實(shí)踐類公共選修課的教學(xué)建設(shè)

卓鄭安， 高 飛， 朱文立

(上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院，上海 201620)

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實(shí)踐類公共選修課的教學(xué)建設(shè)

卓鄭安， 高 飛， 朱文立

(上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院，上海 201620)

將地方高校專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成果受惠于學(xué)生，利用校園網(wǎng)課程資源，共享教學(xué)與實(shí)踐平臺(tái)，開設(shè)了面向全校工科類學(xué)生的實(shí)踐類公共選修課。實(shí)踐類公選課的教學(xué)建設(shè)從課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)軟件及硬件條件建設(shè)入手，注重課程的開放性，注重教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和青年教師培養(yǎng)。教材建設(shè)強(qiáng)化了理論教學(xué)水平；教學(xué)視頻建設(shè)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。實(shí)踐案例說明，實(shí)踐類公共選修課的教學(xué)建設(shè)，提高了實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性和教學(xué)效果；提供了學(xué)生電子競賽及創(chuàng)新活動(dòng)的平臺(tái)，使學(xué)生工程訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、對科學(xué)現(xiàn)象的探索能力得到了提高，使科學(xué)研究更直觀有效。同時(shí)，推動(dòng)了教材建設(shè)、培養(yǎng)了青年教師、組建了課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

實(shí)踐類； 公選課； 教學(xué)建設(shè)

0 引 言

依據(jù)《國家教育信息化10年發(fā)展規(guī)劃》精神，要遴選和開發(fā)500個(gè)學(xué)科工具、應(yīng)用平臺(tái)和1 500個(gè)虛擬仿真系統(tǒng)，推動(dòng)仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域、特別是在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。為此，開設(shè)了面向全校學(xué)生的實(shí)踐類公共選修課(以下簡稱公選課)“基于PROTEUS的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”。

開設(shè)實(shí)踐類公選課的好處是：以教育理念創(chuàng)新為先導(dǎo)，育人為本。學(xué)生按照自主設(shè)計(jì)的內(nèi)容開展電路圖設(shè)計(jì)、代碼編寫、仿真調(diào)試、PCB設(shè)計(jì)等活動(dòng)。在創(chuàng)新研究中，學(xué)生按照自己的想法或興趣，完成一些基本應(yīng)用型電子電路的獨(dú)立設(shè)計(jì)。

地方高校是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的主力軍，實(shí)踐教學(xué)是重要保障，但在具體實(shí)施過程中還存在許多問題[1-2]。公選課提供給學(xué)生教師自編的“講義”、“指南”、“教案”等系列教學(xué)文件，而學(xué)生需要有一本規(guī)范的教材，有利于得心應(yīng)手地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、測試、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等一系列實(shí)踐活動(dòng)。另外，為使學(xué)生較快掌握應(yīng)用軟件，教師需要制作教學(xué)視頻課件，從中創(chuàng)新信息化教學(xué)方式。

可見，實(shí)踐類公選課的教學(xué)建設(shè)，目的就是使學(xué)生的工程訓(xùn)練能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到提高，使科學(xué)研究更直觀有效。同時(shí)，帶動(dòng)了教材建設(shè)，培養(yǎng)了青年教師的教學(xué)與科研能力，組建了課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

1 建設(shè)目標(biāo)

將地方高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成果受惠于學(xué)生，充分利用教學(xué)與實(shí)踐平臺(tái)資源，建設(shè)面向全校工科類學(xué)生的實(shí)踐類公選課。

編寫出版一本教材、制作一套教學(xué)視頻課件，用一臺(tái)電腦和一套軟件構(gòu)成一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)。學(xué)生在虛擬環(huán)境下選擇元件、創(chuàng)建電路、計(jì)算調(diào)整參數(shù)、觀測仿真結(jié)果等，邊設(shè)計(jì)邊修改調(diào)試。利用軟件庫中的測試儀表測試，最后組裝實(shí)物及優(yōu)化[3-5]。引入仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，最大限度地實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新思維的發(fā)揮，開闊了學(xué)生視野[6]。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入公共選修課，是實(shí)驗(yàn)室開放的一種嶄新模式。對于缺乏穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件而又必須實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)生，通過公選課能有效地獲取有用知識(shí)。公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)建能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室空間、儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的集約化，達(dá)到重組教學(xué)資源、實(shí)現(xiàn)資源共享、促進(jìn)學(xué)科發(fā)展的目的[7-8]。

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

現(xiàn)有教學(xué)團(tuán)隊(duì)由5位教師組成，平均年齡43歲。高職稱占60%，中職稱占20%，知識(shí)結(jié)構(gòu)合理。理論專職教師2人；實(shí)驗(yàn)專職教師3人，師資配置均衡。

培養(yǎng)青年教師是建設(shè)重點(diǎn)。教學(xué)隊(duì)伍中有青年教師2人，在教學(xué)活動(dòng)中，主講教師與他們組成課程組，分別在電類基礎(chǔ)性、綜合性仿真設(shè)計(jì)與硬件實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中；在單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與控制方面進(jìn)行了具體培養(yǎng)及指導(dǎo)。通過團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，他們在視頻教學(xué)文件的設(shè)計(jì)制作、教材編寫、系列教學(xué)文件修改與制定、教學(xué)研究論文撰寫、與學(xué)生互動(dòng)等環(huán)節(jié)中得到鍛煉與提高。

2.2 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

公選課教學(xué)內(nèi)容，是用業(yè)界主流的仿真軟件PROTEUS來設(shè)計(jì)與分析項(xiàng)目[9]，強(qiáng)化對電類、機(jī)電類等電學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的理解與應(yīng)用。基礎(chǔ)仿真培養(yǎng)學(xué)生操作能力；綜合仿真培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力；創(chuàng)新仿真培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。虛擬仿真和硬件實(shí)現(xiàn)相結(jié)合，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。

課程要求。每班學(xué)生數(shù)上限20人，實(shí)行小班化教學(xué)。以2人組為單位，設(shè)計(jì)小型的應(yīng)用性電路模型并仿真實(shí)現(xiàn)。改革教學(xué)時(shí)數(shù)的安排，減少講課學(xué)時(shí)；強(qiáng)化操練學(xué)時(shí)；增加設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)。把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，使之在視頻教學(xué)下自主完成研究內(nèi)容。

課程體系建設(shè)。教學(xué)內(nèi)容雖然由教師提出與設(shè)計(jì)，但更偏重引導(dǎo)學(xué)生思考。教師引導(dǎo)為主，圍繞學(xué)生不同的需求，做出方法上的指導(dǎo)與技術(shù)上的支撐[10-12]。

2.3 教學(xué)方法建設(shè)

前期教學(xué)是用教師自編的“講義”、“指南”、“教案”等課件，從數(shù)字與模擬電子技術(shù)、單片機(jī)等基礎(chǔ)模塊入手，引導(dǎo)學(xué)生軟件仿真并調(diào)試修改，在硬件平臺(tái)上調(diào)試改進(jìn)。

教材建設(shè)。在使用自編系列課件的基礎(chǔ)上，編寫出版一本規(guī)范的教材，指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握主流仿真軟件的設(shè)計(jì)方法，還可以一邊使用一邊修訂。

前期教學(xué)手段是在“PROTEUS創(chuàng)新與仿真實(shí)驗(yàn)室”，老師通過在課堂上講授基本理論、軟件仿真方法以及硬件實(shí)現(xiàn)手段，使學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練并實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。

教學(xué)視頻建設(shè)。在使用自編系列課件的基礎(chǔ)上，制作教學(xué)視頻課件并上網(wǎng)，學(xué)生隨時(shí)隨地可以學(xué)習(xí)和操練。

2.4 教學(xué)條件建設(shè)

(1) 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化虛擬化平臺(tái)，不受時(shí)空限制，共享設(shè)備資源。①開發(fā)并啟用校園網(wǎng)上在線實(shí)驗(yàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。②因涉及網(wǎng)絡(luò)安全，前期軟件系統(tǒng)未連接到因特網(wǎng)；如要全網(wǎng)覆蓋，讓學(xué)生隨時(shí)隨地能在線使用虛擬實(shí)驗(yàn)室，在網(wǎng)絡(luò)上建立一套安全保障系統(tǒng)。③升級(jí)并啟用PROTEUS漢化版8.0。

(2) 共享平臺(tái)建設(shè)。①建設(shè)開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足100位學(xué)生同時(shí)在線登陸；②建設(shè)實(shí)踐與應(yīng)用平臺(tái)，滿足課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、各類電子競賽學(xué)生的要求；③建設(shè)經(jīng)濟(jì)先進(jìn)的平臺(tái)，軟件硬件共享。軟件及時(shí)更新升級(jí)；為滿足學(xué)生獨(dú)立使用儀器設(shè)備的要求，提供硬件保障。

(3) 教學(xué)文件建設(shè)。結(jié)合實(shí)踐中的成功與問題，進(jìn)一步修訂和完善教學(xué)大綱、課程簡介等系列教學(xué)文件并上網(wǎng)。總結(jié)教學(xué)成果，發(fā)表教學(xué)論文。

3 實(shí)踐案例

公選課是電子競賽和學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)實(shí)踐平臺(tái)。在工程能力競賽中學(xué)生設(shè)計(jì)的“自行探測賽道并避障控制電路”，通過仿真、驗(yàn)證、修改后，用軟件制作PCB版并搭建電路；獲得了全國競賽的獎(jiǎng)項(xiàng)。再舉三個(gè)案例。

例1 基于單片機(jī)的普及型地震報(bào)警器設(shè)計(jì)。

應(yīng)用一種基于低重力振動(dòng)加速度傳感器的地震波檢測技術(shù),設(shè)計(jì)地震檢測報(bào)警系統(tǒng)。完成電路圖繪制并用PROTEUS仿真；根據(jù)模塊在系統(tǒng)中作用確定電路芯片，用單片機(jī)協(xié)調(diào)工作。報(bào)警器模擬地震烈度并實(shí)現(xiàn)了聲音警報(bào)；實(shí)時(shí)記錄并顯示了震級(jí)大小及地震時(shí)間等信息。圖1和圖2是依據(jù)單片機(jī)串口發(fā)出的采樣數(shù)據(jù)，地震加速度傳感器在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)情況下的重力加速度時(shí)間曲線的仿真波形[13]。

圖1 60 s內(nèi)重力加速度時(shí)間曲線(無明顯震動(dòng))

圖2 30 s內(nèi)重力加速度時(shí)間曲線(有明顯震動(dòng))

例2 基于GPRS的智能酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)。

實(shí)現(xiàn)了一種基于GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)上傳各類數(shù)據(jù)、綁定酒駕人信息、及時(shí)處置事件的智能酒精濃度檢測裝置。通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程主機(jī)交互各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線查詢酒駕人身份，并實(shí)時(shí)保存檢測數(shù)據(jù)。圖3是監(jiān)控中心上位機(jī)軟件界面[14]。

例3 基于指紋識(shí)別的軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

將指紋采集儀連接到計(jì)算機(jī)USB接口，對同一個(gè)指紋圖像分三次采集并記錄，指紋數(shù)據(jù)通過通訊口傳送到PC機(jī)。經(jīng)過兩兩比對，保存最佳指紋圖像到數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)采集的身份信息全部保存在數(shù)據(jù)庫中，而不是通過某條路徑來存放，提高了信息安全。圖4是指紋獲取界面[15]。

圖4 指紋獲取界面

4 開設(shè)實(shí)踐類公選課的經(jīng)驗(yàn)及效果

(1) 信息化環(huán)境下學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力明顯增強(qiáng)。學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解、提高參數(shù)計(jì)算能力等方面有明顯提高；依據(jù)仿真結(jié)果對參數(shù)作調(diào)整，提高了對科學(xué)現(xiàn)象的興趣和研究動(dòng)力。

(2) 教學(xué)方式和教育模式有所創(chuàng)新。搭建了學(xué)生交流合作的平臺(tái)，培養(yǎng)了學(xué)生利用虛擬技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，并獲得初步的科研成果。

(3) 是公共選修課的創(chuàng)新建設(shè)。仿真教學(xué)進(jìn)課堂，創(chuàng)新了公選課的信息化教學(xué)方式，提升了個(gè)性化互動(dòng)教學(xué)水平。

5 結(jié) 語

公選課的教學(xué)建設(shè)從課程內(nèi)容、思想方法、實(shí)驗(yàn)條件等系列建設(shè)入手，注重教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和青年教師培養(yǎng)。教材建設(shè)強(qiáng)化了理論教學(xué)水平；教學(xué)視頻建設(shè)給學(xué)生帶來了主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，提高了實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性和教學(xué)效果。提供了學(xué)生電子競賽及創(chuàng)新活動(dòng)的平臺(tái)，使學(xué)生工程訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、對科學(xué)現(xiàn)象的探索能力得到了提高。

[1] 羅文廣，陳文輝，胡 波.電氣信息類專業(yè)多元化實(shí)踐教學(xué)模式的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013(5):138-140.

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The Construction of Teaching for Public Selective Course on Practice Class

ZHUOZheng-an，GAOFei,ZHUWen-li

(College of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620， China)

Let the construction achievement of special laboratory in local colleges and universities benefit students. We use campus network curriculum resources, sharing teaching and practice platform to open public selective courses for engineering students in our university. The teaching reform for public courses begins with course contents, ideas, experiments environment and so on, and pays attention to the teaching team cultivation. The teaching material construction emphasizes on the level of theoretic teaching. Constructing teaching video results in the active learning of students. Therefore, the teaching quality is improved and the practice activities of students are enhanced. We provide the electronic design contest and innovation activities to students, and let the students acquire the ability of practice and innovation, then increase the ability of exploration of scientific phenomena. The scientific research would be more clear for our students.

practice class； public selective course； teaching construction

2014-03-03

2011年上海地方高校實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目(B-8935-11-0104)；2013年上海工程技術(shù)大學(xué)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目(A-0601-13-01185)

卓鄭安(1957-)，女，廣東中山人，副教授，電學(xué)基礎(chǔ)教研室主任，研究方向：電路與電子技術(shù)的教學(xué)與應(yīng)用。

Tel.：13761008211；E-mail:zza8211@126.com

高 飛(1962-)，男，上海人，高級(jí)工程師，電子電氣中心實(shí)驗(yàn)室主任，研究方向：自動(dòng)化。Tel.：13601752359

TP 387;G 420

A

1006-7167(2015)01-0176-04