運用系統工程的思想構建實踐教學體系

王淑琴

摘 要 專業實踐教學涉及到學生發展的各個方面，也可以看作是一項系統工程。文章運用系統工程的思想和方法，組織分級的實踐教學活動，通過一個實例，詳細介紹如何協調專業實踐教學活動中各項因素，將整個實踐教學環節串起來，實現其系統性和整體性。

關鍵詞 系統工程 實踐教學 課程設計 單片機 A/D轉換芯片

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

0 前言

實踐教學是高等應用型人才培養體系中的一個重要環節，它對培養學生的工程素養和實踐動手能力起著極其重要的意義。實踐教學包括專業課程實驗、開放性實驗、課程設計、電子競賽和畢業設計等，其中課程設計、電子競賽、畢業設計按教學組織大多是由專業教師承擔教學任務。

如何制定人才培養流程，使整個實踐教學過程做到系統化和整體性，一方面需要合理安排與本專業學科基礎類課程相關的實驗教學環節，另一方面要探索課程設計、電子競賽、畢業設計等專業工程實踐環節的規劃，充分擴展專業特色課程相關的實踐教學的內涵。其中后者是提高學生動手能力和綜合思考問題最佳方式。

1 以系統工程的思想構建專業實踐教學體系

系統是由互相關聯、互相制約、互相作用的若干組成部分構成的具有某種功能的有機整體。系統工程是運用系統思想直接改造客觀世界的一大類工程技術的總稱。專業實踐課程活動涉及到學生專業學習的整個階段，也可以看作是一項系統工程。為了提高專業實踐教學活動的教學效果，保證專業知識的可持續性發展，就應該按照系統工程的思想和方法，協調專業實踐教學活動中各項因素。在實際工作中，一方面要重視每一項工作，將每一項工作做到位，另一方面要重視各項工作的內在聯系，建立系統的、整體的教學體系，這樣才能使實踐教學的功能最大化。

目前在高校的實踐教學中常見的問題是缺乏大學四年整體的實踐教學體系，學生每一年都在做不同的實驗不同的設計，設計的系統性和完整性被割裂開，學生不能用聯系的眼光去看全部的設計，不能體會到各專業課程之間的聯系和傳承。針對這一情況，必須做好系統化統籌安排。

結合各個階段專業課程的學習，合理安排專業實踐環節，最大限度激發學生的主動性和能動性，是專業教師必須思考的問題。下文以浙江科技學院測控專業某小組四年的課程設計、專業實驗和畢業設計為例，詳細介紹如何將教師和學生結合起來，系統地完成四年的專業教育。

2 改革與探索——以數字電壓表的設計為例

基于系統化工程的實踐環節，專業教師根據學生學習的各個階段，合理安排與專業課程相對應的課程設計環節，有效地發掘各個環節的密切聯系，培養學生系統化的設計理念。

在一年級本科始業教育和專業認知實習環節，專業老師提供各種設計題目供學生進行分組選擇，這些題目必須具有傳承性的，并且說明各個設計要用到的專業知識，比如說電子課程設計要有電路原理、數字電路和模擬電路相關知識；下一階段就要用到單片機和傳感器等知識；再下一個設計可能要用到虛擬儀器、控制系統等知識，讓學生在一年級就對本專業的整體構造有感性認識，從而激發他們專研專業知識的興趣。

2.1 基于ICL7107的多量程直流數字電壓表的設計

根據教學計劃的安排，在一二年級學生所接觸的主要是專業基礎課，學生能自由掌控的專業知識有限，因此在二年級電子課程設計中，我們要求學生設計一款直流數字電壓表，具體要求是能實現0mV～2V測量范圍。專業教師只負責提出任務以及實現的功能，學生自行查閱資料，提出解決方案，然后師生一起討論可行性。在實踐中，學生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解決方案。

2.1.1 數字電壓表的組成

數字電壓表基本量程200Mv，可以擴展量程2V和20mV。整個電路設計沒有超越學生現有理論知識，學生有能力獨立完成，同時功能的擴展又要求學生綜合運用所學的各門專業課程，完成復雜電路的設計，鍛煉了綜合分析問題并獨立解決問題的能力。

2.1.2 總結分析

這一階段學生只能使用電路模電和數電的相關知識，結合電子綜合實驗，學生查閱資料，了解ICL7107的原理，掌握雙積分式芯片的基本電路的設計，完成了芯片的供電模塊—— ？V直流穩壓電源的設計，并可以在此基礎上開拓量程自動切換的功能（如圖1所示）。

2.2 基于單片機的數字電壓表的設計

隨著二三年級大量專業課程的學習，學生可以運用的專業知識更加豐富了，他們可以完成設計的功能也隨之更加強大。在此基礎上，學生延續前面的設計，改進了電壓表的設計。

2.2.1 基于單片機的數字電壓表的設計

由于ICL7107沒有BCD碼輸出，沒有像ICL7135那樣的BUSY信號，在與單片機連接時，學生遇到了障礙，于是又展開了一場討論，如何利用單片機只是完成直流/交流電壓的測試任務。根據大量查閱的文獻資料，有學生提出采用ICL7135芯片的想法，該芯片與ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D轉換器，加上外圍電路ICL7135可組成一個滿量程為2V的數字電壓表。ICL7135可以采用并行采集方式與單片機系統進行連接。如圖2所示，模擬電壓送到ICL7135進行A/D轉換，然后送到單片機中進行數據處理。處理后的數據送到數碼管中顯示。其中ICL7135電源部分可以沿用上學期的？V直流穩壓電源。

2.2.2 總結分析

現階段可以要求學生用到所學的單片機等知識，完成功能更多、精度更高的課程設計。在單片機等課內實驗中，學生完成了單片機最小實現系統，結合前期所做的電子課程設計，學生可以開發基于單片機的數字電壓表。該設計引入單片機編程實現從數字量編碼轉換到七段譯碼，最后送到數碼管顯示輸出測量結果。學生利用單片機最小實現系統，擴展單片機系統的應用，專業知識得到了綜合運用。

2.3 基于ICL7135的畢業設計

ICI7107/7135都是CMOS雙積分A/D轉換芯片，可以轉換輸出？0 000個數字量，對外提供6個輸入、輸出控制信號。因此，除用于數字電壓表外，還能與異步接受/ 發送器、微處理器或其他控制電路連接使用。

因此，在選做畢業設計題目過程中，學生對需要進行模擬信號處理的設計中大多選用這兩款芯片，如圖3所示，在選用ICL7135作為A/ D 轉換器，模擬信號由傳感器采集，由ICL7135 轉換后數字量送入單片機，由單片機對ICL7135 輸出的信號進行處理，在數碼顯示管（LED）上顯示。并可通過鍵盤輸入溫度設定值。單片機根據設定溫度進行相關運算（如PID、模糊運算等），產生控制信號。

當然還可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的應用的實例，這里我們致力于讓學生對知識點的綜合運用，當他們能用課堂上所學到的知識，系統地解決一個實際的問題，這里面的滿足感和成就感能大大激發學生的學習潛能，提高學習效率。

3 結束語

通過合理選題能讓學生將大學里幾年來學習的知識點“串” 起來，形成有機的整體。開設系統性的專業綜合課程設計對實現工程教育的思想，確保培養合格人才方面具有重要作用和意義。隨著對高等應用型人才培養的需求的不斷擴大，專業實踐環節的改革和實踐必將會進一步深入下去。作為專業教師，致力于為學生營造一個開放的平臺，引導學生以工程觀的思想運用不同學科的理論和方法解決實際問題，激發學生的主動性和創造性，為將來所從事的技術工作打下良好的基礎。