通过综合性设计方案性实验提高学生动手能力

1、通过综合性设计性实验提高学生动手能力-设计论文通过综合性设计性实验提高学生动手能力齐臣杰，王宏伟，王小妮，殷树娟，于梅（北京信息科技大学理学院，北京 100192）摘要：本文探讨了普通地方院校通过综合性设计性实验提高大学生的动 手能力，培养应用型人才。把实验学时由原来的 8个学时，增加到20个学时。 在实验项目的选择上，让学生自己进行设计、装配和调试。难度由原来的单一功 能电路模块，改为微小系统，称为综合性和设计性实验。方法上放弃了原来试验 箱的做法，从而大大提高了学生动手能力。关键词：综合性；设计性；实验；动手能力中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（20

2、15）15-0222-02一、引言目前，国内的高校都在不同程度上存在着学生动手能力差，创新能力欠缺，在系统性和综合性方面薄弱的问题。 为了改善这种状况，很多学校都投入了 一定的人力物力，以此来有效开展这方面的改革与探索。华中科技大学龚军、罗 杰等人，积极探索了电子线路综合设计实验的开放式教学实践，提出从系统设计能力，多角度思考问题，解决实际问题能力三方面来提高学生的动手能力。中国科技大学李辉、戴禧倩、杨基海利用 Lattice半导体公司开发的高密度系统可编 程ispLSI逻辑器件，在电子电路教学实验中，提高现有电子电路教学实验水平。 从教学改革的文献中可以看出，很多学校认识到综合性实验的重要性

3、。深深感到 当代大学生必须有较强的动手能力， 还要有创新的思想和相关的技能。实践教学在各类课程中应占有重要的地位，因此要提高实验教学的质量，使学生主动参与， 并更多地安排设计性、开放性的实验，从而提高学生兴趣，不断开展实践教学的 改革。目前，已经取得了很好的效果。这些探索大都是“211 ”型大学，而对于普通的地方院校，本文探讨通过综合性设计性实验，提高学生动手能力问题。二、研究背景北京信息科技大学属于地方普通高校，其发展目标定位是：努力建设在电子信息、现代制造与光机电一体化、知识管理与技术经济等领域特色鲜明， 立 足北京、面向全国，培养应用型人才为主，教学科研协调发展的高水平大学。也 就是说培

4、养的是应用型人才，而不是研究型人才。而想要培养应用型人才，就必 须大大提高学生的动手能力。首先，先分析我校的实验方法。大学开设的实验课程，有相当多的实验课采用实验箱。采用试验箱的优点是便于管理，让实验更加规范。但是带来的后 果是学生很难提高实际动手能力。在学期实验中，我们改用面包版，通过一学期 的实践，我们发现，用面包版学生可以按照设计电路进行连接， 如果电路没有问 题，实验就会很顺利。如果输出结果与预期的不同，同学就几乎查找不出毛病所 在，基本上依靠老师才能判定故障并调试成功。这一方面反映出学生理论的不扎 实，对电路基本原理不熟悉。另一方面，也反应出学生对一些基本的电路调试手 段没有掌握。几

5、乎所有的学生检查电路仅仅是检查电路连接是否有错误，而不是利用示波器观察关键节点的波形。再分析我校的实验项目。绝大部分是某单一功能模块的实验，各个实验 相互独立，缺少联系，更缺少综合性。这使得学生只见树木不见森林，缺乏系统 能力，缺少综合能力。对于比较复杂的电路，就感到无所适从。此外对电路的性 能指标也很少关注，这对以后从事产品研发很不利。学生动手能力差，在毕业设计中，可以非常明显地表现出来。通过观察毕业论文，如果题目要求从事硬件电路的研发，结果发现很少有人能够全部完成 硬件电路的技术指标。在电路的设计和调试中，一旦遇到问题，学生能够独立解 决的人数很少，而是主要靠教师来指导。这说明学生在实际动

6、手能力方面还很欠 缺。另一方面，现在学生应聘的面试中，提问最多的是，你曾经做过什么项目？因此，学生深深感受到自己动手能力差，迫切希望能够有机会参加一些项目， 提高自己的动手能力。正因为如此，学生需要在这方面加强动手能力的训练， 特 别是硬件电路的训练。这种状况，不但我们学校存在，其他兄弟院校也同样不同程度存在此类 问题。三、实施措施为了提高学生的动手能力，我们在IC芯片及应用课程中进行改革。IC芯片及应用是继模拟电路、通信电路、数字电路、单片机之 后的一门硬件电路的课程。采用集成电路模块完成一种或多种功能模块，也可以 是微系统。模拟系统的内容多于数字系统，因此学生普遍反应课程难，学习兴趣 低。

7、原来该门课程为48学时，其中实验8学时，讲授40学时。为此，我们对 本课程进行如下改革：总学时不变，为 48学时，但是，讲授调整为28学时， 实验20学时，实验比重大大提高。实验项目也进行很大的改变。具体思路如下：(1 )IC芯片及应用实验以综合性实验、设计性实验、和研究性为主;以微系统为主。例如信息采集系统，包括传感器、放大模块、AD、DA模块，显示模块；电源系统，包括变压，整流、滤波，稳压、功放、电源保护等；数字 频率合成；数字时钟；含有自动增益控制的放大模块。（2）不同于基础电子学实 验，综合性系统实验的硬件环境一般都不是简单的仪器集成，而是需要自己动手去选择和设计专门的试验模块和微系统

8、。 学生自己设计、制作与调试电路，抛弃 试验箱的办法。（3）阅读原始英文IC模块说明书。第一个层次是验证性实验，这部分内容通常采用试验箱，并且在数电和 模电中做得较多，因此在本课程IC芯片及应用中，这部分内容基本不再重 做。第二层次是提高性实验。学生根据实验内容及要求，选定电路，并进行调试。 这部分内容安排一定的实验学时，目的在于发现学生对基本技能的掌握中不足的 地方，并指导学生改进，为后面综合设计性实验打下坚实的基础， 这部分学时占 30% ；第三个层次是综合性设计性实验。 一个题目中将包含若干模块，实现一种 微系统的功能。教师提出题目、实验内容及技术指标，学生自己设计电路，选择 元器件参数

9、值，安装调试电路，实验在面包板上进行。这样做既体现了循序渐进， 又有利于能力的培养和因材施教。 整个内容覆盖了模拟电路、数字电路、通信电 路、单片机或嵌入式系统等内容。这部分学时占 50% ;第四部分为研究性实验， 注重实际应用和创新。考虑到我校的实际情况，创新对学生有较大的困难，因此 我们重点在于了解实际的工程问题。这部分学时占 20%。对于研究性实验，以某个工程项目为对象，整个实验包括若干模块，例 如主控制模块单片机最小系统、电源模块、输人模块、输出模块、显示模块等。 这几部分把常用的模电、数电，信号处理、射频电路，以及单片机等知识点综合 起来。由于研究型实验难度较大，需要较长的时间，我们

10、把研究型实验放在课程 设计中进行，用三周的时间完成。课程设计的内容是：温度传感器检测出环境温 度，通过无线芯片，发送给上位机，上位机把温度显示出来，单片机控制上位机 和下位机通讯。目前采用的是点对点通讯，以后逐步发展，采用其他协议通信。具体方法是：通过本课题，开发出验证性实验 1个，由学生选做1个; 提高性实验4个，由学生选做3个；综合性实验4个，由学生选做3个；研究 型实验2个，由学生选做1个。具体实验电路如下。仪器用放大电路，要求输入阻抗高，输出阻抗低，温漂小。迟滞电压比较器，控制电路常用，给定窗口电压，自己设计电路。电压频率变换器，与射频相结合，了解电路线性范围，注意选型。函数信号发生器

11、，了解频率稳定性，电路后面接缓冲隔离放大器，了解 负载的影响。集成有源滤波器，了解系统的稳定性，衰减特性，输入输出阻抗问题。集成稳压电源，把变压、整流、滤波、稳压结合在一起，注意元器件的 功耗。电子门铃，应用性电路，注意电路发音的美学。多功能彩灯，应用性电路。数字石英钟，综合性子系统，把振荡、分频，校正，译码，显示等综合在一起。FM收音机，应用性电路。集成音频放大器，应用性电路。温度传感器通信子系统。综合性子系统。四、结果与讨论通过本实验课程的改革，可以培养学生如下能力：（1 ）系统设计能力。在综合设计实验以前，学生都是接触单元电路的实验，对电路设计没有系统的理 解。本综合设计实验要求学生从系

12、统角度思考，设计总体方案并写出实施过程及手段，目的是让学生从理论课的学习思维模式中走出来，从提出分析、设计、实 现到测试并完成的全过程来认识一个实际工程问题。（2 ）多角度思考问题能力。围绕一个实验主题，通过运用多种技术解决一个小型而完整的电子系统。为学生 提供多方面的设计案例，开阔了学生的视野，丰富了学生的知识面，培养了学生 多角度思考问题的能力。（3）解决实际问题能力。依照实验设定的框架，学生既 有可参考的原型，又能自主添加新功能和尝试新方法，能增强对实验的信心和兴 趣。不同层次的学生都可以找到各自的切入点和深入的方向，其解决实际问题的能力和创新意识无疑将得到锻炼。参考文献：1 龚军，罗杰，汪小燕，谢自美电子线路综合设计实验的开放式教学 实践J.实验室研究与探索，第27卷第7期，2008年7月2 李辉，戴禧倩，杨基海.提高电子电路教