電子設計實驗課程研究與實踐

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摘要:電子系統設計已經深入到電子信息類、電氣工程、能源動力類、機械、醫電等工科專業學科，具備一定的電子系統設計能力可以幫助學生完成專業領域內具有實際意義的綜合應用系統設計，可以將理論知識與創新實踐結合，培養工程實踐和創新創業能力。針對跨學科學生電子系統設計能力的培養，考慮到各個專業的教學資源，很難在各個專業的教學方案中增設相關課程。通過全校選修，層次豐富的開放實驗實驗課程可取得良好的效果。針對學生基礎不同，需求不同，設計一系列概念突出、原理簡單、趣味性強、效果明顯的實驗項目，突出電子技術應用的基本邏輯關系和對事物客觀規律的認識，使學生感興趣，從興趣轉換為能力培養。該實驗課程的開設，滿足了跨學科專業學生電子系統設計實踐能力培養的問題，促進了跨學科綜合實踐能力培養，豐富了實踐教學體系。

關鍵詞:實踐教學;電子系統設計，開放實驗;教學體系;能力培養

中國現在急需進行產業升級，改變粗放式經濟增長模式。國家號召“大眾創新、萬眾創業”，說明國家對創新創業的重視。21世紀是以創造為特征的時代，不同學科間的交叉、融合將更為深刻與廣泛。世界許多重大科學技術的突破都是從多學科的角度、運用多種知識、理論和方法才得以解決。因此，培養具有創新型的多學科交叉人才是實踐教學的一項重要任務［1］。電子系統應用已經深入到機械，能源動力，電氣，醫電等多個工科專業學科，具備一定的電子系統設計能力可以幫助學生完成專業領域內具有實際意義的綜合應用系統設計。例如現在的機械創新大賽、機器人大賽、節能減排競賽、挑戰杯等科技競賽都離不開電子系統設計能力。

1跨學科專業融合的工程實踐能力培養，激發學生參與實踐創新興趣

隨著電子系統，人工智能廣泛應用，很多非電類學科學生希望具備一定的電子系統設計能力，但很多專業電類專業課程較少，電子設計類實踐機會缺少。開設面向全校本科生開放的電子設計類實驗，可以滿足學生學習的要求。開設電子系統設計類開放實驗面臨很多挑戰。選修實驗的學生基礎不同，專業不同，每個學生學習的目標也不同。但是選修實驗的多數都是有興趣的學生，所謂“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”，要想把開放實驗開設好，必須要想激發和保持參與實踐創新的興趣。需要根據學生共性問題，盡可能設計一些基于項目的實驗，通過遞進式培養模式，在激發學生興趣的情況下，讓學生學習實踐，體驗成功，不斷增加學習成就感的實踐過程。另外，不同專業學生能夠產生很多有趣的想法，促進他們互相學習，共同組隊，協同完成電子系統的設計［2］。

2以生活工程模型為實驗內容，設計遞進式的基于項目的實驗

課程面向全校學生，教學內容需要在提高學生實踐能力和吸引學生參加上找到平衡點。教學內容要抓住主線，通過簡明扼要介紹必須了解的理論知識，盡可能授之以漁，教會學生主動學習的方法［3］。在實驗內容的設置上滿足不同學生的不同需要，促進學生的興趣愛好、專業特長得到充分發揮。以“單片機入門實驗”為例，實驗內容開始以生活中提取的模型，如七彩LED燈，可調光LED燈，遠程監控的水位控制等等實驗內容。從簡單的人機交互入手，遞進式增加實驗要求，學生通過圍繞“解決實際問題”這個基本點，設計一些綜合性應用系統，讓學生理解工程問題，將知識用于實際工程問題，體驗成功的喜悅，提高實踐創新能力。對專業需要解決的問題和能夠解決什么問題更加清楚，提高實踐能力，感受成功的喜悅［4］。

3宣傳，教學，激勵相結合，建立有效的實驗組織方式

宣傳機制:與科技社團合作，通過做講座，鼓勵多學科學生參與。通過歷年的電子設計競賽培訓，有電信、電氣、機械、能動、軟件、生命等學院，十多個專業的學生報名參加，具備良好的學生基礎。利用學生口碑，可以向有興趣的學生宣傳。教學方式:不同專業學生，基礎不同，需要建立積極的反饋交流機制，耐心解答學生的疑惑，細心指導其完成基礎實驗內容。合理分組，通過團隊協作共同解決問題，發現知識如何應用，理解工程問題，體驗成功的過程。激勵機制:借助校企合作，申請免費芯片和開發板，設計完成的作品歸學生所有。對于一些優秀的學生通過贈與一些實驗開發板作為獎勵。提高學生的積極性，使其參加工程實踐的積極性提高。

4研究以工程實踐能力培養的實驗考核辦法和激勵機制

在完成基礎實驗內容的情況下，鼓勵學生自主選題，進行后續培養。通過選題報告，項目答辯，項目報告各個環節的表現，以及在實驗中的工作量來進行考核。本項目主要是想通過設計綜合性的應用系統，著重培養學生分析問題，解決問題，項目總結報告的撰寫能力。

5跨學科電子系統設計能力的培養具備可行性

根據這幾年面向全校開放實驗經驗，學生從零基礎開始，在經過電子系統設計類開放實驗后，參與各種科技活動學生比例大幅度上升。以“單片機入門開放實驗”為例，通過調查問卷得知，80%以上選課學生對于單片機都是零基礎，在選修了實驗后，都能夠完成一些自主性實驗。例如水位檢測，流量控制，遙控小車等系統性實驗。在選修了“PCB設計開放實驗”之后，都了解元器件的基本知識和選型，能夠設計原理圖，獨立完成PCB設計制作，具備調試電路的經驗。選課學生中有1/3的學生都參與了大學生創新創業訓練項目。有37%的學生都參加了全國大學生電子設計競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、節能減排競賽、節能車大賽、全國大學生物聯網競賽等各類競賽活動，并取得了優異的成績。多年來的本科教學實踐和指導本科生科技競賽以及科技活動的過程中，有些非電類學生從大一開始就介入科協、機器人隊等實踐環節，他們在具備良好的電子系統設計能力之后，并沒有荒廢本專業的學業，反而對本專業的實踐能力有了促進。很多在全國大學生機械創新競賽中獲獎的學生，電子系統設計能力很強，說明對跨院系學生在電子系統設計能力的培養是可行的。這些學生一般都對電子系統有著非常濃厚的興趣，或者受到了學長、家庭的影響。我們希望通過幾方面問題的研究和實踐，使這類學生的比例大幅度增長，培養更多的綜合性創新人才。

6結語

現在國家號召“大眾創新、萬眾創業”，說明國家對創新創業的重視。為了適應“扁平化、多樣性、快節奏”的社會，學生不可能僅僅從書本中找到答案，必須要有學習能力和工程實踐能力［5］。產業升級，高附加產業改革的需求，需要大量具備電子系統設計能力的高水平畢業生。西安交通大學在培養方案上降低了課程的學分要求，調動學生的主觀能動性，增加了學生創新實踐的時間。電子系統設計能力對于工科大多數專業學生都有幫助，在此背景下，設計適合跨院系學生電子系統設計能力培養的開放實驗項目很有意義。結合學生創新訓練項目和學科競賽等環節，能夠有效的培養學生工程實踐創新能力。

參考文獻:

［1］朱科蓉，王彤，劉守合．跨專業綜合實踐課程的探索［J］實驗技術與管理2014，31(9):210－211．

［2］張鵬輝，張翠翠，王中方．完善實踐教學體系，加強大一學生的實踐能力培養［C］．高等學校國家級實驗教學示范中心西北、西南管理組第五屆工作研討會論文集，西安:西安交通大學出版社，2014:215－218．

［3］張誠，林志貴，徐偉，等．基于CDIO模式的電子系統設計課程改革［J］．教育教學論壇，2013(1):36－37．

［4］陳學英，呂明．電子系統設計開放實驗室建設探討［J］．實驗科學與技術，2013，11(4):288－290．

［5］宗靜靜，車仁信．電子設計競賽與創新型人才的培養［J］．實驗室科學，2009，12(1):18－20．

作者:王中方 李 銘 張鵬輝 張芳娟 單位:西安交通大學