電子信息工程課程設計教學研究

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摘要：“專業課程設計”設置是高等教育教學實踐環節的一項重要改革，為了能夠培養出適應社會發展需要，具有兼顧軟硬件基礎、較強的工程實踐和學習新事物能力的學生。文章從電子信息工程專業的“專業課程設計”的教學目標、教學內容、教學方法以及考核方式四個方面進行討論，結合作者的虛擬儀器課程的實際教學經驗，針對新工業形勢下的需求，對該課程進行研究和探討?？偨Y出學生要了解企業需求，多動手，多實踐，努力成為能適應“新工業”形勢下的人才。

關鍵詞：電子信息工程；教學研究；新工業；專業課程設計

高校擴招以來，我國高等教育得到了跨越式發展。同時,隨著國際化進程的加快，在新工業時代的影響下，工科教育也在發生變化。經過近十年的教育建設，學校的學科、專業和學生規模都得到了較大的發展。但是另一方面，幾乎所有高校教育都遇到了同樣的新問題：培養出來的本科人才和社會需求的人才相差較遠，特別是實踐能力方面。過去我們主要強調對學生理論知識的培養，這已經不能滿足培養具有競爭力的復合型人才這一需求。這體現了探索新工業形勢下電子信息工程專業教學升級之路的必要性和迫切性[1-2]。在電子信息工程專業高年級設置“專業課程設計”課程，是基于“新工科”創新理念對電子信息類專業實踐教學進行改革，主要從加強專業基礎課認識、教學模式、理論課程和實踐教學的連接等幾個方面進行多學科交叉融合的創新嘗試[3-5]。在本篇論文中，筆者結合自己在上海理工大學光電學院針對電子信息工程專業本科生“專業課程設計”課程的教學體會，從教學目標、教學內容、教學方法和考核方式等四個方面展開對該課程的教學研究與探索。

1教學目的

社會對于信息專業人才需求的多面性及現階段學校專業基礎課程設置的矛盾，針對電子信息工程類專業學生實踐能力的培養提出了新的課題。即如何打破傳統的培養模式，利用現有的教學資源，提出改進的教學方案，培養學生具有適應時代需要的知識結構和實踐能力，是擺在我們面前急需解決的問題。信息獲取、信息處理、信息傳輸和控制是信息技術及系統的重要組成部分[6-7]。虛擬儀器則是儀器技術與計算機技術深層次結合的產物，電子信息工程專業的專業課程設計是在虛擬儀器的標準化、系列化、模塊化的硬件和軟件平臺上，利用數字信號處理技術、傳感器技術等基礎理論及專業知識，指導學生完成建立一個具有信號采集、處理與分析數據采集回放系統，旨在訓練和培養學生綜合運用專業知識的基本技能及工程實踐能力，鞏固和進一步理解基礎理論知識，初步形成和掌握信息系統的設計、應用和開發能力。

2教學內容

新工科教育建設背景下電子信息工程以電路與系統、信號與信息處理、傳感器技術等理論為基礎，“研究”各種信息如語音、文字、圖像、遙感信息等處理和交換，以及無線、電纜、光纜等傳輸[8-10]。作為大三、大四學生的綜合實踐性的課程，旨在結合專業基礎課程所學的理論知識，培養學生綜合運用知識的能力和動手能力，在課程學習過程中建立系統集成的基本思維，提高學生分析問題解決問題的能力。本文專業課程設計的內容為設計一個雙通道數據采集回放系統，內容如下。⑴首先是實現基本波形模擬發生、數據采集記錄、其次是對記錄數據進行回放、分析處理。以下就每一個部分進行原理介紹。一個虛擬的波形發生器，它能實現基本波形的發生，用循環來控制波形發生的頻率。頻譜分析是信號處理中一個非常重要的分析手段。一般的頻譜分析都依靠傳統頻譜分析儀來完成，價格昂貴，體積龐大。虛擬頻譜分析改變了原有頻譜分析的整體設計思路，用軟件代替了硬件。使工程技術人員可以用一部筆記本電腦到現場就可輕松完成信號的采集、處理及頻譜分析。⑵課程設計編程工具的掌握。LabVIEW(Labo-ratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是美國NI公司研制的一個功能強大的儀器系統開發平臺，用來進行數據采集、數據分析和數據表達[11-12]。LabVIEW是一種圖形程序設計語言，它采用了工程人員所熟悉的術語、圖標等圖形化符號來代替常規基于文字的程序語言，把復雜繁瑣、費時的語言編程簡化成簡單、直觀、易學的圖形編程，同傳統的程序語言相比，可以節省約80%的程序開發時間。這一特點也為那些不熟悉C、C++等計算機語言的開發者帶來了很大的方便[13-14]。LabVIEW還提供了調用庫函數及代碼接口節點等功能，方便了用戶直接調用由其他語言編制成的可執行程序，使得LabVIEW編程環境具有一定的開放性?？焖賹W習一門新的編程語言同時運用開發系統，不但可以使學生在短期內掌握一門新的編程語言，也可以使學生提高自身學習新知識的能力，對自身的學習能力做個定位。⑶虛擬儀器技術基本概念的掌握。虛擬儀器系統的概念是測控系統的抽象。不管是傳統的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的。它們之間的不同主要體現在靈活性方面。虛擬儀器的功能由用戶自己定義，不強調每一個儀器功能模塊就是一臺儀器，而是強調選配一個或幾個帶共性的基本儀器硬件來組成一個通用硬件平臺，通過調用不同的軟件來擴展或組成各種功能的儀器或系統。本課程需要學生設計一個雙通道數據采集回放系統，需要學生綜合運用前期知識，具有系統集成的概念，體驗系統需求分析、系統方案確定、軟硬件詳細方案、硬件搭建、軟件編程、調試等一個完整的系統開發過程，是對學生綜合能力的一種培養。

3教學方法

首先，本課程的教學采用多媒體化的授課方式。跟傳統的編程語言教學方式不同，直接在教學中用軟件界面作為教學的主界面，課件PPT只是提綱挈領的作用，通過在課堂上講解一個個實際的軟件程序，來講解編程語言中特色點和重點。比如在講解LabVIEW語言的基本結構語句綜合運用過程中，引用軟件本身所帶的例子庫中的一個例子進行全面分析圖如圖1及圖2所示。圖2程序框圖從人性化的交互軟件界面、嚴密的邏輯結構、軟件語句的正確選擇及程序防錯機制的設置等幾個方面詳細的講解這個例子，讓學生學習這個例子，不但掌握最基本的編程語言，而且了解系統整體架構的概念。其次，運用網絡時代事物，建立專業課程設計群。課程群的建立，不但使得教師有一個資料存放的平臺，把課堂上所講的案例資料及課件及時的上傳至群，上傳相關資料對課堂講解做一定補充，同時更給師生之間，同學之間建立一個課程學習交流的平臺。學生可以在此平臺上提出問題，教師判斷學生的問題，如果問題具有普遍性，應及時在平臺上解答，同時上傳相關資料供學生查閱。這樣可以增加學生對本課程學習的興趣，學習氛圍變得濃厚，課程學習效果得到很大提升。第三，本課程在上海理工大學光電信息與計算機學院開設為32學時（或在兩周的短學期內完成）。每部分的教學安排如表1所示。編程語言授課的三天里，對傳統理論教授方法做了一定改革：一個理論點，一個實踐環節，即對每個理論點都開設一個相關的上機實踐，讓學生隨時學習，及時通過實踐環節消化理論知識，在實踐環節中發現問題，帶著問題上理論課，在課堂上自主的抓住老師上課的知識重點，加深對知識點的認識，很大程度上提高了對編程語言的學習的效率。第四，除由任課老師講解課程內容和指導學生進行系統程序設計外，為了增加與學生之間的團隊合作，專業課程設計的設置了小組討論演示環節，具體形式為每3-4位學生分成一個小組，以小組為單位對系統設計中的某個程序算法方案進行討論、資料和文獻的查找、程序設計中的分工合作，同時需要以小組的形式對他們的工作向所有同學進行公開演示講解，這種分組合作的方式可培養和鍛煉學生的調研和表達能力，也可增強學生之間的團隊合作精神。

4考核方式

具體的考核方式由三個方面來綜合確定：①課堂表現；②系統程序及設計報告；③一對一驗收答辯。這三個方面占最終考核成績的比重分別為：30%、30%、40%。具體而言，課堂表現主要由出勤率和課堂及上機實踐的表現。其中出勤率是學習時間的保證，因此是考核的最基本要素之一。作為實踐類課程，課堂及上機實踐中互動的表現反映了學生的學習態度和最終成果中的實際參與度。本專業課程設計最終需要學生提交系統的軟件及設計報告的內容包括：設計目的和意義、設計任務分析、設計思路和程序結構分析（說明文字和程序設計報告的情況是對學生專業知識的理解能力、動手查找資料的能力、專業寫作和總結能力的體現）。最后要進行師生一對一驗收答辯，學生首先要對自己的設計進行演示及講解，教師對學生的設計作品進行提問，教師能直觀的看到學生的作品，同時通過與學生一對一交流，準確地掌握學生的設計思路，也能相對清楚學生完成設計的程度，一定程度上杜絕了以往設計類作業相互抄襲的現象，相對客觀的反映學生的真實學習成果。這個過程雖然耗時比較多，教師花費的精力和投入也很大，卻能給學生一個比較客觀的評判，還能讓教師在跟學生溝通的過程中及時獲知教學的薄弱點，為以后教學積累參考數據，從而進一步改革課程教授，提高教學效率。通過上面三個方面的評估、打分、統計并加權，可得到學生該門課程的最終成績。這種綜合性的考核方式避免了傳統僅以卷面成績來評價的弊端，也避免了僅提交程序可能存在拷貝復制的問題，可較好地提高學生進行課程設計的積極性，也較為客觀地反映了學生課程學習情況。

5結束語

與傳統工科相比，本課強調學科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通訊、電子控制、軟件設計等新技術與傳統工業技術的緊密結合，是“新工科”典型特征。本文對“專業課程設計”的教學進行了深入的研究與探索。本文從教學目標、教學內容、教學方法和考核方式四個方面進行了研究，主要目標是培養學生適應社會發展需要，在電子信息領域掌握扎實的基礎理論和基本技能；具有兼顧軟硬件基礎、較強的工程實踐能力；具備學習新事物的能力，能夠在信號與信息處理、信息獲取與檢測等領域從事設計與開發。今后將進一步深入探索該課程在教學中值得改進的方面，例如在該課程的學習和設計的內容中引入最新的人工智能和深度學習技術；將實際案例引入專業課程設計中來。真正的在專業課程設計這門課程上做到校企合作，最終培養出符合企業需求的新工業形勢下的新興人才。

作者:金晅宏 單位:上海理工大學光電信息與計算機工程學院