電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程改革探索

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1《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的現(xiàn)狀分析

1.1教學(xué)模式僵化。西安電子科技大學(xué)黨委書記、校長(zhǎng)鄭曉靜院士認(rèn)為，“要通過學(xué)校教育，激發(fā)全體學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)”，在教育信息化和大數(shù)據(jù)的背景下，如何靈活的采用先進(jìn)教學(xué)手段最大程度的激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)顯得尤為重要，但是目前學(xué)院《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)在很大程度上仍然局限于傳統(tǒng)的“理論講授”和“實(shí)訓(xùn)操作”相結(jié)合模式，尤其在傳統(tǒng)的枯燥課堂講授過程中，由于沒有充分合理利用信息化手段教學(xué)，使得不少學(xué)生逐漸失去了對(duì)電子創(chuàng)新技能學(xué)習(xí)的興趣，就會(huì)在課堂上出現(xiàn)學(xué)生上課不注意聽講、甚至玩手機(jī)、睡覺等現(xiàn)象，導(dǎo)致了教師覺得教學(xué)效果不理想[2]，學(xué)生也認(rèn)為自身的學(xué)習(xí)效果不盡人意的不良后果。那么如何改變這種僵化的《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、提升教學(xué)質(zhì)量，就成了深化該課程改革的重點(diǎn)。1.2學(xué)習(xí)資源不充分。學(xué)習(xí)《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的大部分學(xué)生認(rèn)為學(xué)校的教學(xué)資源除了課堂講解和教材之外，就只有圖書館的資料。然而，不少學(xué)生還希望在線下通過一個(gè)平臺(tái)也能得到教師的指導(dǎo)，與同學(xué)交流學(xué)習(xí)心得體會(huì)，或者通過視聽的方式進(jìn)行隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)。為適應(yīng)這種需求，選擇一種合適的教學(xué)平臺(tái)，借助信息技術(shù)手段，利用大數(shù)據(jù)時(shí)代下的龐大學(xué)習(xí)資源充實(shí)教學(xué)資源就顯得尤為重要。1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足。在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，若要保證每人能夠動(dòng)手操作，則需要采購很多儀器儀表和電子元器件以及相應(yīng)的焊接工具等實(shí)驗(yàn)器材。然而，不少高職院校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源不足，教育經(jīng)費(fèi)投入不夠，針對(duì)這些問題，學(xué)院在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程中采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行提前模擬實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，利用虛擬儀器測(cè)試電路的可行性，避免了電路設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，大大降低了焊接成本，提高教學(xué)質(zhì)量；此外，不少電子電路的設(shè)計(jì)晦澀抽象，計(jì)算復(fù)雜，如果充分利用虛擬仿真軟件中的虛擬儀器則便于觀察波形和計(jì)算數(shù)據(jù)，節(jié)省時(shí)間，使原來枯燥無味的理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)，根據(jù)教學(xué)大綱的要求，《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程只有32課時(shí)，如何在有限的課時(shí)條件下讓學(xué)生習(xí)得更多的知識(shí)技能，也是該課程亟待解決的問題；最后，針對(duì)《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中難度成本高、危險(xiǎn)性大、學(xué)生參與度低的一些電路，如果進(jìn)行仿真模擬，就會(huì)更加形象具體地給學(xué)生演示分析電路的工作原理，增加了學(xué)生觀察、模仿和實(shí)踐的機(jī)會(huì)。可見，目前高職院校開設(shè)的《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中依然存在教學(xué)模式僵化、學(xué)習(xí)資源和設(shè)備不充足、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所有限、耗材和維修成本較高等諸多問題，制約了對(duì)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)和教學(xué)質(zhì)量的提升。

2虛擬仿真技術(shù)在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》中的應(yīng)用

2.1優(yōu)化教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量。總理在2016年的第二屆中國質(zhì)量獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)大會(huì)上做出重要批示，強(qiáng)調(diào)要“弘揚(yáng)工匠精神，勇攀質(zhì)量高峰”。在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”時(shí)代主旋律的背景下，如何走以質(zhì)量提升為核心的內(nèi)涵式發(fā)展道路，圍繞“育人是根本，學(xué)生是主體，質(zhì)量是生命”的中心繼續(xù)深化教育改革[3]，改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)靜聽的機(jī)械學(xué)習(xí)到主動(dòng)探索式的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，是當(dāng)今教學(xué)改革的方向和客觀要求，也是提高教學(xué)質(zhì)量的根本途徑，逐步成了我國教育改革發(fā)展最為緊迫的任務(wù)之一。《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》是理論和實(shí)踐結(jié)合緊密的一門課程，著重培養(yǎng)電子類專業(yè)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。虛擬仿真技術(shù)也適用于“成本高”、“復(fù)雜度高”、“綜合性強(qiáng)”、“危險(xiǎn)程度大”的實(shí)驗(yàn)過程[4]，尤其對(duì)于《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程中部分綜合性項(xiàng)目的設(shè)計(jì)可以利用軟件進(jìn)行仿真，在實(shí)物制作之前直觀的看到電路實(shí)現(xiàn)的功能。通過引入虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)形象化教學(xué)，并采用MOOC的教學(xué)方法，將重要的知識(shí)點(diǎn)“微視頻”進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)授課，給學(xué)生呈現(xiàn)出多方位的視聽效果，達(dá)到豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生知、情、意、技相統(tǒng)一的綜合能力的目的；同時(shí)，這種較短時(shí)間的“體驗(yàn)式”學(xué)習(xí)方式，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開拓視野，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入更高的境88界，讓學(xué)生習(xí)得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本能力。2.2引入仿真教學(xué)，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)例演示，有助于明確概念，解決難點(diǎn)，增強(qiáng)教學(xué)生動(dòng)性和直觀性，彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)中硬件資源不足的缺陷，使學(xué)生加深對(duì)復(fù)雜抽象電路的理解，進(jìn)一步優(yōu)化了電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。首先，虛擬仿真軟件不但提供了各種豐富的分立元件、集成電路、傳感器等元件庫，還提供了大量的調(diào)試測(cè)量工具，滿足了實(shí)驗(yàn)仿真的要求；其次，仿真軟件能方便地調(diào)整電路參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察到電路性能隨參數(shù)變化的過程，利于感性地理解電路的原理，使原來枯燥無味的理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；最后，采用仿真技術(shù)可以增加學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提升自信心，尤其對(duì)于那些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足的學(xué)生而言，他們的主動(dòng)性較差、信心不足、電路設(shè)計(jì)成功率低、焊接電路元器件損壞較多，但采用虛擬仿真軟件后，學(xué)生可先用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行自主設(shè)計(jì)與仿真[5]。例如，可在Pro-teusISIS窗口中大膽進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、測(cè)量、調(diào)試和修改，在安裝焊接實(shí)物前就可以看到仿真結(jié)果，仿真調(diào)試成功后再焊接硬件電路，只要元器件安裝正確，焊接可靠，布線合理，實(shí)物電路就會(huì)呈現(xiàn)與仿真設(shè)計(jì)基本一致的效果。再利用云平臺(tái)將《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程建設(shè)成為在線課程，方便線下教師的指導(dǎo)和學(xué)生之間的交流，凸顯課堂特色，豐富教學(xué)資源。如此，每個(gè)學(xué)生都將擁有一個(gè)幾乎完整的可移動(dòng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生獨(dú)立操作能力和創(chuàng)造能力都得到充分發(fā)揮，有助于提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。2.3開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，節(jié)約實(shí)驗(yàn)室資源。電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)所涉及的實(shí)踐環(huán)節(jié)較多，且硬件投入較大，如果因?yàn)榭刂品桨赣姓`而進(jìn)行相應(yīng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，會(huì)浪費(fèi)較多的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，在有限課時(shí)的條件下，會(huì)減少項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)目和內(nèi)容，設(shè)計(jì)過程中也容易造成元器件和儀器儀表的損壞，增加實(shí)踐操作費(fèi)用的開支[6]。為了縮短時(shí)間、降低成本、減少實(shí)物焊接調(diào)試的錯(cuò)誤率，節(jié)約實(shí)驗(yàn)室資源，引入虛擬仿真技術(shù)——Proteus軟件來解決這些問題，它可以像Protel一樣繪制硬件原理圖并進(jìn)行電路調(diào)試，根據(jù)項(xiàng)目需求還可與Keil編程軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制方案的驗(yàn)證，再通過STC燒寫軟件下載到單片機(jī)開發(fā)板，最后進(jìn)行較為復(fù)雜的實(shí)物制作。所以，通過聯(lián)合仿真平臺(tái)制作一個(gè)虛擬的綜合仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括電路分析、模電、數(shù)電、電子測(cè)量和單片機(jī)等專業(yè)課程知識(shí)融合的仿真與設(shè)計(jì)，能夠有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，為電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和開發(fā)提供了完整的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和開發(fā)平臺(tái)，可節(jié)省因方案不正確所造成硬件投入的浪費(fèi)，有效解決實(shí)驗(yàn)過程中元器件的損耗問題。

3采用虛擬仿真技術(shù)的課程改革成效

3.1提高了教師的信息化教學(xué)水平。只有教師具備相當(dāng)?shù)男畔⒒瘧?yīng)用能力，才能在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程和其他課程中游刃有余的開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。學(xué)校電子工程學(xué)院為了提高教師在課程中應(yīng)用信息技術(shù)的能力，也出臺(tái)了相應(yīng)的系列措施鼓勵(lì)教師開發(fā)和應(yīng)用仿真軟件以及職教云教學(xué)平臺(tái)，并將信息技術(shù)應(yīng)用能力作為評(píng)價(jià)考核教師的重要依據(jù)，推薦經(jīng)驗(yàn)豐富的教師參加全國職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽，并取得了優(yōu)異的成績(jī)，提升了教師應(yīng)用信息化教學(xué)的水平，深化了虛擬仿真技術(shù)在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程改革中的應(yīng)用化。3.2提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力。教育部編制的《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2015-2018年）》明確提出，要“應(yīng)用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)教學(xué)，促進(jìn)泛在、移動(dòng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)方式的形成。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)安排困難或危險(xiǎn)性高的專業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)替代性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)；針對(duì)教學(xué)中難以理解的復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)等，開發(fā)仿真教學(xué)軟件”。學(xué)院利用云平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行線上線下教學(xué)，學(xué)生在線上聽老師講授，分組討論問題；線下可以隨時(shí)隨地鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，提交作業(yè)，教師根據(jù)學(xué)生情況在課下對(duì)學(xué)生有針對(duì)性的指導(dǎo)，共性的疑點(diǎn)再拿到課堂中解決。這樣，對(duì)每個(gè)學(xué)生達(dá)到真正的因材施教，總結(jié)教學(xué)規(guī)律不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，使教學(xué)方式和內(nèi)容更好的滿足學(xué)生的需求。同時(shí)，教師可根據(jù)每個(gè)學(xué)生線下對(duì)課程資源的學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如此，可以將有限的課時(shí)進(jìn)行線下衍生，學(xué)生將有機(jī)會(huì)利用平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)室資源深入學(xué)習(xí)創(chuàng)新性項(xiàng)目，構(gòu)建出了教師指導(dǎo)性教授與學(xué)生主動(dòng)性學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，從而達(dá)到創(chuàng)新能力的提升[7]。通過對(duì)學(xué)院學(xué)生在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程中有無采用虛擬仿真技術(shù)的平行班級(jí)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用虛擬仿真技術(shù)的班級(jí)學(xué)生對(duì)知識(shí)理解更透徹，學(xué)習(xí)興趣較傳統(tǒng)教學(xué)模式班級(jí)濃厚，而且在同等學(xué)時(shí)內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有所增加，實(shí)物制作的成功率高，也有信心積極參加各類電子競(jìng)賽并取得了優(yōu)異的成績(jī)，例如在大學(xué)生電子競(jìng)賽中獲得省一等獎(jiǎng)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽中獲得院級(jí)一等獎(jiǎng)等，為將來的就業(yè)創(chuàng)業(yè)積累了資本。3.3節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室的硬件成本。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后，結(jié)合Proteus仿真軟件，對(duì)課程中難度較大的項(xiàng)目，特別是對(duì)于一些高消耗的電子類實(shí)驗(yàn)室，例如“萬年歷”、“波形發(fā)生器”和“計(jì)算器”等項(xiàng)目采用仿真教學(xué)模式，將程序下載到仿真電路中進(jìn)行調(diào)試，由于這些內(nèi)容復(fù)雜，焊接操作難度較大，學(xué)生可以利用教師在云平臺(tái)上傳的資源進(jìn)行線下學(xué)習(xí)，這樣，儀器設(shè)備損壞和耗材都會(huì)大幅度下降，有利于實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)，降低實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)成本。同時(shí)，還能提高實(shí)驗(yàn)的安全性，使學(xué)生能夠在人身安全和設(shè)備安全的前提下，根據(jù)設(shè)計(jì)要求最大程度地利用自己的知識(shí)去進(jìn)行設(shè)計(jì)和擴(kuò)展，有利于實(shí)行項(xiàng)目化教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，推進(jìn)課程內(nèi)容的改革。

4結(jié)語

通過在《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，結(jié)合云平臺(tái)信息化教學(xué)手段，可以實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，改善了由于硬件條件所限的教學(xué)環(huán)境，從課堂改變開始，幫助學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)的知識(shí)體系，注重手腦并用，促進(jìn)理實(shí)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力，達(dá)到知識(shí)創(chuàng)新的目的，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生習(xí)得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的基本能力。

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作者:郭占苗 單位:西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院