我院電類電子設計論文

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1我院電子設計競賽存在的問題

從我院參加歷屆大學生電子設計競賽情況來看，存在以下5個比較突出的問題．1)前期培訓實踐時間較短．我院參賽選手歷年來均是從大三學員中選拔，集中培訓一般是從大三下學期5月份開始，學員要在短短的4個月內(nèi)掌握電子設計競賽要求的如單片機、可編程門陣列(FPGA)、傳感器、自動控制等相關知識，并且能夠在實踐中熟練應用，對輔導教員與參賽學員來說都是難以做到的．2)理論知識掌握不夠扎實．如模擬電子技術、數(shù)字電路、單片機原理等，學員對一些常用的知識點沒有學深悟透，無法將理論知識進行靈活應用，所以分析電路功能時常常覺得無法下手，對電路功能的進一步改進和創(chuàng)新更加困難．3)工程實踐能力有待提高．學員在完成相應電類理論課程學習后，如果平時沒有大量的時間去投入實踐，理論知識無法得到有效鞏固，就難以具備一定的工程實踐能力，例如有些學員在連接電路時，布局布線不規(guī)范，電路的模塊之間不夠清晰；有些學員對常用儀器如示波器、頻譜儀等操作不熟練，基本的焊接技能也不夠扎實；有些學員對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，難以準確快速地判斷故障點；部分學員的作品制作完成后，在現(xiàn)場測試時出現(xiàn)失誤，甚至出現(xiàn)作品燒毀的情況，影響比賽的成績．4)缺乏綜合分析能力．大部分學員缺乏一定的系統(tǒng)綜合分析能力，不能按照競賽題目的指標要求，經(jīng)過全面深入分析并設計合理方案，只是單純地按照查閱的資料將參考電路原模原樣地拼接在一起，缺乏系統(tǒng)性，這樣完成的作品，其技術指標往往難以達到題目的要求．5)缺乏相應獎勵激勵機制．軍隊院校與地方院校相比有其自身的特殊性，地方院校學生由于存在就業(yè)壓力，參加電子設計競賽獲獎后會對今后就業(yè)有一定的幫助，所以學生的參賽積極性較高．而軍隊院校學員沒有就業(yè)壓力，而目前獎勵激勵機制又不明確，從而導致指導教員與參賽學員積極性不高．

2以電子設計競賽促進實踐教學改革

電子設計競賽不僅能夠反映參賽學員的綜合能力，也基本上能反映出學校的電類課程教學質(zhì)量，特別是培養(yǎng)學員工程實踐能力的教學水平．針對我院電子設計競賽目前存在的一系列問題，確立了以培養(yǎng)學員實踐能力、創(chuàng)新能力為主線的培養(yǎng)模式，通過加強電類相關專業(yè)課程和實驗室的建設，促進教學模式及人才培養(yǎng)模式改革，切實提升學員電子設計綜合能力．

2.1教學模式機制改革

1)優(yōu)化整合教學內(nèi)容．根據(jù)電類專業(yè)課程體系改革要求，對電類課程的所有知識點進行了梳理，將重復講授的知識點進行了整合，將銜接不緊的知識點進行了補充，目的是完成電類專業(yè)基礎課理論教學內(nèi)容之間、電類專業(yè)基礎理論和實驗課程教學內(nèi)容之間、電路專業(yè)基礎課程與專業(yè)課教學內(nèi)容之間的融匯貫通，重構教學內(nèi)容，建設與之相適應的教材體系．2)實踐研討式教學．2013年開始嘗試在每門課程中增加綜合性實驗，即在相應理論課程之后集中一周左右時間，通過教員出題、學員自擬題目等方式，圍繞與理論課程相關的設計題目進行的工程實踐訓練，以團隊合作、各自分工等方式來鞏固強化所學知識點，提高學員工程實踐能力和團隊協(xié)作能力．針對綜合實驗小班化的特點，在選題和方案論證過程中倡導研討式教學，通過學員之間激烈的思維碰撞，提高了學員的學習興趣，增強了學習的自主性[3]．3)引入示教系統(tǒng)．電類理論課程與其他理論課程相比，其實踐性較強，目前電類課程還是以課堂理論講授為主，雖然一直強調(diào)教員要在課堂中注重引導學員如何將理論知識與實踐結合，如何與現(xiàn)有裝備結合，并貫穿到課堂中，但學員依然只是了解局部電路，對系統(tǒng)電路理解不深，不知道在實際裝備中電路為什么要這樣連接，真正到用的時候就不知道如何下手了．通過在電類課程中大量引入軍民應用實例，制作了5門主干理論課程的虛擬與實物示教系統(tǒng)，增強課程的針對性和實用性，使學員不僅看到了裝備中的實際電路，還學會分析現(xiàn)實裝備的電路圖，從而提高了學員理論分析能力及動手操作能力．4)選拔實驗小助手．在每次上課前根據(jù)上次實驗課的表現(xiàn)，指定1-2名實驗最快做完并且實驗報告寫得規(guī)范的學員作為實驗小助手，讓這些小助手提前預習并做一遍實驗，在上課的時候就可以幫助其他學員解決實驗過程中遇到的問題，并且?guī)椭虇T檢查部分學員的實驗結果．對這些實驗小助手，因為平時動手能力較強，所以可以給予更高層次的實驗鍛煉．通過選拔實驗小助手，可以有效激發(fā)他們對電類知識的學習熱情，鍛煉他們獨立實驗能力，在幫助其他同學排故過程中也可以增進相互交流，更有利對于實驗相關知識的理解與掌握，培養(yǎng)團結協(xié)作精神，同時也減輕了教員的部分工作量[4]，提高了實驗教學效率．5)改革實驗成績評價方案．我院之前電類課程的成績評價方案是：在學期末只統(tǒng)計理論考試成績與平時成績，實驗課的成績沒有計入總成績，導致部分學員對實驗課不重視，影響實踐能力的提高．現(xiàn)在對原有的成績評價方案進行了修改，使得現(xiàn)在的實驗與理論課無縫銜接，將原有的實驗成績與理論課程成績進行了合并，即“總成績=理論成績(60%)+平時實驗成績(25%)+綜合實驗成績(15%)”．這樣更能突出體現(xiàn)學員的工程實踐能力(更加突顯實驗成績比重)．同時在實驗評價中，采用了全程跟蹤式的多方面的評價體系，摒棄了單純依靠實驗報告和期末考試的做法，將每一個實驗進行分解，分階段給予評分，對學員學習狀況和實驗能力的檢驗也更加客觀、有效，也減少了學員抄襲實驗報告的現(xiàn)象[4]．

2.2實驗室管理模式改革

1)實驗室體系化建設．實驗室總體上按照四類五層進行建設和管理，具體內(nèi)容如圖1所示．改建后的實驗室功能劃分更加清晰合理，總體上采用階梯式實驗模式，在實驗室為學員設計構造一個能夠充分自主、不受制約地運用知識科學研究、工程實踐和自主創(chuàng)新的場景與條件,進行通過項目需求分析、知識學習補充、理論推導計算、實現(xiàn)方法選擇、電路設計仿真、實驗步驟設計、參數(shù)測試方案、實驗總結分析等環(huán)節(jié)，全面培養(yǎng)學員自主學習、科學研究、規(guī)劃管理、工程實踐、團隊合作、交流溝通等科學研究基本素質(zhì)和工程實踐綜合能力[5]．⑤科技創(chuàng)新層圖1電類專業(yè)基礎實驗教學平臺體系示意圖2)實驗室管理信息化建設．引入實驗室綜合信息化管理軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對教學資源、課程資源、實驗過程、教員考核與設備器材的信息化管理．目的是實現(xiàn)對實驗資源的精細化管理，提高儀器儀表的使用效率，全面提升實驗教學的質(zhì)量[5]．3)開放型實驗室建設．通過信息化系統(tǒng)中門禁與實驗臺位電源管理，學員通過預約系統(tǒng)可以在課余時間進入實驗室．在開放型實驗室中教員會預先一些與生活聯(lián)系比較緊密的、學員比較感興趣的小型實驗題目，這些實驗題目需要采取多種技術實現(xiàn)系統(tǒng)設計，例如防盜報警器、鎳鎘電池充電器、水溫控制系統(tǒng)等，題目也可以是學員自己通過查閱資料、調(diào)查研究選擇的,其目的是鼓勵學員選擇感興趣的題目進行實驗．學員有了目標以后會查找資料并確定實驗方案，通過仿真實驗室進行設計方案驗證到最終實現(xiàn)．通過開放型實驗可以有效提高實驗室的使用效率，深化學員對所學理論知識的理解，強化學員的綜合性實驗技能，激發(fā)學員的求知欲望和學習動力，培養(yǎng)學員獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，通過有趣的實驗使原本枯燥的理論學習變得有趣和具有挑戰(zhàn)性．同時鼓勵并引導學員參與電子設計競賽俱樂部，積極參加學院的創(chuàng)新杯與大學生電子設計競賽[6-7]．4)加強現(xiàn)代電路設計課程比重．為鍛煉學員使用現(xiàn)代電路設計與仿真工具的能力，在教學中引入了EWB、Multisim、Matlab、Pspice及Quartus等目前主流的電路分析、現(xiàn)代數(shù)字電路設計與仿真軟件．計算機仿真使學員有了更加靈活的時間進行實驗，同時電路結構與元件參數(shù)可以靈活修改，計算過程簡單，對于電路分析結果還可以以圖形的方式展現(xiàn)，有利于學員對電路有更深層次的認識．通過計算機仿真實驗的開展，可拓展學員的視野，便于學員課余進行電路分析和設計．同時注重強化學員在單片機、FPGA、ARM等創(chuàng)新設計平臺和高頻實驗平臺開展實驗的能力，將理論、虛擬實驗與實際實驗進行無縫結合，提升學員從理論分析到驗證仿真到最終實現(xiàn)的整體能力[6-7]．

2.3電子設計競賽組織方式的改革

電子設計競賽的根本目的在于以競賽為平臺和牽引，培養(yǎng)學員的創(chuàng)新能力、實踐動手能力和團結協(xié)作精神．通過借鑒華中科技大學、海軍工程大學、空軍工程大學等院校的一些做法，結合我院實際，對目前電子設計競賽的培訓對象和參賽人員、資源利用、培訓內(nèi)容進行了如下調(diào)整．1)學員從大二開始進入電子設計競賽準備．學員在大二下學期末基本學完了電類大部分理論課程，具備了一定的相關電路知識．從2013年開始，我們嘗試從大二學員開始培養(yǎng)，在前期培訓中，與大三學員一起進行集中培訓，如果個別學員能力突出，可以與大三學員一起參加比賽，在比賽時我們專門為大二學員安排房間進行模擬比賽，并有教員進行輔導，這樣做的目的在于延長學員的培訓時間，增加學員參加比賽的經(jīng)驗，同時還可以指導下一級學員的實驗開展．2)參賽資源循環(huán)多次利用．每年電子設計競賽結束后，實驗室會有部分的剩余器件，而電子設計競賽的部分器件針對性較強，價格昂貴，一般很難在普通的實驗中用到，難免造成一定的浪費．從2013年開始，我們將歷年電子設計競賽題目和器件通過開放實驗室定期，供有興趣的學員或者教員通過信息系統(tǒng)進行預約實驗，一方面學員可以按照自己的興趣將歷年的題目進行實現(xiàn)，提高學員的工程實踐能力，另一方面也可以提高實驗室的器材使用效率，使部分器材的功能發(fā)揮最大作用．3)培訓內(nèi)容從廣到專的轉變．目前的培訓方式是學員按照統(tǒng)一的培訓計劃，所有的課程與實驗統(tǒng)一進行，要在極短的培訓時間內(nèi)將所有相關知識統(tǒng)一講授，對學員來說難以接受．而歷年電子設計競賽的題目一般分為如電源類、控制類、通信類等幾個方向，學員可以按照自己的興趣確定一個方向，使培訓內(nèi)容聚焦，在有限的時間內(nèi)學員的精力會投入到一個方向，并能迅速地積累在某個方向上的豐富經(jīng)驗．

作者：李凱張金林張容劉瀟工作單位：空軍預警學院