現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)思考

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)和教學(xué)過程，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中的問題進(jìn)行總結(jié)和分析。分別從加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練和實(shí)際電路設(shè)計(jì)，科技學(xué)a術(shù)活動(dòng)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容和考核辦法改進(jìn)等給出具體的教改方法，提高了教學(xué)效果和學(xué)生綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；綜合素質(zhì)

一、引言

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)是我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱為“電子”專業(yè)）的一門選修課程。通過該課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，目的是使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及原理有一個(gè)較為完整和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并具有一定工藝分析、解決工藝問題和提高產(chǎn)品質(zhì)量的能力，可以掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主要過程，從專業(yè)的角度對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并且掌握ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)。從課程的教學(xué)目的可知，本課程要求培養(yǎng)學(xué)生在知識(shí)綜合應(yīng)用和動(dòng)手實(shí)踐方面的能力，不僅要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用思維，還需要學(xué)生具有很強(qiáng)的動(dòng)手能力和應(yīng)用能力。

近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和手段也在不斷更新和進(jìn)步。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在快速發(fā)展的電子技術(shù)應(yīng)用中不斷受到挑戰(zhàn)。從傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)方法到EDA設(shè)計(jì)方法，從分立元件系統(tǒng)到集成電路設(shè)計(jì)，從PCB集成系統(tǒng)到芯片集成系統(tǒng)（SoC），從純硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)到硬件與軟件結(jié)合的系統(tǒng)開發(fā)，新型電子系統(tǒng)層出不窮，其設(shè)計(jì)理念也發(fā)生著革命性的變化。這使得企業(yè)不僅需要畢業(yè)生在進(jìn)入該領(lǐng)域時(shí)具備良好的專業(yè)能力和素質(zhì)，更需要他們了解和形成現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)思維方式和綜合設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，學(xué)校要促進(jìn)教學(xué)知識(shí)與時(shí)俱進(jìn)，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的實(shí)用型工程技術(shù)人才，提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；也要對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行深刻的思考和改進(jìn)。

二、存在的問題

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要包括理論授課和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。理論授課主要包括對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法、思維、工具、應(yīng)用基礎(chǔ)的介紹與強(qiáng)化，常用處理器及其體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、設(shè)計(jì)、改進(jìn)知識(shí)和FPGA重構(gòu)思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學(xué)授課過程中需要貫穿系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想。實(shí)踐實(shí)驗(yàn)則以上機(jī)實(shí)驗(yàn)為主，進(jìn)行規(guī)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的驗(yàn)證、觀察和簡(jiǎn)單電路的原理設(shè)計(jì)。電子系統(tǒng)課程所存在的問題主要在教學(xué)方法和人才培養(yǎng)方面。

1.教學(xué)方法問題

在幾年的教學(xué)過程中，筆者通過思考和分析課程教學(xué)中的問題以及學(xué)生的反饋意見，總結(jié)了以下幾點(diǎn)問題：

（1）基礎(chǔ)知識(shí)不牢。教師在課堂授課、實(shí)踐過程中不能很好地將各門課程綜合應(yīng)用，各門課程間缺乏溝通，學(xué)生無法將所學(xué)知識(shí)串連起來，進(jìn)行綜合應(yīng)用。

（2）教學(xué)內(nèi)容有所欠缺。學(xué)生對(duì)處理器知識(shí)的理解和實(shí)際軟件編程思維不夠深刻，習(xí)慣于有實(shí)驗(yàn)手冊(cè)指導(dǎo)條件下的慣性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑坏┙處熥屗麄冞M(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)來完成設(shè)計(jì)時(shí)，就無法形成系統(tǒng)性思維，各自為戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)不強(qiáng)。

（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績(jī)=平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)”的計(jì)算方式，學(xué)生疲于應(yīng)付考試，應(yīng)試態(tài)度明顯，不去思考本門課程所學(xué)內(nèi)容與先修課程和本學(xué)期其他課程的關(guān)聯(lián)，只去死記硬背些條條框框，對(duì)于思考題和實(shí)際現(xiàn)象無法進(jìn)行有效分析，形成了固化思維。

2.人才培養(yǎng)問題

除此之外，電子專業(yè)在人才培養(yǎng)方面也存在一些問題，主要體現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性以及創(chuàng)新活動(dòng)的參與度上：

（1）2013年前，電子專業(yè)在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、遼寧省機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等體現(xiàn)和鍛煉綜合素質(zhì)的活動(dòng)中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側(cè)面反映出學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)原理、EDA與VHDL語(yǔ)言等課程的綜合應(yīng)用能力較差，學(xué)習(xí)和參與的主動(dòng)性和積極性不高，綜合設(shè)計(jì)能力不強(qiáng)。

（2）根據(jù)對(duì)學(xué)生就業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在畢業(yè)后兩年內(nèi)從事與本專業(yè)相關(guān)的研發(fā)、技術(shù)設(shè)計(jì)、理論研究工作的人數(shù)不到畢業(yè)人數(shù)的20%，其他學(xué)生多選擇改行。在校學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)可度也普遍偏低，選擇考研的學(xué)生中有90%選擇了外校。

三、課程改進(jìn)的方法

為使學(xué)生能夠更好地掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，并真正提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維和教學(xué)效果，我系針對(duì)上面出現(xiàn)的問題進(jìn)行思考，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的切實(shí)改進(jìn)。

1.加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練和實(shí)際電路設(shè)計(jì)

實(shí)際的動(dòng)手訓(xùn)練和電路設(shè)計(jì)，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見故障問題，并加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)際設(shè)備操作和實(shí)用能力的培養(yǎng)。采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式，由教師結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)需要，對(duì)學(xué)生下發(fā)開發(fā)板、相關(guān)元器件，改變傳統(tǒng)僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說教方式完成對(duì)電子系統(tǒng)各組成元器件的認(rèn)知，以硬件電路的設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)踐項(xiàng)目為引導(dǎo)，使學(xué)生全程接觸實(shí)際電路和處理器，以實(shí)際項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程、方法、步驟的掌握和訓(xùn)練。教師將STC單片機(jī)公司和德州儀器公司贈(zèng)送的開發(fā)板下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生2～3人一組進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)和學(xué)習(xí)，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機(jī)開始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，為后續(xù)FPGA處理器設(shè)計(jì)打下良好的應(yīng)用思維基礎(chǔ)。

2.以科技學(xué)術(shù)活動(dòng)為激勵(lì)

學(xué)校以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、遼寧省機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等科技學(xué)術(shù)活動(dòng)為激勵(lì)，通過相關(guān)大賽培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和自主性。通過這幾年的積極引導(dǎo)，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在以上競(jìng)賽和活動(dòng)的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽省級(jí)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)各2項(xiàng)，參與3人次；獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃國(guó)家級(jí)立項(xiàng)2項(xiàng)，省級(jí)立項(xiàng)3項(xiàng)，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區(qū)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，參與2人次；獲遼寧省機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，參與12人次；參與校級(jí)及其他各類科技學(xué)術(shù)活動(dòng)50余人次。這些大賽不但提高了學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)，還提高了學(xué)生的總結(jié)能力、文檔設(shè)計(jì)能力、電路設(shè)計(jì)和軟件編程能力。

3.教學(xué)團(tuán)隊(duì)形式優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容

本專業(yè)教師聯(lián)合為同一教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生動(dòng)手能力的目標(biāo)下，盡量為學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)統(tǒng)一的綜合性題目，增強(qiáng)學(xué)生的能力，同時(shí)，使各門課程的知識(shí)點(diǎn)相輔相成、互相印證，使學(xué)生更容易將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合和理解。

4.考核辦法改進(jìn)

考核辦法從六個(gè)方面考核綜合訓(xùn)練完成的成績(jī)，即報(bào)告、設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問題的程度以及綜合訓(xùn)練過程中的工作態(tài)度等。其中，報(bào)告占14%、設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓(xùn)練設(shè)計(jì)掌握程度占6%、課堂研討回答出的問題占7%、綜合訓(xùn)練過程中的工作態(tài)度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創(chuàng)見性題目。同時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文，以學(xué)術(shù)論文替代期末考試。

增加小組設(shè)計(jì)和小組討論環(huán)節(jié)，教師團(tuán)隊(duì)設(shè)定十組中等難度的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)題目，將學(xué)生按2～3人一組進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目分組，完成設(shè)計(jì)白皮書（包括系統(tǒng)需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進(jìn)行答辯。組員各負(fù)其責(zé)，完成各自項(xiàng)目中的任務(wù)，教師和學(xué)生一起進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的需求分析、設(shè)計(jì)步驟安排、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。這樣，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)之余提高團(tuán)隊(duì)合作能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。經(jīng)實(shí)際操作此過程，學(xué)生反應(yīng)強(qiáng)烈，討論和學(xué)習(xí)動(dòng)力增加，分組實(shí)踐情況如圖所示。

分組實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)和本專業(yè)教學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)本課程的教、學(xué)、練等三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，發(fā)揮和突出本專業(yè)應(yīng)用特色，并且從幾年來的實(shí)踐效果看，新的改進(jìn)方法增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和教學(xué)過程中的靈活性，提高了學(xué)生綜合能力素質(zhì)和成果比例。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋曉梅.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.

[2]張金.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：劉超（1981— ），男，遼寧省朝陽(yáng)市人，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、FPGA結(jié)構(gòu)。