电子设计技术模块化实验教学研究

周泽华

摘 要：如何求得经济社会发展的大潮中找准自身的定位并求得自身的发展，为社会培养所需要的人才，是各大高校面临的一大难题，有鉴于此，合肥学院提出了“地方性、应用型、国际化”的办学定位，并在全院上下开展了模块化课程改革的研究和实践，取得了较好的实践效果。该文论述了合肥学院电子信息工程系在“电子设计技术模块”实验教学这一块所进行的最新尝试和探索，对实施电子设计技术模块化实验教学改革的背景、必要性、具体改革和成效进行了初步的探讨。

关键词：电子设计技术 模块化 模块化实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0149-03

模块化教学方法（Modules of Employable Skills，MES）这一概念最初由国际劳工组织于上个世纪70年代提出，与传统教学方法不同，这一方法强调深入分析各个职业（工种）的特点，并以此作为开发和制定教学大纲和教材的依据，形成类似积木组合式的教学模块，具有较强的灵活性和可操作性[1-5]。

合肥学院电子信息与电气工程系面向“电气信息类”专业展开的电子设计技术模块建设，是将从前的数字电路、在系统编程技术、SOPC实践课程三门课程内容进行打散、重组，重新编排进而整合成电子设计技术模块，该模块建设以培养学生能力为出发点， 力图将我院“地方性、应用型、国际化”的办学定位落实和渗透到各个教学环节，实现从“知识输入为导向”走向“能力输出为导向”，着力培养学生的能力，培养符合市场需求的人才。为契合我系现代电子设计技术课程模块的整体改革理念和改革思路，有必要对现代电子设计技术课程模块的实验教学模式进行深入的研究和探索。

1 电子设计技术模块化实验教学的提出

2005年以来，我院依循“地方型、应用型、国际化”的办学定位，積极开展各项教育教学改革，利用与德国合作办学的有利条件，创造性地将德国模块化人才培养模式移植过来，加以本土化改造，形成了具有我院独具特色的应用型人才培养模式。在这样一种大氛围下，合肥学院电子信息与电气工程系就如何有效地开展并实施模块化教学、如何利用学院开展模块化教学改革的契机深化教学改革进行了广泛而深入的探讨，取得了良好的教学效果。在教学中如何培养学生创新精神和创新意识、提高学生的动手实践能力，培养学生的务实精神和开拓意识，提高我院培养应用型人才的质量，就需要我们重新思考重新定位实践教学：在推进理论教学的模块化改革的同时，必须同时在实践教学上下“狠”功夫，积极探索并实践新的实验教学体系——唯有理论教学和实践教学“两手抓”，才能相辅相成，相得益彰，确保我院的模块化教学落到实处。

有鉴于此，合肥学院电子信息与电气工程系在系领导班子的积极部署下，采取了一系列积极的举措。首先，2007年下半年，我系成立了实验技术教研室：实验室成员主要由中青年博士和硕士担任，由他们来承担系里的绝大部分实验教学和其它实践教学的工作，确保实践教学的教师班子基础扎实；第二，积极鼓励并组织中青年教师（特别是实验教师）担任学生的第二课堂指导教师，这一方面能有效提高我系学生的创新意识、创新能力、培养学生动手能力等综合素养，另一方面也能积极调动一线教职工的积极性，为他们走在电子信息技术的最前沿，立足课堂教学实践，不断总结反思搭建了一个崭新的平台。第三，积极组织青年教师参加合肥学院青年教师大奖赛，切实提高一线青年教师的教学水平和实践操作素养，具体到实践教学这一块时，我系在教学环节、实验步骤、操作规范、操作流程等方面都作了较详尽的规范和指导。第四，组织青年教师去企业挂职锻炼。第五，以电子信息与电气工程系这一团体组织为依托，积极鼓励中青年教师，特别是实验教师开展与企业的横向合作课题。现代电子设计技术对工业、商业、军事以及日常生活的现代化有着十分重要的影响，如何做好现代电子设计技术课程模块实验教学模式研究，力求减少经典，增加现代，在有限的学时内，使学生掌握的现代电子设计技术的知识与技能与时代的发展同步，不少高校的电子信息与工程专业在这一块都进行了新的改革。正是在这种背景下，我们提出了电子设计技术课程模块化实验教学模式的研究与探索。

2 电子设计技术模块化实验教学改革

针对传统实验教学方法存在的问题和不足，为达到通过该模块的教学，学生掌握电子系统的设计理念和解决方案，将运用“教、学、用、设计一体化”的教学方法。在模块化实验教学中把整个模块实践环节分为验证、设计、综合、应用系统设计与实现四个层次，使学生达到掌握电子系统的设计理念和解决方案。

（1） 验证实验环节。这个环节主要是要求学生掌握软件、实验系统的使用与设计流程，对书本理论知识的验证。这个环节主要是设计了一些必要完成的基础验证性实验和演示实验。如：硬件乐曲实验演示、全加器设计（原理图和vhdl程序设计）、表决电路设计（原理图和vhdl程序设计）、多路选择器设计等。

（2） 设计实验环节。这个环节主要考察学生的基本电路的设计能力，给出一些设计指标和说明，要求学生设计相应的电路或写出电路的vhdl程序。如“8位串入并出寄存器设计”，要求学生用74194、74273、D触发器等器件设计8为串入并出转换电路，在转换过程中数据不变，只有当8位一组数据全部转换结束后，输出才变化一次。

（3） 综合实验环节。这个环节主要是考察学生对整个模块知识的掌握与应用。比如完成一种通过纯硬件演奏乐曲的电路，以《梁祝》为例。学生通过整个模块的学习，在这个实践环节最终完成电路的软硬件设计。

乐曲演奏系统可以连续、完整、不失真地演奏乐曲《梁祝》。并提供一定的显示功能，在实验系统的数码管和发光管中显示正在演奏的音符，数码管显示的是音符符号，发光管亮则代表此音为高音，不亮则代表此音为低音。还可以通过在ROM中增加别的乐曲数据，便可演奏别的乐曲。乐曲演奏系统框图如图1 所示。

（4）应用系统设计与实现环节。这个环节是在整个模块学习完成后，学生应该具有电路系统设计的能力，能够根据所学的知识进行电路系统的设计，并进行应用。这里以学生毕业设计作品手持示波器为例进行说明。

通过对示波器的工作原理和结构的分析，总结手持数字存储示波器的优缺点，采用基于FPGA和SOPC（System-On-a-Programmable-Chip）技术的设计方法，设计基于SOPC技术的手持数字存储示波器。示波器主要功能指标有：2通道、模拟带宽1MHz、采样率100Msps、垂直精度8bit、存储深度8KB、电压灵敏度1v/div～5v/div（1：1探头）、扫速范围1us/div～5s/div、1024点FFT、单次（自动）触发电压可调、480*320/3.5寸高分辨率液晶显示。示波器系统框图如图2所示。

示波器系统硬件由五个部分组成如图3所示。前端信号调理电路主要由AD603构成，它能够实现电压信号的分压、可控增益放大、电压偏移。增益控制电压和电压偏移电路的偏移电压都是由以AD5320为中心的DA电路产生的。以AD9288为中心的数据采集系统，主要实现信号的模数转换。设计中考虑了对信号采样速度、采样分辨率以及抗干扰等因素。以EP3C10E144C8为基础的SOPC系统核心控制电路，主要实现系统的控制，既要实现对信号调理电路、采样电路、转换及数据缓存控制，同时完成信号的处理和显示功能。电源电路采用 ASM1117、 LM2576、TPS60403设计了1.2V、2.5V、3.3V、5.0V、-5.0V五種电压的电源电路，以满足整个系统的供电需求。

图4为所设计示波器测试100KHz，峰-峰值1V正弦波结果图。示波器设置在水平扫描速度，垂直分辨率。

5 结语

日前，紧跟合肥学院应用型本科高校建设和模块化人才培养方案各项工作如火如荼地进行的步伐，电子信息与电气工程系“电子设计技术模块”实验改革已经积累了一定的教学实践经验，其中在课程体系建设、教学模式改革、实验内容更新及创新人才培养等方面取得了丰硕的成果，系列改革和举措具有强化能力培养、紧跟电子技术前沿、注重实践创新等显著特征，对培养适合地方经济和社会发展所需要的电子技术人才具有积极的指导意义和较好的推广应用价值。

参考文献

[1] 岑盈盈，莫云峰，戴敏，等.电工电子实习模块化教学研究与管理平台实现—借鉴德国应用科学大学实践教学模式[J]. 浙江科技学院学报，2015，27（5）：381-385.

[2] 董君.高职数学课程模块化教学探索[J]. 产业与科技论坛，2015，14（22）：164-165.

[3] 潘峰.探讨课程模块化教学在高职数学教学中的应用[J].职业研究，2015（11）：134.

[4] 宁仁霞，周云艳. CDIO 模式下的电子信息工程卓越人才培养模式改革与实践———以《低频电子线路》为例[J]. 黄山学院学报，2015，17（3）：115-117.

[5] 房俊杰，张桂凤，赵承滨.基于CDIO模式下的模拟电子技术教学研究[J].高师理科学刊，2014，34（2）：101-103.