電子技術課程設計改革
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1.1電子技術理論課程的現狀
電子技術理論課程包括“模擬電子技術”和“數字電字技術”兩部分內容，涉及到的知識點比較多，內容更新慢，課程難度大，學時少。同時，理論和實踐聯系不緊密。現在教學的矛盾點在于，如何能把理論知識與當前的實際應用結合起來，既能克服理論教學與實踐教學的脫節問題，又能解決創新型人才培養與社會需求的脫節問題。現在我校正在向應用型本科人才培養的方向轉型，這種情況下，首先對電子技術理論課程的內容進行整合，使整合后的教學內容既要保證模擬電子技術和數字電子技術這兩部分內容的連貫性，又要為后續的“單片機”等相關課程打好基礎。其次還要考慮電子技術的實踐環節，因為實踐教學是培養應用型創新人才的重要途徑。在理論與實踐的銜接上，重點強化理論指導實踐的作用，并把實踐環節與新技術、新材料結合起來，使電子技術這門課程能夠立足于理論基礎，但是可以展望新技術發展的未來。
1.2電子技術實踐課程的現狀
目前，我校機電一體化專業的電子技術課程設計時間是一周，教師指定題目，學生3~4人為一組，每個題目僅限2組選擇，每組要求設計一個典型的電子電路應用系統。由于學時有限，設計的最終作品要求系統的原理電路仿真通過，并撰寫說明書，沒有要求必須進行硬件電路的焊接和調試。課程設計的這種教學模式雖然也在一定程度上鍛煉了學生對電子電路的綜合設計能力和仿真分析能力，但是沒有達到培養創新精神和實踐能力的目的。實踐環節首先面臨的就是學時不足的問題，對于沒有接觸過電子器件的學生來說，一周的時間要認識元器件、設計電路、仿真分析、制作PCB，最后要焊接調試實物，難度非常大，大部分同學基本無法完成。其次就是缺乏電子技術課程設計的平臺，沒有實物，比如二極管、晶體管和場效應管以及集成芯片等；沒有實訓場地，學生缺乏動手訓練的機會。因此，學生的理論知識還停留在書本上，沒有從抽象走到實物，從理論轉化為實踐。
2.電子技術課程設計的改革策略
我們國家是在2014年提出要加強應用型人才的培養，并且要引導一批本科高校向應用技術類高校轉型。我校機械電子工程專業實踐環節在現有的教學條件下，為保證應用型創新人才的培養，把課程設計分為選題構思、方案設計、仿真分析、硬件調試四個階段。1）選題構思：每年提供給學生的題目會根據學生人數有所變化，但是會保證3~4人一組，每個設計題目僅限2組選擇。同時還要考慮學生自選的題目，要求每個電路系統的選題都與我們生活或社會需求密切相關，比如設計一種在教學樓和宿舍樓道內使用聲或光控制的節能電路、智能交通燈控制系統、洗衣機控制系統、手機充電器等。然后對設計任務進行分解，使每名同學都有自己的設計任務。這種類型的選題很容易引起學生的興趣，使學生積極主動的參與到課程設計中來。2）方案設計：在完成同一個設計題目時要求設計方案要多樣化。不同的小組可以采用不同的設計方案，或者采用同一個設計方案但是不同元器件的參數值完成同一個設計題目。要求學生借助圖書館和網絡等資源查閱相關文獻，明確設計思路，提出設計方案，并且需要反復論證電路方案的可行性。這個階段既鍛煉了學生查閱和分析文獻的能力，又鍛煉了學生對一般電子電路的綜合設計能力。3）仿真分析：電子電路的仿真軟有MulTIsim、ELECTRONICSWORKBENCH（EWB）、ProteusProfessional等，學生可以任選一款仿真軟件，對本組設計的電路系統進行分析，通過修改元器件參數或者更換元器件，進一步完善電路設計方案，從理論上驗證了電路方案的可行性。這個階段通過電路系統仿真分析，既能達到理論結合實踐，又能培養學生以仿真實驗驗證理論的習慣。4）硬件調試：仿真分析后，由指導老師對電路方案進行審核，審核通過，學生會自行列出硬件電路所需要的元器件清單，統一進行購買。然后由學生在電路板上進行焊接、調試等。這個階段主要是培養學生的工程實踐能力和創新能力。總之，電子技術課程設計的改革解決了各個實踐環節如何合理分工、緊密銜接又相互支持等問題。實踐過程中充分調動了學生的學習積極性，在很大程度上提高了學生的工程實踐能力和團隊協作能力，為應用型創新人才的培養打下了良好的基礎。
3.電子技術課程設計實施方式
盡管課程設計的理論學時是一周，但是安排課程設計的時候一般會提前兩周到三周的時間把設計任務書發給到學生，并對課程設計的內容做詳細講解。預留一定的時間讓學生對相關資料進行查詢；定時和學生溝通，可以選取學生感興趣的題目，或者建議學生把課程設計的題目和生活聯系起來，去分析、觀察，提出自己的思路和想法，引導學生最終確定自己的方案；通過學習電路仿真軟件，對方案進行仿真分析，并進一步完善；統一購買硬件，進行焊接和調試。
4.電子課程設計實例分析
脈搏信號攜帶了人體健康方面的綜合信息，目前中醫診脈常用的方式還是人工診脈的方法，大夫一般會測量病人10秒內腕部的筋脈搏動情況進行大致計算，記錄病人1分鐘的脈搏次數。這種測量方法一方面比較耗費時間，另一方面測量精度也不高。因此，市面上產生了各種脈搏測量儀，雖然在醫療實踐方面獲得了一定的應用，但是并沒有一款脈搏測量儀獲得普及。針對目前的這種情況，我們讓學生設計了一款基于手機APP的脈搏測量儀，該款測量儀測量精度高，同時體積小，便于攜帶。現有的脈搏儀主要是往無創便攜式的方向發展，無創脈搏儀檢測的方式中主要是光電式居多，可采用紅光或綠光作為檢測光源，而現在大多數光電式脈搏儀都使用紅光作為脈搏檢測的光源。由于人體皮膚中含有的黑色素和血液中血紅蛋白對綠光的吸收率要比紅光好，所以本設計采用綠光作為脈搏檢測的光源。包括主控芯片模塊、液晶屏顯示模塊、脈搏傳感器模塊、通訊模塊及一些輔助功能模塊等。主控芯片模塊選用的是STC12C5A60S2單片機，在晶振頻率相同的情況下，該單片機的速度是普通51單片機的8~12倍，完全能滿足設計要求。液晶顯示模塊選用2.8寸TFT嵌入的ILI9341控制芯片，字庫芯片是GT30L32S4W標準點陣漢字庫芯片。脈搏傳感器模塊主要由一個綠光的LED燈、光檢測傳感器、單級放大電路和濾波電路組成。通訊模塊選擇了HC-05藍牙模塊，該藍牙模塊功率消耗低，方便開發使用。同時還有時鐘電路、穩壓電路、復位電路、按鍵電路和報警提示電路等輔助電路模塊。脈搏儀的測量原理是單片機內部設置一個定時器，進行2毫秒定時功能，當按下測量按鍵時，進入中斷子程序，每2毫秒進行脈搏信號的采集并進行A/D轉換，通過轉換后的數值比較確定脈搏的波峰和波谷，當信號為波峰時開始計時，等待下一次的波峰到來后結束上一次的計時，計算出這兩次脈搏間的時間差值，并存放于一個數組中，當數組記錄到10個數值時，對數組進行求平均值運算即得出兩次脈搏的時間差值，最后用一分鐘來除以得出的平均值即為一分鐘人體的脈搏次數。如果手機或者是帶藍牙功能的智能終端設備與本設計的藍牙連接了，測得的脈搏次數會通過本設計的藍牙模塊發送到手機的APP上。設計制作的脈搏測量儀硬件電路，由主控芯片、液晶屏、測量電路、藍牙模塊、按鍵電路、時鐘電路、復位電路等組成。經過不斷的調試的和完善，本設計實現了脈搏次數的測量、液晶屏顯示測得的脈搏次數、能與手機的藍牙APP進行通訊和復位、報警等功能。
5.結論
目前我校正在向應用型本科人才培養的方向轉型，但是現有電子技術課程設計環節的教學資源有限，我們通過改革解決了各個實踐環節如何合理分工又相互支持等問題，一方面提高了學生的學習興趣，另一方面又在很大程度上鍛煉了學生的工程實踐能力和團隊協作能力，為應用型創新人才的培養打下了良好的基礎。同時，讓學生設計了基于APP的脈搏測量儀，通過方案設計→仿真分析→焊接調試，使學生真正掌握了一般電子電路的分析與設計方法，既提升了自身的就業競爭力，又通過實踐驗證了這種課程設計的教學改革取得了良好的教學效果。
作者：孫洪穎 李緯華 楊永單位：廣東技術師范學院機電學院
