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  电工电子实验中心建设的探索与分析    
电工电子实验中心建设的探索与分析
作者:佚名    教学科研来源:《中国现代教育装备》    点击数:    更新时间:2007-1-5    

 

    电工电子教学实验中心是以国防建设为需求,面向21世纪教学体系改革为方针,争创国内一流学科实验室为目标,着重培养学生的创新意识、创新精神和创新能力,将实验室建设成开放型实验教学、实验创新、实验研究的专业基地,为学生掌握理论与实践提供实验环境,同时为教师从事国防科研及学科前沿研究工作提供了必备的条件。
    我们结合电工电子教学的最新科学研究成果,参照和类比国内外教学经验,进行了实验室的改造和重建,它是“面向21世纪教学内容与课程体系改革”的重要组成部分,是我校在教学上的调整与改革,为培养国防科学人才提供了新的契机。我们以现代教育思想为指针,结合基础理论与应用研究,实施“培养型”实验教学,要“以问题为基础”,展开具有探索性、前瞻性的实验教学方法。
    一、构筑多功能电工电子实验中心,增加具有前沿性的实验课题
    电工电子教学实验中心由电路分析基础实验室、电路信号与系统实验室(电子设计自动化EDA)、模拟和数字电路实验室与通信电路实验室组成,根据实践教学和创新能力的要求,规划出具有不同功能的实验模块,根据实验模块间纵向发展和横向联系,进行组合调整,构建多个跨课程、多层次、多功能的系统化综合实验室体系。其目的是培养学生初步掌握有关电类问题的基本分析方法,期望让学生获得对现代信息论、系统论和控制论的典型理论和原理,并进行实验证,使其能够完事地了解和系统地学习当代电子信息的应用,为学生提供电子系统设计、制作、调试、测试等实践环境,提供创新实践的场所和软硬件环境,使学生通过实践了解电子系统或产品的技术动态、技术水平、得到电子系统设计、开发、工艺等训练。
    实验室教学与科研不能按照几十年的旧传统方式进行,要求遵循理论与实践相结合,根据当前社会发展需要,有目的的开发一些实用型、设计型的实验专题,对学生今后就业有很大的好处,将具有教学验证实验、开放的指导性实验及学生自主开发型实验为一体,突出创新教学,重视新科学知识的传播,除了要求学生完成一般教学实验外,主要以综合性、科研性实验为主,鼓励学生在专业领域上不断地探索和发展。我们根据学科发展的动态,对原有的教学课程进行认真地分析和筛选,剔除一些陈旧的课程,增加具有前沿性、交叉性的课程,并对基础实验课的项目进行重组及整合,探索出一条科学的实验教学方法。
    此外,以电工电子系列实践教学模块和课外创新活动为载体,以开放和学生自主实践为主要教学模式,以计算机、网络和EDA技术为主要工具,通过基本认识、综合设计、研究创新等不同层次试验,提高学生知识综合应用能力、系统设计能力和创新能力。
目前已经改革完善系列化实践教学课程,其主要课程:电工电子实验基础、数字系统设计、电路与数字逻辑设计实践、单片机应用技术、电子线路实践、计算机硬件应用实践、集成电路应用技术、电子系统综合设计与实践、DSP应用、集成电路设计实践等。
    在世界银行贷款的帮助下,实验室硬件设备得到保证,根据实验模块间纵向发展和横向联系,进行组合调整,构建多个跨课程、多层次、多功能的系统化综合试验室,将实验室硬件建设与软件建设同步进行,规划多功能实验室,建立网络化的实践教学平台。每个试验室配备计算机及网络、常用仪器设备、相关实验装置等,充分提高了实验室的资源利用,在进行硬件操作的同时,还可以通过软件仿真,直接实现理论与实践的紧密结合。购置和自我设计与改造实验室设备,添加数字电路、模拟电路实验箱、CPLD/MCU综合设计系统、电子技术/ISP实验装置、计算机组成/ISP实验装置、微机接口实验装置、单片机/综合设计实验装置和DSP实验装置。
    我们利用数模合一的实验装置和单片机/综合设计实验装置等,不但可以节省实验室空间,而且在准备实验箱和仪器上面避免了时间的浪费和重复的仪器购置,并可以使两种不同的实验同时进行。同时,实验箱上元器件的毁坏率也比较低,延长了实验箱的使用寿命。不但具备了各种多功能实验,可以把单个实验提高到综合实验的水平,有助于提高学生的综合分析能力和系统设计水平,同时,使用实验箱具有安全性、自诊断、直观性、信息化、综合性、重组性等特点。
    今后要增加模块式器件,直接在面板上插接,这种模块式器件可以让学生清楚地看见内部元件,并采用拼装式插拨电路,对于初次接触电路的学生,这种透明性很强的器件模块,能够使学生将电路原理图上的元器件符号与实际的元器件实物联系起来,充分引起学生的兴趣。
    二、实施“培养型”实验教学,提高学生的综合能力
    实验教学主要分为验证型、提高型、开放型实验,实施“培养型”教学方法。验证型实验要求在理解课程基础之上,按照实验教材的要求掌握和理解教学内容,比如在数字电路实验中,给出电路设计的原理与流程图及操作步骤,要求学生仔细阅读实验教材的内容,独立完成数字电路的设计,并在实验室进行验证。提高型实验则在学生完成验证型实验后,根据实验教材的要求,给出更深一层的相关知识,对学生全方位的地开放,为学生提供宽松和良好的环境,鼓励学生从事实验室装置的改造、前沿科学的研究及新技术应用的开发,在教师的帮助下,支持学生进行开创性的思维,鼓励和指导学生就研究课题发表学术论文或申报专利,在有条件的情况下让优秀学生参与教师的科研任务或科研论文撰写,培养具有理论性和开创性的人才。
    在实验教学环节上注重“培养型”实验教学,突出学生为主体的位置,注重学生对电工电子技术基本概念和基本规律的理解及掌握,其宗旨是培养学生由“能做”到“会做”,并转化为深入地对相关知识的“研究”,要“以问题为基础”,主动思考问题,多问几个为什么?带着问题去准备实验。我们在“电路与数字逻辑设计试验”中增大了学生自我思考、自我设计的成分,掌握如下原则:
    (1)数字电路的基础性与现有科学发展渐进性;
    (2)宏观与微观,将数字与模拟电路基础教学与CPLD/MCU综合设计系统、ISP试验、微机接口试验、单片机DSP综合设计统一考虑;
    (3)电子工业的发展与不确定性,集成电路日益多样化,纳米材料、生物芯片将成为发展趋势。对于电工电子教学实验内容要着重于总体层次系统原理性的分析,基于系统功能结构之多层次、多剖面所蕴含的技术层次的分析,了解电工电子教学实验中与集成电路硬件科学、光电科学、纳米材料科学、计算机科学、工业设计自动化的相互依赖、相互依存的关系,要求学生理解“数字电路”与“模拟电路”是相对发展的,目前许多模拟电路日益数字化、集成化,要着眼研究概括电工电子的普遍性原理基础上,就一些重要具体设计的措施及实施条件进行综合性地讨论,将计算机系统、模拟系统、数字系统综合考虑,研究与解决这些问题的实质,是“培养型”实验教学的核心。
    具体地讲,学生通过对电工电子教学基础的系统掌握,认真理解基础教学与应用教学的相互关系,将理论与实践贯通,反复思考,整理出实验课题的实施方案,安排学生组成课题小组,共同研究商讨,在实验过程中,经过设疑、生疑、解疑等几个环节,讨论实施想象,要鼓励学生有自己的独立见解,哪怕是不成熟的想法,这样让学生具有充分的自主权,最大限度地发挥学生的潜力,对学生在知识结构、理论基础、求知欲望、个人兴趣诸方面都是巨大的锻炼,进而培养学生具有科学思维的方法,也培养其实事求是的作风。同时训练学生的实际工作技能,为今后步入社会从事实际工作打下坚实的基础。
    三、提供开放型实验教学环境,调动学生主观能动性
    电工电子系列实践教学是以实验模块和课外创新活动为载体,以开放和学生自主实践为主要教学模式,以计算机、网络和EDA技术为主要工具,通过基本认识、综合设计、研究创新等不同层次实验,提高学生综合应用能力、系统设计能力和创新能力。
    我们根据实验教学实施情况,发挥实验教学与科学研究的双重功能,启发学生思维能力和创造欲望。我们将开放型实验课题安排在较高的层次之上,让学生自拟题目并确定可行性方案,定期举办创意大赛,鼓励学生勇于提出自己的想法,择优挑选,经过学校审核,然后投入资金,支持学生完成项目。
    同时提供了电子系统设计、制作、调试、测试等实践环境,给创新实践和兴趣的发挥提供了场所和软硬件环境。学生可以通过实践了解电子系统或产品技术动态、技术水平,得到有关电子系统设计、开发、生产工艺过程等的训练。
学生自主选题,自行制定系统的功能指标,自行分析、设计测试。如下:洗衣机控制电路、电子钟控制系统、限时计时器、多功能电话显示电路、多功能高位频率计、多功能仪表控制开关、计算机监测系统、数码显示系统等。
    在学生完成实验后,可以在学校或系的统一组织下展示出其设计产品,并且向其他同学阐述自己设计思想。由学生自己带动创新思想,这会让同学们更加主动地去参加学习,由此,经过选拔,学生从设计思想、搭建电路、制作PCB板、分析问题、解决问题到总结报告的水平都很有很大的提高,加强了学生综合能力,另一方面,也有利于从中选拔优秀的学生参加全国性的各种设计竞赛。
    四、小结
    要加强综合型实验室的建设,通过完成综合课程设计、科研创新、毕业设计等实践活动,为培养复合型、创造型人材提供必要的条件。同时要求改造和建设电子信息先进技术展示平台,介绍电子信息领域先进技术,提供设计、制作、调试、测试等实践条件;建立多媒体和网络化实验室,通过扩音器、投影仪,便于教师上课和演示,并实现教学的网络化,有助于学生直接查找有关资料,也有助于教师和学生之间的交流。添加嵌入式系统、单片机开发等课程,开放EDA实验室,将实验室提高到一个新的水平。
    针对电工电子实验教学的探索,我们意识到:将教学型实验、开放的指导性实验及学生自主开发型实验为一体,突出新教学,重视新科学,实施新办法,提倡“培养型”教学,培养学生的具有创新意识、创新精神和创新能力,这是我们所要达到的目的。(罗小红摘录)

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