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因?yàn)?a href="http://saumg.com/haowen/115621.html" target="_blank">電子設(shè)計自動化的實(shí)踐性與技能性,使得電子設(shè)計自動化需要人們真正去動手完成,而不是單純的只靠理論就能學(xué)好的,它不像文學(xué),管理等的學(xué)科只要將課本上和老師講的知識掌握了就算是學(xué)會了這門學(xué)科[2]。電子設(shè)計自動化是一門純理科性質(zhì)的學(xué)科,它需要在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題和學(xué)習(xí)知識。所以,許多高校專門為這門學(xué)科設(shè)立了實(shí)驗(yàn)課程,在實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生可以使用實(shí)驗(yàn)中的程序和軟件自己設(shè)計電路,自己完善設(shè)計作品。電子設(shè)計自動化需要用到計算機(jī)和許多高科技的東西,這些東西的價格十分昂貴,一些儀器也需要很多的錢才能購買得起。所以在建立電子自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后,要對其進(jìn)行充分的開發(fā)和利用,設(shè)計一些快捷有效的途徑,來減少在使用過程中對材料的使用次數(shù),這樣就能節(jié)省一些資金。電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)揮的作用是非常強(qiáng)大的,它不僅讓人民在其中學(xué)到該有的知識,還可以對一些電路進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)其是否合格與有效,正是因?yàn)樵撓到y(tǒng)所含有的高技能和高有用性,讓電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立充滿難題,只有真正有技術(shù)的才能將該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和建立。許多高校在該課程上的教學(xué)能力以及電子工程師本人的能力,最重要的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)就是是否對電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)和利用,其使用系統(tǒng)是否有先進(jìn)的設(shè)備和軟件,包括其系統(tǒng)的硬件和軟件等[3]。電子設(shè)計自動化在很多領(lǐng)域都有其運(yùn)用,因?yàn)樗墒菍?shí)現(xiàn)自動化,并且含有高的穩(wěn)定性,甚至可以完成人類親手無法完成的工作,這樣就節(jié)約很多的勞動力,也降低了作業(yè)的危險性。對該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),就可以更多的完成一些其他高危險率和高勞動量的工作。在這個以科技進(jìn)步為主的世界,更多的對相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新和開發(fā),才能讓國家的實(shí)力有明顯的提升。
2電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要內(nèi)容和開發(fā)
2.1電子設(shè)計自動化技術(shù)內(nèi)容
電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在電子設(shè)計上的作用是無可比擬的,它的用途體現(xiàn)在多個方面。該系統(tǒng)的開發(fā)是讓其往更加全面具體,高效快速的方面發(fā)展。電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以運(yùn)用于電子設(shè)計自動化教學(xué)及一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目開發(fā)。電子設(shè)計自動化通過從計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計,從界面上進(jìn)行表現(xiàn)的一種工具,糅合了計算機(jī)編程,計算機(jī)圖形學(xué),數(shù)學(xué)物理,以及人工智能等各種基礎(chǔ)計算機(jī)知識和高科技技術(shù)等的精華,將這些結(jié)合在一起形成了一個新興的高智能的軟件工具。它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用電子的各個方面,如于通信系統(tǒng)的開發(fā),集成電路的版圖設(shè)計,電子電路的設(shè)計,印刷電路板的設(shè)計和可編程器件的編程等。所以,不難看出,電子設(shè)計自動化技術(shù)一般包括軟件設(shè)計工具,硬件描述語言,實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)和可編程邏輯器件。
2.2電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)境的建立和開發(fā)原則
對于高校來說,電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立與開發(fā),需要遵循一些原則和注意事項(xiàng),才能讓該系統(tǒng)發(fā)揮其所有作用。首先,需要建設(shè)一個一流的系統(tǒng)環(huán)境,要有可以過關(guān)的硬件和軟件設(shè)置,擁有最先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和有能力的指導(dǎo),才能滿足學(xué)生的所有需求。有的電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立沒有先進(jìn)的技術(shù),也沒有正確的指導(dǎo),使得使用的人們無法正常完成自己的實(shí)驗(yàn),白白浪費(fèi)了很多的資源和材料。其次,對于建設(shè)和開發(fā)需要使用到的設(shè)備和儀器必須有嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān),那些由質(zhì)量問題的儀器要堅(jiān)決更換和不使用,這樣才能保證在以后的使用中不會因?yàn)閮x器和設(shè)備的問題使項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)功虧一簣,或是讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差及延誤。同時,還要借鑒先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn),去那些建立得好的高校和試驗(yàn)站取經(jīng),交流經(jīng)驗(yàn),或是去國外引進(jìn)新的技術(shù)和開發(fā)軟件,這樣會使該系統(tǒng)在建立中少走一些彎路。最后,最重要的是要進(jìn)行自我開發(fā)和創(chuàng)新,鼓勵學(xué)生和老師對該系統(tǒng)的開發(fā),設(shè)計出更好的技術(shù)和軟件,才能促進(jìn)科技的發(fā)展。在進(jìn)行試驗(yàn)和項(xiàng)目時,要注意勤儉節(jié)約,不要浪費(fèi),對于那些不用的可以試著去改裝,讓其變得有用。在電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建好后,可以開放給所有感興趣的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),老師在一旁進(jìn)行指導(dǎo),好的環(huán)境氛圍對于學(xué)生的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。這些原則的遵守可以讓電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立更加順利。
2.3電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件開發(fā)設(shè)計舉例
電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)硬件開發(fā)也是一個炙手可熱的科技上的創(chuàng)新,一個好的的硬件對于該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的安全性和運(yùn)行性有著不可替代的作用,硬件系統(tǒng)包括基本的計算機(jī)和其他器件等。例如現(xiàn)在較為運(yùn)用廣泛的器件是FPGA/CPLD器件,它可以提供計算機(jī)在進(jìn)行電路設(shè)計時有一個具體的編程環(huán)境,F(xiàn)PGA/CPLD器件的組成較為復(fù)雜,包括很多不同功能的模塊和電路。對于該系統(tǒng)的硬件在引進(jìn)其他先進(jìn)的設(shè)備的同時,也可以借鑒他人的先進(jìn)技術(shù),改革創(chuàng)新,研究屬于自己硬件。
2.4電子設(shè)計自動化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件開發(fā)
該系統(tǒng)的軟件主要是指可編程邏輯器件,用于對電路的編程和自動化的實(shí)現(xiàn),對于該軟件的開發(fā)有很多的技術(shù)軟件可以使用。如現(xiàn)在比較流行的是FPGAAExpressh等用于開發(fā)芯片的軟件,這種軟件可以實(shí)現(xiàn)多種功能,它的邏輯綜合與布線能力很強(qiáng),在電路設(shè)計時,電路線路在計算機(jī)上的圖線非常清晰和顏色鮮明,同時它可以自動儲存及方便邏輯仿真功能。一些公司根據(jù)該系統(tǒng)原則與使用條件,發(fā)明了更加先進(jìn)的開發(fā)軟件,為開發(fā)提供的無限的可能和便利。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:EDA技術(shù),項(xiàng)目化教學(xué)方法,課程改革
EDA技術(shù)是以數(shù)字電子技術(shù)課程知識為基礎(chǔ),具有較強(qiáng)實(shí)踐性、工程性的專業(yè)課程。將數(shù)字電路設(shè)計從簡單元器件單元電路設(shè)計,EWB軟件仿真提到了更高一級的可編程操作平臺上,進(jìn)一步鞏固和提高學(xué)生電子電路綜合設(shè)計能力。但是,傳統(tǒng)的教學(xué)模式是將兩門課程分開,先上數(shù)字電路,后上EDA技術(shù),分兩學(xué)期授課。這樣的教學(xué)模式存在弊端,減弱了課程之間的聯(lián)系,降低了學(xué)生對數(shù)字電路理論的認(rèn)識程度。通過對EDA技術(shù)課程的教學(xué)改革,以實(shí)訓(xùn)的方式采用項(xiàng)目教學(xué)法,使學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握EDA技術(shù)基礎(chǔ)及其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),從數(shù)字系統(tǒng)的單元電路,如譯碼器、計數(shù)器等入手,加深對數(shù)字電路基礎(chǔ)理論的認(rèn)識,逐漸完成數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。
1. EDA技術(shù)及其在教學(xué)中的應(yīng)用
1.1 EDA技術(shù)
EDA技術(shù)即電子設(shè)計自動化(Electronic DesignAutomation)是以計算機(jī)為工作平臺,融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果而形成的一門新技術(shù)畢業(yè)論文格式,是一種能夠設(shè)計和仿真電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。采用”自頂向下”的層次化設(shè)計,對整個系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計和功能劃分,系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專用集成電路(ASIC)實(shí)現(xiàn),然后采用硬件描述語言(HDL)完成系統(tǒng)行為級設(shè)計,最后通過綜合器和適配器生成最終的目標(biāo)器件。圖1為一個典型的EDA設(shè)計流程。
圖1 EDA設(shè)計流程圖
1.2 EDA技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用
在教學(xué)過程中,EDA技術(shù)利用計算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,以及配有輸入輸出器件(開關(guān)、按鍵、數(shù)碼管、發(fā)光二極管等)、標(biāo)準(zhǔn)并口、RS232串口、DAC和ADC電路、多功能擴(kuò)展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件開發(fā)平臺,使得在電子設(shè)計的各個階段、各個層次可以進(jìn)行模擬驗(yàn)證,保證設(shè)計過程的正確性。從而使數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計起來更加容易,讓學(xué)生從傳統(tǒng)的電路離散元件的安裝、焊接、調(diào)試工作中解放出來,將精力集中在電路的設(shè)計上。同時,采用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計,不但提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,也增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性,方便學(xué)生對電路進(jìn)行修改、升級,讓實(shí)驗(yàn)不在單調(diào)的局限于幾個固定的內(nèi)容,使教學(xué)更上一個臺階,學(xué)生的開發(fā)創(chuàng)新能力進(jìn)一步得到提高。
2.課程教學(xué)改革實(shí)施
2.1課程改革思路
課程改革本著體現(xiàn)鞏固數(shù)字電路基礎(chǔ),掌握現(xiàn)代電子設(shè)計自動化技術(shù)的原則來處理和安排EDA技術(shù)教學(xué)內(nèi)容。打破傳統(tǒng)的從EDA技術(shù)概述、VHDL語言特點(diǎn)、VHDL語句等入手的按部就班的教學(xué)方法,以設(shè)計應(yīng)用為基本要求,開發(fā)基于工作過程的項(xiàng)目化課程,以工作任務(wù)為中心組織課程內(nèi)容,讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中來構(gòu)建相關(guān)理論知識。將EDA技術(shù)分為四個方面的內(nèi)容,即:可編程邏輯器件、硬件描述語言、軟件開發(fā)工具、實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng),其中,可編程邏輯器件是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的載體,硬件描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的主要表達(dá)手段,軟件開發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的智能化的自動設(shè)計工具,實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的下載工具及硬件驗(yàn)證工具。采用項(xiàng)目化教學(xué)方法,以實(shí)訓(xùn)的方式展開,讓學(xué)生在“學(xué)中做,做中學(xué)”。
2.2課程改革措施
以電子線路設(shè)計為基點(diǎn),從實(shí)例的介紹中引出VHDL語句語法內(nèi)容。在典型示例的說明中,自然地給出完整的VHDL描述,同時給出其綜合后的表現(xiàn)該電路系統(tǒng)功能的時序波形圖及硬件仿真效果。通過一些簡單、直觀、典型的實(shí)例畢業(yè)論文格式,將VHDL中最核心、最基本的內(nèi)容解釋清楚,使學(xué)生在很短的時間內(nèi)就能有效地掌握VHDL的主干內(nèi)容,并付諸設(shè)計實(shí)踐。這種教學(xué)方法突破傳統(tǒng)的VHDL語言教學(xué)模式和流程,將語言與EDA工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果,同時大大縮短了授課時數(shù)。表1為課程具體內(nèi)容及實(shí)訓(xùn)學(xué)時分配。
能力
目標(biāo)
學(xué)習(xí)情境
項(xiàng)目載體
課時
QuartusⅡ開發(fā)工具使用能力
QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
二選一音頻發(fā)生器設(shè)計
6
VHDL語言編程能力
VHDL語言基本結(jié)構(gòu)
計數(shù)器電路設(shè)計
6
VHDL語言并行語句
8位加法器設(shè)計
8
VHDL語言順序語句
7段數(shù)碼顯示譯碼器設(shè)計
8
VHDL語言綜合運(yùn)用
數(shù)控分頻器的設(shè)計
8
層次化調(diào)用方法
4位加減法器的設(shè)計
4
綜合開發(fā)調(diào)試能力
8位16進(jìn)制頻率計設(shè)計;
十字路通燈設(shè)計;
數(shù)字鐘設(shè)計;
波形信號發(fā)生器設(shè)計,等。
(任選一題)
20
總計
【關(guān)鍵詞】FPGA;AD轉(zhuǎn)換;BCD碼顯示;接口電路
FPGA是大規(guī)模可編程器件。它是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的載體;硬件描述語言是EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的主要表達(dá)手段,VHDL語言是常用的硬件描述語言之一;軟件開發(fā)工具QuartusⅡ。FPGA以高速、高可靠性、串并行工作方式等特點(diǎn)在電子設(shè)計中廣泛應(yīng)用。它打破了軟硬件之間的界限,加速了產(chǎn)品的開發(fā)過程。
1.硬件電路構(gòu)成
用一片MCS-51芯片、一片F(xiàn)PGA芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832構(gòu)成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣、D/A轉(zhuǎn)換輸出、有關(guān)數(shù)據(jù)顯示的控制、鍵盤電路。單片機(jī)完成對A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)運(yùn)算。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示,其功能如下:
(1) 系統(tǒng)按一定速率采集輸入電壓Ui,經(jīng)AD0809轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字量data。
(2) 輸入數(shù)據(jù)與通過CPLD/FPGA采樣后輸入單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,最后通過FPGA送至DAC0832轉(zhuǎn)換為ΔU。
(3) 數(shù)據(jù)采集和處理均在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制器的管理下有序進(jìn)行。工作速率由時鐘信號CLK的速率決定。
2.AD0809與CPLD/FPGA接口設(shè)計
ADC0809在轉(zhuǎn)換開始前由地址鎖存允許信號ALE 將3 位地址鎖入鎖存器中以確定轉(zhuǎn)換信號通道。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號,由低電平轉(zhuǎn)為高電平時指示轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時可讀入轉(zhuǎn)換好的8 位數(shù)據(jù)。EOC 在低電平時指示正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換。START 為轉(zhuǎn)換啟動信號,上升沿啟動。OE 為數(shù)據(jù)輸出允許高電平有效。CLK 為ADC 轉(zhuǎn)換時鐘輸入端口500kHz 左右。為了達(dá)到A/D 器件的最高轉(zhuǎn)換速度,A/D 轉(zhuǎn)換控制器必須包含監(jiān)測EOC 信號的邏輯,一旦EOC 從低電平變?yōu)楦唠娖郊纯蓪E 置為高電平然后傳送或顯示已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)[D0..D7]。圖1所示為AD0809引腳圖;圖2所示為AD0809時序電路,根據(jù)時序電路圖通過兩段式狀態(tài)機(jī)設(shè)計程序完成與CPLD/FPGA芯片的連接。圖4為狀態(tài)機(jī)程序仿真結(jié)果,表1所示為狀態(tài)機(jī)功能與相應(yīng)引腳的取值。
表1 AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)機(jī)描述
狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)功能 引腳
S0 初始狀態(tài),選擇1通道模擬信號輸入 ADDC=‘1’, ALE=START=OE=LOCK=‘0’
S1 通道鎖存 ALE=‘1’, START=OE=LOCK=‘0’
S2 啟動A/D轉(zhuǎn)換 ALE=‘1’, START=‘1’,OE=LOCK=‘0’
S3 A/D轉(zhuǎn)換等待狀態(tài) ALE=START=‘0’,OE=LOCK=‘0’;
IF EOC=‘0’ 保持當(dāng)前狀態(tài)不變,繼續(xù)等待A/D轉(zhuǎn)換。
ELSE 轉(zhuǎn)換結(jié)束,進(jìn)入下一狀態(tài)
S4 數(shù)據(jù)輸出允許狀態(tài) A/D轉(zhuǎn)換完畢,開啟數(shù)據(jù)輸出允許信號。ALE=‘0’, START=‘0’,OE=‘1’,LOCK=‘0’
S5 數(shù)據(jù)鎖存狀態(tài) 開啟數(shù)據(jù)鎖存信號,將轉(zhuǎn)換結(jié)果送鎖存器鎖存;ALE=‘0’, START=‘0’,OE=‘1’,LOCK=‘1’
S6 延時狀態(tài) 為了保證數(shù)據(jù)可靠鎖存,延時一個時鐘狀態(tài)周期;ALE=‘0’, START=‘0’,OE=‘1’,LOCK=‘1’
其它狀態(tài) 返回到初始狀態(tài) ALE=START=OE=LOCK=‘0’
圖1 AD0809引腳圖 圖2 AD0809時序圖
3.BCD碼轉(zhuǎn)換電路設(shè)計
找到ADC0809的基準(zhǔn)電壓(Vref)為5.12 V時,模擬輸入電壓與輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系,其中最小電壓準(zhǔn)位是5.12/28=0.2 V。這樣,當(dāng)由ADC0809的D[7..0]收到的數(shù)據(jù)信號是10000110(即86H)時,高4位1000是2.56 V,而低4位0110是0.12 V,所以最后的電壓輸出結(jié)果是2.56 V+0.12 V=2.68 V。為了方便后續(xù)的電壓數(shù)據(jù)顯示,我們應(yīng)將輸出電壓表示成12位的BCD碼形式。將D(7..4)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的12位BCD碼H(11..0);將D(3..0)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的12位BCD碼L(11..0)。如上述的2.56 V是0010 0101 0110,0.12 V是0000 0001 0010,所以相加的結(jié)果2.68 V是0010 0110 1000,因此必須設(shè)計一個12位的BCD碼加法程序。二進(jìn)制BCD碼相加時,由最低4位加起,且每4位相加的結(jié)果超過1001時,應(yīng)加0110調(diào)整。BCD碼程序轉(zhuǎn)換流程如圖3所示。
圖3 BCD碼轉(zhuǎn)換仿真波形
4.系統(tǒng)電路仿真
AD轉(zhuǎn)換電路與BCD碼轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成系統(tǒng),將AD轉(zhuǎn)換程序和BCD碼程序組合成一個整體程序,通過Quartus ii軟件生成系統(tǒng)圖,如圖4所示。 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果由三位十進(jìn)制數(shù)表示,每位十進(jìn)制數(shù)由四位BCD碼表示,總共有12位BCD碼輸出。將電路輸出BCDOUT(11..0)分成BCDOUT(11..8)、BCDOUT(7..4)和BCDOUT(3..0)三部分,通過三個進(jìn)程Process分別用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)LED顯示驅(qū)動。對整個系統(tǒng)進(jìn)行波形仿真,得到仿真波形如圖5所示,最后在GW48-CK實(shí)訓(xùn)開發(fā)系統(tǒng)完成功能驗(yàn)證。
圖4系統(tǒng)電路圖
圖5 系統(tǒng)仿真結(jié)果
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關(guān)鍵詞:精品課程;精品資源共享課;轉(zhuǎn)型升級
中圖分類號:G641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)21-0133-02
廣東省《數(shù)字電子技術(shù)》精品課程于2006年立項(xiàng)建設(shè),以科學(xué)的發(fā)展觀指導(dǎo)教學(xué)改革,創(chuàng)導(dǎo)教育創(chuàng)新,以改革促發(fā)展,將課程建設(shè)主動融入高等工程教育改革的大背景,不斷吸收國內(nèi)外教育教學(xué)改革的理論研究與改革實(shí)踐成果,依托學(xué)科建設(shè)、結(jié)合教學(xué)改革與實(shí)踐促進(jìn)精品課程的建設(shè)。通過網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)質(zhì)建設(shè)、課程體系的科學(xué)建設(shè)、教學(xué)方式方法和手段的有效改進(jìn)、教學(xué)團(tuán)隊(duì)的素質(zhì)提升建設(shè),及利用網(wǎng)站與實(shí)驗(yàn)室共同構(gòu)建開放的電子系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新平臺,支撐各類科技競賽,推動學(xué)生課外科技活動,培養(yǎng)創(chuàng)新人才等措施,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電子技術(shù)精品課程的建設(shè)目標(biāo)。
自麻省理工學(xué)院2001年率先推行課件開放運(yùn)動以來,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有限開放到充分開放的轉(zhuǎn)變,強(qiáng)化優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)和普及共享,是新時期教育教學(xué)改革亟待解決的問題[1]。因此,教育部于2011年10月、2012年5月,先后印發(fā)了《教育部關(guān)于國家精品開放課程建設(shè)的實(shí)施意見》(教高[2011]8號)、《精品資源共享課建設(shè)工作實(shí)施辦法》等文件。將在原國家精品課程建設(shè)成果基礎(chǔ)上,科學(xué)規(guī)劃,合理布局,優(yōu)化結(jié)構(gòu),在“十二五”期間支持建設(shè)5000門國家級精品資源共享課。精品資源共享課建設(shè)是國家精品開放課程建設(shè)項(xiàng)目的組成部分,旨在促進(jìn)教育教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變,引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革,推動高等學(xué)校優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段共建共享,提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,服務(wù)學(xué)習(xí)型社會建設(shè)。
一、《數(shù)字電子技術(shù)》精品課程的建設(shè)
學(xué)習(xí)和探討教育思想、教與學(xué)理論等深層次問題,分析教育教學(xué)改革的方向,倡導(dǎo)教師進(jìn)行教育教學(xué)方法創(chuàng)新。主要有以下四項(xiàng)措施:①分析對教育改革的期望;②學(xué)習(xí)新型教育教學(xué)的理念;③明確新型教育教學(xué)理念在精品課程建設(shè)中的作用;④結(jié)合新型教育教學(xué)理念對數(shù)電精品課程進(jìn)行頂層設(shè)計。具體建設(shè)內(nèi)容如下。
1.課程資源建設(shè)。資源建設(shè)方面建設(shè)有省級級精品課程《數(shù)字電子技術(shù)》課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站(http:///xieyun/sd/)。網(wǎng)絡(luò)資源在原有隊(duì)伍簡介、課程介紹、教學(xué)資源(大綱、課件和視頻)的基礎(chǔ)上,為主講教師設(shè)立專門個人網(wǎng)頁;結(jié)合各位教師的教改實(shí)踐,及時更新網(wǎng)上資源內(nèi)容。教學(xué)課件每學(xué)年都有更新。
2.課程體系建設(shè)。課程體系建設(shè)上,強(qiáng)調(diào)“突出重點(diǎn)、解決難點(diǎn)、強(qiáng)化實(shí)踐”的主旨?;靖拍?、原理、分析和設(shè)計方法是課程重點(diǎn)。如何合理、靈活地應(yīng)用數(shù)字集成器件設(shè)計實(shí)際數(shù)字電路是課程的難點(diǎn)。2008年起將一半的實(shí)驗(yàn)(8學(xué)時)放在FPGA上完成。使實(shí)際動手操作、物理性實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn),及設(shè)計性綜合性實(shí)踐訓(xùn)練有機(jī)的結(jié)合起來。
3.課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)。課程團(tuán)隊(duì)承擔(dān)我校自動化、電氣工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程和物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)的主干課程的教學(xué)任務(wù)。團(tuán)隊(duì)成員注重對課程體系、課程內(nèi)容的研究。研究課程內(nèi)容組織、專業(yè)課程設(shè)置如何更合理地體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)人才目標(biāo)。為此,分別形成了不同專業(yè)的不同課程體系。先后完成省級校級教改項(xiàng)目12項(xiàng)(省級4項(xiàng)),發(fā)表教改論文23篇,出版教材4部,獲得省級校級相關(guān)教學(xué)成果獎11項(xiàng)。電子技術(shù)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2010年獲“廣東工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)”。
4.開展基于網(wǎng)絡(luò)資源的教學(xué)方法研究。利用建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)資源拓展教學(xué)方法和教學(xué)手段,提供學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。團(tuán)隊(duì)還建設(shè)了“ESDA專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站(http:///xieyun/eda/)”,探索基于網(wǎng)絡(luò)資源利用的《數(shù)字電子技術(shù)》自主—協(xié)作學(xué)習(xí)模式[2]。將教師主導(dǎo)作用和學(xué)生主體地位有機(jī)的統(tǒng)一,依據(jù)“資源利用—主題探索—合作學(xué)習(xí)”,建立起基于網(wǎng)絡(luò)資源利用的自主—協(xié)作學(xué)習(xí)模式,如圖1所示。
5.結(jié)合學(xué)科競賽,推進(jìn)《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式改革。課程團(tuán)隊(duì)人員十余年來成功組織與指導(dǎo)多種學(xué)生課外學(xué)科競賽。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的命題強(qiáng)調(diào)了基礎(chǔ)教學(xué)知識與綜合能力的結(jié)合,設(shè)計計算與制作測試的結(jié)合,電子技術(shù)基本內(nèi)容與多專業(yè)內(nèi)容的結(jié)合,傳統(tǒng)器件與新型器件應(yīng)用的結(jié)合。為此,深刻認(rèn)識電子競賽對人才培養(yǎng)的深層意義,不但積極組織競賽,更加重視將競賽貫穿于平時教學(xué)中,將競賽中遇到的問題放到課程教學(xué)中,使課程經(jīng)歷了一個競賽與教學(xué)互促的發(fā)展歷程。先后有500余名學(xué)生完成與學(xué)科競賽相關(guān)的課外科研項(xiàng)目100余項(xiàng),在省級以上電子設(shè)計競賽、“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能車競賽、全國挑戰(zhàn)杯競賽中有四十余項(xiàng)100余人獲獎。
二、《數(shù)字電子技術(shù)》精品課程轉(zhuǎn)型升級為精品資源共享課的建設(shè)思路
按照精品資源共享課建設(shè)要求,將精品課程轉(zhuǎn)型升級,以課程資源系統(tǒng)、完整為基本要求,以基本覆蓋各專業(yè)的核心課程為目標(biāo),通過共享系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)由服務(wù)教師向服務(wù)師生和社會學(xué)習(xí)者的轉(zhuǎn)變,由網(wǎng)絡(luò)有限開放到充分開放的轉(zhuǎn)變。
通過分析精品課程存在的問題[3],探討資源充分開放、服務(wù)學(xué)習(xí)型社會的精品資源共享課的建設(shè)需求,了解從精品課程到精品資源共享課的轉(zhuǎn)型升級必須完成的任務(wù)。并且結(jié)合此前在建設(shè)和應(yīng)用中遇到的問題和困難,對《數(shù)字電子技術(shù)》精品課程而言,最需要在原有資源基礎(chǔ)上,建設(shè)拓展資源以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)互動性,解決“如何學(xué)”、“如何有效學(xué)習(xí)”的問題。因此,《數(shù)字電子技術(shù)》精品課程轉(zhuǎn)型升級為精品資源共享課的建設(shè)策略如下。
1.建設(shè)拓展資源,構(gòu)建精品資源共享課的互動學(xué)習(xí)平臺。結(jié)合學(xué)校和學(xué)院現(xiàn)有的軟硬件條件,運(yùn)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將“電子系統(tǒng)設(shè)計自動化(ESDA)專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站”、“實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)”作為拓展資源,與精品課程網(wǎng)站有機(jī)鏈接。在原有主機(jī)教師個人網(wǎng)頁和論壇基礎(chǔ)上,增加貼吧模塊(包括小問題、大作業(yè)等)和Q群模塊等交流工具;豐富案例庫、專題講座庫、素材資源庫等輔助資源;增設(shè)專業(yè)知識檢索系統(tǒng)、虛擬與仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、在線自測與考試系統(tǒng)等;構(gòu)建一個精品資源共享課的互動學(xué)習(xí)平臺。
2.探索精品資源共享?xiàng)l件下的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模式。研究學(xué)生知識的構(gòu)建過程、能力的培養(yǎng)過程和素質(zhì)的養(yǎng)成過程的規(guī)律,充分利用精品資源共享?xiàng)l件下有關(guān)知識具備系統(tǒng)性和完備性優(yōu)勢,結(jié)合“廣工大—Microchip MCU聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“廣工大—TI DSP聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“廣工大—Freescale 嵌入式技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“廣工大—Altera EDA/SOPC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“廣工大—Xilinx集成電路驗(yàn)證聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”等五個國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,共同構(gòu)建從MCU到ARM,F(xiàn)PGA,再到芯片設(shè)計的完整的開放的電子系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新平臺。在電子系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新平臺上,探索以競賽作品、實(shí)用電子產(chǎn)品和科研工程等為工程項(xiàng)目的基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)方法PBL(或工程教育學(xué)習(xí)方法CDIO)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模式,最大限度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性,培養(yǎng)其學(xué)習(xí)研究能力和創(chuàng)新能力。
三、結(jié)語
廣東省《數(shù)字電子技術(shù)》精品課程的建設(shè)取得了較好的成績,在《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)中起到了積極作用。但也存在一定的問題,在轉(zhuǎn)型升級為精品資源共享課的建設(shè)中,還需要加強(qiáng)拓展資源建設(shè)、互動性建設(shè),并且探索新形勢下的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模式等。
推進(jìn)精品資源共享課,還涉及許多問題,比如學(xué)校辦學(xué)自、辦學(xué)理念、知識產(chǎn)權(quán)、教師教育自等,所面臨的挑戰(zhàn)是多方面的[4]。借用哈佛大學(xué)邁克爾·桑德爾教授《公正課》的結(jié)束語:學(xué)習(xí)的本質(zhì),不在于記住了哪些知識,而在于觸發(fā)了你的思考。
參考文獻(xiàn):
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論文關(guān)鍵詞:電源,可靠,設(shè)計
對于現(xiàn)在一個電子系統(tǒng)來說,電源部分的設(shè)計也越來越重要,下面探討一些關(guān)于電源設(shè)計方面的心得,來個拋磚引玉,讓我們在電源設(shè)計方面能夠都有所探索和長進(jìn)。
1、如何選擇合適的電源實(shí)現(xiàn)電路
根據(jù)分析系統(tǒng)需求得出的具體技術(shù)指標(biāo),可以來選擇合適的電源實(shí)現(xiàn)電路了。一般對于弱電部分,包括了LDO(線性電源轉(zhuǎn)換器),開關(guān)電源電容降壓轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源電感電容轉(zhuǎn)換器。相比之下,LDO設(shè)計最易實(shí)現(xiàn),輸出波紋小,但缺點(diǎn)是效率有可能不高,發(fā)熱量大,可提供的電流相較開關(guān)電源不大等等。而開關(guān)電源電路設(shè)計靈活,效率高,但紋波大,實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜,調(diào)試比較繁瑣等等。
2、如何為開關(guān)電源電路選擇合適的元器件和參數(shù)
很多的未使用過開關(guān)電源設(shè)計的工程師會對它產(chǎn)生一定的畏懼心理,比如擔(dān)心開關(guān)電源的干擾問題,PCB layout問題物理論文,元器件的參數(shù)和類型選擇問題等。其實(shí)只要了解了,使用一個開關(guān)電源設(shè)計還是非常方便的。
一個開關(guān)電源一般包含有開關(guān)電源控制器和輸出兩部分,有些控制器會將MOSFET集成到芯片中去,這樣使用就更簡單了,也簡化了PCB設(shè)計,但是設(shè)計的靈活性就減少了一些。
開關(guān)控制器基本上就是一個閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng),所以一般都會有一個反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環(huán)的控制電路。因此這部分的設(shè)計在于保證精確地采樣電路,還有來控制反饋深度,因?yàn)槿绻答伃h(huán)響應(yīng)過慢的話,以瞬態(tài)響應(yīng)能力是會有很多影響。
而輸出部分設(shè)計包含了輸出電容,輸出電感以及MOSFET等等,這些的選擇基本上就是要滿足一個性能和成本的平衡,比如高的開關(guān)頻率就以使用小的電感值(意味著小的封裝和便宜的成本),但是高的開關(guān)頻率會增加干擾和對MOSFET的開關(guān)損耗,從而效率降低。使用低得開關(guān)頻率帶來的結(jié)果則是相反的。
對于輸出電容的ESRT和MOSFET的Rdson參數(shù)選擇也是非常關(guān)鍵的,小的ESP可以減小輸出紋波,但是電容成本會增加,好的電容會貴嘛。開關(guān)電源控制器驅(qū)動能力也要注意,過多的MOSFET是不能被良好驅(qū)動的。
3、如何調(diào)試開關(guān)電源的電路
3.1電源電路的輸出通過低阻值大功率電阻接到板內(nèi),這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調(diào)試,避開后面電路的影響。
3.2一般來說開關(guān)控制器是閉環(huán)系統(tǒng),如果輸出惡化的情況超過了閉環(huán)可以控制的范圍,開關(guān)電源就會工作不正常,所以這種情況就需要認(rèn)真檢查反饋和采樣電路。特別是如果采用了大ESR值的輸出電容,會產(chǎn)生很多的電源紋波,這也會影響開關(guān)電源的工作的。
4、如何來評估一個系統(tǒng)的電源需求
對于一個實(shí)際的電子系統(tǒng),要認(rèn)真分析它的電源需求。不僅僅是關(guān)心輸入電壓,輸出電壓和電流,還要仔細(xì)考慮總的功耗,電源實(shí)現(xiàn)的效率,電源部分對負(fù)載變?nèi)私?jīng)的瞬態(tài)響應(yīng)能力,關(guān)鍵器件對電源波動的容忍范圍以及相應(yīng)的允許的電源紋波,還有散熱問題等等cssci期刊目錄。功耗和效率是密切相關(guān)的,效率高了,在負(fù)載功耗相同的情況下總功耗就少,對于整個系統(tǒng)的功率預(yù)算就非常有利了,對比LDO和開關(guān)電源,開關(guān)電源的效率要高一些,同時物理論文,評估效率不僅僅是看在滿負(fù)載的時候電源電路的效率,還要關(guān)注輕負(fù)載的時候效率水平。
至于負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力,對于一些高性能的CPU,應(yīng)用就會有嚴(yán)格的要求,因?yàn)楫?dāng)CPU突然開始運(yùn)行繁重的任務(wù)時,需要的啟動電流是很大的,如果電源電路響應(yīng)速度不夠,造成瞬間電壓下降過多過低造成CPU運(yùn)行出錯。一般來說,要求的電源實(shí)際值多為標(biāo)稱值的±5%所以可以據(jù)此計算出允許的電源紋波,當(dāng)然要預(yù)留余量的。
散熱問題對于那些大電流電源和LDO來說比較重要,通過計算機(jī)也可以評估是否合適的。
5、接地技術(shù)的討論
接地的定義:在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說,該術(shù)語的含義通常是“線路電壓的參考點(diǎn)”;對于系統(tǒng)設(shè)計師來說,它常常是機(jī)柜或機(jī)架;對電氣工程師來說,它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。
接地方式:接地有多種方式,有單點(diǎn)接地,多點(diǎn)接地以及混合類型的接地。而單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。一般來說,單點(diǎn)接地用于簡單電路,不同功能模塊之間接地區(qū)分,以及低頻(floMHz)電路時就要采用多點(diǎn)接地了或者多層板(完整的地平面層)。
信號回流和跨分割的介紹:對于一個電子信號來說,它需要尋求一條最低阻抗的電流回流到地的途徑,所以如何處理這個信號回流就變得非常關(guān)鍵。
第一,根據(jù)公式可以知道,輻射強(qiáng)度是和回路面積成正比的,就是說回流要走的路徑越長,形成的環(huán)越大,它對外輻射的干擾也越大,所以,PCB布板的時候要盡可能減小電源回路和信號回路面積。
第二、對于一個廣發(fā)高速信號來說,提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量,這是因?yàn)镻CB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層或電源層為參考來計算的,如果高速線附近有連續(xù)的地平面,這樣這條線的阻抗就能保持連續(xù),如果有段線附近沒有了地參考,這樣阻抗就會發(fā)生變化,不連續(xù)的阻抗從而會影響到信號的完整性。所以,布線的時候要把高速線分配到近地平面的層,或者高速線旁邊并行一兩條地線,起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三、為什么說布線的時候盡量不要跨電源分割,這也是因?yàn)樾盘柨缭搅瞬煌娫磳雍笪锢碚撐?,它的回流途徑就會很長了,容易受到干擾。當(dāng)然,不是嚴(yán)格要求不能跨越電源分割,對于低速的信號就要認(rèn)真檢查,盡量不要跨越,可以通過調(diào)整電源部分的走線。(這是針對多層板多個電源供應(yīng)情況說的)
6、單板上的信號如何接地
對于一般器件來說,就近接地是最好的,采用了擁有完整地平面的多層板設(shè)計后,對于一般信號的接地就非常容易了,基本原則是保證走線的連續(xù)性,減少過孔數(shù)量,近地平面或者電源平面等等。
7、單板的接口器件如何接地
有些單板會有對外的輸入輸出接口,比如串口連續(xù)器,網(wǎng)口RJ45連接器等等,如果對它們的接地設(shè)計得不好也會影響到正常工作,例如網(wǎng)口互連有誤碼、丟包等,并且會成為對外的電磁干擾源,把板內(nèi)的噪聲向外發(fā)送。一般來說會單獨(dú)分割出一塊獨(dú)立的接口地,與信號地的連續(xù)采用細(xì)的走線連接,可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細(xì)的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的,對接口地和接口電源的濾波也要認(rèn)真考慮。
1培養(yǎng)通信專業(yè)應(yīng)用型人才的教學(xué)研究
1.1課題研究的意義及特色本課題研究的內(nèi)容主要是以吉林省和社會人才市場對通信專業(yè)技術(shù)人才需求和就業(yè)為導(dǎo)向,根據(jù)學(xué)院的定位確定相應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo),并基于培養(yǎng)目標(biāo)確定如何以專業(yè)培養(yǎng)方案拉動相關(guān)課程體系設(shè)置,達(dá)到使學(xué)生在基本理論知識夠用的前提下,突出實(shí)踐,加強(qiáng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新設(shè)計思維培養(yǎng)方面做研究,使畢業(yè)生在學(xué)校期間掌握足夠的現(xiàn)代科技理論知識,培養(yǎng)較強(qiáng)的設(shè)備調(diào)試、裝配和維護(hù)能力、培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)技能及基本的生產(chǎn)組織與一定的管理能力,乃至較強(qiáng)的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力,培養(yǎng)基本的研發(fā)素質(zhì),適應(yīng)社會人才需求方的要求。課題研究特色是通信工程專業(yè)如何選擇所開課程及相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的配置,如何開展相關(guān)電子專業(yè)相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、科研訓(xùn)練等活動、建設(shè)具有獨(dú)立學(xué)院特點(diǎn)的專業(yè)。如何在加強(qiáng)各類實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上使學(xué)生的實(shí)踐動手能力得到實(shí)質(zhì)性的提高問題。如何依托專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、開放實(shí)驗(yàn)室以及專業(yè)相關(guān)的國家級、部委級權(quán)威資質(zhì)認(rèn)證的相關(guān)培訓(xùn)從根本上達(dá)到獨(dú)立院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的,以適應(yīng)社會的需求,達(dá)到社會、學(xué)校與學(xué)生利益的雙贏。如何加強(qiáng)具有特色較強(qiáng)的符合現(xiàn)代通信行業(yè)需求的從通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室,到光纖通信、移動通信等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),并建立具有實(shí)戰(zhàn)性質(zhì)的現(xiàn)代通信實(shí)驗(yàn)室,從而建立“實(shí)踐-理論-實(shí)踐”新模式的實(shí)驗(yàn)室體系。
1.2課題研究的主要內(nèi)容(1)通信工程專業(yè)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)方案構(gòu)建和實(shí)踐探索問題。(2)建立健全該專業(yè)的理論教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)體系和相關(guān)專業(yè)素質(zhì)教育體系問題。(3)組建適合獨(dú)立學(xué)院本科教育培養(yǎng)目標(biāo)的師資隊(duì)伍問題。(4)如何確立行之有效的理論課程體系,增設(shè)社會需求、緊缺的專業(yè)課問題。(5)配合理論教學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的更新調(diào)整問題。(6)結(jié)合獨(dú)立學(xué)院生源的特色選擇特色教材,在教學(xué)和實(shí)踐基礎(chǔ)上自編教材。(7)如何提高學(xué)生理論知識與實(shí)踐能力的聯(lián)結(jié)能力問題。(8)如何基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開設(shè)本專業(yè)的相關(guān)課程問題。(9)特色專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行模式及日常管理問題。(10)如何充分利用獨(dú)立學(xué)院專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提高學(xué)生的電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的含金量問題。(11)如何基于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開展專業(yè)認(rèn)證及技能培訓(xùn)問題。
1.3課題研究的關(guān)鍵問題(1)培養(yǎng)目標(biāo),理論教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的確立。(2)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的橋梁構(gòu)建問題。(3)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室的建立及實(shí)踐教學(xué)模式的確立問題;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行模式及日常管理問題,及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置問題。(4)如何充分利用獨(dú)立學(xué)院專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提高學(xué)生的電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的含金量問題。
2培養(yǎng)通信專業(yè)應(yīng)用型人才的教學(xué)實(shí)踐
(1)研究人才需方的具體情況,有的放矢的確定新的通信工程專業(yè)應(yīng)用性本科人才的培養(yǎng)方案。在2007版培養(yǎng)方案基礎(chǔ)上制定了2009版培養(yǎng)方案。(2)建立健全該專業(yè)的理論教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)體系和相關(guān)專業(yè)素質(zhì)教育體系問題。(3)組建了適合獨(dú)立學(xué)院本科教育培養(yǎng)目標(biāo)的師資隊(duì)伍。教師隊(duì)伍中在年齡結(jié)構(gòu)上老、中、青相結(jié)合、并實(shí)行導(dǎo)師制,對年輕教師配備導(dǎo)師,指導(dǎo)其成長;在職稱結(jié)構(gòu)上教授、副教授、講師、助教比例適中。在學(xué)歷上35歲以下青年教師具有碩士學(xué)歷教師比例控制在50%以上。(4)在確立的行之有效的理論課程體系之上,增設(shè)社會需求的、緊缺的專業(yè)課。如SDH技術(shù)、CDMA網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、多媒體通信技術(shù)等社會需求的課程。(5)配合理論教學(xué)更新調(diào)整相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。(6)選定適合的專業(yè)教材,在教學(xué)和事件基礎(chǔ)上自編教材。(7)落實(shí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金,建立具有專業(yè)特色的現(xiàn)代通信實(shí)驗(yàn)室。加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。(8)實(shí)驗(yàn)室定位:專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室+專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室+創(chuàng)新實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室+開放式實(shí)驗(yàn)室。(9)明確建設(shè)目的:全面提高學(xué)生動手實(shí)踐能力,選拔參加電子競賽、挑戰(zhàn)杯、機(jī)器人大賽、提高電子信息理論知識應(yīng)用能力,確保畢業(yè)生學(xué)有所成,適應(yīng)社會的需求。(10)針對創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室增設(shè)了《電子創(chuàng)新設(shè)計》、《電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計》等課程。(11)研究和確立了特色專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行模式及日常管理。(12)在課程設(shè)置方面為準(zhǔn)備考研究生的學(xué)生開設(shè)較高層次的理論課程;而對其他同學(xué)則更注重實(shí)踐環(huán)節(jié)課程的教學(xué)。(13)在教學(xué)方法上,結(jié)合教師多年在科研開發(fā)一線的經(jīng)驗(yàn),滲透產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)、產(chǎn)品研發(fā)的經(jīng)驗(yàn),調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.
2.1教學(xué)實(shí)踐落實(shí)措施(1)專業(yè)師資力量:培養(yǎng)自我學(xué)科帶頭人,專職負(fù)責(zé)人+邀請導(dǎo)師+以老帶新。(2)特色實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行模式:日常授課+圖書館式開放模式。(3)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室日常管理:學(xué)生自主管理為主,老師宏觀引導(dǎo)。(4)橫向聯(lián)合:與各類教育推廣中心、通信企業(yè)聯(lián)系,加強(qiáng)職業(yè)技能認(rèn)識。(5)基于專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室,開展行業(yè)權(quán)威專業(yè)技能資質(zhì)認(rèn)證培訓(xùn)和考核工作。
2.2課題研究實(shí)踐成果經(jīng)過三年的教學(xué)研究與實(shí)踐,取得一定的成績:學(xué)生的考研率、就業(yè)率有明顯的成績,2010年119名畢業(yè)生中有15人考取了研究生,其中有2人考取了211院校的研究生;就業(yè)率達(dá)到95%,達(dá)到了學(xué)校、學(xué)生和社會三贏。2008年及2009年在學(xué)院創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基礎(chǔ)上,探討了學(xué)生創(chuàng)新思維意識培養(yǎng)教學(xué)模式,學(xué)生的工程實(shí)踐能力有了明顯的提高,主要體現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計從過去的單一論文式的形式,發(fā)展到2009年后實(shí)際設(shè)計并制作實(shí)物的學(xué)生從2007年的“無”到2008年“有”,到2010年逐漸增多,其中2010年通信工程專業(yè)119名畢業(yè)生中,有30多人實(shí)際設(shè)計并制作了設(shè)計實(shí)物;在院級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計2009屆和2010年畢業(yè)生中,分別有5人獲得了院級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計。
關(guān)鍵詞: EDA 精品課程 課程改革 人才培養(yǎng)
教育部在精品課程建設(shè)的文件中強(qiáng)調(diào)要切實(shí)加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè),重視教學(xué)內(nèi)容和課程體系的改革,注重實(shí)用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段,重視教材建設(shè),理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重,建立切實(shí)有效的激勵和評價機(jī)制,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享,提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平。
EDA(Electronic Design Automation,電子設(shè)計自動化)技術(shù)是現(xiàn)代集成電路及電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前集成電路技術(shù)已進(jìn)入超深亞微米工藝和片上系統(tǒng)(SoC)階段,集成化、微型化和系統(tǒng)化的趨勢使得集成電路設(shè)計及以集成電路為核心的電子系統(tǒng)設(shè)計成為一個龐大的系統(tǒng)工程,離開EDA技術(shù)集成電路及電子系統(tǒng)設(shè)計將寸步難行。
EDA技術(shù)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)電子設(shè)計人才,尤其是IC設(shè)計人才的重要途徑。EDA技術(shù)的迅速發(fā)展,使我國高校電子技術(shù)的教學(xué)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),它對教學(xué)思路、內(nèi)容、方法和實(shí)驗(yàn)手段等都提出了新的要求。近幾年,許多高校正在探索新的面向21世紀(jì)的教學(xué)方法,引進(jìn)電子技術(shù)的新發(fā)展成果,開設(shè)EDA課程,改進(jìn)EDA實(shí)驗(yàn)手段,少數(shù)重點(diǎn)高校還獲得了教育部試點(diǎn)投資,建立起了EDA實(shí)驗(yàn)室和重點(diǎn)教學(xué)基地。概括起來,國內(nèi)高等院校開展的EDA教學(xué)內(nèi)容主要是在電子、通信類等課程中借助一些EDA工具軟件進(jìn)行演示或要求學(xué)生利用工具軟件達(dá)到設(shè)計或分析等要求。例如,在電路分析、數(shù)字電路和模擬電路等課程中使用EWB電路輔助設(shè)計和分析軟件、Matlab專用分析軟件和Pspice通用電路分析設(shè)計軟件等進(jìn)行電路的交直流分析、頻率響應(yīng)分析、容差分析及電路與電子線路分析設(shè)計;在通信電路、通信原理等專業(yè)課程,使用SystemView軟件進(jìn)行通信系統(tǒng)動態(tài)仿真分析。
1.改革課程體系
在課程體系的改革中,我們以適應(yīng)社會需求為出發(fā)點(diǎn),修訂課程教學(xué)大綱,規(guī)劃和確立該課程的教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo),以培養(yǎng)具有實(shí)踐能力的創(chuàng)新型人才為宗旨,課程體系具有合理的知識結(jié)構(gòu)。通過對學(xué)生就業(yè)單位和畢業(yè)生的調(diào)研,分析企業(yè)反饋的信息,可知企業(yè)期望學(xué)生提高實(shí)際動手能力和產(chǎn)品開發(fā)能力等,不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,增加實(shí)踐課程比例,并注重課程內(nèi)涵建設(shè),做到與時俱進(jìn),提高學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐動手能力,同時提高學(xué)生的工藝設(shè)計能力、學(xué)習(xí)的積極性和主動性,強(qiáng)化生產(chǎn)質(zhì)量控制和新產(chǎn)品開發(fā)的創(chuàng)新能力[1]。
在總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,我們修訂了教學(xué)計劃,確立了“在夯實(shí)EDA課程的理論基礎(chǔ)上,注重實(shí)際動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”的教學(xué)思路和方法。在硬件上,不僅搭建了較高水平的實(shí)踐教學(xué)平臺:EDA原理的實(shí)驗(yàn)平臺,主要完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)(EDA原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室),還建立了應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)踐平臺:完成設(shè)計性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)(電子信息綜合實(shí)驗(yàn)和綜合開放實(shí)驗(yàn)室)。
在軟件上,制定了與實(shí)踐教學(xué)體系相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱,編寫了實(shí)驗(yàn)教材,開發(fā)了網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。
為強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)效果,除傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)形式外,還要增加電路仿真實(shí)驗(yàn)。利用計算機(jī)對EDA原理及應(yīng)用中的接口過程進(jìn)行模擬,這樣既直觀,又能在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)、顯示許多實(shí)際中不允許或無法實(shí)現(xiàn)的特殊情況,開拓了一條強(qiáng)化教學(xué)效果的新路子。
為提高學(xué)生對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重視度,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓWC預(yù)期效果,將EDA原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分分為上機(jī)模擬實(shí)踐、下載實(shí)踐、課程設(shè)計、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計,各類競賽的開展也為學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供了一個好的平臺;通過制度和措施保證實(shí)驗(yàn)室全天對學(xué)生開放;開發(fā)網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)。
2.改進(jìn)教學(xué)方法與手段
(1)多樣化教學(xué)方法及其實(shí)施目的、過程、效果及學(xué)生規(guī)模
EDA技術(shù)發(fā)展快,涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng),對教師和學(xué)生的要求較高。掌握EDA技術(shù),提高解決實(shí)際工程問題的能力需要一個不斷積累、不斷探索的過程。在EDA技術(shù)教學(xué)方法上,我們進(jìn)行了革新,改變了過去以教師為中心、以課堂講授為主、以傳授知識為基本目的的傳統(tǒng)教學(xué)模式,而采用教師講授與學(xué)生實(shí)踐相結(jié)合,理論知識與現(xiàn)實(shí)工程問題相結(jié)合的靈活的教學(xué)方式,留給學(xué)生充分的思考和實(shí)踐時間,鼓勵學(xué)生勤于思考,善于把握問題實(shí)質(zhì),不斷提高解決實(shí)際問題的能力。
講課時突出重點(diǎn)、難點(diǎn),注重知識點(diǎn)重組。既注重理論基礎(chǔ),又強(qiáng)調(diào)實(shí)踐實(shí)用,既保持學(xué)術(shù)前沿性,又兼顧趣味性,師生互動。教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識、解決實(shí)際問題的能力,課程中引入大量EDA實(shí)際例題,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。采用多樣化的教學(xué)方法,學(xué)生規(guī)模為300人/學(xué)期,多元化教學(xué)方法包括:
①交互討論式教學(xué)法:為調(diào)動學(xué)生獨(dú)立思考的積極性,理論課教學(xué)中教師或?qū)W生提出問題,師生之間、學(xué)生之間互動討論,調(diào)動學(xué)生的積極參與性;在設(shè)計與綜合實(shí)驗(yàn)中,教師引導(dǎo)學(xué)生討論方案、方法等。
②目標(biāo)驅(qū)動教學(xué)法:教師給出課外作業(yè)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及目標(biāo),學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo)完成實(shí)驗(yàn)的各個環(huán)節(jié),如資料查找、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計、儀器調(diào)試、實(shí)驗(yàn)結(jié)果測量與處理等。這種方法使學(xué)生任務(wù)目標(biāo)明確,充分發(fā)揮學(xué)生的自主性,有利于培養(yǎng)其獨(dú)立工作能力。
③研究式教學(xué)法:采用研究的觀點(diǎn)、研究的思路、研究的方法講授課程內(nèi)容,設(shè)置研究性的作業(yè)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
④現(xiàn)場不講授只指導(dǎo)的方法:對于學(xué)生能夠獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,指導(dǎo)教師不統(tǒng)一講授,只對學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑指導(dǎo)。這種方法有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí),讓學(xué)生獨(dú)立思考,自主學(xué)習(xí)。
⑤開放式自主實(shí)踐教學(xué)法:開放實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生自主實(shí)驗(yàn),達(dá)到自主學(xué)習(xí)的目的。
⑥課外科技活動指導(dǎo)方法:分小組進(jìn)行實(shí)踐活動,開展合作、研究性學(xué)習(xí)。
⑦學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目方法:學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可參與教師的科研,教師指導(dǎo)其學(xué)習(xí)與研究。
⑧網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)方法:學(xué)生可通過網(wǎng)站的方式訪問本課程的情況,通過鏈接EDA原理及應(yīng)用課程,可以看到EDA課程組在該網(wǎng)站上所存放的各種資料,包含課程大綱、上課課件、網(wǎng)絡(luò)視頻、習(xí)題分析、難點(diǎn)分析等。
多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法主要體現(xiàn)為不同內(nèi)容、不同對象、不同背景、不同項(xiàng)目情況下多種形式和多種方法的結(jié)合,其主要目的是以學(xué)生為中心,因材施教,因內(nèi)容施教,充分調(diào)動學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新積極性,達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。例如,在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段,主要采取現(xiàn)場授課與指導(dǎo)方法;在學(xué)生掌握了基本技術(shù)與方法之后,在設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)中采用只指導(dǎo)不講授或開放式自主實(shí)踐方法;在理論課和綜合實(shí)驗(yàn)中采用互動討論的方法;安排課外作業(yè)或科技活動,則采用課外指導(dǎo)方法;目標(biāo)驅(qū)動法則可應(yīng)用于各環(huán)節(jié)之中。各種方法綜合運(yùn)用的目的是,培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識的能力,讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性。多元化教學(xué)方法尊重學(xué)生的個性和創(chuàng)造性,極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,達(dá)到了良好的效果。
(2)教學(xué)手段――多媒體優(yōu)化教學(xué)
教師和學(xué)生可利用網(wǎng)站上已有的EDA教學(xué)大綱、EDA課程課件、教師講課錄像等各種學(xué)習(xí)資源,學(xué)生可進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)與接受輔導(dǎo);建有多媒體教室,實(shí)驗(yàn)室配備投影、實(shí)時攝像投影等多媒體教學(xué)設(shè)備,理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)均采用多媒體輔助教學(xué),全面實(shí)現(xiàn)CAI課件與網(wǎng)絡(luò)課件的結(jié)合,計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)合,課堂教學(xué)與遠(yuǎn)程網(wǎng)上輔助教學(xué)的結(jié)合,現(xiàn)場實(shí)時攝像投影與教師演示的結(jié)合。
根據(jù)教學(xué)的不同階段、不同內(nèi)容和課內(nèi)外情況,采用了上述多媒體優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。例如,課前學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)習(xí),課外可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同學(xué)間、師生間的交流與輔導(dǎo);實(shí)驗(yàn)課上講授基本內(nèi)容時采用CAI課件,演示儀器使用時采用實(shí)時攝像投影,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)階段采用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)輔助,遇到困難,除向教師詢問外,還可自主到網(wǎng)上資源庫查詢。多種媒體優(yōu)化使用,達(dá)到最佳效果。
3.加強(qiáng)實(shí)踐(驗(yàn))課教學(xué)
為了使EDA原理及應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)體系能適應(yīng)新的要求,從有利于培養(yǎng)學(xué)生自覺應(yīng)用理論知識指導(dǎo)實(shí)踐,強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練,為培養(yǎng)高素質(zhì)人才打下良好的基礎(chǔ)角度考慮,課程組經(jīng)過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系研究和實(shí)踐,結(jié)合理論課模塊化教學(xué)模式及專業(yè)素質(zhì)教育要求,執(zhí)行以下實(shí)驗(yàn)課程的改革方案,將整個實(shí)驗(yàn)分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計“兩個階段”。
第一階段:課內(nèi)實(shí)驗(yàn)
在整個課程的教授過程中,結(jié)合授課內(nèi)容的具體安排和需要,單獨(dú)設(shè)置了對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。EDA原理及應(yīng)用上機(jī)10學(xué)時,實(shí)驗(yàn)10學(xué)時,與理論教學(xué)同步進(jìn)行,包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計型實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生獨(dú)立完成所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能;加深對EDA原理理論的理解;學(xué)會使用實(shí)驗(yàn)儀器;掌握常用EDA程序的設(shè)計和分析。
第二階段:課程設(shè)計
為了培養(yǎng)學(xué)生熟練使用現(xiàn)代化設(shè)計工具的能力,增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,把培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力放在核心位置,EDA原理及應(yīng)用課程在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)之外,增設(shè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)。
課程由教師輔導(dǎo)、學(xué)生課外自學(xué)、設(shè)計制作、論文寫作,答辯等環(huán)節(jié)組成。通過程序設(shè)計、程序仿真及程序下載的設(shè)計過程,使學(xué)生能夠充分理解理論教學(xué)的內(nèi)容,并通過實(shí)踐教學(xué)熟悉電子線路設(shè)計和開發(fā)的相關(guān)工具,為學(xué)生今后的科研工作打下堅(jiān)實(shí)的理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。
根據(jù)“EDA原理及應(yīng)用”課程建設(shè)的需要,設(shè)計出一套可以用于課程開發(fā)使用的實(shí)驗(yàn)板,并便于學(xué)生進(jìn)行二次開發(fā),可以強(qiáng)化授課效果,同時提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力,培養(yǎng)學(xué)生動手能力和分析問題的能力,進(jìn)行創(chuàng)造性的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神,并給學(xué)生提供進(jìn)行創(chuàng)造的環(huán)境[2]。實(shí)驗(yàn)儀器如下圖所示:
結(jié)語
通過實(shí)施“EDA原理及應(yīng)用”課程改革,使該課程在我院專業(yè)建設(shè)中發(fā)揮了作用。教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識、解決實(shí)際問題的能力,課程中引入大量EDA實(shí)際例題,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。近年來,學(xué)生在全國電子設(shè)計大賽、全國“達(dá)盛杯”創(chuàng)新電子設(shè)計競賽中取得了國家級和市級的優(yōu)異成績。
參考文獻(xiàn):
生物醫(yī)學(xué)工程(biomedicalengineering,BME)是應(yīng)用自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的原理與方法,多層次研究人體結(jié)構(gòu)、功能及其生命現(xiàn)象,研究用于防病、治病、人體功能輔助及衛(wèi)生保健的制品、材料、裝置和系統(tǒng)的交叉性邊緣學(xué)科。其主要的特點(diǎn)是多學(xué)科交叉、理工醫(yī)結(jié)合,工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)。在軍醫(yī)大學(xué)這樣的醫(yī)科院校中培養(yǎng)工程技術(shù)人才,必須要改變原有培養(yǎng)醫(yī)科學(xué)生的模式,采取適應(yīng)工程技術(shù)人才培養(yǎng)特點(diǎn)的教學(xué)體系,突出工程性,強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性教學(xué)。改變現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)模式,構(gòu)建新的實(shí)踐教學(xué)體系,是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)中需要體現(xiàn)的重要內(nèi)容[1]。
2生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)員創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的探索與經(jīng)驗(yàn)
我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)五年制本科人才培養(yǎng)的目標(biāo)是:“面向我軍衛(wèi)勤保障的需要和軍事醫(yī)學(xué)的發(fā)展,培養(yǎng)具有生物醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)、信息技術(shù)和軍事醫(yī)學(xué)電子衛(wèi)生裝備等專業(yè)知識,具備將生物醫(yī)學(xué)與電子信息技術(shù)相結(jié)合的能力,能夠從事軍事醫(yī)學(xué)電子衛(wèi)生裝備研究、設(shè)計、管理、使用和維修工作的高級工程技術(shù)人才?!庇捎谖倚I镝t(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)方向是生物醫(yī)學(xué)電子工程,這是一門科技含量高、技術(shù)密集、應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科,其基礎(chǔ)理論、創(chuàng)新探索都必須依賴實(shí)踐來驗(yàn)證。因此,實(shí)踐教學(xué)占據(jù)著戰(zhàn)略性地位,是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)我校生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)目標(biāo),突出工程特性,培養(yǎng)具有電子技術(shù)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才是該專業(yè)建設(shè)的基本任務(wù),學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不僅需要通過基礎(chǔ)理論和專業(yè)理論的學(xué)習(xí)來培養(yǎng),更要通過實(shí)踐教學(xué)各個環(huán)節(jié)來鍛煉,以使學(xué)員不斷提高創(chuàng)新實(shí)踐能力并將所學(xué)理論知識和實(shí)踐技能應(yīng)用于實(shí)際醫(yī)學(xué)問題的解決中。我們主要采取了以下做法:
2.1注重基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,重組課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容電子技術(shù)與信息技術(shù)教學(xué)包含了一系列課程(電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、傳感器原理、醫(yī)學(xué)電子儀器等等),對這些課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行精選、整合、改造,實(shí)現(xiàn)以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊為基礎(chǔ)的分層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化整合,主要目的是配合理論教學(xué),使學(xué)生熟悉理論知識和掌握基本實(shí)踐技能,提高教學(xué)效益,在不增加現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課學(xué)時的前提下,適當(dāng)開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)。
2.2培養(yǎng)綜合運(yùn)用知識能力,強(qiáng)化綜合性設(shè)計性實(shí)驗(yàn)在專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)中,將過去模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程中的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)設(shè)置為相對獨(dú)立的綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn),主要通過自主探索的形式培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、協(xié)作攻關(guān)的精神以及解決實(shí)際問題的能力,以達(dá)到知識和能力綜合訓(xùn)練的目的。具體方法是教師編列實(shí)驗(yàn)題目,提出技術(shù)要求。題目的難度與學(xué)生的水平相適應(yīng),題目的內(nèi)容與專業(yè)方向及學(xué)生興趣相吻合。學(xué)生以小組為單位自行選題,通過查閱文獻(xiàn)資料,優(yōu)化技術(shù)路線,獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)實(shí)施綜合訓(xùn)練。使學(xué)生能夠較系統(tǒng)地掌握從選題、方案論證、電路設(shè)計、電路實(shí)現(xiàn)以及裝配調(diào)試,到最后的總結(jié)報告和文檔整理等全過程的各個環(huán)節(jié)。通過上述實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革,有效調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性,培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和動手能力。
2.3開展多層次第二課堂活動,培養(yǎng)分析解決問題能力開展了多種類型和內(nèi)容豐富的第二課堂活動,這既是課程教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充,也是實(shí)踐教學(xué)不可缺少的環(huán)節(jié)。一種是普及性的第二課堂活動,內(nèi)容力求覆蓋面廣、應(yīng)用性強(qiáng),既有教師選題,也有學(xué)生自主選題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。從專業(yè)基礎(chǔ)課開始組織,有效地豐富了學(xué)生視野,拓展了學(xué)習(xí)內(nèi)容。另一種是提高性的第二課堂活動,對學(xué)習(xí)成績優(yōu)秀、鉆研精神強(qiáng)的學(xué)生實(shí)行導(dǎo)師制,組織他們參加課外科技活動和全國性大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計競賽等實(shí)踐教學(xué),讓學(xué)生直接介入實(shí)際的科研活動中。通過第二課堂活動有效地發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的潛能,變被動學(xué)為主動學(xué),培養(yǎng)了學(xué)生邏輯思維能力和分析解決問題的能力。
3我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員實(shí)踐能力培養(yǎng)模式的不足
目前,我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系設(shè)置主要包括:公共基礎(chǔ)課程、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程、工程專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程等4類。從實(shí)踐教學(xué)的效果來看,目前這種模式存在2點(diǎn)不足:一是課程設(shè)置不科學(xué),體系不完整,與國內(nèi)外其他生物醫(yī)學(xué)工程院校相比缺少專業(yè)選修課程、綜合實(shí)踐課程這2類課程[2];二是實(shí)踐教學(xué)沒有按照實(shí)踐能力培養(yǎng)的規(guī)律進(jìn)行設(shè)計。實(shí)踐能力的培養(yǎng)必須從基礎(chǔ)做起,由低到高逐次遞進(jìn),以電子技術(shù)綜合設(shè)計為例,在設(shè)計性實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)將主要精力用于方案設(shè)計和技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)上,但是部分學(xué)員由于電子工藝基本功不扎實(shí),一些原本不應(yīng)該出現(xiàn)的問題卻由于焊接加工水平欠佳反復(fù)出現(xiàn),從而影響了設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的整體效果。由于工程實(shí)踐能力包含了方方面面的素質(zhì)要求,從設(shè)備使用、工藝掌握、器件選擇、方案設(shè)計等等由低到高的各項(xiàng)能力的培養(yǎng),是需要一點(diǎn)一滴積累并逐漸形成經(jīng)驗(yàn)的一個長期過程,絕非一朝一夕之功,也不是某一門課程所能解決的,必須將其作為系統(tǒng)工程搞好頂層設(shè)計,在整個課程體系之中加以解決。創(chuàng)新實(shí)踐能力的培訓(xùn)必須是多層次的并且貫穿始終的完整培訓(xùn),需要完成包括基礎(chǔ)電子工藝掌握、基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作到復(fù)雜醫(yī)學(xué)電子系統(tǒng)的設(shè)計等一系列階梯式的體系化訓(xùn)練。使學(xué)生在大學(xué)期間,乃至研究生階段,不間斷地進(jìn)行傳統(tǒng)型、綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型等各種實(shí)踐環(huán)節(jié)和各種社會實(shí)踐活動,這對學(xué)生掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識,提高獨(dú)立分析問題和解決問題的能力,提高團(tuán)隊(duì)合作意識,提高創(chuàng)造性和競爭能力都大有益處[2]。只有經(jīng)過這樣訓(xùn)練的學(xué)生才能具備比較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力,能夠有效地通過工程技術(shù)手段解決實(shí)際問題,從而滿足用人單位和部隊(duì)建設(shè)的需要。所以,建立健全完備的實(shí)踐教學(xué)體系是當(dāng)前深化教學(xué)改革,加強(qiáng)頂層設(shè)計的重要工作之一,必須按工程人才的培養(yǎng)規(guī)律設(shè)計科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系。
4構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)員創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的設(shè)想與建議
創(chuàng)新實(shí)踐能力可分為基本技能—綜合技能—設(shè)計技能—創(chuàng)新技能4個層次,不同層次的能力培養(yǎng)要有相對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和訓(xùn)練方法,通常需要采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)—綜合性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計性實(shí)驗(yàn)—研究性實(shí)驗(yàn)等有針對性地加以訓(xùn)練。為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐能力的全面培養(yǎng),必須改變傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式,把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力放在首位。以優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)、提高綜合素質(zhì)為指導(dǎo)制定實(shí)踐教學(xué)計劃和方案,調(diào)整實(shí)踐教學(xué)組織結(jié)構(gòu);安排大型綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計課程和實(shí)踐訓(xùn)練,形成科學(xué)合理、內(nèi)容完備的教學(xué)體系和培養(yǎng)模式;構(gòu)建良好的實(shí)踐教學(xué)支撐環(huán)境。使學(xué)生在學(xué)校期間,不間斷地進(jìn)行傳統(tǒng)型、綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型等各種實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和各種社會實(shí)踐活動,使其創(chuàng)新實(shí)踐能力不斷發(fā)展,從而真正提高學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力,提高創(chuàng)造性和競爭能力,這也是提高專業(yè)教學(xué)水平和與國際教育接軌的必然選擇[3]。
4.1實(shí)踐課程體系建設(shè)
為了更好地適應(yīng)軍醫(yī)大學(xué)對生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)的要求,根據(jù)培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)員創(chuàng)新實(shí)踐能力的探索并結(jié)合其他院校在實(shí)踐體系建設(shè)上的經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系設(shè)置應(yīng)當(dāng)涵蓋公共基礎(chǔ)課程、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程、工程專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、專業(yè)選修課程、綜合實(shí)踐課程等6類課程。其中對于實(shí)踐能力的培養(yǎng)應(yīng)構(gòu)建4個層次、5個類型的課程培訓(xùn)體系。
4.1.1基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)
這一類實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方式比較傳統(tǒng),實(shí)驗(yàn)和課程內(nèi)容的聯(lián)系緊密,每門課程課內(nèi)安排實(shí)驗(yàn)18學(xué)時。通過對授課內(nèi)容的驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)與分析,幫助學(xué)生掌握基本理論和方法,鍛煉學(xué)生動手能力,培養(yǎng)學(xué)生的基本工程素質(zhì)。除基本實(shí)驗(yàn)外,一般要求至少安排一個具有綜合性質(zhì)的實(shí)驗(yàn),能夠?qū)φT課程起到融會貫通的作用。對每一門課程的課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)的安排和內(nèi)容,都需要進(jìn)行充分的論證,以保證每門課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的合理性。
4.1.2綜合實(shí)踐課程
這個訓(xùn)練層次的重要性體現(xiàn)在,使學(xué)生掌握應(yīng)用工程技術(shù)解決實(shí)際問題的基本方法,同時培養(yǎng)其初步的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力的獲取必須要擁有扎實(shí)的基礎(chǔ),如果基礎(chǔ)不牢,所謂創(chuàng)新是沒有保障的,即便有非常新穎的想法,但是無法實(shí)現(xiàn)也是枉然。創(chuàng)新的方法往往產(chǎn)生于對傳統(tǒng)既有方法的熟悉上,充分了解各種方法的特點(diǎn),并根據(jù)對實(shí)際問題的分析提出有價值的建議,創(chuàng)造性地采用不同以往的方法和手段處理和解決問題。創(chuàng)新一定是無限的想像與有限的技術(shù)選擇相結(jié)合的產(chǎn)物。通過這類實(shí)踐課程訓(xùn)練學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用,掌握工程技術(shù)解決問題的程序和方法,突出工程實(shí)踐中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)對不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)員工程實(shí)踐能力的綜合培訓(xùn),使其具備工程技術(shù)人員基本的實(shí)踐能力。綜合實(shí)踐課程在進(jìn)入專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段以后安排,將每學(xué)期的所有理論教學(xué)及考試在前18周內(nèi)完成,余下的2~3周時間用于開設(shè)獨(dú)立的綜合實(shí)踐課程。其具體設(shè)置安排見表1。
(1)電子工藝實(shí)習(xí)。主要培養(yǎng)學(xué)生在電子線路焊接、裝配、調(diào)試、元器件識別、選擇、基本儀器使用等方面的能力,組裝具有實(shí)用價值的小型電路。安排這個訓(xùn)練的目的,主要是鍛煉學(xué)員在電子技術(shù)應(yīng)用中的基本操作技能,如果沒有這個過程,直接進(jìn)入電子技術(shù)課程設(shè)計階段,就會出現(xiàn)因?yàn)殡娮庸に嚥贿^關(guān)造成的各種各樣的問題,為電路設(shè)計和調(diào)試帶來層出不窮的障礙。所以必須要有這個訓(xùn)練過程,以保證在后續(xù)課程中學(xué)生具有比較熟練和穩(wěn)定的電子工藝能力,而盡量避免因?yàn)楣に噯栴}造成的失敗。
(2)電子技術(shù)課程設(shè)計。是在具備電子學(xué)基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上,進(jìn)行綜合能力培養(yǎng)的實(shí)踐訓(xùn)練課程,以電路設(shè)計為重點(diǎn),內(nèi)容側(cè)重綜合應(yīng)用模電、數(shù)電知識,完成制作較為復(fù)雜的帶有生物醫(yī)學(xué)功能的電路或者小型電子系統(tǒng)(例如心電信號放大器)。一般是給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)和設(shè)計要求,通過電路方案設(shè)計、電路設(shè)計、電路安裝調(diào)試和指標(biāo)測試、撰寫實(shí)驗(yàn)報告等過程,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力,提高電路設(shè)計水平和實(shí)驗(yàn)技能。在實(shí)踐中著重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計的綜合分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的能力。
(3)虛擬儀器技術(shù)課程設(shè)計。掌握LabView在信號采集、處理、分析以及功能電路整合方面的應(yīng)用,側(cè)重于生物信號的處理及其虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計。
(4)生物醫(yī)學(xué)信號檢測與處理綜合實(shí)驗(yàn)。其目的是使學(xué)生在熟悉電子系統(tǒng)基本設(shè)計和數(shù)字信號處理主要方法的基礎(chǔ)上,把現(xiàn)代信號處理理論與臨床醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合起來,掌握常見的生物醫(yī)學(xué)信號采集方法,醫(yī)學(xué)信號傳感器、采集儀器的使用,利用各種信號處理手段解決臨床診斷與治療方面的信號分析與處理問題。使學(xué)生了解醫(yī)學(xué)信號處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程:醫(yī)學(xué)信號信號采集信號處理信號識別與特征提取臨床診斷,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用Matlab和LabView提供的各種處理方法解決醫(yī)學(xué)問題的能力,并強(qiáng)調(diào)各種處理方法的硬件實(shí)現(xiàn)。
(5)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器綜合設(shè)計。在學(xué)生學(xué)完全部課程進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計前一個學(xué)期進(jìn)行,學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能,融合醫(yī)學(xué)儀器課程內(nèi)容,獨(dú)立完成一個醫(yī)學(xué)信號檢測、處理、控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試,完成醫(yī)學(xué)信號的數(shù)據(jù)采集和存貯、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析和處理,通過對專業(yè)課實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的高度整合,讓學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行高層次的融合。學(xué)生從本課程擬定的題目中選擇,或者自己擬定題目,獨(dú)立完成一個檢測人體信號的小型醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng),并使所設(shè)計的軟硬件系統(tǒng)達(dá)到要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。學(xué)生通過該課程較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)信號處理和控制方面的方法和技術(shù),在生物醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、測量技術(shù)、控制技術(shù)及實(shí)驗(yàn)技能等方面得到全面訓(xùn)練,對醫(yī)學(xué)信號的拾取、測量、處理、應(yīng)用有一個系統(tǒng)地了解,從而在綜合能力上得到培養(yǎng),同時為完成畢業(yè)設(shè)計打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。
4.1.3創(chuàng)新性課外科技活動
開展豐富多彩和形式多樣的創(chuàng)新性課外科技活動,其主要目的是使學(xué)生在完成第二層次訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,了解學(xué)科前沿、開闊科技視野、激發(fā)創(chuàng)新意識,充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的潛能,結(jié)合軍事醫(yī)學(xué)應(yīng)用和實(shí)際問題的解決開展研究性實(shí)踐活動。結(jié)合我軍衛(wèi)勤保障和軍事醫(yī)學(xué)的需求,應(yīng)用電子信息技術(shù)和電磁檢測技術(shù)等生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)方法,有針對性地開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動。從軍事醫(yī)學(xué)電子衛(wèi)生裝備設(shè)計思想的提出、技術(shù)指標(biāo)的設(shè)定、研究方案的形成、工程設(shè)計的優(yōu)化等方面訓(xùn)練學(xué)員,培養(yǎng)他們在我軍軍事斗爭衛(wèi)勤保障條件下解決軍事醫(yī)學(xué)問題的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,以此提高軍事生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的綜合素質(zhì)。該層次的訓(xùn)練側(cè)重于創(chuàng)新能力的培養(yǎng),主要以第二課堂的形式圍繞科研方向開展,也可以圍繞專業(yè)選修課開展,并鼓勵學(xué)有所長的學(xué)生積極申報學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基金,開展進(jìn)一步的深入研究,并指導(dǎo)學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文,申請國家專利。在條件成熟的情況下推薦他們參加各種類型的全國大學(xué)生科技競賽。對于部分已取得較好成果的學(xué)員,可在此基礎(chǔ)上直接進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié),并給予他們優(yōu)先報考碩士研究生的資格。
4.1.4實(shí)習(xí)
臨床工程實(shí)習(xí)是理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)員分析問題、解決問題能力的重要階段。通過臨床實(shí)習(xí),使學(xué)員進(jìn)一步加深對專業(yè)課程理論知識的理解和掌握,全面了解現(xiàn)代化醫(yī)療儀器設(shè)備的基本原理、安裝調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng),熟悉部分醫(yī)學(xué)儀器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理及存在問題,建立醫(yī)療衛(wèi)生裝備體系的基本知識架構(gòu),培養(yǎng)學(xué)員運(yùn)用已學(xué)基礎(chǔ)理論知識,初步分析和解決醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備實(shí)際問題的能力,為畢業(yè)后從事醫(yī)療設(shè)備專業(yè)工作,提升任職能力打下基礎(chǔ)。
4.1.5畢業(yè)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量可以衡量專業(yè)教學(xué)的水平,是學(xué)生畢業(yè)與學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)。畢業(yè)設(shè)計的開展將緊密結(jié)合學(xué)科研究方向和實(shí)際科研課題,把重點(diǎn)放在學(xué)員創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng),充分發(fā)揮學(xué)員的主動性和創(chuàng)造性上。畢業(yè)設(shè)計注重以下能力的培養(yǎng):(1)調(diào)研、查閱中外文獻(xiàn)和搜集資料的能力;(2)理論分析、制定或設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的能力;(3)實(shí)驗(yàn)研究、綜合分析和數(shù)據(jù)處理的能力;(4)交叉融合理工醫(yī)等學(xué)科綜合知識的能力;(5)外語、計算機(jī)應(yīng)用和論文寫作的能力;(6)綜合應(yīng)用工程技術(shù)手段解決實(shí)際問題的能力;(7)團(tuán)隊(duì)合作的能力。方法上讓學(xué)生自由選題,獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計課題。針對要解決的實(shí)際問題,指導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料,以互相討論的形式逐步總結(jié)出解決問題的思路,要求學(xué)生利用計算機(jī)進(jìn)行理論設(shè)計,并進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)和仿真分析,經(jīng)過比較優(yōu)選出最佳方案,進(jìn)而設(shè)計出實(shí)用的電子系統(tǒng),完成系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試并達(dá)到設(shè)計技術(shù)指標(biāo);最后提供設(shè)計報告,接受專家組考評并通過答辯。通過畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生了解科研的方法、程序和步驟,增強(qiáng)科研意識。這種對科學(xué)實(shí)踐全程參與的教學(xué)方式可以全面培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識和創(chuàng)新精神,真正實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)際動手能力相結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)。
4.2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)旨在針對我軍面臨的多樣化軍事任務(wù),滿足我軍衛(wèi)勤保障需求和軍事醫(yī)學(xué)發(fā)展需要,從軍事醫(yī)學(xué)電子技術(shù)教學(xué)與訓(xùn)練、軍隊(duì)衛(wèi)生裝備教學(xué)與訓(xùn)練等方面入手,與燒傷外科學(xué)、防原醫(yī)學(xué)、野戰(zhàn)外科學(xué)、野戰(zhàn)內(nèi)科學(xué)、軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)、高原軍事醫(yī)學(xué)以及新概念武器防治學(xué)等軍事醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合,以電子技術(shù)應(yīng)用、裝備教學(xué)實(shí)訓(xùn)為基礎(chǔ),培養(yǎng)應(yīng)用軍事生物醫(yī)學(xué)工程的技術(shù)方法,解決部隊(duì)衛(wèi)勤保障和軍事醫(yī)學(xué)問題的創(chuàng)新實(shí)踐能力。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主要服務(wù)于學(xué)員專業(yè)學(xué)習(xí)階段,在第二課堂、創(chuàng)新實(shí)踐、綜合實(shí)驗(yàn)、軍事醫(yī)學(xué)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、專業(yè)實(shí)習(xí)以及衛(wèi)勤演練中對學(xué)員實(shí)施相關(guān)訓(xùn)練活動。從培養(yǎng)軍隊(duì)院校學(xué)員為軍服務(wù)的意識出發(fā),使其在學(xué)習(xí)訓(xùn)練中了解軍事醫(yī)學(xué)的主要問題,學(xué)會應(yīng)用軍事生物醫(yī)學(xué)工程方法解決相關(guān)問題,同時提高創(chuàng)新實(shí)踐能力,在這一過程中軍事生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是必不可少的,這對于軍事生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)員開展相關(guān)學(xué)習(xí)實(shí)踐以及任職訓(xùn)練是必須要具備的一個基本條件。
關(guān)鍵詞 塔式太陽能;熱發(fā)電;儲熱
中圖分類號TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2011)37-0107-01
1太陽能熱發(fā)電技術(shù)
太陽能熱發(fā)電技術(shù):將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能,包括兩類:一類是利用太陽熱能直接發(fā)電,如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電堿金屬熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換和磁流體發(fā)電等;另一類是將太陽熱能通過熱機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。而根據(jù)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中所采用的集熱器的型式不同,可以分為分散型和集中型兩大類。
2 太陽能熱發(fā)電的基本原理
太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由聚光集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)、輔助能源子系統(tǒng)和汽輪發(fā)電子系統(tǒng)四部分組成。利用太陽能集熱器將太陽能收集起來,加熱工質(zhì),產(chǎn)生過熱蒸汽,驅(qū)動熱動力裝置帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。從熱力學(xué)上講,這種太陽能熱發(fā)電站也是按朗肯循環(huán)或布勞頓循環(huán)原理工作的,在熱力學(xué)原理上與常規(guī)熱力發(fā)電廠完全一樣。技術(shù)上把這種按朗肯循環(huán)或布勞頓循環(huán)原理工作的太陽能熱電轉(zhuǎn)換稱為太陽能熱發(fā)電,以區(qū)別于太陽能光伏發(fā)電。
3 儲熱系統(tǒng)的組成及設(shè)計
3.1蓄熱技術(shù)
蓄熱儲能是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。顯熱蓄熱是目前技術(shù)最成熟且具有商業(yè)可行性的蓄熱方式。顯熱蓄熱又分為液體顯熱蓄熱、固體顯熱蓄熱、液-固聯(lián)合顯熱蓄熱三種。槽式系統(tǒng)蓄熱裝置通常有兩種布置形式:間接蓄熱和直接蓄熱。塔式系統(tǒng)蓄熱裝置通常采用熔融鹽液作為傳熱介質(zhì)/顯熱蓄熱材料的方式。系統(tǒng)設(shè)計中采用了雙級蓄熱流程結(jié)構(gòu),將太陽能收集到的熱量根據(jù)品位進(jìn)行分級存儲,高溫?zé)崃坑筛邷匦顭崞鞔鎯Γ袦夭糠钟傻蜏匦顭崞鞔鎯?;蓄存熱量釋放時,高溫蓄熱器用于蒸汽的過熱過程,而低溫蓄熱器用于蒸汽的發(fā)生過程,相互獨(dú)立。
3.2儲熱系統(tǒng)的設(shè)計
塔式太陽能熱發(fā)電熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由換熱器、高溫蓄熱罐、低溫蓄熱罐、水蒸汽蓄熱器、輔助加熱器、泵、汽輪機(jī)、除氧器、凝汽器等組成。而其儲熱系統(tǒng)分為高溫蓄熱系統(tǒng)和低溫蓄熱系統(tǒng)。
圖1 蒸汽蓄熱器結(jié)構(gòu)圖
1-低壓分汽缸; 2-蒸汽蓄熱器; 3-鍋爐; 4-高壓分汽缸; 5-油泵; 6、7-自動調(diào)節(jié)閥; 8、9-排汽截止閥、止回閥; 10-入孔; 11-滾動支座; 12-固定支座; 13-排水閥; 14-循環(huán)筒; 15-蒸汽噴頭; 16-水位計; 17、18-進(jìn)汽截止閥、止回閥
蒸汽蓄熱器是最典型的利用液體-汽體相變潛熱的蓄熱器,其結(jié)構(gòu)如圖1。其工作原理:利用水的蓄熱能力,將熱能以飽和水的形式儲存,需要時,以飽和蒸汽的形式釋放。蒸汽蓄熱器工作時,其罐內(nèi)充水最多可達(dá)幾何容積的90%,水面上部為蒸汽空間。當(dāng)壓力升高時,部分蒸汽轉(zhuǎn)化成飽和水,反之,壓力下降時,部分飽和水汽化為蒸汽。飽和水和蒸汽隨壓力變化而變化。換熱器出來的過熱蒸汽由進(jìn)氣管輸送進(jìn)蒸汽蓄熱器,蓄熱器內(nèi)溫度隨蒸汽的不斷輸入而上升,蓄熱器內(nèi)的蒸汽壓力也隨之升高,水位隨之上升,稱為充熱過程。隨著排汽管自動控制閥7開度變大,飽和水迅速蒸發(fā),產(chǎn)生二次蒸汽,蓄熱器內(nèi)壓力下降,水位降低,即為放熱過程。
為了降低風(fēng)險,可采用導(dǎo)熱油作為高溫蓄熱系統(tǒng)的蓄熱、傳熱介質(zhì)。根據(jù)設(shè)計要求,換熱器設(shè)計參數(shù),進(jìn)行熱力計算,給出導(dǎo)熱油及水蒸汽的物性參數(shù),計算出各個項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù),如最小安全系數(shù)、溫度校正系數(shù)、總傳熱系數(shù)等。
3.3導(dǎo)熱油罐的設(shè)計
導(dǎo)熱油罐的設(shè)計思路:根據(jù)設(shè)計要求,進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)的計算,然后選擇合適的材料。本文主要論述高溫導(dǎo)熱油罐的設(shè)計。
設(shè)計要求:工作溫度:240℃~350℃;工作壓力:常壓;工作介質(zhì):THERMINOL VP-1合成導(dǎo)熱油;蓄熱能力:≥1 500 kWh ,無太陽能輸入時,可維持系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行1小時;結(jié)構(gòu):高溫導(dǎo)熱油罐體采用立式圓筒形容器,由頂蓋、筒體和罐底三部分組成,通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上。
結(jié)構(gòu)計算:根據(jù)導(dǎo)熱油質(zhì)量m,導(dǎo)熱油密度,得出導(dǎo)熱油體積:V油=,高溫導(dǎo)熱油罐容積V需乘以一個比例系數(shù)。油罐其他部件參數(shù)的計算略。
3.4蒸汽蓄熱器的設(shè)計
熱力計算:根據(jù)熱平衡原理:蓄熱器內(nèi)原有充熱水量等于產(chǎn)生的蒸汽量和剩余熱水熱量之和。
假設(shè)在蓄熱器中充有1kg飽和水,其壓力為P1,當(dāng)壓力由P1下降到P2時,產(chǎn)生蒸汽g kg。則其熱平衡方程為:
(3-4-1)
(3-4-2)
式中: ――在P1,P2壓力下飽和蒸汽焓,kJ/kg;――在P1,P2壓力下飽和水焓,kJ/kg;g――在P2壓力下產(chǎn)生的蒸汽量,kg。
4 結(jié)論
儲熱系統(tǒng)的一個特性是它儲存每單位能量所需的容積,容積越小,儲熱系統(tǒng)越好。設(shè)計一個好的儲熱系統(tǒng),應(yīng)將儲存時間長、儲存單位能量所需的容積小這些指標(biāo)達(dá)到相對比較高的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]王長貴,崔容強(qiáng),周簧.新能源發(fā)電技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2003.