“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教學(xué)的問題分析與方法探討

摘要：“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是電子信息工程專業(yè)的核心課程，是銜接多門前修課程與工程設(shè)計(jì)之間的橋梁。本文分析了教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)存在的主要問題，并探討了有針對(duì)性的改進(jìn)措施，有利于提高課程教學(xué)效果和學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；教學(xué)內(nèi)容；案例教學(xué)；實(shí)踐科目設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）03-0080-02

電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)從事電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用開發(fā)以及技術(shù)管理等方面工作的高級(jí)專門人才，“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是電子信息工程的核心專業(yè)課程，一般包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分，是銜接原理性知識(shí)與工程設(shè)計(jì)之間的橋梁?！半娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)”不僅要求對(duì)前修的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理等系列課程融會(huì)貫通、綜合運(yùn)用，而且還需要適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和需求，因此教學(xué)難度較大，需要進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。本文首先詳細(xì)分析了教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)中存在的主要問題和不足，然后探討了有針對(duì)性的改進(jìn)方法和措施。

一、主要問題分析

1.教學(xué)內(nèi)容。總的來說，教學(xué)內(nèi)容沒有很好體現(xiàn)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全局性、新技術(shù)與新方法、硬軟件結(jié)合的特點(diǎn)，與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用需求存在一定程度的脫節(jié)。（1）單元電路設(shè)計(jì)內(nèi)容偏多，缺乏“系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)”概念。在不少教材及授課中，仍以講授各種電路的設(shè)計(jì)方法為主要內(nèi)容，過于強(qiáng)調(diào)“技術(shù)級(jí)設(shè)計(jì)”，與前修課程重復(fù)性較大。本課程的講授重點(diǎn)應(yīng)該是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、基本流程以及怎樣用各種單元電路和硬軟模塊構(gòu)建高性價(jià)比的電子信息系統(tǒng)。（2）傳統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容偏多，而新器件、新技術(shù)和新方法的介紹不足。當(dāng)前各種新型集成電路和微處理器、PLD和嵌入式技術(shù)、EDA方法等已經(jīng)非常成熟，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)和產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。但是在不少教材及授課中，仍以8位單片機(jī)為核心、以分立元件或中小規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)講授電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)生將難以適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展和需求。（3）偏重硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容，忽略軟件在電子系統(tǒng)中的作用。電子系統(tǒng)是由硬件、軟件組成的有機(jī)整體，缺一不可，但在不少教材及授課中，主要介紹硬件電路和硬件系統(tǒng)，致使學(xué)生的（系統(tǒng)）軟件設(shè)計(jì)能力嚴(yán)重不足。

2.課堂教學(xué)。教學(xué)效果雖然取決于學(xué)生和教師兩個(gè)方面，但歸根到底還是看教學(xué)方法是否得當(dāng)?！半娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)”課程一般安排在第7學(xué)期，此時(shí)大部分學(xué)生專注于考研和找工作，學(xué)習(xí)積極性和時(shí)間投入不足；本課程涉及面較廣，不僅需要靈活運(yùn)用前修課程的相關(guān)知識(shí)，而且須加強(qiáng)對(duì)實(shí)際電子系統(tǒng)（產(chǎn)品）的分析和綜合能力，有一定的難度。這些特點(diǎn)對(duì)課堂教學(xué)方法提出了較高要求。雖然很多教師對(duì)多媒體課件制作、雙主體課堂教學(xué)模式等方面進(jìn)行了有益的改進(jìn)和運(yùn)用，但是在授課的深入淺出、知識(shí)的融會(huì)貫通、理論聯(lián)系實(shí)際等方面普遍存在不足，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

3.實(shí)踐教學(xué)。“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的實(shí)踐性極強(qiáng)，一般配備綜合課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐科目的設(shè)計(jì)是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，常常存在以下問題，達(dá)不到預(yù)期訓(xùn)練效果：難度及工作量偏大或便?。桓采w面經(jīng)常偏小，等同于一個(gè)課程實(shí)驗(yàn)；趣味性或?qū)嵱眯圆粔?，難以引起學(xué)生興趣；設(shè)計(jì)及制作成本考慮不足，給學(xué)校或?qū)W生造成負(fù)擔(dān)；較大的課題以團(tuán)隊(duì)形式完成，但任務(wù)分工及考核量化不明確，等等。另外，實(shí)踐教學(xué)手段較單一，沒有很好體現(xiàn)教學(xué)與行業(yè)應(yīng)用、與教師科研的合理結(jié)合。

二、改進(jìn)方法探討

針對(duì)上述教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的主要問題，結(jié)合筆者多年“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)實(shí)踐，提出如下改進(jìn)方法。

1.合理編排教學(xué)內(nèi)容，既體現(xiàn)課程內(nèi)涵，又聯(lián)系當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)實(shí)需求。以系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)為主線，重點(diǎn)講解現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和基本流程，以及如何利用典型電路和軟硬件模塊構(gòu)造高性價(jià)比的電子信息系統(tǒng)，而局部環(huán)節(jié)的“技術(shù)級(jí)設(shè)計(jì)”應(yīng)由前修課程完成[1，2]。例如，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程包括需求性論證、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（含成本、功耗、可靠性分析等）、硬件/軟件設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、制作/調(diào)試、產(chǎn)品化設(shè)計(jì)等；模擬系統(tǒng)/數(shù)字系統(tǒng)/混合系統(tǒng)（智能系統(tǒng)）的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容；自頂向下設(shè)計(jì)方法；CDA和EDA工具的運(yùn)用；各級(jí)仿真在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等。充實(shí)新器件、新技術(shù)及新方法的有關(guān)內(nèi)容。重點(diǎn)以新型集成元器件、PLD器件為基礎(chǔ)，以新型單片機(jī)、嵌入式或DSP芯片為核心構(gòu)建現(xiàn)代電子系統(tǒng)，例如程控放大器、程控濾波器在信號(hào)調(diào)理中的應(yīng)用、單片機(jī)+FPGA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多種串行總線及外設(shè)接口方法等；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用等。加強(qiáng)電子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容和訓(xùn)練。重點(diǎn)講解接口、通信和上位機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法。

2.以學(xué)生引導(dǎo)為目標(biāo)、以案例教學(xué)方法為手段，提高教學(xué)效果。學(xué)生是教學(xué)的主體，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性是取得良好教學(xué)效果的根本保證。但是學(xué)生引導(dǎo)不是靠說大道理、做思想工作，而是蘊(yùn)含在科學(xué)合理的教學(xué)手段之中。根據(jù)該課程的特點(diǎn)，案例教學(xué)是最佳的手段[3]。對(duì)典型電子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品的資料進(jìn)行搜集、整理，形成5～8個(gè)經(jīng)典案例，在課堂上重點(diǎn)剖析。通過案例這個(gè)載體，一方面將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系起來，容易達(dá)到深入淺出和融會(huì)貫通，另一方面使學(xué)生對(duì)實(shí)際電子產(chǎn)品和最新發(fā)展動(dòng)態(tài)充分了解，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和熱情。例如，在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)電子信息工程專業(yè)的教學(xué)中，以自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖1）為案例，詳細(xì)講解需求分析、總體設(shè)計(jì)、各模塊設(shè)計(jì)及實(shí)物展示，加深了學(xué)生對(duì)傳感器、數(shù)據(jù)采集、太陽能供電、遠(yuǎn)程無線傳輸、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用服務(wù)等環(huán)節(jié)的理解以及對(duì)數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的認(rèn)識(shí)，收到了良好的教學(xué)效果。

3.設(shè)計(jì)科學(xué)合理的實(shí)踐科目，開展形式多樣的實(shí)踐模式，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力。實(shí)踐科目設(shè)計(jì)是保證實(shí)踐教學(xué)效果的重點(diǎn)[4，5]。通過對(duì)多種實(shí)訓(xùn)教材、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目的搜集、篩選、整理，并結(jié)合學(xué)校、學(xué)生的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套（20個(gè)左右）科學(xué)、合理的“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐科目，兼顧難度、工作量、覆蓋面、成本、趣味性及實(shí)用性等諸多因素。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下選擇合適的題目，通過文獻(xiàn)查閱、方案論證、器件選擇、電路設(shè)計(jì)、軟件編程、裝配調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)試、文檔整理等環(huán)節(jié)，較系統(tǒng)地掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程，達(dá)到實(shí)踐訓(xùn)練目的。對(duì)于能力較突出且有興趣的學(xué)生，可以進(jìn)一步拓展實(shí)踐教學(xué)形式，鼓勵(lì)他們參加各種類型的科技創(chuàng)新活動(dòng)、參與教師科研活動(dòng)，提高競(jìng)爭意識(shí)、協(xié)作精神和創(chuàng)新能力。

電子信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)的教學(xué)體系和方法面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。筆者根據(jù)多年電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)，分析了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在的主要問題，提出了有針對(duì)性的改進(jìn)措施，應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中效果較好。再配合考核方法、支撐條件等其他環(huán)節(jié)的改進(jìn)，將全面提升“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐及創(chuàng)新能力，更好地滿足現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)對(duì)高質(zhì)量人才的需求。

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基金項(xiàng)目：本文受安徽省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2012A103）資助

作者簡介：江朝暉（1968-），男，博士，副教授，電子信息工程系主任，主要從事電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)科研工作。