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關鍵詞:教學改革;鐵路特色專業;電氣工程及其自動化
作者簡介:蘇宏升(1969-),男,甘肅靖遠人,蘭州交通大學自動化與電氣工程學院電氣工程系副主任,教授;董海鷹(1966-),男,陜西臨潼人,蘭州交通大學自動化與電氣工程學院副院長,教授。(甘肅 蘭州 730070)
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)33-0027-03
一、歷史沿革
蘭州交通大學電氣工程及其自動化專業的前身是1958年由姜嘉猷教授等一批電機工程專家組建的電力機車專業和1959年組建的電力機車供電專業。1999年,學校根據國家新的本科專業目錄,設立了電氣工程及其自動化本科專業,并于同年開始招生。2000年,該專業被教育部列入國家管理的專業點名單,并于2004年獲得了財政部的中央與地方共建高校專項資金資助。[1]
電氣工程及其自動化專業自成立以來,沿襲蘭州交通大學(蘭州鐵道學院)多年優良的辦學傳統,本著服務鐵路和面向地方電力系統領域進行人才培養的原則,已為國家培養了1000多名鐵道電氣化工程領域的專業技術人才,為國家建設,特別是西部鐵路建設作出了重要貢獻。
二、專業定位
隨著高等教育教學改革的發展,我國高校高等教育已從精英教育時期轉變為大眾化教育時期,而大眾化教育所面臨的最大問題是畢業生的就業分配問題。嚴峻的就業形勢已經演變成一個備受關注的社會問題,而這僅僅通過提升教學質量,狠抓教學水平的努力是難以辦到的。因此必須從社會分析做起,正確定位,找好高校人才培養和社會需求的結合點,做好高等教育的專業教學改革,完成高校肩負的三項主要職能:人才培養、科研轉化和服務社會。
電氣工程及其自動化專業是我國工科院校普遍設立的一個專業,專業規模相對龐大,就業競爭異常激烈。如前所述,蘭州交通大學如何能夠培養出適應時代需求的學生,在當前諸多高校中占有一席之地,是關系到該專業生存發展的重要問題。為此,蘭州交通大學電氣工程系在對當前該專業深入分析的基礎上,結合原鐵路院校類特色,進行了大膽的嘗試和改革,即將蘭州交通大學電氣工程及其自動化專業定位于鐵路特色專業,在原電氣工程及其自動化專業原有方向的基礎上設立了電氣化鐵道牽引供電和接觸網工程兩個特色專業方向,一方面拓展了學生的就業渠道,進一步明確了教學目標,另一方面兼顧了學生的學習興趣。經過兩年的專業嘗試,證明電氣工程系將電氣工程及其自動化專業定位于鐵路特色專業的實踐是完全正確的,出現了畢業生供不應求的局面,不少人已在本職崗位上取得了良好成績,深受用人單位歡迎。
三、特色專業方向的設立
教育部《普通高等學校專業設置的規定》明確規定:“普通高等學校根據社會特殊需要及自身優勢和特點,可在完成基礎課教學后,在現設專業范圍內自主審定專業方向”。在此規則指導下,蘭州交通大學電氣工程系開展了在電氣工程及其自動化專業下設立特色專業方向的探討和研究工作。
1.電氣專業寬口徑下的問題分析
縱觀當前電氣工程及其自動化專業的狀況,所存在的問題主要表現在:一是人才培養目標不夠明確。部分高校沿襲著我國高等教育中重理論、輕知識傳授的教育理念,忽略了人自身的教育,又缺乏明確的專業定位,導致培養目標過大而無法適應時代需求,也不能適應社會對人才的多層次需求。二是人才培養模式落后,缺乏創新。教學以具體專業為導向,將相應的專業知識灌輸給學生,較少考慮學生是否能將所學知識完全消化,是否形成了合理的知識結構,是否能夠運用這些專業知識解決實際問題。隨著信息技術的高速發展,技術專業化日益突出,培養更加專業的電氣方面人才是社會發展的必然。
2.鐵路特色專業方向建立的可行性和必然性
我國能源資源分布的不均衡以及越來越多的外出務工人員,決定了我國鐵路交通運輸在未來國民經濟發展中仍將占據十分重要的地位,而鐵路電力牽引相比其他牽引方式在高速、重載、環保等方面具有很大的優越性,因而是未來鐵路交通運輸行業主要發展的牽引模式。“九五”后期,隨著一批時速超過200km的客貨共線鐵路和200~350km的客運專線鐵路的建成,我國鐵路進入高速發展期,加上這些鐵路多采用信息技術控制和管理,客觀上決定了對鐵路牽引供電專業的更高要求:要求電氣專業對鐵道知識有深入的理解和掌握;要求作為鐵路自動化、現代化和科技化代表的牽引供電系統要從可靠性到先進性滿足高速鐵路建設的要求;要求現代的電力牽引供電要向專業化、科技化和信息化的方向發展。
目前我國鐵路建設掀起了新一輪,且正在向新疆、等邊遠地區滲透,而這些鐵路建設的特點是高起點和高標準,急需大量掌握現代科學知識的鐵路供電和接觸網方面的人才,從事與牽引變電所與接觸網有關的運營維護工作,確保大動脈的安全暢通。另外,由于蘭州交通大學電氣專業培養目標不夠明朗或培養計劃滿足不了高速鐵路發展的要求,致使人才培養與社會需求脫節,畢業生就業困難。
根據我們在烏魯木齊、呼和浩特、哈爾濱、武漢、鄭州、蘭州等鐵路局和青藏鐵路公司,以及南車、北車等鐵路機車車輛制造企業的調查而得出的結論來看,這些企業每年對牽引供電專業畢業生的人才需求是學校能夠提供的三分之一,缺口達一半以上,而且這些鐵路企業對牽引供電的人才需求還將繼續增長。
一方面是寬口徑下電氣專業學生由于技能欠缺和諸多高校學生人數日益增多帶來的就業壓力;另一方面是鐵路牽引供電專業的人才匱乏,出現了多家用人單位提前到學校爭搶人才而無法滿足人才需求的局面。鑒于此,根據蘭州交通大學原鐵路類院校特色,蘭州交通大學電氣工程系決定在電氣工程及其自動化專業下開辟牽引供電專業方向。同時,考慮到接觸網是電力牽引必不可少的載體,與運營維護工作往往糾結在一起,密不可分,因此又設立了接觸網工程方向。這樣和原來的電力系統自動化專業方向一起,蘭州交通大學電氣工程及其自動化專業共有三個專業方向,即兩個鐵路特色專業方向和一個傳統專業方向,較好地滿足了用人單位的需求,也給學生提供了更多的選擇空間。
四、鐵路特色專業方向改革的具體措施
電氣工程系鐵路特色專業方向一經確定就成為蘭州交通大學的一個重要專業方向,這也是甘肅省乃至西北地區唯一的一個有該方向的本科院校。為了滿足鐵路特色專業方向(即鐵道供電和接觸網方向)的教學要求,院系兩級在人才培養模式、課程設置、教材選取和平臺建設等方面成立了專門的課題研究小組,并得到了學校的大力資助。
1.教學計劃的修訂和課程設置的完善
電氣工程系原有的教學計劃和大綱是針對電氣工程及其自動化本科專業而設置的,具有課程門類比較齊全,覆蓋面廣的特點。缺點是缺乏特色,定向模糊,培養目標不清晰,導致畢業生就業困難。為了能和鐵路特色專業培養目標相匹配,必須對現有的教學計劃進行調整,使之既能符合電氣工程及其自動化專業的培養計劃,又能體現鐵路特色供電專業的培養目標。為此,研究小組認為:新教學計劃的制定應該體現知識的完整性和連貫性;充分反映本課程方向的新技術和發展前景;刪減就繁,除舊布新,突出重點;理論聯系實際,注重實踐能力的培養。正是基于這樣的原則,結合大綱對原教學計劃從公共基礎課程教學平臺、專業基礎課程教學平臺、專業課程教學平臺以及工程實踐能力教學平臺四個方面進行了修訂。[2]
(1)公共基礎課程教學平臺的修訂。除執行全校公共基礎課程體系外,學院還構建了由14門課程組成的計算機應用能力平臺:“程序設計基礎”、“數據結構”、“離散數學”、“微機原理”、“單片機原理及系統設計”、“數值計算與MATLAB方法”、“嵌入式系統設計”、“計算機導論”、“DSP技術及應用”、“數字信號處理”、“軟件開發技術基礎”、“數據庫技術及應用”、“Web技術及應用”、“計算機網絡”,為學生今后的發展奠定了基礎。
鑒于鐵路特色專業方向對數學有較高的要求,因此在修訂計劃時增加了工程數學教學方面的內容,包括“數學物理方程”、“矢量分析與場論”、“概率與數理統計”、“復變函數與積分變換”課程,為學生專業方向課程的學習中打下厚實的基礎。
這樣學生既能在大電類基礎課程教學平臺的寬口徑下學習,又能掌握特色專業方向課的基礎課教學內容,為以后分專業方向學習奠定了堅實的基礎。
(2)專業基礎課程教學平臺的修訂。電氣工程及其自動化專業基礎課程教學平臺包括“電路分析”、“電路實驗”、“電子技術”、“電子技術實驗”、“工程電磁場”、“自動控制原理”、“電機學”、“電氣工程導論”、“電力系統分析”、“電力系統通信與網絡技術”10門課程,與公共基礎課程共同構成大電類基礎課程教學大平臺。
由于接觸網專業對機械和力學知識有較嚴格的要求,因此在專業基礎平臺中增加了“機械設計基礎”和“工程力學”課程,豐富了學生的專業知識面,也為以后學好接觸網專業方向奠定了基礎。
(3)專業課程教學平臺的修訂。電氣工程及其自動化專業課程教學平臺主要涉及“高電壓技術”、“電力電子技術”、“電力系統繼電保護原理”、“電氣測試技術”、“電器控制與可編程控制器”、“電力系統自動化”、“專業英語閱讀與寫作”、“電氣設備狀態監測與故障診斷”、“配電網絡自動化”等課程,與畢業設計、課程設計一起構建專業技能獲取平臺。
專業課程教學平臺的修訂對確保鐵路特色專業方向成功至關重要,因此做了較大的調整。針對電氣化鐵道牽引供電專業方向,增加了“電氣化鐵道供電系統與設計”、“電氣化鐵道供電系統及裝備”、“城市軌道交通供電系統”、“牽引供電所設計與施工”課程以及這些課的課程設計。針對接觸網工程專業方向,增加了“接觸網工程與設計”、“接觸網規程與規則”、“接觸網施工”、“接觸網檢測”以及“接觸網工程與設計課程設計”。上述兩個特色方向除必修課外,均有9個學分的選修課。表1是調整后電氣工程及其自動化鐵路特色專業方向課程教學計劃。
(4)工程實踐能力教學平臺的修訂。工程實踐能力教學平臺的調整主要基于兩方面:一是調整工程實踐平臺本身的實訓內容,如認識實習由參觀劉家峽水電站改為參觀蘭州鐵路局供電段蘭東牽引變電所,生產實習由原來的蘭州電機廠實習改為蘭州鐵路局職工培訓站隴西分站接觸網實訓基地實習。二是開辟新的實訓內容或實訓基地,如增加了有關牽引供電系統和接觸網專業方向的零部件拆裝實習,以及開辟了蘭州鐵路局供電段電調中心實習基地。此外,學院還定期聘請各大鐵路局、設計院、中鐵電氣化公司、青藏鐵路公司等現場專業人員來學院任課或作報告,使得學生們不出校門就能學習到現場的知識。
2.師資隊伍建設的研究
電氣工程及其自動化專業鐵路特色專業方向是一個嶄新的方向,師資力量的配備直接影響到專業建設的成敗。在優化師資配置資源的基礎上,必須加大師資培訓,提高教師的專業水平。具體措施:一是安排教師到相關院校進行實習培訓,加強學習交流。如2008年安排張廷榮、李紅兩位青年教師去華東交通大學學習,安排李亞寧教師去鐵道部第一設計院學習,2009年安排張廷榮、李紅去鐵道部第一設計院蘭州分院學習,2010年安排閔永智教師去西南交通大學學習,提高了教師的理論水平。除了每年安排相關教師進修實習外,學院還著力出臺了“1+2”研修計劃和“1+1”幫帶計劃。二是鼓勵教師利用暑、寒期到工廠或鐵路建設現場實地考察,與現場工人、技師交流學習,做到真正實踐學習。三是在院內積極開展鐵路特色專業方向方面的科研工作,加大對科研方面的投入。通過承擔和參與科研項目,提高教師發現和解決工程實際問題的能力,豐富教師的工程實踐經驗。四是強化教師專業隊伍,引進高水平人才,要特別加強從企業引進具有較高學術水平和豐富工程實踐經驗的高級專業技術人才,提高師資隊伍的整體工程實踐能力和水平。
3.實驗室建設和實習基地的建立
實驗是教學的重要環節,相應的實驗室建設對于專業發展尤為重要。鐵道電力牽引供電系統和接觸網專業方向建立之前,我們就對實驗室建設進行了大量的考察和論證工作,一經專業方向確立就開始了實驗室建設工作。由于鐵路特色專業方向的特殊性和龐大性,所需建設資金缺口較大,研究如何利用有限的資金完成有代表性的實驗設備從而完成實驗室建設,滿足日常教學需求,幫助學生理解和接受所學專業知識提高學生學習主動性異常重要。學校采取了以自我建設為主的方式,同時加強外來資金的引入。一方面,學校利用日元貸款大力建設鐵路特色專業方向實驗室,先期建成電氣化鐵道供電系統模型實驗室,包括一個電力系統沙盤及一個牽引供電系統沙盤;全部償、半補償及接觸網簡單懸掛模型;斷路器、隔開關、互感器、避雷器等牽引變電所電力設備模型;AT、BT及接觸網直供方式下的掛板模型;牽引所二次回路、直流操作電源的掛板模型,滿足鐵路特色專業方向學生學習的基本需求。另一方面,利用財政部與地方共建實驗室和特色辦學機會,爭取國家財政支持。通過各方積極努力,獲得財政部數百萬元建設基金,建立了遠動及綜合自動化實驗室。最后利用現有的實驗設備,學校投入配套資金進行二次開發,展開對遙測、遙信和遙控系統的深入研究,完善實驗室設備和技術。[3]
關于實習基地的建設問題,接觸網專業方向要求學生必須通過相應的安全規程測試,合格后方能上崗,其特殊性決定了實習的重要性。利用現有條件和依托相關企業單位建設新的實習基地是我們必須思考的問題。學校利用蘭州鐵路局職工培訓站接觸網實習基地的優勢,在實習階段將學生送到接觸網實習基地進行接觸網零部件拆裝練習,并設法考取上崗證。另外,和企業積極聯合,建立新的實習基地。如與蘭州鐵路局蘭東供電段達成就業實習協議,給學生一個熟悉和實習的機會,做到理論和實踐相結合。
4.教學方式多樣化,注重學生能力培養
為了增加學生的學習興趣,電氣工程及其自動化專業鐵路特色專業方向的課程從內容到形式上都進行了不斷地嘗試,目的是尋求利于學生學習和能力提高的最佳結合點。
教學內容上不再采取單純的灌輸式教學,而是豐富教學內容。首先在教材的選取上采用“三位一體”的教材,再經過大量的比對,選取最好、最先進的教材。對不恰當的教材經過教師和專業技術人員的共同努力進行修正;課堂采取不同的教學方法,利用多媒體課件教學,一方面從交流單位引進錄像,另一方面根據需要去現場實地制作教學錄像,提高了學生的學習興趣。
課堂教學注重能力培養。為了提高學生能力,充分發揮學生的學習主動性,一些課程采取了教師講授、學生參與的方式。例如,對于軌道交通概論,任課教師講完部分課件后,布置學生課后通過資料查取完成一定任務,并讓學生們課堂講解。由于學生查閱的知識多種多樣,不僅豐富了學生的視野,而且教師在其中也可以學到不少知識,共同受益。提高了學生的學習主動性、自學能力。
五、鐵路特色專業方向取得的實效
蘭州交通大學電氣工程及其自動化專業鐵路特色專業方向一經開始就顯示了極其強大的生命力和發展潛力。在校內受到領導和廣大教師的支持,為學生提供了一個新的就業機會和選擇。經過兩年的建設和發展,得到了鐵路局、設計院、中鐵電氣化局、中鐵建和機車車輛制造企業的認可和好評。目前除部分畢業生考取研究生外,大部分學生已走上工作崗位,總體呈現出供不應求的局面。在最近連續三屆的畢業生就業分配中,無1人待業。在最近連續兩年的高考中,報考該專業學習的學生數量大大增加。該專業與鐵路信號、機車控制兩個專業配套,構造了“三位一體”的學科優勢,填補了學科專業建設的空白。
六、結束語
自1999年電氣工程及其自動化專業恢復招生以來,歷經10年有余。在校、院兩級領導的支持下,電氣工程系教師孜孜不倦、嘔心瀝血,建立了國家特色專業和省級實驗示范中心兩個平臺,設立了電氣工程一級碩士學位授權點和一個工程碩士學位授權點,并吸引了大連交通大學、西南交通大學、華東交通大學、寧夏大學、蘭州理工大學、蘭州工業專科學校、河西學院、隴東學院、甘肅工業職業技術學院、酒泉工業職業技術學院、烏克蘭克列門丘格國立大學和斯洛伐克馬捷貝爾大學等院校教師來中心參觀、學習,取得了令人矚目的成績。
參考文獻:
[1]蘇宏升.電氣工程及其自動化鐵路特色專業建設的研究與實踐[J].中國科教創新導刊,2011,(5):193-195.
[STHZ]1[STBZ]專用集成電路設計重點實驗室的實驗教學改革實踐 江蘇省專用集成電路設計重點實驗室(后簡稱“實驗室”)有專職教師20人,承擔南通大學杏林學院集成電路與集成系統專業實驗課程12門,實驗室近三年承擔各級各類科研項目75項,79篇,其中SCI、EI論文43篇,有著良好的科研基礎和科研成果。實驗室老師在實驗教學過程中,注重結合自身的科研方向向學生介紹集成電路相關新技術和新方法,并將計算機建模和仿真的新技術貫穿于專業實驗教學中。比如,在“模擬電路”實驗教學中引入Spice仿真軟件,在“數字電路”實驗教學中引入Quartus軟件等。在設置的探索性實驗課程中,只給學生引出若干思路,學生利用相關軟件可在課堂內外自主練習,在互聯網上查找相關技術資料,設計實驗方案和實驗步驟。通過這種引導,該專業學生對新技術掌握較快,在探索過程中遇到不懂的環節能相互進行探討,主動向教師請教,逐步培養了自主式、合作式的學習習慣。
集成電路設計與集成系統專業培養掌握集成電路基本理論、集成電路設計基本技能,掌握集成電路設計的EDA工具,熟悉電路、計算機、信號處理、通信等相關系統知識,從事集成電路研究、設計、開發及應用,具有一定創新能力的應用型高級集成電路和電子系統集成技術人才。圍繞該培養目標,實驗教學內容上進行了與時俱進的改革。比如將LQFP64封裝建模與仿真分析這一科研案例應用于實驗教學中。實際科研案例的使用使得理論知識變得生動形象,加深了學生對基本理論知識的理解,學生學習興趣和學習動力有了顯著提高,能獨立完成封裝建模、仿真到最后優化的整個流程,為后續專業學習和就業打下牢固的基礎,適應了我校獨立學院“厚基礎,強應用”的人才培養目標[2]。此外,教師緊密結合教學和科研實例編寫教材,根據電路設計相關工作編寫的《電路PSpice仿真實訓教程》被列為教育部高等學校電子電氣基礎教學指導分委員會推薦教材。
從2009年承擔集成電路與集成系統專業課程起,實驗室鼓勵高級職稱人員承擔實驗課程,指導學生開展創新性實驗項目。實驗室教師指導本科生積極參加省級、校級大學生實踐創新訓練計劃、校大學生課外學術科技作品等科技活動,獲批“江蘇省高校大學生實踐創新訓練計劃”2項、南通大學“大學生實踐創新訓練計劃”3項。所指導的集成電路設計與集成系統專業學生的參賽作品入圍第三屆 “華大九天杯”大學生集成電路設計大賽,榮獲三等獎。“華大九天杯”大學生集成電路設計大賽是針對微電子及相關專業在校生的一次專業實踐性賽事,是對我國集成電路設計領域人才培養的一次交流和檢閱。
實驗室成立于2002年,擁有集成電路工藝和器件仿真、集成電路電路仿真與版圖設計、集成電路封裝設計等先進的EDA軟件工具,以及高性能工作站、網絡分析儀、矢量信號發生器、微電材料與器件的光電測試系統、數模混合集成電路測試儀等硬件設備,儀器設備總值達1 000多萬。這些儀器設備均屬于科研儀器設備,由于場地緊、管理人員少,這些科研儀器設備目前還未對本科學生全面開放,主要為教師及研究生使用,僅有少量學生在參與教師的科研項目過程中能接觸使用到部分科研儀器設備,重點實驗室的儀器設備資源優勢在本科實驗教學改革中的作用發揮遠遠不夠。
實驗室圍繞科研發展方向,三年多來先后邀請了中國科學院、北京大學、復旦大學、南京郵電大學、澳大利亞國立格里夫斯大學、美國密西根大學、新加坡南洋理工大學、日本富山縣立大學等國內外知名科研學府的20多位專家學者來校進行講學和交流,實驗室教師也積極準備為學生舉辦專題講座,此外還邀請了企業技術專家來校與師生進行面對面的交流。
2進一步加強科研與實驗教學融合的探索
“授之以魚不如授之以漁”,這要求教師與時俱進的將科研與實驗教學緊密結合,使實驗教學內容更貼近現代科研水平,讓學生掌握有應用價值的知識和方法,培養符合社會實際應用需求的人才。
2.1加強科研新方法新技術在實驗教學中的引入
以培養學生實踐能力、科研能力和自主創新能力為目的進行的實驗教學改革,必須與科研緊密結合,減少驗證性實驗項目,增加綜合性實驗項目,增設創新實驗課程。將科研用到的新方法、新技術逐步引入到實驗教學中,更新實驗教學方法與手段,設置探索性實驗項目來模擬科研全過程。引導學生自己去思考并尋找合理解釋,鼓勵學生查閱相關的參考資料,探索問題產生的真正原因,訓練他們主動分析和獨立解決問題的能力,實現實驗教學與科研新技術、新方法訓練的有機結合。
2.2加強科研內容與實驗教學內容的結合
在實驗教學內容中,除了加強科研新方法、新技術的引入,還需要精選科研中的實際案例,讓學生能真正地體驗科研。依托科研項目來設置綜合性實驗,將成熟的科研成果及時轉化為創新實驗項目,使得實驗內容兼具新穎性和探索性,有利于學生開闊視野,擴展知識面,激發專業熱情。增加科研實例在實驗教學內容中的靈活運用,提高綜合性、設計性、創新實驗的比重,讓學生現在所學所練真正成為日后實際工作中的基礎,學有所得,學有所用。
2.3加強對學生科研創新活動的引導
科技活動作為一種探索性的實踐過程,具有科技性、實踐性和探索性的特點,是培養學生創新素質的最佳切入點。吸收對科研感興趣的學生參與到教師的科研活動中,承擔一部分力所能及的科研課題,通過科研實踐氛圍的熏陶,激發學生的科學研究興趣,引導學生積極探索[3]。鼓勵學生積極申報大學生創新性實驗計劃項目,并為學生進行創新性實驗研究提供條件,如設立“大學生創新基金”。組織學生參加競賽,將本科學生科研創新實驗與競賽結合起來,培養學生的科學精神和創新能力。
2.4加強科研儀器設備在實驗教學中的應用
為了挖 掘科研儀器設備利用的潛力,實現科研與教學資源共享,科研實驗室需要在時間、空間、設備和實驗課題等多方面進行開放。制定相關的規章制度,對本科學生的準入條件、經費支持和科研管理等多個方面加以規范,使得科研儀器設備在教學中也能發揮其優勢,充分拓展現有科研儀器設備的使用范圍,提高儀器設備利用率,同時為學生提供開展科研創新實驗的環境,高質量、高效率地為科研與教學服務。通過優化資源配置,建立資源共享機制,為創新人才的培養提供良好的教學平臺[4]。
2.5加強科研學術講座在本科學生中的普及推廣
學術講座是進行學術交流,提高教學和科研水平的有效手段;是一場師生共贏的集會,有利于營造良好的的學術氛圍。學術講座向師生展示新觀點、新知識和學科最新研究成果,有利于互通有無,開闊學術視野,提升學術層次,傳達團隊協作、學科間聯合創新的重要性,對師生未來的學習工作都有一定的激勵作用,也為學生的職業規劃指引方向。本科學生即使暫時無法理解講座中的高深內涵,但專家學者們思想的潛移默化以及通過后期的學習和鉆研,對個人綜合能力的發展影響深遠。
3結束語
教學和科研是互促的,只有多角度加強雙方的融合,構建教學與科研良性互動的實驗教學模式,才能從根本上實現雙方的可持續性發展,順應高素質創新性人才培養的要求。
參考文獻:
論文關鍵詞:集成電路,特點,問題,趨勢,建議
引言
集成電路是工業化國家的重要基礎工業之一,是當代信息技術產業的核心部件,它是工業現代化裝備水平和航空航天技術的重要制約因素,由于它的價格高低直接影響了電子工業產成品的價格,是電子工業是否具有競爭力關鍵因素之一。高端核心器件是國家安全和科學研究水平的基礎,日美歐等國均把集成電路業定義為戰略產業。據臺灣的“科學委員會”稱未來十年是芯片技術發展的關鍵時期。韓國政府也表示擬投資600億韓元于2015年時打造韓國的集成電路產業。
集成電路主要應用在計算機、通信、汽車電子、消費電子等與國民日常消費相關領域因此集成電路與全球GDP增長聯系緊密,全球集成電路消費在2009年受金融危機的影響下跌9%的情況下2010由于經濟形勢樂觀后根據半導體行業協會預計今年集成電路銷售額將同比增長33%。
一、我國集成電路業發展情況和特點
有數據統計2009年中國集成電路市場規模為5676億元占全球市場44%,集成電路消費除2008、2009年受金融危機影響外逐年遞增,中國已成為世界上第一大集成電路消費國,但國內集成電路產量僅1040億元,絕大部分為產業鏈低端的消費類芯片,技術落后發達國家2到3代左右,大量高端芯片和技術被美日韓以及歐洲國家壟斷。
我國集成電路產業占GDP的比例逐年加大從2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增長遠遠超過國際上任何一個其他國家,是全球集成電路業的推動者,屬于一個快速發展的行業。從2000年到2007年我國集成電路產業銷售收入年均增長超過18%畢業論文提綱,增長率隨著經濟形勢有波動,由于金融危機的影響2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成電路設計業增速放緩實現銷售收入269.92億元同比上升14.8%,由于受金融危機影響,芯片制造業實現銷售收入341.05億元同比下降13.2%、封裝測試業實現銷售收入498.16億元同比下降19.5%。我國集成電路總體上企業總體規模小,有人統計過,所有設計企業總產值不如美國高通公司的1/2、所有待工企業產值不如臺積電、所有封測企業產值不如日月光。
在芯片設計方面,我國主流芯片設計采用130nm和180nm技術,65nm技術在我國逐漸開展起來,雖然國際上一些廠商已經開始應用40nm技術設計產品了,但由于65nm技術成熟,優良率高,將是未來幾年贏利的主流技術.設計公司數量不斷增長但規模都較小,屬于初始發展時期。芯片制造方面,2010國外許多廠商開始制造32nm的CPU但大規模采用的是65nm技術,而中國國產芯片中的龍芯還在采用130nm技術,中芯國際的65nm技術才開始量產,國產的自主知識產權還沒達到250技術。在封裝測試技術方面,這是我國集成電路企業的主要業務,也是我國的主要出口品,有數據顯示我國集成電路產業的50%以上的產值都由封裝產業創造,隨著技術的成熟,部分高端技術在國內逐步開始開展,但有已經開始下降的趨勢雜志網。在電子信息材料業方面,下一代晶圓標準是450mm,有資料顯示將于2012年試制,現在國際主流晶圓尺寸是300mm,而我國正在由200mm到300mm過渡。在GaAs單晶、InP單晶、光電子材料、磁性材料,壓電晶體材料、電子陶瓷材料等領域無論是在研發還是在生產均較大落后于國外,總體來說我國新型元件材料基本靠進口。在半導體設備制造業方面畢業論文提綱,有數據統計我國95%的設備是外國設備,而且二手設備占較大比例,重要的半導體設備幾乎都是國外設備,從全球范圍來講美日一直壟斷其生產和研發,臺灣最近也有有了較大發展,而我國半導體設備制造業發展較為緩慢。
我國規劃和建成了7個集成電路產業基地,產業集聚效應初步顯現出來,其中長江三角洲、京津的上海、杭州、無錫和北京等地區,是我國集成電路的主要積聚地,這些地區集中了我國近半數的集成電路企業和銷售額,其次是中南地區約占整個產業企業數和銷售額的三分之一,其中深圳基地的IC設計業居全國首位,制造企業也在近一部壯大,由于勞動力價格相對廉價,我國集成電路產業正向成都、西安的產業帶轉移。
二、我國集成電路業發展存在的問題剖析
首先,我國集成電路產業鏈還很薄弱,科研與生產還沒有很好的結合起來,應用十分有限,雖然新聞上時常宣傳中科院以及大專院校有一些成果,但尚未經過市場的運作和考驗。另外集成電路產品的缺乏應用途徑這就使得研究成果的產業化難以推廣和積累成長。
其次,我國集成電路產業尚處于幼年期,企業規模小,集中度低,資金缺乏,人才缺乏,市場占有率低,不能實現規模經濟效應,相比國外同類企業在各項資源的占有上差距較大。由于集成電路行業的風險大,換代快,這就造成了企業的融資困難,使得我國企業發展緩慢,有數據顯示我國集成電路產業有80%的投資都來自海外畢業論文提綱,企業的主要負責人大都是從臺灣引進的。
再次,我國集成電路產業相關配套工業落后,產業基礎薄弱。集成電路產業的上游集成電路設備制造的高端設備只有美日等幾家公司有能力制造,這就大大制約了我國集成電路工藝的發展速度,使我國的發展受制于人。
還有,我國集成電路產成品處于產品價值鏈的中、低端,難以提出自己的標準和架構,研發能力不足,缺少核心技術,處于低附加值、廉價產品的向國外技術模仿學習階段。有數據顯示我國集成電路使用中有80%都是從國外進口或設計的,國產20%僅為一些低端芯片,而由于產品相對廉價這當中的百分之七八十又用于出口。
三、我國集成電路發展趨勢
有數據顯示PC機市場是我國集成電路應用最大的市場,汽車電子、通信類設備、網絡多媒體終端將是我國集成電路未來增長最快應用領域. Memory、CPU、ASIC和計算機外圍器件將是最主要的幾大產品。國際集成電路產業的發展逐步走向成熟階段,集成電路制造正在向我國大規模轉移,造成我國集成電路產量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投資4.5億元后,2007年又投資25億美元在大連投資建廠預計2010年投產。
另外我國代工產業增速逐漸放緩,增速從當初的20%降低到現在的6%-8%,低附加值產業逐漸減小。集成電路設計業占集成點設計業的比重不斷加大,2008、2009兩年在受到金融危機的影響下在其他專業大幅下降的情況下任然保持一個較高的增長率,而且最近幾年集成電路設計業都是增長最快的領域,說明我國的集成電路產業鏈日趨完善和合理,設計、制造、封裝測試三行業開始向“3:4:4”的國際通行比例不斷靠近。從發達國家的經驗來看都是以集成電路設計公司比重不斷加大,制造公司向不發達地區轉移作為集成電路產業走向成熟的標志。
我國集成電路產業逐漸向優勢企業集中,產業鏈不斷聯合重組,集中資源和擴大規模,增強競爭優勢和抗風險能力,主要核心企業銷售額所占全行業比重從2004年得32%到2008年的49%,體現我國集成電路企業不斷向優勢企業集中,行業越來越成熟,從美國集成電路廠商來看當行業走向成熟時只有較大的核心企業和專注某一領域的企業能最后存活下來。
我國集成電路進口量增速逐年下降從2004年的52.6%下降為2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于進口量增速。預計2010年以后我國集成電路進口增速將小于出口增速,我國正在由集成電路消費大國向制造大國邁進。
四、關于我國集成電路發展的幾點建議
第一、不斷探索和完善有利于集成電路業發展的產業模式和運作機制。中國高校和中科院研究所中有相對寬松的環境使得其適合醞釀研發畢業論文提綱,但中國的高端集成電路研究還局限在高校和中科院的實驗室里,沒有一個循序漸進的產業運作和可持續發展機制,這就使得國產高端芯片在社會上認可度很低,得不到應用和升級。在產業化成果推廣的解決方面。可以借鑒美國的國家采購計劃,以政府出資在武器和航空航天領域進行國家采購以保證研發產品的產業化應用得以實現雜志網。只有依靠公共研發機構的環境、人才和技術優勢結合企業的市場運作優勢,走基于公共研發機構的產業化道路才是問題的正確路徑。
第二、集成電路的研發是個高投入高風險的行業是技術和資本密集型產業,有數據顯示集成電路研發費用要占銷售額的15%,固定資產投資占銷售額的20%,銷售額如果達不到100億美元將無力承擔新一代產品的研發,在這種情況下由于民族集成電路產業在資金上積累有限,幾乎沒有抗風險能力,技術上缺乏積累,經不起和國際集成電路巨頭的競爭,再加上我國是一個勞動力密集型產業國,根據國際貿易規律,資本密集型的研發產業傾向于向發達國家集中,要想是我國在未來的高技術的集成電路研發有一席之地只有國家給予一定的積極的產業政策,使其形成規模經濟的優勢地位,才能使集成電路業進入良性發展的軌道.對整個產業鏈,特別是產業鏈的低端更要予以一定的政策支持。由政府出資風險投資,通過風險投資公司作為企業與政府的隔離,在成功投資后政府收回投資回報退出公司經營,不失為一種良策。資料顯示美國半導體業融資的主要渠道就是靠風險基金。臺灣地區之所以成為全球第四大半導體基地臺就與其6年建設計劃對集成電路產業的重點扶植有密切關系,最近灣當局的“科學委員會”就在最近提出了擬扶植集成電路產業使其達到世界第二的目標。
第三、產業的發展可以走先官辦和引進外資再民營化道路,在產業初期由于資金技術壁壘大人才也較為匱乏民營資本難于介入,這樣只有利用政府力量和外資力量,但到一定時期后只有民營資本的介入才能使集成電路產業走向良性化發展的軌道。技術競爭有利于技術的創新和發展,集成電路業的技術快速更新的性質使得民營企業的競爭性的優勢得以體現,集成電路每個子領域技術的專用化特別高分工特別細,每個子領域有相當的技術難度,不適合求小而且全的模式。集成電路產業各個子模塊經營將朝著分散化畢業論文提綱,專業化的方向發展,每個企業專注于各自領域,在以形成的設計、封裝、測試、新材料、設備制、造自動化平臺設計、IP設計等幾大領域內分化出有各自擅長的專業領域深入發展并相互補充,這正好適應民營經濟的經營使其能更加專注,以有限的資本規模經營能力能夠達到自主研發高投入,適應市場高度分工的要求,所以民間資本的投入會使市場更加有效率。
第四、技術引進吸收再創新將是我國集成電路技術創新發展的可以采用的重要方式。美國國家工程院院士馬佐平曾今說過:中國半導體產業有著良好的基礎,如果要趕超世界先進水平,必須要找準方向、加強合作。只有站在別人的基礎上,吸取國外研發的經驗教訓,并充分合作才是我國集成電路業發展快速發展有限途徑,我國資金有限,技術底子薄,要想快速發展只有借鑒別人的技術在此基礎上朝正確方向發展,而不是從頭再來另立門戶。國際集成電路產業鏈分工與國家集成電路工業發展階段有很大關系,隨著產業的不斷成熟和不斷向我國轉移使得我國可以走先生產,在有一定的技術和資金積累后再研發的途徑。技術引進再創新的一條有效路徑就是吸引海外人才到我國集成電路企業,美國等發達國家的經濟不景氣正好加速了人才向我國企業的流動,對我國是十分有利的。
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【關鍵詞】電子綜合技術;任務驅動;項目化;課程設計
一、《電子綜合技術》課程定位
1.《電子綜合技術》課程是電類相關專業的核心基礎課程
在電子信息專業的課程體系中,《電子綜合技術》是核心職業基礎課程和特色課程之一。它將原有課程體系中的模擬電路、數字電路、電子課程設計、模電數電實驗、電子仿真以及電測和電子技能初級中的相關內容進行有機的整合,通過該課程的學習和技能訓練,一方面了解電子技術的基礎知識、手段、應用及發展,使學生獲得必要的電子技術通用知識和通用技能;另一方面也為學生學習后續的專業知識和專業技能打下扎實的基礎。
2.《電子綜合技術》是電子類專業崗位資格證書“PCB設計”、“電裝中高級工”、“電調中高級工”考證的對口課程
電子信息專業的學生,要求畢業前必須獲得電子組裝與調試、PCB設計、電子維修等崗位資格證書中的一種。本課程所講授的主要知識都與專業職業資格技能鑒定有著密切的聯系,通過本課程的學習,學生能初步形成從工程實際中提出問題、以科學手段分析和解決問題的實踐、創新能力。
3.《電子綜合技術》是培養學生職業素養的重要課程
通過電子技術課程的學習和技能訓練,有利于學生職業能力的提高和職業習慣的養成,通過嚴格執行考勤制度、進出實訓或實際工作場地制度,不定期進行的設備整理測試訓練;以及由分組討論、任務分析、設計、組織實施、匯報點評等教學環節的教學做一體化教學實施,培養了學生的創新精神,同時使學生親身體會了團隊合作的重要性,提高了職業素養。
二、課程設計的理念
本課程設計的理念是淡化課程之間的界限,采用理論教學與實訓操作相結合的"理實一體化"的模式,將模擬電路、數字電路、電子課程設計、模電數電實驗、電子仿真以及電測和電子技能初級中的相關內容進行有機的整合,在教學過程中鍛煉學生應用所學知識分析問題和解決問題的能力,培養科研素質和創新意識,注重學生綜合應用能力的培養。
三、課程設計思路
1.根據專業培養目標和崗位能力要求,確定課程內容
以電子與信息技術專業領域職業崗位群的職業素質、職業能力培養為目標,將國家職業資格培訓、技能鑒定與人才培養方案有機地結合起來,基于工作過程,分析行動領域、轉化學習領域、開發學習情景和項目載體,突顯“基礎類課程綜合化、技術類課程理實一體化、技能訓練類課程項目化”的特點。根據人才培養目標,結合相關課程內容以及經濟產業特點及學生的生源條件,確定課程標準。
2.課程知識和技能目標與典型電子產品生產工作過程相結合
結合符合企業、崗位要求的課程知識和技能目標,分析工程實際,得出典型電子產品生產工作過程包括:電子線路設計、PCB設計制作、元器件篩選、電子工藝技術、電子測量技術、調試排故技術、產品包裝技術、技術文件準備及銷售維護,并通過維護反饋對原設計進行改進,進一步提高產品質量,進入良性循環。
3.項目內容注重選取基礎和特色典型電子產品
將來自于生產實際、常見典型產品及教師科研項目進行提煉,作為載體引入到電子技術的課程教學。典型電子產品注意選取基礎電子產品和特色電子產品,并適當引入高端電子產品,以期通過電子綜合技術課程教學,既保證基本知識、通用技能的獲取以滿足崗位基本要求,又學習先進的技術和時代倡導的發展理念,培養學生的創新精神,同時兼顧崗位性質不同涉及具有一定特色的電子產品。
4.采用多種教學方式,以技能訓練帶動課程知識學習
采用靈活多樣的學習情景設計,如:元器件篩選、電子工藝、功能電路設計安裝與調試等,均可設計為課程技能訓練任務;考慮學生的認知規律和課程特點,采用多種教學方式,如:項目教學法、演示法、互動教學法、答辯式、演講式、分組討論法等,并通過來自生產實際的項目訓練和安全用電知識傳授,達到課程標準提出的職業能力要求。基礎學習情境以訓練主要知識點、基本技能和基本工藝能力為主,應用學習情境以訓練學生綜合應用能力、安裝測試能力為主,綜合學習情境以訓練簡單設計能力、創新能力和解決實際問題能力為主。每一個學習情境都包括了資訊、計劃與決策、實施、檢查與評估等環節,相當于進行了一個完整的工作過程。
四、課程目標
1.知識教學目標
(1)基本器件方面:了解常用半導體二極管、三極管、線性集成電路和常用數字集成電路的基本工作原理、特性和主要參數,并能合理選擇和使用這些器件。
(2)基本電路原理及結構方面:熟悉共射、共集放大電路,差動放大電路,互補對稱功率放大電路,負反饋放大電路,集成運算放大電路的結構、理解它們的工作原理、性能及應用。會用各種表示方法描述數字電路邏輯功能,能分析較復雜數字邏輯電路的邏輯功能。
(3)應用電路方面:整流濾波電路的結構、工作原理、性能及應用;熟悉三端穩壓器件的應用;了解正弦和非正弦信號產生電路;運算放大器做比較器的應用;模擬信號的取樣及放大電路。
2.技能教學目標
(1)掌握常用電子電路元器件、半導體器件的識別、使用和測試方法。
(2)掌握常用工具的使用方法;掌握手工焊接技能;掌握常用測試儀器的操作;掌握數字電路中常用儀器儀表的使用;學會電路的搭建和電路板的的制作。
(3)能夠按照原理測試電路;能夠獨立按照要求調試電路;能夠排除電路簡單故障。
(4)了解單級放大電路的分析方法。能估算單級放大電路的電壓放大倍數、輸入和輸出電阻,了解多級放大電路的分析方法。在深度負反饋條件下,掌握利用虛短或虛斷估算電路電壓放大倍數的方法。串聯型穩壓電路的計算。掌握理想運放的基本運算規則。能根據工作要求,完成簡單數字邏輯電路的設計。能通過對數字集成電路芯片資料的閱讀,了解數字集成電路的邏輯功能和使用方法;能分析和排除數字邏輯電路中出現的故障。
3.素質目標
(1)通過電子綜合技術課程的學習,了解電子世界,了解電子電路的實際應用,激發同學們的學習興趣,促使其加深認識所學專業,培養專業歸屬感。
(2)通過學習,加深學生對行業的認知,初步了解電子產品生產的工藝規范,提高實際操作技能,學會主動地學習,達到能夠獨立進行任務操作的水平。
(3)通過親自動手制作和測試,加深對電子電路的了解,學習電子電路的設計與分析方法,培養獨立思考、勤于思考、善于提問的學習習慣,進一步樹立崇尚科學精神,堅定求真、求實和創新的科學態度。
(4)通過任務的完成,增強學生的自信心,加深對電子技術理論的理解與應用,培養學生的成就感、榮譽感和團結合作精神及紀律觀念。
五、課程結構
本課程分兩大模塊——模擬電路、數字電路。每個模塊由諾干項目,每個項目由3-5個任務。模擬電路部分有:半導體器件研究、穩壓電源的研究、低頻電壓放大電路的研究、音頻功率放大電路的研究和正弦振蕩電路的研究等五個項目;數字電路部分有:門電路與組合邏輯電路的研究、觸發器與時序邏輯電路的研究、脈沖信號的產生與整形電路的研究、集成數/模轉換器與集成模/數轉換器的研究等四個項目。并在課程最后設計綜合項目:家用設備定時控制電路的制作。將基礎知識、基本技能和綜合素質的掌握貫穿于教學項目。
1.模擬電路模塊
項目一:半導體器件研究 (8學時)(如表1所示)
項目二:穩壓電源的研究 (8學時)(如表2所示)
項目三:低頻電壓放大電路的研究 (8學時)(如表3所示)
項目四:音頻功率放大電路的研究 (20學時)(如表4所示)
項目五:正弦振蕩電路的研究 (12學時)(如表5所示)
2.數字電路模塊
項目一:門電路與組合邏輯電路的研究 (8學時)(如表6所示)
項目二:觸發器與時序邏輯電路的研究 (16學時)(如表7所示)
關鍵詞:教學創新 實踐 創業
《電子線路》是一門實踐性很強的學科,它應用于各行各業,傳統教學方法已難以適應現代社會高速發展的需要,電子專業職業教育面臨著嚴峻的挑戰。
一、在教學中仍要貫穿思想教育
教學離不開教育,職業學校的教育思路“先成人后成才”正是體現了這一原則,實踐證明這一思路是正確的。在教學中必須始終貫徹愛國主義教育、集體主義教育、中華傳統美德教育、社會公德和職業道德教育等。受社會文化、家庭情況和自身素質的影響,職校畢業生就業觀念呈多元化趨勢,在《電子線路》教學過程中應注意培養學生的創業意識和創業技能,鼓勵學生參與多種技能培訓和考取技能合格證書,并結合課程的特點開展社會實踐活動,如為社區修理電子產品、組織多種模擬實踐等,這樣一來既實現了個人價值與社會價值的完美結合,發揮自身潛能,又為社會做了貢獻。
二、在教學內容上要實現結構更新
1、增加集成電路的分析
目前,電子產品的結構大都是以集成電路為核心,分立元件的數量大大降低,且集成規模不斷擴大,新技術、新器件、新工藝不斷涌現,而職業學校學生將來要直接面對社會,要求他們必須盡快適應新技術的發展和社會的進步,所以在學校里只有加強集成電路方面知識的學習,才能保證本課程的教學適應技術創新的基本要求,才能培養出實用型的技術人才。
2、增加器件外部特性和應用方面的分析
隨著新器件的不斷涌現、集成元件規模的不斷擴大及功能逐步完善,芯片內部集成的元件愈來愈多,電路愈來愈復雜,中等職業學校學生在分析集成芯片內部電路方面還不具備理論基礎,因而突出集成電路外部特性和功能應用的分析是符合職業學校的教學實際的。
3、增加單元電路與系統模塊相互接口的分析
《電子線路》教學歷來比較側重于研究某一單元電路的電路形式、元件作用、工作原理、主要特性,而忽視其在整個電路系統中的功能、與其它模塊的銜接及信號處理的流程,這不利于培養學生對工程整機電路的閱圖和識圖能力。因此,許多專家認為有必要加強系統和工程方面的概念和基礎,這將十分有利于后續專業課程的學習。
4、增加對數字電路的分析
近年來,數字化電子技術快速發展,移動通信設備、高清晰度彩色電視機、衛星電視等數字技術的含量越來越高,特別是高智能化的自動控制設備、發展迅猛的計算機已廣泛采用了數字技術,由此可見數字電子技術在整個電子線路課程中的地位和作用日益顯得重要。而目前《電子線路》中的數字電路部分只是介紹了一些基本的電路,如觸發器、寄存器、計數器等,教學與實際不相符,這樣更顯得增加數字電路分析的迫切性。
三、在教學方式上要進行創新
《電子線路》課程的教學要打破以傳授知識為主的傳統模式,突出對實踐能力、創新能力和創業能力的培養,全面提高學生的綜合職業素質。
創新能力是當代社會對人才素質的客觀要求,也是《電子線路》課程教育改革與發展的一個重要主題。教師應采用各種形式的啟發式教學方式,由被動接受式教育向自主創新式教育轉變,為學生今后從事職業技術工作奠定牢固的基礎。啟發式教學提倡學生多提問,以利于開動學生思維并激發其創造性,并能靈活應用所學專業知識提高其處理實際問題的能力。
例如:現在的許多書上在判斷某一放大電路是否工作正常時,往往只教人采用測集成電路各引腳的靜態工作電壓與書上所標值是否一致的方法。這種方法是一種較死板而又費時的方法,只適合于沒有儀器設備的場合。在教學上如果完全按照書上所說方法照搬,雖然也能完成教學任務,做起來也省事,但這樣培養出來的學生思維單一、不靈活,更談不上能發揮他們創造力,往往只適合于搞搞維修之類工作,卻難以適應社會上各行各業的不同要求。因為在工廠的實際操作中只要用儀器檢查幾個關鍵引腳的信號的波形、幅度或指標是否達到要求,即可說明電路工作正常與否,既簡單又快捷準確。并不采用這種耗時又費力的方法。因此,應注重培養他們的思維分析能力,即能根據不同場合、不同條件對同一問題應有相應較優的解決問題方案,這樣有利于培養的自學能力。自學能力對于每個學生來說都非常重要,因為學校中所學知識畢竟有限,學生離開學校后主要依靠自學來獲取知識,在碰到新情況時才不會茫然不知所措,才能舉一反三,開拓思維。
綜上所述,中等職業學校的《電子線路》課程要適應知識經濟和市場經濟發展的需要,課程教學更強調對學生的實踐能力、創新能力、創業能力的培養,注重提高學生的綜合素質,課程改革應朝著“新”(新知識)、“用”(重應用)、“淺”(淺理論)、“寬”(寬基礎)、“活”(活模塊)的方向發展,從而全面提高職業學校《電子線路》課程的教學質量和水準。
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關鍵詞:數字電路教學方法教學目標教學要求
“數字電子技術”是高職高專電類專業的一門專業基礎課程,是一門理論性和實踐性都較強的課程。它的任務是通過學習數字電路的基本概念、基本原理和基本技能使學生在數字電路方面具有一定的理論水平和實踐技能,它是《微機原理與應用》、《單片機原理與應用》和《PLC原理與應用》等主要專業課程必不可少的基礎知識。該課程對于學好后繼專業課程以及提高學生的工程實踐能力都有著極其重要的作用。
1立足于教學目標,展開教學
1.1知識目標
熟悉布爾代數的基本定律,掌握卡諾圖與公式化簡法;掌握數字電路中常用的基本單元電路和典型電路構成、原理與應用;掌握常用的中小規模集成電路功能。
1.2能力目標
具有查閱集成電路器件手冊,合理選用集成電路器件的能力。對集成芯片,重點分析電路的外特性和邏輯功,以一些典型集成電路為例介紹如何查閱集成電路手冊、資料等,使學生學會在實際應用中正確選擇和使用集成芯片。
具有識讀和分析一般典型應用電路的能力。增強電路分析的內容,弱化電路設計。傳統數字電路教學往往注重電路設計內容的教學,好像只有電路設計的能力,才能代表水平,而電路分析代表技能,是低技術的。不過技能卻正符合了高職高專的教學目標,所以在教學過程中,應注重電路分析方法的教學,讓學生學會分析較復雜電路,能修改已有電路服務于自己的設計目標。
具有邏輯分析問題與解決問題的方法。隨著數字技術的廣泛普及,數字化社會已經到來,大規模、超大規模數字集成電路以其低功耗、高速度等特點,應用越來越廣泛。因此如何在有限的時間內使學生扎實掌握數字電路基礎知識理論和基本操作技能,培養分析問題、解決問題的能力,是教師在教學過程中需要認真思考的問題。并使學生在傳統的數字電路邏輯分析、邏輯設計思維訓練的基礎上進一步建立起現代數字電路的應用與設計思想,掌握現代電子技術的新技術和新器件,在專業學習中適應當代硬件技術與信息技術的發展,為走向實際工作崗位打下堅實的基礎,為拓寬就業市場尋求一條全新之路。
1.3思想教育目標
(1)樹立熱愛科學、實事求是的學風和創新精神、創新意識。(2)具有一定的自學能力和獲取新知識、新技術的基本素質。(3)提高邏輯思維能力、養成認真細致的工作作風。
總之,專科教學不同于本科教學,專科教學注重于學生能力和綜合素質的培養,教學過程中突出培養學生應用知識,分析解決實際問題的能力,以學生為主體,以教師為主導,以教學為主線,樹立能力培養目標為重中之重的思想。
2選擇合適的教材,以教學要求分層、考核形式分類的方式評價教學
2.1教材的選擇
目前我校選擇的教材充分體現了高職高專教育的特點,以應用為宗旨,強調理論與實踐相結合。編寫原則遵循由淺入深,通俗易懂,便于自學,力爭做到“講,學,做”統一協調,重點和難點采取闡述與比喻相結合,例題與習題相結合,實例與實驗相結合,針對數字電路課程實踐性強的特點,增加了與教材相應的實踐環節教學內容。
針對數字電路教學過程中存在教學內容與學時數的矛盾,根據國家教委課程指導委員會的提議:EDA技術是電子技術類課程教學改革的重要方向。我校及時修訂課程大綱、調整教學內容。把EDA技術和PLD器件納入教學計劃。將教學內容分為數字邏輯基礎、組合邏輯電路、時序邏輯電路、可編程邏輯器件和脈沖信號的產生與整形五大模塊。
2.2教學要求分層
教學要求分為五個層次A.知道、了解。學生對教學內容有感性的、初步的認識或只要能識別它B.領會、理解。學生對概念、規律、基本操作等有理性的認識,即能自述、解釋和舉例說明,并在教師的指導下能順利地完成基本操作C.掌握、運用。學生在理解教學內容后,通過練習,形成技能;運用概念、方法、規則進行常規運算求解、論述和簡單運用、自主操作等D.熟練掌握、靈活運用。學生能綜合運用某個知識解決問題,綜合運用某項技能進行熟練操作或小規模技術設計等,從而形成某種能力E.思想素質的提高。如態度、意識、精神、毅力等的培養。
同時,采取了以創新能力的培養為核心的“四位一體”教學法,即旨在通過學生自學、討論、答辯、考查四個階段,培養學生的自學能力以及分析問題和解決問題的能力,徹底解決傳統教法中“滿堂灌”的現象。
2.3考核形式分類
考核形式分為五種:筆試:傳統的擬卷考試;操作:通過學生動手操作來考核;答辯:教師出題或學生自擬題,經一段時間的實踐,學生以報告形式完成答卷并根據需要答辯;社會化考核:參加由國家有權部門認定的考試考核機構或組織進行的考試考核;社會評判:由社會評定結果如實習鑒定等。
通過多種考核形式達到綜合評價學生的效果。
3采取傳統和現代化教學手段結合方式,運用實例靈活教學
3.1傳統和現代化教學手段相結合
教學課件是教材內容的提升和精煉,是將教材中的概念、定律及應用內容轉化為形象逼真的映像展示給學生。多媒體教學進入課堂是對傳統教學方法的改革,它是教學過程的一個有力工具,但決不能成為課堂教學的主宰,過于詳細的課件使學生上課注意力不集中,一些學生覺得課程內容包含在課件中,便在課堂上不記筆記、注意力分散、交頭接耳、甚至逃課。可以想象,教學中教師盯著顯示器,學生盯著大屏幕,這樣的教學情景很難調動教學氣氛、影響教師配以肢體語言等的熱情發揮,更談不上師生間的互動。只有將多媒體教學方法和傳統教學方法有機的結合起來,相互補充,并在教學實踐中不斷完善,才能取得完美的效果。
EDA是電子設計自動化(ElectronicDesignAutomation)的英文縮寫,將EDA技術引入數字電路課程教學,可以使教師在講述理論的同時,利用EDA技術軟件進行仿真、演示,使學生消除“抽象感”,增加學習的興趣。使課堂教學更生動、直觀,使數字電路課程中一些基本理論和基本概念更加容易理解。
3.2運用實例靈活教學
數字電路的授課可以結合生活中的應用舉例,如目前多媒體PC機里的顯示卡、聲卡是用數電中的數——模(D/A)轉換實現圖像顯示和聲音播放的;制造業中的數控機床,交通信號燈的轉向時間顯示,家電產品中的CD、VCD、DVD等也都應用了數電技術。通過這些實例的介紹,可以使學生真正了解數字電路課程的重要性,從而能更加主動的去掌握所學知識。
培養創新型人才,就要實施創新教育,重視實驗教學,改變以教師為主導的教育模式,充分發揮實驗教學的作用,使之成為引導學生從實踐來獲取和應用理論知識的主要渠道,在完成驗證性實驗的基礎上,實驗大綱中安排智力競賽搶答器和電子秒表等一系列的綜合性實驗,使學生在由簡到繁的設計過程中了解設計工作的思路、方法,通過讓學生實際制作,使學生懂得如何進行理論和實踐相結合,加深對知識點的理解。
4結語
總之,我們只有立足于教學目標,選擇合適的教材,采取傳統和現代化教學手段結合方式,運用實例靈活教學,培養學生的創新能力,才能搞好教學,才能為學生走向實際工作崗位打下堅實的基礎。
參考文獻:
為適合高職教學的特點,合理安排教學內容。《電子技術》是一門基礎學科,其內容必須與后續專業課相符合,其理論知識部分涵蓋內容廣泛,包括模擬電路,數字電路,集成電路等等。所以在教學內容的選取上應以必要夠用為度,減少數理論證,以掌握概念,突出應用培養技能為教學重點。重點介紹電子器件的外部特性與功能及電子電路的定性分析與應用,而對其工作原理的分析則可以簡略介紹即可。對于電子測量部分,主要介紹常用電工測量儀表的基本原理和應用及實驗,可以放到實測中去講解和應用。在數字電路部分,一般教材在集成電路與最新的電子技術的發展和應用上內容很少,這部分內容尤其對非電類專業的學生用處較大。這就需要通過閱讀大量的電子類讀物,及時了解本專業中的先進科技和技術應用,為學生彌補教材老化過時所造成的知識上的斷層。
采取適合的教學方法與手段
采用傳統的先理論后實踐的教學方法,在以知識學科體系為中心的理論教學過程中由于學生邏輯分析能力較弱、造成部分學生上課聽不懂,作業不會做,通常學習積極性不高,從而對實踐動手也失去了應有的積極性。
應用新的教育教學手段,增加學生的學習興趣。學習興趣是學生主動學習的動力之一,學生對學習的追求往往來源于興趣。有興趣的東西可以激發學生的學習熱情,引起學生思考。如果可以讓學生在學習過程中帶著興趣去學習,可以說教學就成功了一半。以往在《電子技術》這門課程的講授中,教學方法單一,只能通過傳統的粉筆加黑板的教學模式講解課程,尤其對于許多重點難點內容更是如此,這也是造成學生對本課程無法產生學習興趣,覺得知識難懂,厭學的重要因素。《電子技術》這門課程中理論知識多,許多概念抽象,難以理解。在許多重點、難點內容上即使教師和學生花了足夠的經歷在上面也難以達到預定的教學目的和效果。現在有了多媒體技術,可以化抽象為具體。
用多媒體技術把文字、動畫、圖像的一體化效果制作成圖文并茂的課件,用生動豐富的畫面和音效吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣。同時也便于增強學生對所學知識點的理解和記憶。此外,此種形式的使用,還可以解決在課堂上板書所花的時間多的問題,使學生有更多的思考時間,可以大大提高教學效率。
采用仿真教學與實際操作的實踐教學
傳統的實驗教學方式和手段也比較單一,實驗教學要求學生在指定的時間內完成教師指定內容的實驗,而且大多數實驗還必須嚴格按照規定好的操作步驟進行。為了培養學生對《電子技術》課程的學習興趣,同時強化學生的動手能力,我們壓縮理論課時,大大增加實踐學時的比例,在理論學習后,讓學生自行設計小電路,實現電路的基本功能。學生設計好電路后,先在仿真實訓室中,按照自己設計的電路選好電子元件,在連接好電路,進行仿真,以實現電路功能。這樣不但可以節省原材料,還可以使學生在電腦上反復的設計、驗證理論知識,增強學生的學習興趣。在仿真實訓后,在進入實際操作實訓室,按照自己設計的電路,對元器件進行識別、檢測,讓學生先制作相應的實用小電路,這樣在很大程度上培養學生學習興趣,提高學生的動手技能。
采取靈活的考核方式
考核、評價學生成績是教學過程的一個重要環節。如何通過考試全面反映每個學生掌握知識及各種技能的程度,如何充分發揮考核在學生綜合能力培養中的作用,就必須對學生成績評定方式的改革。好的考核方法能給學生一個正確的學習導向,合理的項目的評價體系也是項目教學的重要環節,改革后課程的實踐內容大大增加,那么相應的總評成績中技能分值比例也要同步增加。
學生成績可以由期末成績、平時成績和實踐成績按一定比例構成,這樣可以較公正地、全面地衡量一個學生對該課程的學習情況。項目成績也可以采用單獨計量方式,對項目制作像課程設計一樣單獨設一門課,可以更好地調動學生的積極性,使他們認真對待每一次項目制作,并通過一套自評、互評和教師測評合理的評價體系可使各小組、個人看到自己的成功之處和不足之處,有利于以后項目的改進和提高。還應鼓勵學生課外進行創新小電路制作,并采用彈性考核的方式把學生課外制作作為附加分納入考核的范圍。
一、傳統電子產品設計中遇到的問題
1、傳統的電子產品,從設計、調試到驗證完成,一般采用面包板或專門的焊機板,通過手工裝配,再進行電路的反復測量、評估電路性能。當電路設計非常復雜時,采用這種傳統的設計方法,極易產生連線錯誤、器件損壞等人為錯誤,常會造成人力、財力、時間的浪費。尤其是設計集成電路時,傳統的設計方法無法模擬集成電路的真實特性。
2、電子產品的各項性能的分析,特別是消耗和破壞性的分析與測試。
3、設計過程中的大量的復雜的計算。
二、電子設計自動化的發展過程及解決的問題
在20世紀70年代到80年代中期,計算機技術和電子技術的發展促進了計算機雇主設計(CAD)理論的研究和應用,是CAD技術成為電子設計領域的新興學科。20世紀80年代中期開始,隨著高性能計算機技術的發展,尤其是微型計算機技術的發展,CAD技術邁向了其高級階段,出現了電子設計自動化(EDA)。電子設計自動化技術(EDA)是指以計算機為工作平臺,融合應用電子技術、計算機技術、信息處理技術、及智能化技術,進行鏈子線路與系統的功能設計、邏輯設計、性能分析、系統優化直至印制電路板的自動設計,它可以完成電子工程設計的全過程。利用EDA工具,電子設計工程師可以從概念、算法等開始設計電子系統,大量工作可以通過計算機完成,并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。其基本特征是以計算機硬件和相關軟件為工作平臺、最大限度地提高電子線路或系統的設計質量和效率,從而節省人力、物力和開發城本,縮短開發周期。
三、電子設計自動化的主要特點
1、設計過程自動化
在EDA的應用中,可以利用EDA應用軟件,實現由系統層到電路層再到物理層的整個設計過程的自動化。在設計過程中,設計人員可以按照電子線路或系統的指標要求,采用完全獨立于芯片廠商及其產品結構的描述語言,在功能級對設計產品進行定義,并利用應用軟件提供的仿真技術驗證設計結果。具體地講,設計人員可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統通過計算機機上自動完成。2、高度開發的集成環境利用計算機技術的支持,在計算機平臺上安裝功能不同的軟件,形成一個功能強大的EDA設計環境。在這個環境中,可以控制和管理設計方案、設計過程和設計數據,甚至可以讓這些軟件共享設計資源。這種高度開放的集成環境,包含了電路設計開發過程,而且其文件類型在不同的EDA軟件中是可以共享的。
3、高度智能化的操作
在EDA技術中,由于應用軟件的智能化設計,各種設計向導和提示十分完備,使電子設計人員不必學習更高深的專業理論知識,更不必進行手工運算,在應用軟件環境中,就可以完成線路或系統的設計,并得到精確的仿真結果。
關鍵詞:教學改革;實踐環節;電子信息工程.
中圖分類號:F407文獻標識碼: A
l 引言
集成電路的飛速發展使電子科學技術的面貌日新月異。電子產品在50年代以前是以電子管為核心器件,60-70年代逐步由晶體管代替,80-90年代則是以集成電路為主,并由全模擬電路轉為兼有模擬、數字信號電路且以數字信號電路為主的信號系統。計算機科學的興起及其廣泛應用深人到國民經濟的各個領域。計算機技術已成為實現現代化必不可少的手段,沒有哪個行業有電子工業這么快速的驚人變化。為適應科技高速發展的形勢,適應社會主義市場經濟的需要,必須轉變我們過去在計劃經濟休制下形成的教育思想,使教育真正面向社會主義市場經濟,面向世界,面向21世紀。
2 電子信息工程類大學本科生培養目標及必備的知識結構和基本素質
2.1 專業教育培養目標
面對當前這一新的形勢,新的教學改革大潮,世界上一些發達國家普遍認為大學生的工程教育不可能什么都學,也不可能學得太專,工程教育只能是基礎性教育,培養通用的適應能力強的人才。
國家教委結合我國實際情況,提出了高等教育要進一步拓寬專業面,加強基礎教育,加強計算機教學,加強實踐性環節教學的教學目標。我們認為電子信息工程類核心技術基礎課程的設置可以分為3大模塊,即:①電路理論、電磁場理論、信號與系統;②線性電子線路、非線性電子線路、數字邏輯電路;③計算機科學與工程。所涉及的內容是電工學、電子學技術中已經成熟的并帶有普遍意義的基本理論、基本分析方法和基本技能。它提供了電子信息工程類專業人員所必備的知識結構和基本素質,這些課程的內容是今后學習專業課的基本知識。
2.2.1 電路、電磁場與電磁波、信號與系統模塊
① 電路分析、信號與系統課程是電工類各專業的重要技術基礎課,它是核心技術的基礎與核心。電路分析基本內容是:電路與磁路、交流電路、動態電路的分析等。參考學時為90-100學時。
信號與系統基本內容是線性連續時間系統、線性離散時間系統分析、線性系統的狀態變量分析、隨機過程和信號處理等。參考學時為80-90學時。
② 電磁場與電磁波課程是核心技術課的組成部分,同時是一些新興邊緣學科的理論基礎,基本內容是:電磁場、電磁波、傳輸線和天線等。參考學時為80-100學時。
2.2.2 線性、非線性電子電路、數字邏樣電路模塊
線性、非線性電子電路、數字邏輯電路課程是電子信息工程教育中重要基礎課,是一門應用性很強的技術學科。線性、非線性電子電路課程的主要內容是:半導體器件、放大器、信號波形變換、功率電路、頻率變換等。參考學時為150-160學時。
數字邏輯電路課程的基本內容是:邏輯門電路、數字電子學理論基礎、組合邏輯與時序邏輯電路、大規模集成電路、模一數接口電路等。參考學時為70-80學時。
2.2.3 計算機科學與工程模塊
由于計算機科學的蓬勃發展及其廣泛應用,計算機系列課程是電子信息工程技術教育中的核心課程。根據中國計算機學會“93大綱”的規定,它包括9個領域、3個進程、12個基本概念,按照循序漸進的原則,我們認為包含以下基本內容:計算機數據錄入技術、編程語言和基本算法、數據結構與程序設計方法、計算機原理與體系結構、操作系統與軟件工程、人工智能、計算機網絡等。
2.3 實踐環節的改革在培養學生能力中的作用
實踐環節的重要性不僅在于加強對理論的理解,而且在學生的工程能力訓練和科研能力的培養方面有特別重要意義。實踐環節包括實驗課、綜合專題實習和畢業設計等。
實驗是實踐的主要環節之一,實驗課是綜合理論和實驗技術應用的聯合體,它為學生掌握知識和發展能力的統一提供了最佳條件,是全面培養學生的實踐能力(如動手能力、思維創造能力、自學能力、分析問題和解決問題的能力等)的基本環節。對培養學生的基本技能、探索精神、堅強毅力和求實作風等方面都有積極作用。綜合專題實習的主要任務是培養學生的工程設計能力,建立正確的工程設計觀點和經濟觀點。
畢業設計是對學生專業知識和能力的綜合實踐和考查,是學生在校期間受到的工程師素養和科學方法訓練的最重要的環節,根據我們的經驗,這一環節應當加強而不是削弱。
3 改革實踐環節的方案
3.1 基礎實驗教學應突出能力培養使學生達到如下要求:
① 熟悉常用的元器件的性能及使用。
② 熟悉各種常用電子儀器的使用及各種測試方法。
③ 能設計、組裝和調試常用電子電路, 檢查和排除常見故障。
④ 具有一定的工程設計能力, 建立正確的工程觀點和經濟觀點。
⑤ 能正確處理實驗數據, 進行誤差分析和撰寫科學實驗報告。
⑥ 能應用計算機進行工程設計和數據處理, 能利用計算機進行產品的輔助設計、分析等。
3.2 關于實驗教學課程體系的初步設想
3.2.1 體系結構框圖
根據原來按技術基礎課分別開設實驗課所存在的問題,為優化能力結構,設想將電路分析、信號與系統、電子線路、數字電路等課程的基礎實驗部分合并開設一門“基礎電工實驗”,內容安排由易到難,由簡單到綜合,覆蓋整個電子技術基礎學科的前兩個模塊。再開設一門課程設計性質的綜合實驗與綜合實習,突出培養工程設計能力。將計算機能力的訓練貫穿整個大學學習過程中,并與有關學科的教學環節相結合。考慮到計算機學科能為其它學科提供非常先進的工具,計算機學科的成果能為其它學科的發展創造前所未有的條件,因此在綜合實習階段和畢業設計階段要盡可能地運用計算機學科的成果。
3.2.2 關于各實驗模塊的說明
(1) 課程設計性質的電路綜合實驗
電路綜合實驗要求設計、安裝和調試一個電子電路或一個簡單裝置,檢查并排除實驗過程中出現的故障。設計題目有:多級放大器、OTL功放、直流穩壓電源、調制器、解調器、計數器、分頻器及數字鐘等。本實驗安排在3年級分段進行。參考學時為60-70學時。
(2) 綜合專題實習
綜合專題實習使學生得到工程設計中的方案論證、工程計算、安裝調試及撰寫論文等方面的基本訓練。綜合專題實習應是電子信息工程系統的一個分機,或一個較小的設備,在技術上已較成熟,在設計與調試方面有典型性與先進性。例如:電視機安裝與調試、音響系統安裝與調試、數字調諧器、各類報警系統、電子裁判系統、家用電器的電腦控制等。本實驗可安排在第7學期進行,可在校內進行,也可在工廠進行,可與生產實習、勤工儉學結合起來,實習期約為3-4周。
(3) 計算機能力訓練
計算機能力訓練包括計算機操作訓練、編程訓練、計算機輔助分析與設計、計算機接口實驗等。根據由淺入深的原則,全面貫徹中國計算機學會“93大綱”的要求,根據目前大多數高中畢業生的現狀,可在第一學期安排計算機操作訓練,然后是計算機編程訓練;在此基礎上可在數學、物理、電路與信號、電子線路等課程中應用計算機進行輔助分析和設計。另一方面,在電子電路、數字邏輯電路課程的基礎上可以進行計算機接口實驗,從而為利用計算機開發產品,進行綜合專題實習作好準備。
圍繞計算機學科的發展而進行的綜合專題實習應在計算機應用的典型系統選題,如數據庫管理系統、多路自動監測系統、綜合業務數字網(ISDN)通信系統、人工智能系統等。上機時數為150-200小時。
4 結束語
本文在東南大學教改的基礎上,根據學校的實際情況提出了實踐環節教改的實施方案它將國內外教改指導思想的先進性與國內的實際情況的可行性結合起來,可以為絕大多數院校所接受。寫作本文目的也在于拋磚引玉,以求加快教改的步伐。
參考文獻