基于工程項目的電子信息工程專業課教學方法研究

喬愛民 羅少軒 王艷春

摘 要：電子信息工程專業課的一個顯著特點是與工程實際聯系緊密，在以往的教學過程中發現，有很多重要知識點對于缺乏工程實踐經驗的學生來說顯得非常抽象和難以理解，單憑教師按照傳統方法在課堂上講授，學生很難理解和掌握，容易產生懈怠，影響教學效果。針對傳統教學方法的不足，在授課過程中結合教學內容適當引入一些實際工程項目，通過分析實際案例，引導學生理解和掌握一些平時覺得很抽象的重要知識點。這樣不但有利于激發學生的學習興趣、加深學生對一些重要知識點的理解和掌握，還能鍛煉學生的工程實踐能力，提高工程化人才的培養水平，經過數年的實踐表明，該教學方法取得了較好的效果。

關鍵詞：項目教學法；電子信息；教學研究；工程實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）05-0028-03

Abstract： One of the significant features of the electronic information engineering course is that it is closely related to the engineering practice. In the past teaching process， a lot of important knowledge points were very abstract and it was difficult for engineering students who lacked practical experience to understand. If teachers only adopt traditional methods in the classroom， students will be prone to be slack， affecting the teaching effect. Aiming at the deficiency of traditional teaching methods， it will be easy to make students understand these abstract knowledge points by introducing some practical projects into classroom teaching and analyzing some actual cases. This teaching method will stimulate students' learning interest， deepen their understanding of some vital knowledge points， train their engineering practice ability and improve the training quality of engineering talent. Several years' practice shows that this teaching method has achieved good effect.

Keywords： project teaching method； electronic information； teaching research； engineering practice

一、概述

電子信息工程是一門應用計算機等現代化技術進行電子信息控制和信息處理的學科，主要研究信息的獲取與處理，電子設備與信息系統的設計、開發、應用和集成。其主干專業課包括電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子線路、電子設計自動化、信號與系統和PLC原理及應用等課程[1]。學生不僅要學習基本的電路知識，還要掌握利用計算機軟件處理數據信息的方法，而且在實踐實訓環節還要動手設計、連接一些實際的功能電路并結合計算機進行仿真和調試。培養的是掌握現代電子技術理論、通曉電子系統設計原理與設計方法，具有較強的計算機、外語和相應工程技術應用能力，面向電子技術、自動控制和智能控制、計算機與網絡技術等電子、信息、通信領域的寬口徑、高素質、德智體全面發展的具有創新能力的高級工程技術人才[2]。

二、目前電子信息工程專業課教學過程中存在的問題

電子信息工程專業課信息量大、涉及的知識面廣、實踐性和應用性很強，學生在剛開始接觸時，其實學習興趣都很濃厚，學習效果也不錯。但在實際教學過程中發現，隨著課程的逐漸深入，學生學習時會遇到很多困難，導致學習興趣減退和學習效果的降低，經過深入分析，主要原因為如下幾點：

1. 電子信息工程專業課中很多重要知識點與工程實際聯系非常緊密，比如“傳感器信號的調理和放大”、“多臺電動機的順序控制環節”、“閉環控制系統”等知識點就和現代工業生產息息相關，如果學生缺乏工程實踐經驗，沒有這方面的感性認識，那么在學習這些知識點時會覺得非常抽象和難以理解。單憑教師按照傳統方法在課堂上講授，即使反復講解多次，學生也會覺得猶如“空中樓閣”，似懂非懂，很難窺其全貌，更不用說靈活運用。長此以往，學生極易產生懈怠情緒，出現厭學、不學的情況，嚴重影響教學效果。

2. 很多專業課教師沒有把教學和科研有機結合。很多教師往往將自己的工作分為涇渭分明的兩部分：教學工作和科研工作。教學工作就是勤勤懇懇的完成教學任務，遵循課本傳授知識；科研工作就是申報各類工程研究項目后埋頭鉆研，發表研究成果。很少能將教學和科研二者有機的結合起來。

在教研室每學期組織集體聽課的過程中，發現很多博士和高級職稱教師雖然自身科研能力很強也有很多科研項目，但在上課過程中卻沒能把自己的工程實踐經驗糅合到書本中去并傳授給學生，這樣就非常可惜。其實，如果換一換思路，在講解一些有工程實踐背景的重要知識點時，將教師自身的實際科研項目或工程項目融入到課堂教學中，有時確實能綻放出意想不到的火花[3]。

3. 目前在電子信息工程專業課教學過程中，很多教師往往過于強調知識的系統性和完整性，注重書本和教材上理論知識點的講解，而忽視實踐動手能力的培養。導致畢業生往往理論知識豐富但欠缺實踐經驗和解決實際問題的能力。而隨著社會的發展，目前用人單位越來越注重大學畢業生的實踐能力和解決問題的能力，不少單位在接納畢業生后還需要對其進行較長時間的二次培訓后才能上崗，這在一定程度上造成了教育資源的浪費[4]。

三、基于工程項目的電子信息工程專業課教學方法研究與實踐

在電子信息工程專業課堂教學過程中，很多知識點比較抽象，學生缺乏感性認識，理解起來有一定的難度，會產生畏難情緒。如果結合教學內容適當引入一些工程實例，具體到此知識點的實際應用以后，不但能激發學生的學習興趣，還能提高學生的學習積極性、加深對相關知識點的理解[5]。有了這樣的指導思想后，我們開始考慮如何改進教學方法，通過長期的教學實踐，對電子信息工程專業課的課堂教學方法作了一定的改進和創新。

（一）將實際工程項目引入課堂，激發學生的學習興趣，并深化對抽象知識點的理解

在《電氣控制與PLC應用》這門課程中，有一個重要知識點“電動機的順序控制環節”，教學內容是如何控制多臺電動機的啟動順序和停止順序。在講授這個知識點時，很多同學會有疑問：把多臺電動機的電源線并聯在一起，同時啟動和停止不就可以了嗎？何必多此一舉設計什么順序啟動、逆序停止的控制電路呢？

圖1 皮帶運輸機示意圖

此時引入一個工業生產中常用的皮帶運輸機控制實例：三條皮帶運輸機由三臺電動機帶動，待處理的貨物從左至右依次從3號運輸機傳送到1號運輸機，要求在傳輸的過程中皮帶運輸機上不能有貨物堆積。通過這個實例，學生們就很容易發現，如果簡單的將三臺電動機同時啟動或同時停止，那么都會在皮帶運輸機上滯留貨物并導致堆積，進一步研究后發現，按照1、2、3的啟動順序和3、2、1的停止順序是最優化的控制方案，能最大程度的避免貨物堆積。因此，學生們可以切實體會到，原來在實際工業控制過程中，多臺電動機的啟停控制確實不是簡單的同時進行就可以的，通過對啟停順序的討論和對比，不但激發了學生的學習興趣，還加深了其對“電動機的順序控制”這個知識點的掌握，并有了感性的認識。

（二）鼓勵優秀學生適度參與教師的科研項目或工程項目，鍛煉學生的實踐動手能力和解決實際問題的能力，并為學科專業競賽做準備

在課堂教學過程中，總能發現部分學習能力強、對某門專業課程特別感興趣的學生，對這部分學生可以積極引導，鼓勵其在學有余力的情況下適度參與教師的實際科研項目和其他工程項目，一方面開闊了學生的眼界、鍛煉了學生的實踐動手能力和解決實際問題的能力，另一方面通過這部分學生取得的一些成績激發其他學生的學習興趣和積極性[4，5]。在《電子設計自動化》課程的教學工作中，發現班上有幾位同學學習能力很強而且對自動控制技術非常感興趣，因此就向他們介紹了教師的科研項目，并分出部分子課題讓他們研究，比如禽類養殖場飼料塔料量監控和無線水文信息檢測等，原理圖如圖2和圖3所示。

圖2 禽類養殖場飼料塔料量監控系統原理圖

圖3 無線水文監測系統原理圖

在此過程中，他們結合教材內容和項目的研究要求，邊學邊練，進步很快，不但按時完成了研究任務，還參與申報了三項實用新型專利“基于無線傳感器網絡的閘門控制系統”、“禽類養殖場飼料塔料量監控系統”和“無線式附著升降腳手架控制系統”的申報，并獲得了專利證書。他們取得的成績同時也激發了其他同學的學習積極性，后來又組成了數個學習興趣小組，并在電子與電氣工程系第一屆電子設計競賽中嶄露頭角，取得了不錯的成績。

（三）在校園中和學生身邊發掘研究項目，引導學生將課本中的知識活學活用

前段時間學院在教學樓內放置了一批不銹鋼自動加熱飲水機，為教師和學生提供開水。其實自動加熱飲水機就是一個小型的電氣自動控制系統，因此在“PLC過程控制”知識點的課堂教學中，我就向學生提出問題：如果我們利用PLC來控制一臺自動加熱飲水機，應該怎么做呢？題目一出，就引發了學生們激烈的討論。此時可以適當引導：“對自來水加熱需要用到電加熱器，而檢測水溫則需要用到溫度傳感器。除此之外，還需要哪些元件呢？”有學生思考后發現，不銹鋼自動加熱飲水機是全封閉式的，進水和出水都是自動控制的，因此需要用到電磁閥和水位傳感器，水不足時補水，水滿時停止進水。然后繼續引導：“水箱內水很少時，可以加熱嗎？正在混入冷水時可以出水嗎？”學生經過進一步思考，為防止加熱器干燒而損壞，必須設置一個水位下限，而且混入冷水時，不能同時打開出水電磁閥，避免接到未燒開的混合水。最終通過教師引導和學生討論，得到了一個由PLC控制的自動加熱飲水機控制模型，如圖4所示。

圖4 自動加熱飲水機控制模型

根據得到的模型圖，繼續引導學生：“如果利用PLC來完成控制功能，圖中哪些是提供輸入信號的元件，哪些是輸出元件呢？”學生們仔細思考后發現，水溫開關、水位開關屬于輸入信號元件，而電磁閥、加熱器則屬于輸出元件。明確了以上信息之后，就可以按照教材上的方法依次做出PLC接線圖和軟件控制程序了。通過校園中學生身邊的一些事物，引導學生將書本中的知識活學活用，不但能激發學生的學習興趣，而且也加深了學生對相關知識點的理解和掌握。

四、基于工程項目的電子信息工程專業課教學效果

基于工程項目的電子信息工程專業課教學方法實施的兩年中，學生的學習興趣、動手能力、創新能力和學習成績都有了明顯的提升。很多學生積極申報大學生創新創業項目、參與教師的科研項目、積極參加各類學科專業競賽，并且取得了不錯的成績，教學效果對比如表1所示。

表1 基于工程項目的電子信息工程專業課教學效果對比表

由表1及圖5和圖6可知，基于工程項目的電子信息工程專業課教學方法不僅得到了學生的認可，而且在教學實踐中取得了良好的教學效果，同時也顯示出工程化教學模式的優勢與教學改革的成功。

五、結束語

針對目前電子信息工程專業課教與學過程中存在的一些問題，經過長期的課堂教學實踐和探索，發現將授課教師的實際工程項目引入課堂教學不僅有利于調動學生學習的積極性和主動性、深化學生對知識點的理解和掌握，更能增強學生的實踐動手能力和解決實際問題的能力。在項目化教學方法實施的兩年中，電子信息工程專業已有2名學生獲得了省級學科專業競賽一等獎，10多名學生獲得各類省級學科競賽二等獎和三等獎，學生參與獲得國家實用新型專利3項，取得了較好的教學實踐效果。

參考文獻

[1]宋智，王睿杰，盛虎，等.適應創新型人才培養的電子信息實驗教學研究[J].實驗室科學，2015，18（6）：139-141.

[2]余新平，余厚全.電類專業高素質“應用型”人才培養新機制與實踐教學體系研究[J].長江大學學報（自然科學版），2015，12（1）：82-84.

[3]程望斌，劉翔，丁躍澆，等.低頻電子線路課程教學方法研究與實踐[J].實驗科學與技術，2015，13（5）：203-204.

[4]岑盈盈，莫云峰，戴敏，等.電工電子實習模塊化教學研究與管理平臺實現——借鑒德國應用科學大學實踐教學模式[J].浙江科技學院學報，2015，27（5）：381-385.

[5]劉少克，李曉龍.基于項目導向的研究性教學模式探索[J].教育教學論壇，2015，36：114-115.