電子信息技術專業電子系統設計與實踐課程教學方法的改革與探討

吳占雄　曾毓　高明煜　黃繼業

【摘要】隨著技術進步，社會對電子信息技術人才的培養質量要求越來越高。作為高等學校電子信息技術專業的一門重要基礎課，電子系統設計與實踐課程在培養學生的電子系統設計能力方面起到了重要作用。本專業對該課程進行“以系統為出發點，以項目為導向”新模式的教學方法改革與嘗試。經過多學期實踐，取得了良好效果，不但能夠提高學生系統規劃能力，也可增強學生的創新意識。本文對該課程的建設方法與成果進行了一些總結，并提出一系列更深層次的探索性課題。

【關鍵詞】電子技術 電子系統 設計性實驗

【基金項目】浙江省高等學校精品課程建設項目。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）31-0250-02

隨著科技的快速發展，社會對電子信息技術類人才的需求日趨旺盛，同時對其培養質量也提出了更高要求，使得電子系統設計與實踐成為高校電子信息類專業的一門極其重要的基礎課程[1]。為了取得良好的教學效果，須對理論教學內容進行優化整合，根據培養目標對教學方法與手段加以改革，為學生樹立起系統設計思想并運用到工程實踐中，提高學生系統創新設計能力[2]。另外，設計性實驗也是成就高校學生個性發展和動手能力的重要途徑，采用主動性實踐教學理念組織實驗教學，實施以學生為中心、以項目為導向的實踐教學模式，調動學生的主觀能動性，是提高學生創新能力的可行路徑[3]。最后課程考核指標的設計要體現出學生在學習過程中的能動意識、創新意識[4， 5]。根據本專業培養目標，基于學院豐富的實驗資源，本文提出了“以系統為出發點，以項目為導向”的新教學模式，通過系統實例架構起知識點，以項目來驅動綜合性設計實驗，通過分類考核指標激勵學生的創新熱情，大大提高學生的系統設計綜合能力，增強其社會競爭力。

一、當前電子系統設計與實踐課程的教學現狀

電子系統設計與實踐是一門實踐性很強的課程，所面向的授課對象主要為有一定軟硬件基礎的大三學生。作為電子信息技術專業一門重要的基礎課，對本科生的培養質量起著重要作用。作為系統設計，涉及的知識很全面，需要學生具備電路分析與設計、單片機體系結構、匯編及C語言編程、軟硬件調試等知識或技能。但是由于授課方法陳舊及缺乏配套實驗，學生們往往只浮于知識表面，不能用系統的觀點去歸納和理解所學過的電子知識，更不能去實現一個完整的電子系統。這門課程在教學上的困境和挑戰歸納起來主要有以下四個方面：

1.如何使學生建立起“系統”設計的概念

電子系統是指能夠完成某一特定功能的電子設備，包括硬件與軟件。雖然大三階段學生學過一些電子技術相關知識，但仍沒有建立起“系統”概念，還不清楚如何去定義一個電子系統，更不清楚如何根據具體的性能指標去實現電子系統。

2.如何使學生把學過的知識納入到“系統”設計的框架中來

雖然電子信息技術專業學生上過模擬/數字電子技術、單片機、C語言等課程，但都只是當作“知識”來學習，缺乏把知識應用到實踐中去的訓練。而電子系統設計與實踐是一門實踐性很強的課程，不但需要學生具有扎實的硬件與軟件基礎，還要熟悉系統設計流程。

3.如何使學生從“被動設計”過渡到“主動設計”

當給定需求指標后，學生一般只是消極地去實現功能，不會主動去做全面考慮，顧此失彼。在電子系統設計過程中，如何把學生的“被動”轉化成“主動”，在有限的實驗條件下能自覺地去全面考慮各種因素。

4.如何樹立學生的創新意識，激發其創新主動性

當前很多學生在電子系統設計課程上表現出“懶惰”現象，對于設計性題目首先想到的解決方法是“山寨”，作品中缺乏自己的想法，缺乏亮點，無創新意識。在當前電子技術快速發展的形式下，“懶惰”學生將無法滿足社會和企業的需求，會被逐漸淘汰。

為解決這些問題，我們深入探索了各種教學思想和方法，提出了“以系統為出發點，以項目為導向”的教學新理念，并根據培養要求在授課內容、教學方法、實驗制定、考核辦法等方面提出具體教學改革措施，對提高學生系統設計與實踐能力具有良好作用，從而為社會培養出合格的創新型電子設計人才。 新時期下，電子信息技術類專業必須建立緊跟電子科學技術發展的教學機制，不斷創新授課模式，采用先進實踐教學方法，引導學生自主學習，激發其實踐創新熱情。

二、教學內容總體設計

本專業電子系統設計與實踐課程內容的設置充分依托本系學科優勢，在緊跟前沿、兼顧基礎的原則下，對理論與實驗內容進行優化整合。理論部分采用專題方式進行授課，偏重于講解知識的實際應用場景，避免泛泛而談；實驗部分主要為綜合性設計題目，給出性能指標后由學生（兩人一組）自主進行設計，引導學生按照企業研發“項目”的過程一步步來實現。實驗考核要綜合考慮系統性能、穩定性、成本等多個因素。在上述思想的指導下，我們經過對國內部分高校的電子設計類課程教學內容進行調研和對比，并結合本專業實際情況，對電子設計與實踐課程進行如下改革與探索。

（一）理論內容

在授課中緊密結合學生所學的模電、數電、單片機、C編程語言等知識，引導學生去主動思考各種設計方法的來源和應用場合。為達到良好教學效果，采用專題式授課方式，每一專題講述一類內容，每一專題用2-4個學時完成。理論內容主要包括三大部分內容：模擬電子、數字電子、高速電路。模擬部分主要包括運放電路、功放電路、直流電源等專題；數字部分主要包括ARM單片機、串行總線、ARM單片機軟件設計等專題；高速電路主要講解高速電路設計時遇到的信號完整性問題。以上內容用一個綜合設計實例貫穿起來講解，條理性強，有血有肉。

本次改革以水溫控制系統為例展開授課，系統框架如圖1所示。主控系統采用STM32單片機來實現，貫穿講解ARM單片機體系結構、串行總線及單片機軟件設計等內容；溫度采集、加溫控制、進/出水閥控制與供電模塊貫穿講解模擬專題內容；信號完整性部分貫穿于整個硬件設計過程。這種以“系統為出發點”的授課方式，克服了知識點零散且難以有機結合的缺點。endprint

（二） 實驗內容

實驗部分共由三個綜合性設計實驗組成：多路數據采集系統設計、開關電源設計、直流電機速度控制系統設計，并給出詳細性能指標，如表1所示。其中多路數據采集系統設計為必選內容，其他兩個實驗任選其一。每組成員根據自己特長選擇是以硬件焊接調試或者軟件編寫與調試為主，整個設計過程中須兩人協作完成。

為了讓學生能夠充分自主、不受制約地進行自主探索，優化配置實踐環境資源，學生可以在保證達到系統性能指標前提下，根據自己的特長選擇其他芯片或電路實現所要求的功能。為了達到預定訓練效果，實驗采取嚴格驗收方式，主要分兩步來完成：指標驗收與交叉式提問。創新指標的完成所占總成績的比重不少于40%。驗收老師會向負責硬件設計的學生提問軟件設計相關的問題，反之，會向負責軟件設計的學生提問硬件設計相關的問題，保證學生在整個實驗中的全程參與。最后每組須提交詳細的實驗報告，其中包括項目指標、實際指標、原理圖、程序流程圖、驗收結果、總結等內容。

三、結論

以“系統”框架來設計理論內容，以“項目”研發流程來管理實驗設計，使學生能夠對電子系統研發過程有深入理解，提高其解決實際問題的能力，增強創新意識，加強學生走向社會的競爭力。幾個學期來的授課效果表明，通過“系統”與“項目”相結合的教學模式，學生解決實際問題能力明顯提高，更加具有創新意識，知識的有機聯系性更強。

高校專業教育不應脫離社會發展的需求，專業教育內容與方法也要與時俱進。對于本專業電子系統設計與實踐課程，考慮在以后的理論課堂中引入“企業導師”，邀請企業中的技術骨干或研發精英到課堂上講授技術或者經驗，這將有助于學生拓展視野，激發學習動力。實驗課中除了繼續保持“以項目為導向”的管理機制外，要根據當前技術發展趨勢不斷更新實驗內容。希望本課程教學改革的成功實施能夠為專業同行提供些許參考。

參考文獻：

[1]關維國，魯寶春，于玲等.電子類專業EDA技術課程教學改革探索[J]. 遼寧工業大學學報（社會科學版）， 2014， 16（6）：124-126.

[2]馮曉麗.基于個性化人才培養的主動實踐教學思考[J]. 中國大學教學， 2015， 2：84-86.

[3]胡仁杰，王成華，堵國樑等.自主研學的電工電子實踐課程建設[J]. 中國大學教學， 2014， 6： 60-63.

[4]陳曉平，李長杰，高平等.實踐類課程教學模式的研究與實踐[J].北京郵電大學學報（社會科學版）， 2013，15（1）：111-116.

[5]胡冀，邵李煥，高惠芳.單片機系列課程教學及實踐的改革和探索[J].杭州電子科技大學學報（社會科學版）， 2016， 12（1）：75-78.

作者簡介：

吳占雄（1979-），男，山東青島人，副教授，研究方向為嵌入式系統設計。endprint