電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)改革

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1.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分析

1.1電子技術(shù)理論課程的現(xiàn)狀

電子技術(shù)理論課程包括“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電字技術(shù)”兩部分內(nèi)容，涉及到的知識(shí)點(diǎn)比較多，內(nèi)容更新慢，課程難度大，學(xué)時(shí)少。同時(shí)，理論和實(shí)踐聯(lián)系不緊密。現(xiàn)在教學(xué)的矛盾點(diǎn)在于，如何能把理論知識(shí)與當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，既能克服理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)問題，又能解決創(chuàng)新型人才培養(yǎng)與社會(huì)需求的脫節(jié)問題。現(xiàn)在我校正在向應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)型，這種情況下，首先對(duì)電子技術(shù)理論課程的內(nèi)容進(jìn)行整合，使整合后的教學(xué)內(nèi)容既要保證模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)這兩部分內(nèi)容的連貫性，又要為后續(xù)的“單片機(jī)”等相關(guān)課程打好基礎(chǔ)。其次還要考慮電子技術(shù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，因?yàn)閷?shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的重要途徑。在理論與實(shí)踐的銜接上，重點(diǎn)強(qiáng)化理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用，并把實(shí)踐環(huán)節(jié)與新技術(shù)、新材料結(jié)合起來，使電子技術(shù)這門課程能夠立足于理論基礎(chǔ)，但是可以展望新技術(shù)發(fā)展的未來。

1.2電子技術(shù)實(shí)踐課程的現(xiàn)狀

目前，我校機(jī)電一體化專業(yè)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)時(shí)間是一周，教師指定題目，學(xué)生3~4人為一組，每個(gè)題目僅限2組選擇，每組要求設(shè)計(jì)一個(gè)典型的電子電路應(yīng)用系統(tǒng)。由于學(xué)時(shí)有限，設(shè)計(jì)的最終作品要求系統(tǒng)的原理電路仿真通過，并撰寫說明書，沒有要求必須進(jìn)行硬件電路的焊接和調(diào)試。課程設(shè)計(jì)的這種教學(xué)模式雖然也在一定程度上鍛煉了學(xué)生對(duì)電子電路的綜合設(shè)計(jì)能力和仿真分析能力，但是沒有達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的目的。實(shí)踐環(huán)節(jié)首先面臨的就是學(xué)時(shí)不足的問題，對(duì)于沒有接觸過電子器件的學(xué)生來說，一周的時(shí)間要認(rèn)識(shí)元器件、設(shè)計(jì)電路、仿真分析、制作PCB，最后要焊接調(diào)試實(shí)物，難度非常大，大部分同學(xué)基本無法完成。其次就是缺乏電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的平臺(tái)，沒有實(shí)物，比如二極管、晶體管和場效應(yīng)管以及集成芯片等；沒有實(shí)訓(xùn)場地，學(xué)生缺乏動(dòng)手訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。因此，學(xué)生的理論知識(shí)還停留在書本上，沒有從抽象走到實(shí)物，從理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐。

2.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的改革策略

我們國家是在2014年提出要加強(qiáng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，并且要引導(dǎo)一批本科高校向應(yīng)用技術(shù)類高校轉(zhuǎn)型。我校機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)在現(xiàn)有的教學(xué)條件下，為保證應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，把課程設(shè)計(jì)分為選題構(gòu)思、方案設(shè)計(jì)、仿真分析、硬件調(diào)試四個(gè)階段。1）選題構(gòu)思：每年提供給學(xué)生的題目會(huì)根據(jù)學(xué)生人數(shù)有所變化，但是會(huì)保證3~4人一組，每個(gè)設(shè)計(jì)題目僅限2組選擇。同時(shí)還要考慮學(xué)生自選的題目，要求每個(gè)電路系統(tǒng)的選題都與我們生活或社會(huì)需求密切相關(guān)，比如設(shè)計(jì)一種在教學(xué)樓和宿舍樓道內(nèi)使用聲或光控制的節(jié)能電路、智能交通燈控制系統(tǒng)、洗衣機(jī)控制系統(tǒng)、手機(jī)充電器等。然后對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，使每名同學(xué)都有自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。這種類型的選題很容易引起學(xué)生的興趣，使學(xué)生積極主動(dòng)的參與到課程設(shè)計(jì)中來。2）方案設(shè)計(jì)：在完成同一個(gè)設(shè)計(jì)題目時(shí)要求設(shè)計(jì)方案要多樣化。不同的小組可以采用不同的設(shè)計(jì)方案，或者采用同一個(gè)設(shè)計(jì)方案但是不同元器件的參數(shù)值完成同一個(gè)設(shè)計(jì)題目。要求學(xué)生借助圖書館和網(wǎng)絡(luò)等資源查閱相關(guān)文獻(xiàn)，明確設(shè)計(jì)思路，提出設(shè)計(jì)方案，并且需要反復(fù)論證電路方案的可行性。這個(gè)階段既鍛煉了學(xué)生查閱和分析文獻(xiàn)的能力，又鍛煉了學(xué)生對(duì)一般電子電路的綜合設(shè)計(jì)能力。3）仿真分析：電子電路的仿真軟有MulTIsim、ELECTRONICSWORKBENCH（EWB）、ProteusProfessional等，學(xué)生可以任選一款仿真軟件，對(duì)本組設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過修改元器件參數(shù)或者更換元器件，進(jìn)一步完善電路設(shè)計(jì)方案，從理論上驗(yàn)證了電路方案的可行性。這個(gè)階段通過電路系統(tǒng)仿真分析，既能達(dá)到理論結(jié)合實(shí)踐，又能培養(yǎng)學(xué)生以仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論的習(xí)慣。4）硬件調(diào)試：仿真分析后，由指導(dǎo)老師對(duì)電路方案進(jìn)行審核，審核通過，學(xué)生會(huì)自行列出硬件電路所需要的元器件清單，統(tǒng)一進(jìn)行購買。然后由學(xué)生在電路板上進(jìn)行焊接、調(diào)試等。這個(gè)階段主要是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。總之，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的改革解決了各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)如何合理分工、緊密銜接又相互支持等問題。實(shí)踐過程中充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在很大程度上提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。

3.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)施方式

盡管課程設(shè)計(jì)的理論學(xué)時(shí)是一周，但是安排課程設(shè)計(jì)的時(shí)候一般會(huì)提前兩周到三周的時(shí)間把設(shè)計(jì)任務(wù)書發(fā)給到學(xué)生，并對(duì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容做詳細(xì)講解。預(yù)留一定的時(shí)間讓學(xué)生對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行查詢；定時(shí)和學(xué)生溝通，可以選取學(xué)生感興趣的題目，或者建議學(xué)生把課程設(shè)計(jì)的題目和生活聯(lián)系起來，去分析、觀察，提出自己的思路和想法，引導(dǎo)學(xué)生最終確定自己的方案；通過學(xué)習(xí)電路仿真軟件，對(duì)方案進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)一步完善；統(tǒng)一購買硬件，進(jìn)行焊接和調(diào)試。

4.電子課程設(shè)計(jì)實(shí)例分析

脈搏信號(hào)攜帶了人體健康方面的綜合信息，目前中醫(yī)診脈常用的方式還是人工診脈的方法，大夫一般會(huì)測量病人10秒內(nèi)腕部的筋脈搏動(dòng)情況進(jìn)行大致計(jì)算，記錄病人1分鐘的脈搏次數(shù)。這種測量方法一方面比較耗費(fèi)時(shí)間，另一方面測量精度也不高。因此，市面上產(chǎn)生了各種脈搏測量儀，雖然在醫(yī)療實(shí)踐方面獲得了一定的應(yīng)用，但是并沒有一款脈搏測量儀獲得普及。針對(duì)目前的這種情況，我們讓學(xué)生設(shè)計(jì)了一款基于手機(jī)APP的脈搏測量儀，該款測量儀測量精度高，同時(shí)體積小，便于攜帶?，F(xiàn)有的脈搏儀主要是往無創(chuàng)便攜式的方向發(fā)展，無創(chuàng)脈搏儀檢測的方式中主要是光電式居多，可采用紅光或綠光作為檢測光源，而現(xiàn)在大多數(shù)光電式脈搏儀都使用紅光作為脈搏檢測的光源。由于人體皮膚中含有的黑色素和血液中血紅蛋白對(duì)綠光的吸收率要比紅光好，所以本設(shè)計(jì)采用綠光作為脈搏檢測的光源。包括主控芯片模塊、液晶屏顯示模塊、脈搏傳感器模塊、通訊模塊及一些輔助功能模塊等。主控芯片模塊選用的是STC12C5A60S2單片機(jī)，在晶振頻率相同的情況下，該單片機(jī)的速度是普通51單片機(jī)的8~12倍，完全能滿足設(shè)計(jì)要求。液晶顯示模塊選用2.8寸TFT嵌入的ILI9341控制芯片，字庫芯片是GT30L32S4W標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)陣漢字庫芯片。脈搏傳感器模塊主要由一個(gè)綠光的LED燈、光檢測傳感器、單級(jí)放大電路和濾波電路組成。通訊模塊選擇了HC-05藍(lán)牙模塊，該藍(lán)牙模塊功率消耗低，方便開發(fā)使用。同時(shí)還有時(shí)鐘電路、穩(wěn)壓電路、復(fù)位電路、按鍵電路和報(bào)警提示電路等輔助電路模塊。脈搏儀的測量原理是單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，進(jìn)行2毫秒定時(shí)功能，當(dāng)按下測量按鍵時(shí)，進(jìn)入中斷子程序，每2毫秒進(jìn)行脈搏信號(hào)的采集并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換后的數(shù)值比較確定脈搏的波峰和波谷，當(dāng)信號(hào)為波峰時(shí)開始計(jì)時(shí)，等待下一次的波峰到來后結(jié)束上一次的計(jì)時(shí)，計(jì)算出這兩次脈搏間的時(shí)間差值，并存放于一個(gè)數(shù)組中，當(dāng)數(shù)組記錄到10個(gè)數(shù)值時(shí)，對(duì)數(shù)組進(jìn)行求平均值運(yùn)算即得出兩次脈搏的時(shí)間差值，最后用一分鐘來除以得出的平均值即為一分鐘人體的脈搏次數(shù)。如果手機(jī)或者是帶藍(lán)牙功能的智能終端設(shè)備與本設(shè)計(jì)的藍(lán)牙連接了，測得的脈搏次數(shù)會(huì)通過本設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊發(fā)送到手機(jī)的APP上。設(shè)計(jì)制作的脈搏測量儀硬件電路，由主控芯片、液晶屏、測量電路、藍(lán)牙模塊、按鍵電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。經(jīng)過不斷的調(diào)試的和完善，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了脈搏次數(shù)的測量、液晶屏顯示測得的脈搏次數(shù)、能與手機(jī)的藍(lán)牙APP進(jìn)行通訊和復(fù)位、報(bào)警等功能。

5.結(jié)論

目前我校正在向應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)型，但是現(xiàn)有電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)資源有限，我們通過改革解決了各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)如何合理分工又相互支持等問題，一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面又在很大程度上鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)了基于APP的脈搏測量儀，通過方案設(shè)計(jì)→仿真分析→焊接調(diào)試，使學(xué)生真正掌握了一般電子電路的分析與設(shè)計(jì)方法，既提升了自身的就業(yè)競爭力，又通過實(shí)踐驗(yàn)證了這種課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革取得了良好的教學(xué)效果。

作者：孫洪穎 李緯華 楊永單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院機(jī)電學(xué)院