電子信息工程專業(yè)電子系統(tǒng)設計實踐類課程內(nèi)容改革探討

鄭博仁

摘 要：電子系統(tǒng)設計實踐是電子信息工程等專業(yè)較為重要的實踐類課程，文章根據(jù)自身教學經(jīng)驗出發(fā)，結(jié)合當前新工科對電子信息技術(shù)人才的需求，就電子信息工程（智能制造）專業(yè)的電子系統(tǒng)設計實踐課程內(nèi)容改革進行了探討，詳細給出可行的實踐課程內(nèi)容，通過近幾年的教學實踐，對提升學生的實踐能力有較大幫助，證明該內(nèi)容改革的可行性。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)設計實踐；智能制造；課程設置

就目前來看，在全國的高校中電子信息工程專業(yè)是僅次于計算機專業(yè)的第二大開設專業(yè)，說明該專業(yè)具有強勁的活力，這也就意識著就業(yè)壓力同樣巨大。同時，在2016年6月，我國工程教育專業(yè)認證體系實現(xiàn)國際實質(zhì)等效，并開展“新工科建設”，電子信息工程專業(yè)要求學生具有“復雜工程問題分析與解決能力”，“設計并研制新型復雜工程系統(tǒng)實驗設備和軟硬件裝置”，這就對實踐環(huán)節(jié)提出來更高的要求。理論課程教學偏重于科學問題的提出、精煉、解決，滿足了第一個要求；實踐環(huán)節(jié)是解決工程應用或工程技術(shù)的問題，也就是第二個要求，但是往往實踐環(huán)節(jié)由于認識、設備、資金等原因得不到或者做不到足夠重視，存在一定的滯后性。另外，新工科形式下，大家的注意力還主要集中在體系的建立上，很多文獻對如何建立新工科要求下的教學體系做了較為詳細的闡述、[1.3]或?qū)嵺`教學體系進行了探討，[4.7]但是還都缺乏詳細的具有針對性的該專業(yè)電子設計實踐類課程的設置闡述。根據(jù)上述問題，文章從如何提高學生的實踐能力入手，以提高學生運用知識的能力，強化動手能力為主要目標，以新工科為背景，結(jié)合本校特色，詳細探討了電子系統(tǒng)設計實踐類課程的具體設置內(nèi)容，以及相關(guān)要求，結(jié)合多年的教學實踐經(jīng)驗，給出電子系統(tǒng)設計實踐類課程的一個較為完整的案例，并根據(jù)實際教學效果來看，對學生的實踐能力提高幫助較大。

1 電子系統(tǒng)設計實踐類課程開設的主要目的

電子信息工程專業(yè)電子系統(tǒng)設計實踐類課程的開設目根據(jù)每個學校的不同背景會有所不同，但是對學生的基本素質(zhì)要求應該是一樣的。要求學生具有運用電子技術(shù)對信息進行采集處理的能力，借助于先進的電子系統(tǒng)EDA工具進行復雜電子系統(tǒng)設計能力，通過本課程的學習，學生應能較獨立地完成較復雜的電子系統(tǒng)的設計，并能解決一些與之相關(guān)的實際工程問題，最終使學生獲得電子系統(tǒng)設計的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，同時掌握相關(guān)電子設計設計文檔的寫作方法，培養(yǎng)相互協(xié)作的精神。結(jié)合我校特色，還提出了需要具有面向交通系統(tǒng)的電子系統(tǒng)設計能力，如交通建設過程中的施工監(jiān)控的相關(guān)軟硬件、交通設施結(jié)構(gòu)傳感、檢測系統(tǒng)，交通信息管理的相關(guān)軟硬件等等。實踐教學課程中須按照這個思路來進行，根據(jù)這樣的需求目的，相關(guān)專業(yè)和相關(guān)課程設置需要根據(jù)實際情況做調(diào)整。

2 電子系統(tǒng)設計實踐類課程內(nèi)容改革優(yōu)化設置

根據(jù)我校本科層次與專業(yè)背景，電子信息工程專業(yè)的主要目標是培養(yǎng)智能制造人才，設計實現(xiàn)面向交通行業(yè)需求的電子系統(tǒng)的軟硬件。故電子系統(tǒng)設計實踐類課程體系需要包括模擬電路設計、數(shù)字電路設計、單片機系統(tǒng)設計、嵌入式系統(tǒng)設計以及FPGA設計等實踐課程。

學生進行學習電子系統(tǒng)設計實踐課程，主要獲得上述的四個基本要求，這四個基本要求中較大部分的內(nèi)容老師在理論教學過程中基本是無法做到的，所以在電子系統(tǒng)設計實踐類課程中需加入電子技術(shù)設計相關(guān)的基本技能內(nèi)容，實踐課程第一部分首先應包括電子元器件的認知與選取，元器件參數(shù)表的學習和理解，這部分知識理論課教學常常由于學時數(shù)以及理論體系的問題基本不會涉及，而很多電子設計類的教材也常常不編寫者方面的內(nèi)容，認為學生天然自己會學習，現(xiàn)實是現(xiàn)在的學生對于這方面的知識實際是了解較少的，再加上元器件參數(shù)表動輒幾十頁的英文，幾十上百個參數(shù)，學生在掌握基本理論的情況下很難看懂相關(guān)參數(shù)，所以在電子系統(tǒng)設計實踐課上的第一個內(nèi)容就需要詳細的介紹這方面知識，教會學生如何在較為多的參數(shù)中尋找需要的參數(shù)。另外一個內(nèi)容是電子系統(tǒng)設計的基本規(guī)則，元件畫圖規(guī)則，設計圖紙布局規(guī)則，這個是學生必須掌握的內(nèi)容，也是需要明確的內(nèi)容。再次，仿真軟件的系統(tǒng)學習是提高學生實踐能力的重要收段，不可或缺。最后，元器件封裝與焊接，PCB板制程工藝以及繪制能力是四個基本功中最重要的內(nèi)容，大多學生缺乏相關(guān)的訓練，所以需要在內(nèi)容中明確體現(xiàn)。獲得這些基本方法、基本技能是關(guān)鍵，才能提高學生的興趣，客服畏難情緒。有了這方面的相關(guān)知識，下一步學生基本可以做到自學。

同樣，模擬電路設計實踐強化包括運放的使用，主要內(nèi)容包括信號放大電路、信號發(fā)生電路、信號變換電路、信號調(diào)理電路、濾波電路以及電源電路，由于現(xiàn)在集成電路的飛速發(fā)展，單管電路因其設計、調(diào)試等的復雜性，不再作為推廣的重點，故在內(nèi)容上避免單管應用；其次模擬電路設計需要突出實用性，弱化反饋、功放等電路。

數(shù)字電路設計實踐由于時代的發(fā)展，中小規(guī)模的集成電路試驗基本不存在應用空間，故數(shù)字電路課程實踐大多以FPGA/CLPD 方式實現(xiàn)，主要包括基本設計原則.面積與速度關(guān)系、流水線操作設計、器件資源學習、時序分析、優(yōu)化設計以及系統(tǒng)設計技術(shù)等；結(jié)合學校特赦在其中增設工作了較大的系統(tǒng)設計如設計橋梁原地震動采集系統(tǒng)等。

單片機系統(tǒng)設計實踐側(cè)重在于應用，加深對書本知識的具體化，采用線下流行的32位機為主導，輔助8位51單片機使用，包括基本功能，基本資源、串口通信、引腳定義、ADC轉(zhuǎn)換、定時器使用等，如果條件許可可以涉及到如帶無線功能的單片機系統(tǒng)；最后以實現(xiàn)一個較為復雜的系統(tǒng)為最后考核項目。

嵌入式系統(tǒng)設計實踐，根據(jù)時下嵌入式芯片的發(fā)展現(xiàn)狀，選用ARM Cortex.A9體系架構(gòu)，實踐課程包括內(nèi)容有：基本I/O實驗，AD實驗，linux內(nèi)核移植、QT實驗，嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)，結(jié)合我校特點，如設計自動駕駛系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等，滿足學生的需要以及社會對嵌入式人才的需要，取消計算機端程序設計等內(nèi)容，該內(nèi)容放到程序設計實踐課中去體現(xiàn)。

基于上述描述，電子信息專業(yè)（智能制造方向）的實踐課程具體內(nèi)容如圖1 所示，基本上涵蓋了電子系統(tǒng)設計實踐內(nèi)容，由于不涉及到較高頻率，實踐環(huán)節(jié)不采用無線技術(shù)實現(xiàn)，主要還是集中的傳感器設計與控制等系統(tǒng)，就實驗設備、以及學生課后在實驗室或?qū)嬍业鹊胤蕉伎梢院芎玫刈鲎晕覍W習和練習，避免因設備導致的無法進行學習的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

該實踐教學內(nèi)容在我校從2012年開始實施，學生通過該類實踐課程的學習，不僅提高了實踐能力，獲得了設計電子系統(tǒng)的知識，同時在找工作的時候也獲得了相關(guān)的項目經(jīng)歷。另外，通過這些課程的實踐教學，學生積極參與學科競賽，特別是電子競賽，獲獎人數(shù)達到了120多人次。

文章提出的電子信息工程（智能制造）的電子系統(tǒng)設計實踐類課程教學內(nèi)容，通過學生的學習過程證明是可行的，對提高學生電子系統(tǒng)設計能力幫助較大，相關(guān)專業(yè)可以做一個借鑒。

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