电子信息技术专业电子系统设计与实践课程教学方法的改革与探讨

吴占雄　曾毓　高明煜　黄继业

【摘要】随着技术进步，社会对电子信息技术人才的培养质量要求越来越高。作为高等学校电子信息技术专业的一门重要基础课，电子系统设计与实践课程在培养学生的电子系统设计能力方面起到了重要作用。本专业对该课程进行“以系统为出发点，以项目为导向”新模式的教学方法改革与尝试。经过多学期实践，取得了良好效果，不但能够提高学生系统规划能力，也可增强学生的创新意识。本文对该课程的建设方法与成果进行了一些总结，并提出一系列更深层次的探索性课题。

【关键词】电子技术 电子系统 设计性实验

【基金项目】浙江省高等学校精品课程建设项目。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）31-0250-02

随着科技的快速发展，社会对电子信息技术类人才的需求日趋旺盛，同时对其培养质量也提出了更高要求，使得电子系统设计与实践成为高校电子信息类专业的一门极其重要的基础课程[1]。为了取得良好的教学效果，须对理论教学内容进行优化整合，根据培养目标对教学方法与手段加以改革，为学生树立起系统设计思想并运用到工程实践中，提高学生系统创新设计能力[2]。另外，设计性实验也是成就高校学生个性发展和动手能力的重要途径，采用主动性实践教学理念组织实验教学，实施以学生为中心、以项目为导向的实践教学模式，调动学生的主观能动性，是提高学生创新能力的可行路径[3]。最后课程考核指标的设计要体现出学生在学习过程中的能动意识、创新意识[4， 5]。根据本专业培养目标，基于学院丰富的实验资源，本文提出了“以系统为出发点，以项目为导向”的新教学模式，通过系统实例架构起知识点，以项目来驱动综合性设计实验，通过分类考核指标激励学生的创新热情，大大提高学生的系统设计综合能力，增强其社会竞争力。

一、当前电子系统设计与实践课程的教学现状

电子系统设计与实践是一门实践性很强的课程，所面向的授课对象主要为有一定软硬件基础的大三学生。作为电子信息技术專业一门重要的基础课，对本科生的培养质量起着重要作用。作为系统设计，涉及的知识很全面，需要学生具备电路分析与设计、单片机体系结构、汇编及C语言编程、软硬件调试等知识或技能。但是由于授课方法陈旧及缺乏配套实验，学生们往往只浮于知识表面，不能用系统的观点去归纳和理解所学过的电子知识，更不能去实现一个完整的电子系统。这门课程在教学上的困境和挑战归纳起来主要有以下四个方面：

1.如何使学生建立起“系统”设计的概念

电子系统是指能够完成某一特定功能的电子设备，包括硬件与软件。虽然大三阶段学生学过一些电子技术相关知识，但仍没有建立起“系统”概念，还不清楚如何去定义一个电子系统，更不清楚如何根据具体的性能指标去实现电子系统。

2.如何使学生把学过的知识纳入到“系统”设计的框架中来

虽然电子信息技术专业学生上过模拟/数字电子技术、单片机、C语言等课程，但都只是当作“知识”来学习，缺乏把知识应用到实践中去的训练。而电子系统设计与实践是一门实践性很强的课程，不但需要学生具有扎实的硬件与软件基础，还要熟悉系统设计流程。

3.如何使学生从“被动设计”过渡到“主动设计”

当给定需求指标后，学生一般只是消极地去实现功能，不会主动去做全面考虑，顾此失彼。在电子系统设计过程中，如何把学生的“被动”转化成“主动”，在有限的实验条件下能自觉地去全面考虑各种因素。

4.如何树立学生的创新意识，激发其创新主动性

当前很多学生在电子系统设计课程上表现出“懒惰”现象，对于设计性题目首先想到的解决方法是“山寨”，作品中缺乏自己的想法，缺乏亮点，无创新意识。在当前电子技术快速发展的形式下，“懒惰”学生将无法满足社会和企业的需求，会被逐渐淘汰。

为解决这些问题，我们深入探索了各种教学思想和方法，提出了“以系统为出发点，以项目为导向”的教学新理念，并根据培养要求在授课内容、教学方法、实验制定、考核办法等方面提出具体教学改革措施，对提高学生系统设计与实践能力具有良好作用，从而为社会培养出合格的创新型电子设计人才。 新时期下，电子信息技术类专业必须建立紧跟电子科学技术发展的教学机制，不断创新授课模式，采用先进实践教学方法，引导学生自主学习，激发其实践创新热情。

二、教学内容总体设计

本专业电子系统设计与实践课程内容的设置充分依托本系学科优势，在紧跟前沿、兼顾基础的原则下，对理论与实验内容进行优化整合。理论部分采用专题方式进行授课，偏重于讲解知识的实际应用场景，避免泛泛而谈；实验部分主要为综合性设计题目，给出性能指标后由学生（两人一组）自主进行设计，引导学生按照企业研发“项目”的过程一步步来实现。实验考核要综合考虑系统性能、稳定性、成本等多个因素。在上述思想的指导下，我们经过对国内部分高校的电子设计类课程教学内容进行调研和对比，并结合本专业实际情况，对电子设计与实践课程进行如下改革与探索。

（一）理论内容

在授课中紧密结合学生所学的模电、数电、单片机、C编程语言等知识，引导学生去主动思考各种设计方法的来源和应用场合。为达到良好教学效果，采用专题式授课方式，每一专题讲述一类内容，每一专题用2-4个学时完成。理论内容主要包括三大部分内容：模拟电子、数字电子、高速电路。模拟部分主要包括运放电路、功放电路、直流电源等专题；数字部分主要包括ARM单片机、串行总线、ARM单片机软件设计等专题；高速电路主要讲解高速电路设计时遇到的信号完整性问题。以上内容用一个综合设计实例贯穿起来讲解，条理性强，有血有肉。

本次改革以水温控制系统为例展开授课，系统框架如图1所示。主控系统采用STM32单片机来实现，贯穿讲解ARM单片机体系结构、串行总线及单片机软件设计等内容；温度采集、加温控制、进/出水阀控制与供电模块贯穿讲解模拟专题内容；信号完整性部分贯穿于整个硬件设计过程。这种以“系统为出发点”的授课方式，克服了知识点零散且难以有机结合的缺点。endprint

（二） 实验内容

实验部分共由三个综合性设计实验组成：多路数据采集系统设计、开关电源设计、直流电机速度控制系统设计，并给出详细性能指标，如表1所示。其中多路数据采集系统设计为必选内容，其他两个实验任选其一。每组成员根据自己特长选择是以硬件焊接调试或者软件编写与调试为主，整个设计过程中须两人协作完成。

为了让学生能够充分自主、不受制约地进行自主探索，优化配置实践环境资源，学生可以在保证达到系统性能指标前提下，根据自己的特长选择其他芯片或电路实现所要求的功能。为了达到预定训练效果，实验采取严格验收方式，主要分两步来完成：指标验收与交叉式提问。创新指标的完成所占总成绩的比重不少于40%。验收老师会向负责硬件设计的学生提问软件设计相关的问题，反之，会向负责软件设计的学生提问硬件设计相关的问题，保证学生在整个实验中的全程参与。最后每组须提交详细的实验报告，其中包括项目指标、实际指标、原理图、程序流程图、驗收结果、总结等内容。

三、结论

以“系统”框架来设计理论内容，以“项目”研发流程来管理实验设计，使学生能够对电子系统研发过程有深入理解，提高其解决实际问题的能力，增强创新意识，加强学生走向社会的竞争力。几个学期来的授课效果表明，通过“系统”与“项目”相结合的教学模式，学生解决实际问题能力明显提高，更加具有创新意识，知识的有机联系性更强。

高校专业教育不应脱离社会发展的需求，专业教育内容与方法也要与时俱进。对于本专业电子系统设计与实践课程，考虑在以后的理论课堂中引入“企业导师”，邀请企业中的技术骨干或研发精英到课堂上讲授技术或者经验，这将有助于学生拓展视野，激发学习动力。实验课中除了继续保持“以项目为导向”的管理机制外，要根据当前技术发展趋势不断更新实验内容。希望本课程教学改革的成功实施能够为专业同行提供些许参考。

参考文献：

[1]关维国，鲁宝春，于玲等.电子类专业EDA技术课程教学改革探索[J]. 辽宁工业大学学报（社会科学版）， 2014， 16（6）：124-126.

[2]冯晓丽.基于个性化人才培养的主动实践教学思考[J]. 中国大学教学， 2015， 2：84-86.

[3]胡仁杰，王成华，堵国樑等.自主研学的电工电子实践课程建设[J]. 中国大学教学， 2014， 6： 60-63.

[4]陈晓平，李长杰，高平等.实践类课程教学模式的研究与实践[J].北京邮电大学学报（社会科学版）， 2013，15（1）：111-116.

[5]胡冀，邵李焕，高惠芳.单片机系列课程教学及实践的改革和探索[J].杭州电子科技大学学报（社会科学版）， 2016， 12（1）：75-78.

作者简介：

吴占雄（1979-），男，山东青岛人，副教授，研究方向为嵌入式系统设计。endprint