创新实验室培训课程体系的建设与实施

陈平平，张志坚

(东莞理工学院 电子工程学院，广东 东莞 523808)

·实验教学改革、探索与创新·

创新实验室培训课程体系的建设与实施

陈平平，张志坚

(东莞理工学院 电子工程学院，广东 东莞 523808)

为了更好地发挥创新实验室的功能，使学生得到完整而全面的知识积累和工程开发经验，为将来的职业生涯打下基础，制定了完善的培训课程体系。东莞理工学院通过合理安排大一至大四的四年时间，在注重理论知识的基础上，增加大量的实验和工程实例的练习来积累工程实践经验。实践表明，该培训课程的实施达到了夯实学生知识基础，提高实践动手能力和工程研发能力的目的。

创新实验室；培训；工程实践

东莞理工学院地处珠三角经济发展迅猛的东莞市，自升级为本科院校以来，学院确定了人才培养的定位，即：立足东莞，以培养适应地方经济社会发展需要的，具有创新精神和实践能力的应用型工程人才为目标[1]。创新实验室是提高学生动手能力和创新能力的重要整体[2-3]，为此我院成立了创新实验室，配有专任教师管理和指导，并提供了院级和校级大学生实验创新项目供学生申请并提供经费支持。目前我院建有500多平方米的创新实验室，提供200个座位，每个座位上都配备直流稳压电源、示波器、信号发生器、万用表、电工工具箱、开发板、实验箱等基本设备与工具。同时，还配备有若干台逻辑分析仪、频谱分析仪、LCR测试仪、扫频仪、高精度台式万用表等精密仪器。另外，还有激光雕刻机、电锯、PCB雕刻机、金属切割机、回流焊、波峰焊等大型加工设备。使学生在电子产品的设计、制板、焊接、调试、外观成型等一系列的步骤都能在实验室内完成。在参考众多学校的创新实验室人才培养课程体系的基础上[4-13]，我院也建设了完善的人才培养系统并得到良好的实施。

1 创新实验室的准入制度

2 培训课程体系

按照目前的学生进入实验室制度，主要是通过能力考核。如果按照正常的教学体系，等学生学完专业基础课，特别是专业课时已经是大三大四了。这时才申请进入实验室，有些偏晚。而且完全靠学生自己的兴趣，自己提前去自学专业基础课，然后再考核进入实验室也是比较难的。所以创新实验室提供了大一到大四一系列的培训课程。同时提供一定量的思政课程，主要是道德修养、法律与安防、职业规划等方面的讲座。

考虑到创新实验室指导老师的精力有限，所以培训主要是由高年级学生来培训低年级学生。教师只培训非常重要的课程(特别是需要实践经验的课程和新兴技术课程)，或是某些课程的核心部分。如模拟电子技术必须由教师来讲授，C语言和单片机技术主要由三年级较为优秀的同学来进行讲课，最后由教师进行一个2个学时的重点、要点点评和实际开发使用过程中的易错或注意事项。主要是要发挥教师的经验优势。电子元件、仪器仪表主要由二年级的优秀学生来指导。

2.1 大一时期

大一时期的四门课程是公开课，是对所有想进入创新实验室的学生都开放的。课程有C语言编程、51单片机(C语言)、电子元器件认识和焊接技术和仪器仪表使用。在正常教学体系中，C语言课程内容稍微偏简单，主要介绍入门和简单的使用方法，在指针、结构体方面的教学要求较低。而在创新实验室的培训体系中，要补上这个短板，同时采用单片机与C语言几乎同步的培训计划。以单片机为实体平台，在单片机上编程进行实验。既能同时学习两门课程，因又能增加课程的趣味性。即C语言比单片机先10个学时的课程。在C语言的前10个学时，培训使用的编译器是VC6.0，而在后面的54个学时中，使用单片机的开发软件——KEIL3.0。在前10个学时，主要讲授C语言的常量、变量，运算符，表达式与语句，数组，函数等6个内容。目的是入门，然后在学习单片机时，进行在实践中学习与训练。在后面与单片机一块讲授的C语言内容主要是函数、指针、结构体等三大C语言的重点与难点，单片机的培训基础内容有IO口的输入输出控制、定时计数器的使用、中断和串口等4大部分内容合计36个学时，并由创新实验室统一提供单片机入门学习板。要求实验时必须使用C语言进行编程。这两门课的基础内容在大一第一学期就能培训完，然后给学生2个大作业题，要求能完成者方能继续跟班培训。对于能完成2个大作业的学生，将继续进行单片机技术的培训，主要有单片机的总线系统，串行总线技术(包括RS485、SPI、IIC)，键盘与显示技术(包括LCD、LED点阵、触摸屏)。同时，还要进行电子元件的认识与焊接技术的培训，期间将利用东莞的地理位置优势安排到电子厂参观，学习电子产品的生产加工过程。仪器仪表的使用，主是学习直流稳压电源、示波器、信号发生器和万用表等4种仪器仪表的使用。特别是示波器，重点讲授对不同信号的测量方法的区别，注意项目与技巧。

2.2 大一暑假时期

大一暑假，是个很好的时间，基本上有两个月的时间，整整相当于一学年的课余时间。主要培训模拟电子技术(112学时)、数字电子技术(96学时)与电路设计与仿真(120学时)，课程主要以实践为主，以模拟电子技术为例，理论课程56学时，实践课程56学时。远远大于正常的课程体系的教学学时，目的为了是让学生充分深入地学习基础知识，理论学时由有工程经验的老师来上课。实践课程主要是大四较为优秀的高年级学生来辅导，这三门课的培训先后顺序是，电路设计与仿真先6个学时；然后是模拟电子技术、数字电子技术再同步讲授。这样做的目的是，学生在学习模拟电子或是数字电子技术时，特别是实践课程时，都要求先理论分析，再仿真分析；最后是实验，实验还要求是学生自己焊接实验电路板。到了后半期时，即电路设计与仿真的PCB制板的内容学习完毕后，模拟、数字课程的实验板，将由学生自画实验板的PCB，并在PCB雕刻机上雕刻出PCB，最后焊接实验。大一暑假同时也是接受进入创新实验室的申请时间。学习在申请后，可边做考核项目边学习新内容。

2.3 大二时期

大二时期，是微控制器学习时间。即两个学期都是学习微控制器的相关内容。第一学期是92个学时的单片机(包含微机原理与汇编语言)培训，这次培训的内容是对大一的内容的补充。主要讲授微机原理36学时、单片机的内部结构28学时和汇编指令28学时。采用大二时才培训单片机的内部结构和汇编指令的方式，是因为这部分内容相对枯燥且比较难理解。学习在学会单片机的控制后，正返回来学习，能够更有兴趣深入地学习内部结构和汇编指令，为将来学习其他系列的单片机、微处理器打好基础。

寒假与第二学期是培训增强型51单片机、PIC单片机或Cortex m3系列的ARM。从大二第二学期开始采用逐步引导自学的培训方式，即老师不进行大量的讲课，而只是讲授基本的入门方法与要点。后面的让自己查看实验箱手册与芯片手册进行自学。即增强型51单片机理论授课学时为18学时，实验课实践学时为90个学时。PIC单片机或Cortex m3的理论课学时为28个学时，实验课学时为120个学时。培训增强型51目的是为了让学生接触更多的51单片机，特别是那些集成了ADDA、SPI、IIC、CAN、PWM、USB、TCPIP和多个定时器、多外中断口等等模块的单片机。PIC单片机与Cortex m3系列的ARM是二选一进行培训的，学生根据自己的兴趣选择一门课进行学习。PIC是目前工业上应用广的单片机，这种单片机从4～32位，从小引脚、低成本到高速、高性能都有。而Cortex m3是新兴的高性价比的32位处理器，在中低端的控制领域有取代各种单片机的趋势。因为大一时的培训过程中进行了电路设计与仿真课程的学习，所以在整个大二的微控制器学习期间，要求学生结合学习计划进行一定量的电路设计(PCB制板)，要求一年内的PCB制板(雕板)数量大于20块。

2.4 大二暑假时期

大二暑假时期是二选一的培训，学生可选择USB技术或是TCPIP技术，各有350个学时，其中理论授课学时为50个学时。在学习USB方面要求学生必须掌握一种USB控制器包括(主控制器、从控制器、OTP控制器)和集成USB控制器的处理器的使用。因为USB是较为复杂的通信协议，在描述和使用这些协议时，需要应用大量的结构体、针指函数来进行描述与使用。即学生在学习USB技术的同时也深入地学习C语言编程，学习大规模代码的编写方法和培养良好的代码编写习惯。TCPIP技术是互联网所使用的通信协议，协议庞大复杂，也是大量地使用了结构体与指针。即通过大二暑假的培训，把学生锻炼为：能够灵活、熟练地应用C语言进行大规模代码(超过一万行)编写，且PCB制板超过20次具有一定实践经验的学生。

2.5 大三时期

大三时，学生就可根据自己的兴趣选择一门技术进行学习与研究，主要有ARM-Linux、FPGA、DSP等三大技术方向。此时，将不再进行理论课的讲授，主要是学生自己看课本和实验指导书进行学习。在整个大三期间要求学生必须绘制并雕刻超过20块PCB，外发工厂制板(四层板以上)5次以上。即要求在创新实验室的学生在大四之前，就已经达到甚至远超过正常教学体系中要求的知识积累和实践技能。

2.6 大三暑假时期

大三暑假是全国电子竞赛或是省级电子竞赛的集训时间，大三的学生是参加9月份电子竞赛的主力，暑假期间创新实验室根据电子竞赛的特点，组织进行针对电子竞赛方面的相关培训。从选题、到选方案、系统设计、元件选择、焊接调试、论文撰写等等一系列过程。

2.7 大四时期

大四是学生在大学的最后一年，此时学生需要的是真正的工程训练，这些就可把学生配置到教师的科研项目组中，承担部分的科研任务，进行实实在在的项目开发，积累工程经验。

3 实施效果

为了验证培训课程系统的实施效果，我们统计了培训课程体系实施前(2006年～2009年)后(2010年～2014年)的数据进行对比发现。学生参与申请的国家发明专利由原来的2项提高到6项；实用新型专利由原来的3项提高到12项；参加学科专业竞赛(如大学生电子设计竞赛)由原来的一般只获得省级2等奖或3等奖的提高到1等奖和2等奖，甚至有了国家奖的突破。参与老师科研方面也由原来的只有少数几个人能参与，变为基本上所有大四学生都能成为教师的科研得力助手。以上数据表示，通过完善的培训课程后，使学生夯实了知识基础，大大地增加了实践动手能力，为将来的职业生涯打下坚实的基础。

4 结束语

通过制定完善的创新实验室培训课程体系、超前学习和大量的工程实践锻炼，使用学生得到加强型的知识积累和各方面技能的锻炼。达到了创新实验室人才培养和能力锻炼的目的。

[1]东莞理工学院.东莞理工学院2011年年鉴[M]. 东莞:东莞理工学院， 2011：18.

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Construction and Implementation of Innovative Laboratory Training Curriculum System

CHEN Pingping, ZHANG Zhijian

(College of Electronics Engineering， Dongguan University of Technology， Dongguan 523808，China)

In order to better take advantage of the innovation laboratory, make the students get complete and comprehensive knowledge accumulation and project experience and lay solid foundation for future career, the perfect training system is lay down. Through reasonablely arranging the four years from freshman to senior, on the basic of laying emphasis on theoretical knowledge, add large amounts of experiments and engineering practices to accumulate experience in engineering practice. Practice shows that the training course successfully gets to the destination of consolidating students’ basic knowledge and improving students’ abilities on practice and engineering research.

innovation laboratory; train; engineering practice

2015-01-05；修改日期: 2015-01-30

教育部财政部第4批高等学校特色专业建设点项目(TS11659);广东省高等教育教学改革项目-地方本科院校工程人才培养模式的研究与实践(BKZZ2011053);东莞理工学院2013年教学研究与改革项目。

陈平平(1983-)，硕士，实验师，研究方向：嵌入式与测控系统，实验教学。

G423.06；G647.1

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.020