時間:2023-11-16 10:46:52
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中圖分類號:TN710 文獻標識碼:A
教材是體現教學內容和教學方法的主要載體,是教師教學和學生學習的主要依據,也是課程改革的主要內容之一。我們本著“以能力為本位,以就業為導向”的課程改革思路,按照理實一體、項目教學方式,通過反復實踐、總結、提煉,開發了《模擬電子技術基礎項目教程》校本教材,經過試用,取得了良好的教學效果。
1 設立課程目標
項目式教材開發之前,通過到工廠企業的生產一線進行廣泛的專業調研,明確本教材的編寫以應用電子技術和電氣自動化等電類專業學生的就業為導向,根據行業專家及企業技術人員對專業所涵蓋的崗位群進行的工作任務和職業能力的分析,以電類專業共同具備的崗位職業能力為依據,遵循學生認知規律,緊密結合職業資格證書中對電子技能所作的要求,確定教學目標是:通過學習學生應具備對常用電子元件的識別與檢測能力、常用電子儀器的使用能力,電子專業基本技能(焊接技術、組裝技術),基本電路的原理分析、調試與初步設計能力。使學生具備高素質勞動者和中初級專門人才所必需的電子通用技術基本知識、基本方法和基本技能,初步形成解決實際問題的能力,為學習后續課程,提高全面素質,形成綜合職業能力打下基礎。
1.1 知識目標
(1)掌握常用電子儀器儀表的基本知識;(2)掌握電子元器件與常用集成產品的基本知識;(3)掌握電子常見功能電路的基本工作原理;(4)熟悉典型電子線路的分析;(5)具有典型電子線路制作與調試的相關理論知識。
1.2 技能目標
(1)能識別并檢測常見電子元器件;(2)能識別并正確使用常見集成電路;(3)具備典型電子線路的制作與調試能力;(4)會進行簡單電子整機的組裝與調試。
1.3 職業道德與情感目標
(1)通過課程的學習,了解電子世界,激發學生學習興趣,培養專業歸屬感;(2)培養獨立思考、勤于思考、善于提問的學習習慣,培養良好的團隊精神;(3)培養良好的安全生產意識、質量意識和效益意識;(4)培養良好的職業道德與職業習慣。
2 確定課程內容
摒棄傳統的專業教學課程方案,打破理實脫節、學科本位的教材體系,本著“以能力為本位,以就業為導向”的課程改革思路,以“夠用、實用”為原則,根據教學目標和任務來確定課程內容。在教材的內容的選擇過程中,我們舍棄了一些繁瑣冗長的理論,采用項目引領、實踐導向的教材結構,突出內容趣味性、典型性、實用性和可操作性。最終確定具體課程項目內容包括:常用儀表的使用、二極管三極管的認識與檢測、直流穩壓電源的制作與測試、功率放大器的制作與調試、調幅收音機的組裝與調試、家用調光燈電路的制作與調試等。
3 編寫課程章節
(1)按照課程目標要求,編排課程項目。每個學習項目按照課程目標分成若干個任務組成,每個項目都有具體的知識目標、能力目標(見表1)。項目的知識目標、能力目標編排如下(以項目二:二極管、三極管的認識與檢測為例)(見表2)。
(2)對照項目教學要求,編寫實訓任務。針對中職學生文化素質普遍較低、抽象思維能力相對較差這一特點,根據先實踐后理論,先感性后理性,先局部后整體的認識方式編寫教學內容。在編寫過程中,始終貫徹以動帶學、以想促學,將枯燥的理論與有趣的實踐緊密結合起來,大量增加電子元器件、電路、產品的實物圖,并配詳細的圖解式操作步驟,圖文并茂,力求符合中職學生的能力水平、認知特點和教學需要。
4 實施課程教學
4.1 建設一體化教室
理實一體化教室是實現項目教學的硬件條件,它既要滿足理論教學的需要,又要具備實訓教學的條件。在教室和實訓室的建設中努力尋找理論與實踐的結合點,改變過去教室只能教授理論,實訓室只能動手訓練的格局。學校電子技術的實驗室一般都有固定的工位,可作為課桌用,通過增加多媒體教學設備、調整工位的布局將原來的實訓室改裝成理實一體化的教室。
4.2 采用項目教學法
項目式教材要發揮其應有的作用,在教學中必須采用項目教學法。我們改變以往“教師講,學生聽”被動的教學模式,采取“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”教學方法,創造學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。在項目教學中,學習過程成為一個人人參與的創造實踐活動,注重的不是最終的結果,而是完成項目的過程。
4.3 教師職能多樣化
在項目教學的具體實踐中,教師的職能有了很大的變化。教師不再僅僅是講解者、示范者和控制者,更是指導者、組織者、引導者和評價者。在任務準備階段,教師要向學生提供與完成教學任務相關的知識、信息與材料,指導學生尋求解決問題的方法。在任務實施階段,營造學習氛圍、創設學習情景,組織和引導教學過程,是學生學習的組織者與引導者。在任務評價階段,教師在學生自我評價的基礎上,幫助學生對項目教學的目標、過程和效果進行反思,教師是評價者。
4.4 教學評價多元化
課程的教學評價是課程教學系統中的一個關鍵性環節,具有檢查和激勵作用。一直以來,“電子技術”課程考試成績依照“期末+平時”按一定比例確定,并且期末考試成績占最大比重,與中職突出技能的要求相背離。我們對學生的課程掌握評價以考評代替考試。采用階段考核方式,將理論知識納入實踐考核內容,平時(過程)成績和實踐環節結合的形式。階段考核成績30 %,平時(過程)成績 30 %,實踐成績 40 %。階段考核的評價包括:每項任務結束考核。平時(過程)成績評價包括:任務訓練、實訓報告與作業、課堂紀律、出勤、課堂筆記等。實踐性環節成績評價包括:以典型單元電路組裝調試為該課程終結考核,其中包括操作過程、實訓報告、實訓效率和成功率、安全使用工具和儀器等。
參考文獻
[1] 謝蘭清.電子技術項目教程[M].北京:電子工業出版社,2008.
2.綜合實訓:提升綜合素質模擬電子技術實踐教學改革的最后一個環節是綜合實訓。這其中已經不只是模擬電子技術一門課程,它將與數字電子技術、單片機技術應用等課程綜合開發設計題目,訓練學生的系統設計的能力。在訓練方法上通過主動學習、自主設計和創新設計三個步驟激發學生的求知欲望和創新意識。(1)主動學習:根據實驗系統需要實現的基本功能和達到的指標要求,學生通過查閱文獻,確定自己的設計方案;利用軟件仿真電路,并通過調試確定適合的參數;寫出預習報告。(2)自主設計:根據軟件仿真電路搭建實際系統的硬件組件;完成系統程序設計;進行軟硬件調試,通過查找錯誤、解決問題,達到鍛煉提高的作用;測試系統的基本參數和功能。(3)創新設計:完成實驗系統的進階指標:如增加功能或提高指標;對系統進行最終測試,給出誤差分析;寫出實驗報告,提交實驗作品。綜合實訓使學生較系統地掌握電子系統設計過程的選題、立項、方案論證、電路設計、裝配調試、系統測試、總結報告、文檔整理等全過程,培養學生理論知識的綜合運用能力。
二、進一步完善實踐教學體系
1.嚴格考核制度
要想使模擬電子技術實踐教學順利地進行下去,必須進行嚴格的考核制度,以保證實踐教學的良好效果。(1)基礎實驗。根據學生每次做實驗前的預習報告和實驗中的操作表現、實驗后的結果分析,給出實驗成績,占模擬電子技術課程總成績的20%。模擬電子技術課程總成績=70%的期末考試卷面成績+20%的實驗成績+10%的平時成績。(2)課程設計。完成課程設計中常用單元模塊電路仿真,成績為“及格”;完成課程設計中常用單元模塊電路和規定電路的仿真設計,成績為“中等”;完成課程設計中全部軟件仿真設計,成績為“良好”;完成課程設計中全部軟件仿真設計和一個綜合設計制作選題,成績為“優秀”。
2.完善實踐教學體系的配套工作
除上述改革措施外,為進一步完善實踐教學體系,實驗室硬件設備和運行經費的投入是必要條件;編寫相應教材,加強較適合學生之間的交流也十分重要。已經完成或正在進行的工作如下:(1)吸取經典教材的寶貴經驗和新的教學理念,結合獨立學院的人才培養目標以及本院課程設置和課程大綱的要求,編寫適用于應用型本科的教材——《模擬電子技術基礎》以及配套的實驗及課程設計指導書。(2)開設電子設計工程師認證考試(EDP),為學生就業增加砝碼;指導優秀學生參加全國大學生電子競賽、全國大學生專業競賽等,促進“因材施教的個性化培養”。(3)建立了模擬電子技術課程與實驗的網站,實現了指導教師與學生、學生與學生之間的互動,拓寬了主動學習的空間。
題4.4.2
試述數字通信有哪些特點?在數字通信中,其可靠性和有效性指的是什么?
題4.4.3
什么是數據通信?數據通信有哪些特點?舉一個簡單例子說明數據通信系統的基本構成和各部分功能。
題4.4.4
波特率和比特率有什么區別?如果一條傳送線使用雙位信號,傳送速度是4800bit/s,其波特率是多少?
解:
題4.4.5
某一數字信號的符號傳輸速率為1200波特(baud),試問采用二進制、四進制和八進制傳輸時,其信息傳輸速率各為多少?
解:
當N=2、4、8時,Rb分別為1200bit/s、2400bit/s和3600bit/s。
題4.4.6
什么是調制?調制目的是什么?有哪幾種調制方法?為什么調制只能在非線性電路中完成?
題4.4.7
下列各種電路是線性電路還是非線性電路?它們能否進行頻率變換?
(1)甲類放大器;
(2)LC振蕩器;
(3)并聯或串聯調諧回路;
(4)工作在開關狀態的二極管和三極管。
題4.4.8
單一頻率的信號電壓加在非線性器件會產生哪些頻率分量?兩個不同頻率的電壓加在非線性器件上時,又會產生哪些頻率分量?
題4.4.9
設一已知高頻載波為vc=Vcmcos2π×780×103t(V),受到一低頻調制信號vΩ=cos2π×103t(V)的調幅。
(1)
試寫出該調幅波的表達式;
(2)
試畫出已調波的頻譜圖;
(3)
若信號頻率的分布范圍為0~4kHz,問傳輸該調幅波所需帶寬為多少?
(4)
若平均調制度m=0.3,試計算邊帶功率與載波功率之比。
解:(1)
(3)
BW=2Fmax=8KHz
(4)
載波功率
上、下邊帶功率
題4.4.10
1.1教材缺乏合理性
目前關于電工電子技術課程方面的教材很多,通過觀察這些教材可以發現,很多教材缺乏一定的合理性。電工電子技術課程是一門理論與實踐結合為一體的綜合性課程,但通過觀察眾多相關教材發現,電工電子技術課程教材多偏重于理論知識,并且,相關教材知識更新較慢,很多教材的教學內容已經不能適應行業日新月異的變化,不能適應飛速發展的市場需求,這些問題導致在電工電子技術課程的講解與學習方面出現教師講解費勁,學生學起來毫無興趣的局面,并且學生所學知識難以滿足企業的要求;
1.2教師教學方法陳舊
電工電子技術課程是一門基礎課程,理論性強,傳統教學主要是教師對書本理論的講解,不形象,不直觀、方式枯燥,并多采用“滿堂灌”式的教學方式,教師在教學活動中始終占據主導地位,既沒有為學生留出消化與理解知識點的時間,也沒有為學生提供展示自己的機會與平臺,沒有注重學生與教師的互動以及學生主動性的培養模式,長期以往,必將會降低學生的學習激情與學習愿望,學生根本無法提起對課程知識內容的興趣,使得教學效率低下。
1.3學生實際操作能力不足
在電工電子技術課程的傳統教學中,基本上都是學生被動地聽教師在課堂上講授理論知識,缺乏直觀性,對學生來說是比較枯燥的,導致學生聽課時難以較好地理解,以至于產生難學、厭學的情緒。實驗教學是學校培養學生的重要途徑,因此,需要配合合適的實訓課程,充分的利用實訓教學實際上是一個很好培養學生學習興趣的過程,增強他們的動手能力,使得學生的求知欲望增強,從而提高他們學習的興趣。但是由于很多學校的實踐教學本身存在著一些問題,使得學生的實際操作能力較差。在電工電子技術課程的實踐教學方面,主要存在以下問題:(1)有些學校對實踐教學不夠重視,導致實踐教學安排的不合理;(2)由于實踐教學課程較多,所需設備投入較大,有些學校不能較好地提供實踐教學的設備,這些都是導致學生操作動手能力較差的主要原因。
2電工電子技術課程教學的應對措施
2.1對電工電子技術課程的教材進行科學地補充及重組
教材是教學的根本,是提高教學質量的前提保障。伴隨著我國經濟、技術的前進,電工電子技術也在進行著飛躍式的發展,與此同時,與電工電子技術相依相伴的電子元器件也在不斷的進行更新與發展,因此,與之對應的電工電子技術教程的教材也需要對其內容進行不斷的充實。針對教材中一些內容較老的情況,應對原有教材進行深入地分析,去糟粕取精華,添加電工電子技術課程中適用的器件、電路等方向的內容,使得電工電子技術課程的教材能夠跟上時代的進步和技術的發展。針對有些教材過于偏重理論的情況,對教材中的理論知識點,要做到去虛留實、簡明扼要的講解,使理論與實踐盡量結合,激發學生的學習興趣。在教學時,教師應該根據學生的實際情況進行電工電子技術教學資料的重新整合,編排出一個適合教學的順序,即遵循由淺到深、由簡到繁的原則,這樣將有助于學生循序漸進地接受電工電子技術課程的知識,打好扎實的基礎,為以后的學習和工作做好充足的準備。
2.2教學方法改進
針對教學方法陳舊,教學方式枯燥的問題,教師可以采取以下的手段進行教學,以激發學生的學習興趣,提高學生的學習效率。首先,在電工電子技術課程的教學中,教師要創造良好的課堂氛圍,盡量站在學生的角度去營造一個具有良好學習氛圍的教學環境。比如,采用靈活的創設問題情境及活動情境,引導學生積極思考,盡可能地將學生的注意力吸引過來,使得他們自覺地跟隨教師的思路,因為有趣的提問不但能夠使學生對學習產生濃厚的興趣,還可以使學生產生強烈的求知欲,進而有效調動學生學習的積極性及自覺性,有效地豐富枯燥的教學課堂,提高電工電子技術課程的教學質量[9]。其次,在教學過程中,可以多使用直觀教具和實例教學來培養學生的學習興趣。例如,在教授到電容和電感時,可以將電視機的主板上的電容和電感作為直觀教具,讓學生自己在主板上尋找各種電容和電感,并讓他們記下相應的型號。進行實例教學時,可以將手機、相機、太陽能設備等作為電工電子技術涵蓋的各方面技術產品來進行講解剖析,這種采用實物、模型等方式的教學手段,可以盡可能地發揮學生的視覺、聽覺和觸覺等器官間的協調作用,在一定程度上能夠使學生更加輕松愉快的學習電工電子技術課程的相關知識。
作者簡介:江捷(1965-),女,浙江奉化人,北京工業大學電子信息與控制工程學院,副教授;王鐵流(1954-),男,天津人,北京工業大學電子信息與控制工程學院,教授。(北京100124)
基金項目:本文系北京市屬高等學校人才強教計劃資助項目(項目編號:05002211200601)、北京市高等教育學會“十一五”專項規劃重點項目(項目編號:2007030)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)14-0071-02
隨著我國高等教育由精英教育步入大眾化教育,辦學定位、人才培養模式和規格都趨于多樣化。作為教學活動重要載體的教材,其多層次、多樣化的特點將更為突出,才能適應不同類型、不同定位人才培養的需要,體現不同學校的辦學特色。
在擴招形勢下為提高高等學校本科教學質量,教育部實施了“質量工程”,將“課程、教材建設與資源共享”等列為重點建設內容。[1]按照“分類指導、鼓勵特色、重在改革”的原則,啟動了“萬種新教材建設項目”,加強新教材和立體化教材建設。[2]在此背景下和多項市級教改項目的牽引下,立足地方重點院校進行了“數字電子技術”課程的系列化、立體化教材建設,并以此推進精品課程建設。
一、教材建設的基本原則
1.在素材選取上,堅持求真務實
美國著名教育家奧蘇伯爾認為:“在教學過程中,學習活動是否有效,主要看新的學習內容能否與學習者認知結構中原有的、恰當的知識系統建立實質性的聯系。”[3]因此,教材建設必須處理兩個關系:一是學生原有知識和本課程的縱向關系;二是相關課程之間的橫向關系。在大眾化教育快速發展的現階段,教材建設應該與學生的現有認知狀況相適應,與人才培養目標相銜接,以求真務實為原則,不能過分追求“檔次”和知識的“新”與“深”。
2.在知識結構上,力求嚴謹清晰
教材不僅是知識的載體,更是認知過程和思維方法的載體。[4]因此,教材內容的組織應遵循科學發展規律和人類認知規律,通過問題的提出、分析、解決、延伸等環節將教學內容有機融合。[5]
3.在內容表述上,力求言簡意賅
教材是為學生服務的,因此,必須體現學生本位的原則,以有利于學生知識構建為目標,把教材的可讀性、可學性放到重要位置。在內容表述上,應突出重點、難點,注重知識的內在聯系;化繁為簡,以簡潔的方式描述復雜的概念和理論。
二、立足地方重點院校,編寫理論教材
《數字電子技術基礎》這本教材是依據教育部高等學校電子信息與電氣信息類基礎課程教學指導委員會最新制訂的電子技術基礎課程教學基本要求,按照“分類指導”原則,立足地方重點院校,根據教學研究型大學的人才培養目標、結合北京工業大學(以下簡稱“我校”)學生實際,由從事數字電子技術課程教學的一線教師,在多年教學實踐的基礎上,總結凝練并不斷改進而成的。該教材已作為我校北京市精品課程“數字電子技術”的指定教材,連續三屆實際用于課程教學,受到學生和同行專家的好評。
1.系列配套
以《數字電子技術基礎》為核心,與之配套的《數字電子技術基礎學習指導》《數字電子技術多媒體課件》《數字設計基礎》(雙語教學版)《數字設計基礎雙語教學多媒體課件》均已同步出版,《數字電子技術實驗教程》也已納入出版計劃。它們與“數字電子技術”試題庫(中文版+雙語版)、電子教案等配套使用,基本涵蓋了課程教學的各個環節,為學生自學和教師教學提供了豐富的系列化、立體化教學資源。
2.以學習者為本,增強可讀性
教材編寫過程中,堅持以學習者為中心,以利于學習為出發點。內容編排順序合理,邏輯性強;敘述簡明扼要,深入淺出,通俗易懂,易于自學。
3.保證基礎,面向發展和應用
在強調基礎內容的完整性和基本理論系統性的同時,將學科發展的新成果、新技術融入教學內容,妥善處理傳統內容的繼承與現代應用的引進之間的關系。例如,在“可編程邏輯器件”一節,教材結合目前流行的Altera公司的MAX7000系列產品,介紹了CPLD器件的基本結構和工作原理,并增設了“基于CPLD的數碼管掃描顯示”等三個必做的數字電路綜合實驗。在“硬件描述語言VHDL基礎”一章,基于問題的編寫,配以典型的實例和豐富的練習,適合學生快速入門,即學即用。
4.精選內容,優化講法
挑選最基本的內容、方法和典型應用,注重對問題的提出和解決思路的闡述,力求再現知識發生和技術發展的過程。在“觸發器”一章,始終以問題引出討論,以固有問題的解決、新問題的提出組織教學。例如,“如何才能使電路具有記憶功能”,有了基本觸發器,“為什么還要設計同步觸發器?為什么需要同步?如何實現同步”、“為什么要設計主從觸發器?如何設計,才能解決同步觸發器不可避免的空翻問題”、“為什么要設計邊沿觸發器?如何才能提高觸發器的抗干擾能力”等等。
5.從例中學,學以致用
教材正文與例題、習題密切配合,示例豐富。例題選取兼顧典型性和實用性,引導學生“從例中學”,加深理解,幫助學生在較短時間內掌握課程基本內容,并學以致用。例如,在介紹了格雷碼的特點后,就以學生熟悉的汽車調速系統為例,分析了5個檔位速度應如何編碼,以及用格雷碼為什么可以解決換擋抖動問題。
6.發散思維
對典型例題在講述解題思路、方法和步驟的同時,給出多種解題方法并加以比較和歸納,啟發讀者進行發散性思維。例如,在介紹利用集成計數器實現任意進制計數時,列舉了清零法、置數法、分解法等多種方法,并比較了這些方法的特點和適用條件。
三、以學生為本,編寫配套助學教材
《數字電子技術基礎學習指導》是為配合《數字電子技術基礎》而編寫的,既可作為學生的學習輔導教材,也可作為教師的教學參考。全書共分十章,每章均由內容提要、教學基本要求、重點與難點、習題類型與解題方法、典型例題解析、習題解答六部分組成。其中:“內容提要部分”歸納總結了各章的主要內容和知識要點;“教學基本要求”將各章主要內容劃分為掌握、理解和了解三個層次,為學生復習和自學提供了方向和目標;“重點與難點”提煉了各章的重點和難點內容;“習題類型與解題方法”歸納了各章的常見習題類型,逐一給出了解題思路、方法和步驟;“典型例題解析”舉例說明了各種常見習題類型的求解過程,對部分典型題目給出多種解題方法,并加以比較,歸納各種方法的特點和適用條件;“習題解答”對《數字電子技術基礎》中的所有習題進行了詳細解析。
本書在編寫風格上力求簡練、突出重點。力圖從解題思路、方法和步驟等方面給讀者以指導,使其舉一反三,加深對基本概念、基本理論和基本方法的理解和掌握。為便于閱讀,本書的內容體系、章節順序和習題編號均與《數字電子技術基礎》保持一致。該書已與《數字電子技術基礎》同步出版,并作為配套教材,實際用于教學,受到學生的普遍歡迎。
四、扭轉實驗教學對理論教學的依附,編寫實驗教材
1.實驗教學“獨立化”
為逐步扭轉長期形成的實驗教學在內容上依附于理論教學、在時間上滯后于理論教學的觀念,方便學生的超前學習和實驗預習,推進“從做中學”,筆者以實驗模塊為主線,用簡練的語言、淺顯的示例,系統講述了相關的知識要點,使學生只需閱讀實驗教材,即可完成基礎性實驗設計,達到實驗教學的基本要求。
2.實驗內容“階梯化”
增加大量不同難度的實驗題目,使實驗內容階梯化,以滿足不同水平學生的不同需求,激發學生的潛能。同時,也便于教師根據學生實驗的實際完成數量和質量,給出合理的分數。通過實驗內容和難度的“階梯化”,在保證實驗基本要求的前提下,使學生實驗成績“階梯化”,為電子競賽等選拔優秀學生。
3.實驗項目“生活化”
適量補充具有實際應用背景的研究性實驗項目,為優秀學生提供發揮空間。這些項目只以任務書的形式規定要實現的功能,沒有具體設計方案,要求學生自由選題、自愿組合,合作完成。設計報告按貢獻大小依次署名,作為教師評定成績的重要依據。
4.實驗手段“虛擬化”
利用美國NI公司提供的虛擬設備,增加動態參數測試、動態過程演示等專題實驗,使學生建立對虛擬儀器、虛擬實驗的初步認識。
《數字電子技術實驗教程》已于2007年用于我院06級實驗班的實驗教學,擬進一步充實完善后正式出版(已納入我校出版社的出版計劃)。
五、結束語
“數字電子技術”課程系列化教材建設的各種思路都源于教學實踐,各項建設成果也都回歸教學實踐,服務于本科教學,取得了較好的使用效果。教材建設成果也將課程建設推上了一個新臺階。
參考文獻:
[1]周濟.實施“質量工程” 貫徹“2號文件” 全面提高高等教育質量[J].中國大學教學,2007,(3):4-8.
[2]教高(2007)2號.教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見[J].中國大學教學,2007,(3):9-11.
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)47-0099-02
一、引言
工科本科畢業生應該具有什么樣的水平,培養機制是否合理,最有權威的評價來自接收本科生的研究生導師及用人單位。大學與高中最本質的區別如何體現?PPT以信息量增多和形象生動贏得追捧,如何發揮PPT的優勢?教學應一切為了學生,一切圍繞學生,但如何讓學生成為中心,成為教學的驅動者?考核的目的是什么?如何做到教學考核的關注點與用人單位及研究生導師的要求一致?針對上述問題,本文均給出了相關的建議。
二、教學團隊建設是保障
電子技術的研究對象是各種功能電路。學生最后的輸出應該是掌握電路的分析方法,熟練使用常用的仿真平臺,各自獨立完成選定電路的設計、仿真、調試及性能分析評價。以主講教師為責任人,以實驗員、研究生為輔助人員的國外院校相同課程教學團隊的建立模式值得借鑒。
三、教學內容選擇是基礎
內容選擇應重在立足根本,學以致用。目前,本科生電子技術課程教學國內教程版本很多,在有限的課時內教學內容的取舍通常取決于課程閉卷考核的方式。理論基礎扎實,一直是教學推崇的目標,因此,理論模型、等效電路、各種形變及解題技巧成為教學的主要內容。當然,這些內容的設計均是從書面推導的需求出發,是與學生學習效果考核的要求一致的。然而,電子技術是一門實驗科學,脫離對整個電路的理解,拆分成各種碎片,變換的面目全非,就會讓學生失去對電路整體的把握,“只見樹木,不見森林。”知識是無窮盡的,但根本總不會變,學習就是學習分析問題和解決問題的方法,而分析問題和解決問題的方法和手段就是要學生反復訓練、必須熟練掌握的,有了這個武器,就可以舉一反三。那么信息時代針對電子技術教學需要重點選用的教學內容應該是什么呢?目前,科研生產中普遍采用的各種EDA仿真平臺均針對完整的電路進行分析,而不是針對等效變換后面目全非的模型。EDA仿真平臺是前人及當下先進電路分析方法的總結,目前只是作為輔助手段出現在仿真實驗課堂上。在教學內容上,急需簡化偏離實際需求的基于模型變換及等效電路的分析方法的篇幅。同時,在教材的選擇上,一定要有大視野,博采眾長,了解經典,跟進時代,重在深入領會承載著內容的知識體系,了解各自的敘述方法,雖然所有教材知識點及覆蓋面都應殊途同歸,但各自講述一定有自己的特點,引領同學分析比較,提升學生認知及掌控力,也是教師對學生進行學習能力培養的重要一環,這是一種非常有價值的引領。
四、課堂設計是關鍵
課堂是教學過程的主體,實現能力提升,重在落實學生輸出推動教學進程。
(一)理論教學
課堂主體應該是學生,而教師就是隊伍的領隊,只有學生們的認知及能力與教師同步推進,教學的目的才能得以實現。既然如此,教學過程就只能由學生的輸出,即能力提升來推動,講授了多少內容不是重點,方法的掌握和訓練才是目的。學生的輸出可以有多種,但有用的輸出一定是與能力提升有關,與社會需求有關,與未來自身進一步發展有關,從而在實踐中,讓學生潛移默化地練就了能力。本科生電子技術課程以分析各種功能電路為主,電子技術的課堂,應更加體現實訓的設計,以仿真作為驅動,教師可以利用多媒體PPT給出待仿真的對象,并提出問題,學生同步利用自己手中的智能手機、電腦等給出答案,教師引領、點評、解釋原因,并層層推進提升電路的復雜度,增加新功能。每一次推進,都是對仿真平臺的進一步熟悉,每一次講解都可以為學生打開一片未知的領域。
(二)分組討論
國外一直推崇的教學環節,也稱為習明納爾,即研討的意思。在大課堂結束后,把大的教學班,拆分成多個組,第一時間進行分組討論。教師和學生針對該階段教學內容及應用的教學仿真平臺,同步進行電路的繪制仿真,把課堂教學內容進一步深入及精細化,舉一反三,及時發現同學的疑惑,并有針對性地答疑解惑。完成對課堂內容的消化理解。
(三)實驗教學
該環節是分散進行的。目前,本科電子課程實驗內容多以驗證實驗為主。鑒于目前學生個體掌握實驗資源的情況及社會對專業人才實際技能的客觀需求,傳統的驗證性實驗應該逐步退出實驗課堂,應面向工程,以課程設計代替驗證實驗,充分發揮學生的主觀能動性,進行課程設計實驗。實驗室應該是開放的,適合學生訂單式培養,提供專業的制作測試平臺,并由團隊指導教師或研究生提供指導。課程設計選題應在開課之初進行,在教師指導下學生自行選擇,設計過程要求參照科研項目設計規范,學生需完成原理圖、仿真圖、PCB圖及實際電路制作調試,最后要進行課程設計答辯。在老師的引領下,全面獨立地展開訓練經歷,為完成本科畢業設計奠定基礎。
五、考核方式是風向標
在考核內容和方式的設計上,應考慮超前一步,即把社會的需求及科研工作對學生基本能力的要求作為標準。以學生輸出(即作品)的形式進行課程考核,強化了學以致用的理念,避免了將學習變成僵化的死記硬背。同時,學生課程設計的作品題目各自獨立,也培養了學生必須獨立從事實驗研究的能力,符合社會用人單位及研究生導師對大學生所應具有的電路實際能力的要求。
六、結語
本文針對電子技術課程教學內容及教學方法滯后于技術進步的水平及偏離實際需求的現狀,提出了以學生輸出為考核依據的新的評價機制,必將對促進學生學習的主動性,提升學生對電路理論認識和實踐技能,使教學與社會需求接軌,與科技發展及技術進步接軌,為最終使學生真正成為社會發展所需要的、受歡迎的人才提供保證。這一理念將真正發揮電子技術課程教學的作用,為電子技術課程教學的持續改革起到引領和借鑒作用。
參考文獻:
[1]胡瑋.淺談模擬電子技術課程的教學方法[J].北京:新課程:教育學術,2012,8(8):97-97.
[2]李月喬,宗偉.“模擬電子技術基礎”教學方法的思考與體會[J].南京:電氣電子教學學報,高等教育出版社,2007,29(5).
當前,隨著信息技術的發展,人與人之間的交流和學習變得越來越高效便捷,“微理念”已深入人心。[1]在這樣的時代背景下,一種新的教學模式“微課”應運而生并迅速興起。
一、微課的概念及特點
在國內,“微課”最早由佛山教育局胡鐵生提出。胡鐵生認為“微課”是以教學視頻為主要載體、反映教師在課堂教學過程中針對某個知識點或教學環節而開展教與學活動的各種教學資源的有機組合。各種教學資源以一定的結構關系和呈現方式共同營造了一個半結構化、主題突出的資源單元應用“生態環境”。[2]本研究認為:“微課”是一種學習資源,它以微視頻為核心,講解或分析某一單個知識點或技能點,可以是知識介紹或習題講解,也可以是技能操作等。“微課”是針對傳統單一資源類型的局限性而發展起來的一種新的教學資源建設和應用模式,它的主要特點有:主題突出,針對性強;資源豐富,情境真實;短小精悍,使用便捷;半結構化,擴充容易。[3]
二、高職《電子技術》課程教學中采用微課的必要性和可行性
《電子技術》作為高職院校電類專業的一門重要專業基礎課,知識面廣,實踐性強,地位重要。《電子技術》課程中學到的很多基本能力也被越來越多的用人單位和企業列為招聘人才的重要指標,比如電子線路的識圖能力、電子電路的故障檢修等。由此可見,高職《電子技術》課程教學同時肩負著“為學習專業課打基礎,為今后就業作保障”的雙重任務。但目前,一些院校《電子技術》課程的教學存在問題,教學效果不佳。很多院校還是采用知識本位的以講授為主的教學方法,實踐課的設置還多以驗證性實驗為主、綜合應用性實驗較少,缺乏以任務為驅動的引導,學生被動地聽課、參與度不高,學生的實際需求容易被忽視,學習主動性差,這樣不能很好地培養學生的綜合應用能力和創新能力。因此,如何結合高職《電子技術》課程特點,并針對當前教學中出現的問題進行教學改革,顯得十分緊迫。“微課”具有學習時間短、授課內容靈活、主題性針對性強、課程資源構成多樣、情景真實等特點,[4]將“微課”運用到高職高專《電子技術》課程教學中,將很好地解決傳統授課方式中存在的問題。“微課”還可以滿足不同學生的個性化需求,學生可以根據自己在本課程中知識和技能的掌握情況,利用“微課”多遍著重學習個人掌握的薄弱環節。并且,在《電子技術》課程中引入“微課”,使學生處于主動探究問題、解決問題的情境中,還有助于鍛煉學生的高階思維能力。[5]
三、高職《電子技術》微課設計開發與應用
(一)《電子技術》微課內容設計與開發
1.素材的選擇與分析
本研究“微課”設計主要依據教材是《電子技術項目教程》(北京大學出版社,2014年7月第2版,徐超明、李珍主編),該教材是“十二五職業教育國家規劃教材”。該教材的特點是“以項目為載體,將知識融入工作任務;做中帶學,實現職業能力培養;結合實驗與仿真,提高教學質量”,這和本文的微課研究思想不謀而合。全書共7個項目,分別是:直流穩壓電源的設計與制作、擴音機的制作與調試、信號產生電路的設計與制作、加法器的測試與設計、搶答器的設計與制作、數字鐘的設計與制作、電子電路綜合訓練,每一個項目中又有多個任務。其中,項目1—項目3屬于模擬電子技術部分,是對二極管和三極管常用電路、集成運放等知識的運用;項目4—項目6是對組合邏輯電路和時序邏輯電路知識的應用,屬于數字電子技術部分;項目7選取最基本、最普及的通信終端設備之一電話機作為綜合實訓內容。本研究選定《電子技術項目教程》教材中的重點知識點和技能點作為微課開發素材,最終確定了6個有代表性的重點任務來作為“微課”設計的案例。包括:“二極管應用電路制作”“基本放大電路分析測試”“比例運算放大電路制作”“三人表決電路設計制作”“數據選擇器應用電路設計”和“計數器的設計”。
2.微課開發的工具與環境
CamtasiaStudio是本文開發“微課”主要用到的軟件工具,輔助工具軟件是MicrosoftOfficePow⁃erPoint2007(該軟件我們都很熟悉,這里不再贅述)。下面介紹制作微課視頻非常好用的Camta⁃siaStudio軟件。CamtasiaStudio軟件是TechSmith公司研發的、集屏幕錄影和視頻編輯于一體的軟件套餐。該軟件功能非常強大,除了能進行屏幕錄影外,還能進行視頻的剪輯、編輯、個性化制作,還具有視頻播放與視頻劇場功能。在此軟件環境下,用戶能非常方便地進行屏幕錄像的配聲,還可以添加字幕、剪輯視頻,還有動畫轉場等功能。CamtasiaStudio軟件的運行主界面見圖1。
3.微視頻案例
如前所述,本研究選取《電子技術》課程中具有代表性的6個重要任務(其中模擬電子技術部分3個,數字電子技術部分3個)進行“微課”設計開發。以《三人表決電路設計制作》的微課視頻制作為例來說明微視頻設計制作的過程。《三人表決電路設計制作》是《電子技術》課程數字電子技術部分的一個設計性案例,屬于組合邏輯電路設計的典型案例。該案例涉及的知識點和技能點包括:基本邏輯門電路邏輯功能、常用中規模集成芯片管腳圖的識圖方法、組合邏輯電路的設計方法、會根據邏輯電路圖正確地搭建電路等。在對該案例微視頻的制作進行了設計、規劃后,錄制了該案例的微視頻。該案例是借助Cam⁃tasiaStudio軟件制作完成的,它在CamtasiaStudio環境中的界面如圖2所示。做好PPT課件后,打開PPT課件,在MicrosoftOfficePowerPoint2007下錄制完成,經過降噪等一系列后期處理后,最終生成了格式為MP4的播放視頻。該案例的微課視頻播放截圖如圖3所示。
(二)《電子技術》微課的教學過程設計與應用
本研究在制作完成6段微視頻后,進入了“微課”的教學應用階段。6段微課均在本校15電氣自動化專業1班使用。本研究進行“微課”設計開發時,學生們已基本學完課程知識,即將進入復習階段,所以,本研究選定該教材中的重點知識點和技能點作為微課開發素材,提供給正處于復習階段的15級電氣自動化專業學生,幫助學生有針對性地復習重點,提高學習效率。15電氣自動化專業1班共51人,均有智能手機,任課教師在課前把本節課要復習內容對應的微視頻通過QQ群或微信提前發送到每個學生的智能手機和電腦上,方便學生上課時在老師的指導下通過微視頻來復習本節重點。
1.基本教學流程設計
《電子技術》課程的“微課”應用流程如圖4所示。圖5為本研究的“微課”應用教學模式。首先,在教師的深入引導下,學生使用智能手機等移動設備通過“微課”進行自主學習,當然也可以是小組形式的自主學習,這也是學生建構知識的過程。同時,學生會在具體的情境下提出問題,再通過小組分工協作探究來實現其知識能力的構建。然后是評價總結,教師檢查學生任務的完成情況或者通過學生小組自檢或互檢,對學生的學習成果進行點評,這期間,教師要注意引導學生進行反思并給出優化建議。整個過程完成后,學生增加了知識、鍛煉了技能,也提高了發現、探究、解決問題的能力和學習能力;另一方面,教師通過思考、構思、搜集資料設計與制作“微課”并組織課堂學習活動,指導學生進行“微課”學習后,自身專業素養和教學能力也得到了提升。[6]
2.具體教學流程設計
本文研究的基于“微課”的具體教學流程設計如圖6所示。
(三)《電子技術》“微課”應用效果與評價
1.考核成績分析
考核成績分析是基于“微課”應用前和“微課”應用后兩次考核的結果對比來進行的。第一次考核是在課程內容學完之后還未進行“微課”應用時進行。第二次考核是在將“微課”應用到15電氣自動化專業的復習課中輔助教學,在“微課”應用結束后進行的。兩次考核項目都是在題庫中隨機抽取1個綜合應用項目,類型相同,分值相同,時間相同(都是滿分100分、時間100分鐘)。考核完成后對15級電氣自動化1班51名學生的考核結果進行統計。忽略試題細微的難度差別和學生知識掌握熟練程度的差別,15電氣自動化1班的平均成績為79.6分,比前一次考核(在“微課”應用之前)的平均分72.8分提升了大約9.3%。其中,最高分提升約9.0%,最低分提升約7.2%。由此可見,在復習課中應用“微課”能明顯提升學生知識和技能的掌握程度。
2.對學習者的問卷調查分析
在“微課”應用結束后,對51名學生進行了調查,問卷調查主要包括以下3個方面:是否喜歡利用微課學習;使用微課后的效果感受;對微課設計和微視頻制作的滿意程度。問卷調查的目的是為了了解《電子技術》“微課”的應用效果,及時發現其中的不足,以便總結經驗教訓。調查問卷共發出51份,回收有效問卷48份,有效回收率為94.1%。調查結果顯示,80%以上的學生喜歡利用微課進行學習;77.1%的學生認為微課能提高自己對該課程的學習興趣;81.1%的學生認同微課提高了自己的自學能力;85.5%的學生認為微課能幫助自己更好地掌握知識點和技能點;77.8%的學生認為微視頻內容簡潔、針對性強;76.1%的學生認為微視頻中的知識點、技能點劃分合理;81.3%的學生認為微視頻中關于知識點和技能點的講解清晰、全面;95%以上的學生認為微視頻的畫面質量好、聲音清晰。通過考核成績分析和調查問卷分析結果可見,微課在提高學生學習興趣、學習效果以及提升學生自學能力等方面都有顯著效果。
四、總結
高職《電子技術》“微課”開發不僅是教育教學理念的革新,也是學習方式的變革。“微課”以一個個小的知識點、技能點為單位,和傳統的以課時或單元章節為單位的教學資源相比,更容易被學生吸收、消化,更能適應學生個性化的學習需求和當今時代教育信息化的要求,并能切實提高學生學習的有效性。“微課”在高職《電子技術》課程教學中的實踐探索研究對促進該課程的教學改革、促進教學有效性的實現有著重要意義。本研究的建設成果也能為其它專業、其它課程的“微課”應用提供有價值的參考。目前本研究中“微課”使用是將微視頻和其它“微課”資源通過QQ、微信的方式共享給學生,還缺乏“微課”學習網站等“微課”平臺建設,下一步要加快“微課”學習網站建設,不斷完善《電子技術》“微課”研究設計和開發。
參考文獻:
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[2]胡鐵生.“微課”:區域教育信息資源發展的新趨勢[J].電化教育研究,2011(10).
[3]胡鐵生,周曉清.高校微課建設的現狀分析與發展對策研究[J].現代教育技術,2014(2).
[4]李玉平.微課程——走向簡單的學習[J].中國信息教育技術,2012(11).
1.引言
教學現代化包括教學理念與方法的現代化、教學內容和體系的現代化、教學資源的現代化諸多方面。眾多高校由于教學經費投入不足,教學實驗設備更新緩慢,現代化教學手段得不到廣泛應用。同時,傳統的實驗教學中設備投入大,而資源共享性、擴展性差、設備完好率低,使得實驗教學實施力度明顯削弱,教學質量有所下降,這些矛盾在應用型本科教育中日益顯現。
電子技術實驗課程是電子、電氣、通信、計算機、機械、控制等多學科多專業的重要專業基礎實踐課程,具有理論性強、技術性強、綜合性強、實踐性強、發展速度快、應用領域廣等特點。學生對該課程內容掌握的程度直接影響其專業課程的學習和專業技能提高,影響其實踐工作能力和知識再生能力的培養,關系到人才培養的質量,所以,我們必須探索行之有效的電子技術實驗課程教學改革方案。
隨著計算機技術、信息技術、網絡技術的發展,在電子技術課程的實驗教學中引入虛擬儀器技術已成為高校實驗教學改革的發展趨勢。
2.虛擬儀器技術簡介
虛擬儀器(Virtual Instrument,簡稱VI)是儀器技術與計算機技術深層次結合的產物。它利用高性能的模塊化硬件,結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。它基于計算機的軟硬件測試平臺,可代替傳統的測量儀器,如示波器、信號發生器、頻譜分析儀等;可集成于自動控制、工業控制系統;可自由構建成專有儀器系統。用戶可以方便地對儀器進行維護和擴展,大大節約成本和研究、調試時間。虛擬儀器技術已成為現代測試測量技術的發展趨勢。
虛擬儀器不同于其他EDA軟件,如Protel、EWB等。Protel主要作為印刷板自動布線工具使用,還具有電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計、可編程邏輯器件設計、圖表生成等功能;EWB主要是對設計好的原理電路進行參數和波形的測試,實現計算機仿真。[1]而虛擬儀器則是利用PC機的顯示器顯示模擬傳統儀器的控制面板,通過對虛擬面板的操作以多種形式表達輸出檢測結果,利用軟件功能實現信號數據的運算、分析、處理,[2]從而代替實際實驗中的各種儀器儀表,可直接對實際電路進行測量、測試、控制和處理。
3.傳統的電子技術課程實驗教學中存在的問題
目前大多數高校采用的傳統電子技術課程實驗教學存在很多問題。[3]
3.1傳統儀器和實驗箱的功能固定,擴展性差,只能開設某些固定的實驗,無法實現資源共享。
3.2做一個實驗所需設備繁多,操作和管理不易,且維修和檢查不方便,返修率較高,設備完好率低,嚴重影響了正常的實踐教學活動的開展。
3.3學生做實驗時完全是被動操作,缺乏主動性,興趣不高。
3.4實驗設備主要滿足于課程相關的實驗,對于綜合課程設計、畢業設計、學生電子科技制作等創新設計環節無法兼顧。
3.5很難建立開放性實驗室。從目前情況看,如要建立開放性實驗室,牽涉的實驗室很多,師資力量有限,設備的維護和管理很難到位。
3.6由于眾多高校資金缺乏,設備的更新換代緩慢,很難跟上科技發展的腳步。
4.電子技術實驗課程引入虛擬儀器技術教學改革實施方案
4.1虛擬儀器技術用于電子技術實驗課程教學改革的意義及優勢
電子技術實驗課程教學信息量大,我們必須有針對性地組織教學內容體系,適應不同的學科和專業,科學合理安排教學內容,突出重點難點;改變現有的教育觀念、模式和方法。虛擬儀器設計已成為測試和儀器技術發展的一個重要方向,代表著世界先進的教學方法和理念,將先進的虛擬儀器技術與電子技術實驗教學有機地結合起來,構建虛擬儀器的實驗教學平臺,在以培養高素質高科技人才的大學是勢在必行的。
將虛擬儀器與電子技術實驗教學相結合,可改善實驗條件、降低實驗成本、提高課堂教學效果和實驗教學水平和質量;同時其擴展性強,可根據課程的需要開設創新性、設計性實驗項目,激發學生自主學習和研究興趣,為培養學生創新能力和實際動手能力提供了廣闊的平臺,是高校實驗教學改革的發展方向。
4.2構建基于虛擬儀器技術的電子技術實驗課程教學平臺方案
將虛擬儀器用于電子技術課程的實驗教學,需要分階段、分步驟地完成,具體而言,大致分為以下幾個步驟:
4.2.1利用現有實驗室條件(如EDA機房),購買必備的軟件和硬件接口,建立虛擬儀器實驗室的軟硬件平臺。
4.2.2開設虛擬儀器技術課程,培養學生掌握相關的編程方法和技術。
4.2.3教師利用虛擬儀器軟件進行編程,實現信號源、示波器、電壓表、頻譜儀、計數器及邏輯分析儀等多種儀器的功能,另外這些軟件功能模塊必須能夠共享。
4.2.4以部分實驗課程為試點,如模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、高頻電子技術實驗等。將傳統的實驗課逐步轉化為虛擬儀器實驗課程教學,可省去多種復雜設備,節約空間和時間,降低成本,有效地解決實驗室管理和維護的難題,同時能提高實驗設備利用率,彌補設備不足、資金短缺等缺點,從而切實改善實驗條件。
4.2.5鼓勵學生自己開展綜合性、設計性實驗的設計開發,將所學各門專業知識與實習、課程設計、畢業設計、電子設計大賽等環節相結合,構建綜合性虛擬實驗平臺。學生還可根據工程實踐的需要,進行二次開發。這有利于學生發揮主觀能動性,增加學習興趣,提高設計、分析、解決問題的能力。
4.2.6如有條件,教師可建立開放性虛擬實驗室,通過與計算機網絡的結合,[4]實現遠程實驗教學。學生和教師通過網絡平臺進行交互,完成實驗項目,開展學生創新設計活動,能提高學生的設計、動手能力,改進教學方
法和手段,提高教學質量,真正培養出新一代創新型、復合型人才。
5.結語
把虛擬儀器技術引入電子技術課程的實驗教學環節,對現行的實驗教學方法進行脫胎換骨式改革,可以有效克服傳統實驗教學的弊端,增強學生的創新能力、實踐動手能力和社會適應能力,提高教育教學質量。同時能改善實驗教學條件,降低運行成本,可更合理地配置教育資源,有效地解決資金投入與人才培養間的矛盾,更好地適應現代教育的發展要求,真正培養出高素質的創新型、復合型人才。
參考文獻:
[1]雷雨,李茜.電子技術課程設計與EDA教學相結合的探討.高等教育研究,2006,(2):42-43.
[2]劉君華.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程.西安:西安電子科技出版社,2003.
作者簡介:吳曉剛(1981-),男,黑龍江哈爾濱人,哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院,副教授;周美蘭(1962-),女,黑龍江哈爾濱人,哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院,教授。(黑龍江 哈爾濱 150080)
基金項目:本文系黑龍江省高等教育教學改革項目(項目編號:JG2201201107)、哈爾濱理工大學高等教育研究重點項目(項目編號:A201200004)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)28-0098-02
隨著汽車產業的發展,電子技術在汽車上的應用已成為汽車設計研究部門考慮汽車結構革新的重要原因。在國外,平均每輛汽車上的電子裝置在整車成本中占20%~25%,一些豪華轎車上裝有40多個微處理器,有的汽車電子產品甚至占整車成本的50%以上。許多汽車制造商都認為,增加汽車電子裝備的數量,促進汽車電子化是奪取未來汽車市場的有效手段。[1]
在對汽車電子技術的教學研究中,文獻[2]提出優化“汽車電子與控制”配置課程的內容、改革結構體系、改革教學方法和手段、加強實驗建設和課程設計環節等改革思路。文獻[3]分析了“汽車電子控制技術”課程在理論教學和實踐教學方面的問題,提出了靈活多樣的理論教學改革方案和采用項目教學法等加強實踐環節教學的建議。文獻[4]介紹了汽車電子控制技術課程精品實驗項目的設計思想、主要環節及具體實踐。文獻[5]將虛擬儀器LabVIEW軟件應用于汽車電子技術綜合性和設計性虛擬實驗中,并進行了實驗教學的實踐。文獻[6]開發了汽車電子控制系統實驗教學所需要的嵌入式系統,完成了實驗箱硬件及教學實驗所需的支撐軟件,并在此基礎上開展了教學實踐。文獻[7]介紹了在電子信息工程專業開設汽車電子系列特色課程的研究。
在汽車電子中,涉及到電力電子技術的內容通常稱為汽車電力電子技術,并且成為了電力電子技術的重要分支。哈爾濱理工大學(以下簡稱“我校”)電氣工程及其自動化專業下的電力電子方向,在汽車電子研究上已有了十幾年的基礎。在依托汽車電子驅動控制與系統集成教育部工程研究中心和黑龍江汽車電子技術研究中心科研基地的基礎上,形成了以新能源汽車動力系統控制和汽車電子驅動控制為特色的研究方向,并培養了大量的碩士研究生和博士。因此,為了在本科教學中體現我校電氣工程及其自動化專業的辦學特色,結合在汽車電子方向上的研究成果,在2010年制定的電氣工程及其自動化專業電力電子方向本科生培養方案中,特別增設了“汽車電子技術”專業方向選修課。本文以“汽車電子技術”課程作為研究和實踐對象,通過課程結構優化設置和考核方式改革,結合現場教學和研究性教學的教學方法,實現具有特色的專業選修課教學。
一、“汽車電子技術”課程結構
“汽車電子技術”課程開設在大學四年級上學期,為專業選修課程,2學分,共32學時。其中理論教學22學時,實踐教學10學時。根據電氣工程及其自動化專業的基礎課程和平臺課程設置,結合汽車電子技術的主要特點,“汽車電子技術”課程的理論教學可分為6個模塊,如圖1所示。
在“汽車電子技術”課的理論教學環節中,第一部分,先介紹汽車電子的基本概念,回顧汽車電子技術的發展歷史,通過實例分析介紹汽車電子對汽車安全與節能的影響,結合電氣工程及其自動化專業的相關知識,講述汽車電子與電力電子的關系。
第二部分,介紹汽車電子技術中常用的器件。包括光電、霍爾、電阻等各類傳感器,常用于汽車電子控制系統中的單片機選型及選用依據,汽車電子控制系統中所用的交直流電機、電磁閥等執行器件的工作原理和控制方法。
第三部分,在以上介紹的基礎上,著重介紹汽車變速器電控、ABS系統、動力轉向電控等汽車電子控制系統的設計方法,主要內容包括電控系統開發遵循的標準、硬件電路設計和軟件編程方法,特別強調目前汽車電子控制系統中所用的V流程開發模式。
第四部分,結合新能源汽車的熱點問題,充分發揮電氣工程及其自動化專業知識在電動汽車方面的運用。本門課與目前車輛工程專業所開設的“汽車電子技術”不同之處在于,省去了傳統以發動機作為主導的汽車動力系統控制部分,強化了電驅動系統的匹配與設計部分。該部分內容除了包含對于汽車動力系統設計方法和匹配規律的介紹外,還增加了對于電動汽車動力系統控制的一般方法介紹。
第五部分,介紹汽車電器系統,包括汽車儀表系統、燈光照明系統、電動門鎖系統、電動車窗、電動后視鏡、電動天窗、電動座椅、車載空調系統、車載音響系統、車載電視娛樂系統、車載無線通訊系統、電子導航與全球定位系統、智能交通系統和車載網絡系統等方面的內容。
第六部分是課程的最后部分,介紹汽車電子控制系統中可靠性的評價標準和一般的故障診斷方法。
以上六部分構成了我校電氣工程及其自動化專業“汽車電子技術”理論教學的主要內容。
在“汽車電子技術”課程的實踐教學過程中,主要有實驗和課程設計兩種方式。實驗課作為學生在校內實現理論聯系實際的一種比較有效的手段,學生通過實驗能夠加深對課程理論知識的理解,并能夠培養一定的實踐能力。我校在電氣工程及其自動化專業“汽車電子技術”實驗課的設置上,主要分為5個部分,如圖2所示。
課程設計是提高學生分析問題和解決問題能力的重要手段,它不但可以使學生加深對理論和實驗課程的理解,而且能夠使學生將所學的課程內容與相關課程綜合起來,提高了知識的應用能力。[8]“汽車電子技術”是一門實踐性很強的課程,課程設計主要結合我校電氣工程及其自動化專業平臺課的知識,以電動汽車控制系統作為設計目標,讓學生結合電力電子技術的相關知識進行設計。
二、“汽車電子技術”課程教學方法的改革
對于“汽車電子技術”課程來說,涉及到的汽車電子控制系統單靠語言描述是很難講清楚的,而通過傳統的板書教學方式,也很難清晰勾勒出汽車電子控制系統的原理和工作過程。因此本門課在授課方式上采用多媒體教學的方式,通過多媒體課件制作出的動畫及示意圖等來展示汽車電子控制系統的結構、組成及工作原理,使教學的內容直觀清晰,易于理解。
在“汽車電子技術”課程的教學過程中,除了正常的多媒體課堂教學外,還采用了現場教學結合研究性教學的授課方法。現場教學即依托我校汽車電子驅動控制與系統集成教育部工程中心的實驗平臺,使學生到工程中心參觀現場演示,并試用工程中心開發的汽車電子產品實驗樣機。這些教學手段可以使學生對汽車電子的功能及開發有更直觀的認識。除此之外,教學內容中以汽車電子產品的項目開發作為主導。例如在“汽車電子控制系統的設計”這部分內容講授時,可自始至終以工程中心開發的汽車變速器控制單元作為對象,從汽車電子產品開發的前期調研、方案論證,到中間環節的樣機開發、功能驗證,再到最后環節的樣機標定、測試等進行全方位的介紹。通過這樣的講授,學生對汽車電子的感性知識加深,在理論學習中的目的就會變得明確,清楚地認識到需要掌握的主要內容。
三、“汽車電子技術”課程考核方式
為了有效地組織教學,突出“汽車電子技術”課程的實踐性,改革了這門課程的考核方式。我校其他專業課程的考核方式大部分是以平時成績占30%,期末卷面成績占70%的比例進行綜合評定。而由于“汽車電子技術”課程面向電氣工程及其自動化專業電力電子方向的本科生,選課人數基本維持在40~60人范圍內,這樣的人數規模便于授課教師進行小范圍內的專業指導,因此在考核方式上提出了平時成績、作業成績、實驗成績、課程設計與專業論文撰寫相結合評定的方式。與其他課程不同之處還在于,其他課程安排的課程設計都是最終給定一個獨立的成績,而作為專業選修課,本門課程的課程設計成績只是最終成績的其中一部分。
目前該門課程的考核采用平時成績占10%,作業成績占10%,實驗成績占10%,課程設計占30%,專業小論文占40%的比例權重進行成績的評定。這樣做的好處是,不但能夠充分發揮本門課理論與實踐緊密結合的特點,并且可以充分激發學生的學習興趣,培養學生的團隊合作精神。
專業小論文作為考核的主要部分,在撰寫過程中,授課老師首先利用2學時的時間對學生進行科技論文撰寫的培訓,而后引導學生充分利用學校圖書館的資源,根據各自分配到的科技論文主題進行文獻的檢索;學生分成了3至4名成員一組,選擇關于汽車電子的主題項目,可建議主題為電動汽車整車控制器的設計、汽車防抱死ABS系統設計、汽車自動變速器控制系統設計等,學生也可以自己提出新的主題。給定主題一段時間以后,學生提交科技論文,并以學術會議的形式在課堂上進行交流,老師和其他同學可以自由根據報告者的內容提問,并提出意見和建議。該部分成績可以當場給出,這樣做的好處是激發學生的積極性,所給定的成績能夠實現主觀與客觀兼顧的效果,令所有同學信服。
四、結論
根據“汽車電子技術”理論與實際緊密結合的特點,結合所開設課程在電氣工程及其自動化專業的實際情況,提出了教學中課程內容優化配置,現場教學結合研究性教學的授課方法;考核上提出了平時、作業、實驗、課程設計與科技論文撰寫相結合的方式。通過這些教學改革,提高學生學習的積極性和主動性,真正能夠在有限的學時內獲得最實用的知識,增強學生的實踐能力。
參考文獻:
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作者簡介:崔陽(1979-),女,黑龍江雙鴨山人,哈爾濱理工大學電工電子教學與實訓中心,講師;呂婧(1980-),女,黑龍江哈爾濱人,哈爾濱理工大學電工電子教學與實訓中心,講師。(黑龍江 哈爾濱 150080)
基金項目:本文系黑龍江省教育科學“十二五”規劃課題(課題編號:GDB1211024)、哈爾濱理工大學教育教學項目(項目編號:C201200010)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)05-0065-02
“卓越工程師教育培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)是國家貫徹落實中長期教育改革與發展規劃綱要和高等教育綜合改革試點的重大改革項目。黑龍江省作為國家高等教育綜合改革試點省份,于2011年也將卓越計劃作為我省高教改革的重大項目。
作為黑龍江省屬規模最大的理工科大學,哈爾濱理工大學(以下簡稱“我校”)獲批黑龍江省首批卓越工程師教育培養計劃試點高校之一。我校自啟動卓越計劃工作以來,先后有軟件工程、金屬材料工程、機械設計制造及其自動化、自動化、電子科學與技術專業等專業先后獲批為國家級和省級卓越計劃試點專業。“電子技術基礎”作為工科電類專業量大面廣的技術基礎課程,是直接為各專業服務的核心課程,為貫徹我校卓越計劃的實施,我校電工電子中心電子技術教研組繼承傳統的教學改革基礎上,對“電子技術基礎”課程實施了新一輪的課程體系和教學模式改革,旨在全面提高學生的創新精神和創新能力。
一、卓越計劃的培養目標
卓越計劃旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才,為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。卓越計劃具有三個特點:一是行業企業深度參與培養過程,二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才,三是強化培養學生的工程能力和創新能力。[1]由此可見,培養學生的創新精神和創新能力是卓越計劃的核心,而“電子技術基礎”作為工科專業重要的技術基礎課程,其教學重點就不在于讓學生掌握很深的理論,而在于培養學生理論聯系實際,將電子技術的基本知識應用于各自專業的能力,為以后從事專業工作打下良好的創新能力基礎。
二、卓越計劃下的“電子技術基礎”課程改革
1.理論教學內容和方法改革
傳統的課堂教學以講授為主,綜合性的案例和結合實際項目的教學不多。工程師肩負著改造世界、創造未來的使命,他們不僅要能分析問題、解決問題,而且要能將設想和概念轉化為現實,形成工程實踐能力。所以,理論教學和工程實際相聯系就非常重要。在注重基本理論教學的基礎上,將電子設計大賽題目、實際工程案例和任課老師的一些科研項目,輔以現代化的教學手段加入理論教學內容中,有效地提高了學生的學習積極性,促進了師生交流,取得了極佳的教學效果。例如講解555定時器及其應用這一章內容,筆者引入了警車音響電路的教學內容。555警車音響MULTISIM仿真電路如圖1所示,兩級555均接成多諧振蕩電路,第一級555電路的電容C2上產生幅度由高到低周期性變化的鋸齒波,經運放緩沖后驅動后級555,輸出頻率周期性變化的高頻矩形波,輸出端如果接上揚聲器,會發出類似警車的“糾—糾—”聲,仿真波形如圖2所示。
2.實踐環節教學改革
培養學生的創新精神、創新能力以及綜合素質,工程實踐能力的培養是基礎,也是關鍵,而實踐環節中教學方法的改革與創新是影響學生工程實踐能力培養的重要因素。[2]因此,大力推進實踐環節教學改革是本輪教學改革的重點。
(1)實驗教學模式改革。傳統的實驗教學中,老師講一步學生做一步,學生處于被動狀態。新的實驗教學模式下,教師在實驗課進行的過程中只是起引導作用,把實驗的主動權和時間還給學生,使學生占據學習的主動地位,培養學生獨立分析和解決問題的能力。同時發揮將虛擬仿真實驗技術與動手操作實驗相結合,做到虛實結合、虛實互動,提高了學生的學習興趣,有利于順利完成實際實驗,又解決了實驗學時短與實驗教學內容多的矛盾,促進了電子技術實驗課程教學質量的全面提高。2013年,筆者成功申報了哈爾濱理工大學本科教學特色項目《電工電子自主學習式數字化資源平臺建設》,該項目的申報與實施對實驗教學模式改革——以教師為主體轉變為以學生為主體,包括學生“自主學習”的教育教學模式的形成都會起到積極的促進作用。
(2)實驗教學內容改革。對于實驗教學內容,配合理論教學的改革,筆者自主研制了電子技術實驗平臺,如圖3所示。自制實驗設備的成功研制有效解決了實驗室設備破損嚴重、實驗室利用率不高的問題,為實踐教學改革提供了硬件保證。學生在完成基本實驗教學內容的前提下,筆者將理論課堂上引入的部分工程案例項目作為附加題加入實驗教學內容,同時開發了許多自主性與創新性實驗項目。在具體實驗教學操作中,對不同層次的學生因材施教,比如對部分動手能力較強的學生,筆者只規定實驗數目,不規定實驗內容——即實施靈活的菜單化的實驗教學,滿足了不同層次學生的學習需求,激發了學生的學習熱情,提高了實驗效果。
(3)課外科技活動平臺建設。作為第二課堂的課外科技創新活動,在培養學生的創新能力方面發揮著不可替代的作用,課外科技創新活動是提高大學生動手能力和實踐能力的有效載體,也是培養大學生的創新意識、提高大學生創新能力的重要途徑。[3]依托省級實驗教學示范中心的有利條件,努力為學生的科技創新活動提供可靠的物質和資金保障。利用中心的學生創新實驗室和電工電子實訓基地,為學生科技活動的開展提供良好的環境和平臺。鼓勵中心教師申報校級和國家級創新創業實驗項目,為學生創新活動提供資金支持,充分利用實驗室的各種資源,鼓勵學生利用課余時間開展科學研究,提高學生的工程實踐能力。同時,筆者借鑒其他高校的先進經驗,更新了大學生電子設計競賽培訓模式,以夯實基礎與提高能力為原則,合理安排培訓進度、培訓內容和培訓手段,從學生報名到初選、復選和校內選拔,層層推選優秀學生參加暑假集訓,備戰大學生電子設計大賽。為了鼓勵更多優秀的學生參與到創新創業項目和電子設計大賽中來,筆者對創新項目和電子大賽中表現突出的學生給予實驗成績優秀、免試等鼓勵政策。同時依照《哈爾濱理工大學大學生研究性學習與科技競賽管理辦法》,參加科技競賽及大學生創新實驗獲獎的本科生保送研究生時會獲得相應加分獎勵。這些改革和激勵措施極大地激發了學生的學習積極性和主動性,有效提高了學生的實踐創新能力。
3.實踐教材建設
教材作為體現教學內容和教學方法的知識載體,是進行教學的基本工具,也是深化教育教學改革、全面推進素質教育、培養創新人才的重要保證。[4]以卓越計劃為契機,為適應創新性實踐教學體系的發展,筆者在原校內試用教材基礎上,堅持突出注重動手、加強實踐、培養興趣、積極創新的理念,編寫了適應新形勢的實踐類教材《電子技術基礎實驗與課程設計》和《電工電子實訓教程》,分別由高等教育出版社和哈爾濱工業大學出版社出版并在全校學生中推廣使用。
三、結語
我校自2010年9月啟動卓越計劃工作以來,學校領導高度重視,各方面積極配合,逐步開展人才培養模式改革,不斷提高人才培養質量。2013年我校首次面向黑龍江省內考生招收大珩精英實驗班學生30人,專業為電氣工程及自動化。實驗班依托學校優質教學資源,同時借助國外優質教育資源,按大類培養、強化基礎教程,切實提高學生的實踐創新能力。
“電子技術基礎”課程改革以卓越計劃為綱領,積極實施課程建設,強化實踐教學改革。經過兩年多的改革實踐,無論是理論和實踐教學都取得了一定的成績,學生的創新實踐能力顯著提高。目前,筆者已經全面展開電工電子數字化資源平臺建設項目,構建理論教學、實驗教學以及實訓實踐教學相關資源共享庫,創造自主學習空間,以滿足不同學習者的需要,為學生自主學習提供豐富的學習資源,不斷提高學生的自主學習能力和創新能力,不斷提高人才培養質量。
參考文獻:
[1]趙建國.實施“卓越工程師教育培養計劃”的幾點思考[J].電氣電子教學學報,2011,(33).