的责任心,才能圆满完成设计任务。
(2)绘制印制电路板图。在印制电路板图的绘制过程中,首先需要利用protel绘制软件的网络表和自动布局功能将叠加的元件分开,并手工调整元件的位置,使电路板整体布局合理;然后再利用自动布线功能布置导线的宽度、焊盘的尺寸、通孔孔径等。具体来讲,绘制印制电路板图的一般原则为:1)元间放置位置要紧凑、距离要短、元件间连线尽量短、尽可能缩小印制电路板的尺寸;2)导线间距大于4mil;3)电源线、地线尽量要粗,以提高电路板带负载的能力;4)焊盘尽量大,采用椭圆型焊盘,防止钻孔时损坏焊盘;5)导线与焊盘间距离应尽量拉大,以防止产生干扰信号。
在工程训练项目中,学生独立制作的单片机应用电路印制电路板图如图1所示。通过印制电路板的制作,学生还可以学习掌握转印机、雕刻机、高速视频钻等设备的使用方法,进一步了解印制电路板的制作工艺方法和过程。显然,了解现代电子工业的新技术、新工艺、新设备等,也是积累工程制造经验的过程。
3.单片机应用电路实验板的制作
(1)元器件的选择。单片机应用电路实验板是集编程器、仿真器、ISP下载线、实验电路为一体的电路板,它利用单片机自身的资源,外加电源电路、时钟电路、复位电路,构成单片机应用系统。本次工程训练中,单片机采用应用广泛的AT89S52芯片(兼容STC89C系列芯片),与其他电路包括RS232串行通信接口、数码管显示、LED显示、蜂鸣器、中断控制、继电器控制等,共同构成了单片机应用电路。在此基础上,学生可以根据控制需要选择加单片机片外存储器RAM(6264)、ROM(2764),来扩展单片机存储空间;或者加模数转换芯片(ADC0804)和数模转换芯片(DAC0800),来实现直流电动机的调速控制等。
(2)电路板的安装。元器件选定之后,学生就可以自行安装并焊接电路板。在此环节要注意:1)焊接之前,应检测印制电路板,防止出现断路、短路、焊盘脱落的问题,以减少故障;2)电路板焊接重点是集成芯片,其管脚易出现焊接短路的故障,因此要提前练习焊接芯片管脚;3)焊接完成后,要用数字万用表检查焊点之间有无短路故障,以确保电路板的焊接质量。焊接好的单片机实验板如图2所示。
(3)联机调试。单片机应用电路实验板硬件部分制作完成以后,需要对其进行软件编程并进行调试以实现特定的功能。步骤如下:1)将通信电缆接入装有kill C51集成开发软件的PC机串口和单片机电路板串口;2)为实验板接入9V直流电源;3)使用数字示波器检测硬件电路各点信号(如复位信号、时钟信号、I/O输出信号);4)用C语言编写源程序;5)使用kill C51集成开发软件内嵌的仿真调试软件进行模拟仿真;6)将调试好的源程序烧录到单片机内,在实验板上实现输入输出实验。
通过反复的调试,学生能够掌握源程序的编辑、编译、仿真、在线下载、在线调试方法和过程,并且学会自行解决调试过程中经常出现的错误,最终实现单片机应有的功能,圆满完成工程训练的任务。
五、教学改革效果
实践证明,开放式工程训练在高校创新人才培养过程中所发挥的作用是十分重要的。通过典型工程项目和电子产品制作工程训练,学生的工程制作能力不仅有了显著的提高,而且可以通过自主学习实现创新型项目的开发,进一步培养综合素质和创新能力。我校参加过电子工程训练的学生在电子设计大赛中已经初步展现了自己的工程实践能力,取得了很好的成绩。此外,开放式电子工程训练也为实践教学积累了宝贵的经验,有利于提高实践教学的效果,由此引发的实践教学模式的改革将更加适合现代人才的培养要求。
参考文献
[1]韩芝侠,脱慧,饶汉文,等.电子工艺实习教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2007,26(11):108-111.