電子電路課程設計教學研究

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摘要：結合水聲工程專業人才培養的特點和要求，以聲吶系統涉及的電子電路設計為重點，以引導學生建立本專業宏觀思維體系為目的，對電子電路課程設計的教學模式進行了研究，包括搭建模塊化聲吶系統設計平臺、改變課程設計指導方式、優化課程設計考核方式等方面。改革后的課程提高了學生的設計能力和分析解決實際問題的能力，對于訓練學生綜合運用所學知識、培養學生的綜合素質具有重要的意義。教學實踐表明，該課程的改革取得了較好的效果。

關鍵詞：水聲工程專業；電子電路；課程設計；教學模式

水聲工程是以海洋探測、海洋開發和國防建設為主要應用背景，涉及聲吶系統設計、水聲學、信號處理技術、電工電子技術、軟件開發與應用等多個技術領域的工程技術學科。該專業具有4個相對穩定、特色突出、優勢明顯的研究方向，即聲吶總體技術、水聲信號處理、傳感器及聲系統、計量與測試技術，而無論哪個研究方向，都離不開電子電路以實現信息采集、檢測、處理以及系統控制等核心功能。電子電路課程設計是水聲工程專業中最為重要的一門專業基礎課，重在培養學生的創新意識和科研能力。學生通過該課程的學習，可以進一步加深對模擬電子線路、數字電子技術、單片機等前續電類課程理論知識的理解，結合所學聲學類課程知識增進對聲吶系統設計與實現的宏觀認識，建立理論聯系實際的思想體系，同時還能提高系統設計能力和發現、分析、解決實際工程問題的能力[1]。如何科學地設置教學內容，合理地選擇適合水聲工程專業的特色教學模式，從而達到良好的教學效果，是該課程亟須解決和有待研究的重要課題。

1影響水聲工程專業電子電路課程設計教學效果的因素

水聲工程學科專業性強，為了突出專業特色、培養符合水聲工程領域迫切需求的復合型專業人才，所有的課程設置及教學內容安排均在不斷探索和創新，前期開設的電子電路課程設計雖然已經取得了階段性成果，但是與國外開設同類課程的著名大學相比，還存在一些差距。具體體現在以下幾方面。1.1課程缺少體系化系統設計　僅開展分散的模塊化設計訓練無法使學生建立宏觀專業思維能力。聲吶是利用聲波進行水中探測、定位和通信的電子設備。聲吶裝置一般由聲學換能器、電子系統、輔助設備三部分組成[2]，其結構非常復雜，不能單獨作為課程設計的題目，所以多年來，課程設計大多選題都僅局限于常規的電子電路設計類題目，忽略了與聲吶系統的聯系，脫離了專業背景[3]，設計選題如煙霧報警器、簡易直流穩壓電源、交直流放大器、函數信號發生器、定時器、交通燈等，這些題目與水聲工程專業聯系較少，無法體現專業特色，即便個別選題是聲吶系統中的一部分，學生也不能將其很好地與聲吶系統相結合，致使學生難以建立聲吶系統設計的宏觀思維。1.2教學過程中學生大多處于被動狀態　主觀。能動性難以充分發揮以往，課程設計采用在規定的時間、地點，以班級為單位由教師指導完成規定的實驗內容，這種教學模式限制了學生主觀能動性的發揮，束縛了學生的思維，導致學生缺乏獨立進行實驗研究和學習的能力，難以激發學生的實驗興趣，更無法培養學生的創新意識、提高學生的創新能力。1.3課程考核方式和考核標準單一　不易激發學生的學習熱情。學生作品驗收是對學生理論知識運用能力以及課程設計成果水平的評判環節，合理的評價機制對調動學生學習積極性、激發學生學習熱情具有重要的意義。目前，學生課程設計的成績高低大多由作品的最終優劣決定，這一考核、評價標準有待完善。首先，不同電子元器件間存在一定差異，會導致最終成果性能間存在差異；其次，同一成果的設計、實現方案也存在不同；再次，在設計實現過程中學生分析、解決問題的過程也不盡相同。因此，單獨憑借最終設計成果的優劣來確定學生的最后成績，在全面考核學生方面存在一定的誤判概率，缺少完備性，這樣的考核機制沒有將學生分析問題、解決問題的能力納入考核范圍，從而會影響部分學生的積極性。

2電子電路課程設計的建設目標及舉措

2.1依托學院科研背景　建設適用于教學的模塊化聲吶系統設計平臺。在進行課程設計時，要求學生獨立設計并實現一套復雜的聲吶系統具有較大的難度，但完成聲吶系統分機功能還是可以實現的。因此，實驗中心提出依據水聲工程學院的科研背景搭建一套模塊化聲吶系統設計平臺的教學思路[4]，該平臺設計包括收/發換能器、功率放大器、基礎底板、數據采集器等基礎功能模塊以及外部擴展功能電路模塊，具體以430單片機為核心的基礎底板和與課程設計內容相關的外部擴展功能電路模塊組成，各模塊間采用標準的PI(ParallelInterface)接口連接方式，各模塊既能單獨使用完成一定的功能，又可與實驗室現有數字電路實驗箱進行連接開展特定的實驗研究[5]。這樣既降低了實驗平臺開發成本，又實現了現有實驗設備的二次開發利用。模塊化聲吶系統設計平臺的構成如圖1所示，采用這種模塊化組合模式，便于系統更新、完善和擴展應用。任課教師的任務是基于模塊化聲吶系統設計平臺設計、創建難度適中的課程設計題庫。表1為采用模塊化聲吶系統設計平臺開展教學工作前后課程設計題目的對比，通過對比可以看出，平臺搭建之后課程設計的選題與水聲工程專業理論的相關度大幅度提高，水聲工程專業的相關理論得到了具體而深入的學習與應用。課程設計選題改革后，學生都能夠在聲吶系統設計體系的宏觀背景與思維模式下開展所選題目的實際設計與實現，在提高學生電路設計能力和解決實際問題能力的同時，培養了學生本專業的創新意識和創新能力。2.2教師指導方式由“填鴨式”向“任務驅動式”轉變?！W生學習方式由“學會”向“會學”轉變在課程設計指導過程中，教師的作用還包括激發學生的學習動力與激情，以培養團隊意識及合作體驗，讓學生主動完成由“學會”向“會學”的轉變。改變過去教師全程指導，有問必答，甚至直接給出參考電路的指導方式，教學方式由“填鴨式”向“任務驅動式”轉變。教師在給出設計指標和要求后，將學生分成若干小組，每個小組在明確設計要求后查閱文獻資料，提出具體設計方案并選定合適的電子元器件。在整個設計過程中，教師可以提供建議性參考資料，指出學生考慮欠佳的設計并引導學生科學合理設計，但不給出具體的設計方案，更不能具體給出設計原理圖。在整個課程設計期間，教師每周留出充足的答疑時間，回答學生提出的問題或啟發學生提出問題，直至課程設計結束。2.3改革課程考核方式　降低考核成績誤判率　。激發學生學習熱情傳統的考核方式是由教師確定學生的課程成績，對于理論課考試，這一考核方式是適用的，但是對于實驗類課程，這一考核方式就顯得有些不適用。因為學生選的課程設計題目不同，難以采用統一的固定評價標準進行分數評定，因此有必要提出一種科學的又能夠讓學生認可的考核方式?；诖?，實驗中心創新性地提出教師學生聯合打分的考核制度，具體做法是：由教師和學生組成評審小組，改變傳統由教師單獨打分的模式，學生和教師根據基本的評分標準共同為每個團隊評分?；镜脑u分標準涉及系統設計思想、電路方案論證、電路焊接調試、參數測量、測量結果與概算參數的比較及分析、PPT展示、現場答辯效果、問題的解決過程及結果、實驗報告的撰寫、團隊合作情況等，考核成績以A，B，C，D四個等級劃分。教學實踐表明，通過調整考核方式，大大增加了學生學習、創新的興趣與熱情，取得了很好的教學效果。

3結語

電子電路課程設計是水聲工程專業必不可少的實踐教學環節，在專業建設過程中發揮著越來越重要的作用。對該課程進行的上述教學模式改革實踐取得了良好的效果，按照改革后的教學模式，電子電路課程設計不但能夠鞏固學生已學電類、信號類理論課程知識，加深學生對課堂抽象概念的理解，而且提高了學生的設計能力和創新能力，并使學生對水聲工程專業的認識更加明確和具體，這些均有利于培養出理論基礎扎實、實際工作能力強的高素質水聲工程專業人才。

參考文獻

[1]郝憲鋒,劉復玉,李林.電路分析實驗教學的改革與探索[J].中國現代教育裝備,2016(19):61-63.

[2]劉伯勝,雷家煜.水聲學原理[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,1993.

[3]白銳,孫麗穎,趙越嶺.自動化專業實驗教學的設計與研究[J].中國現代教育裝備,2016(255):18-20.

[4]李林,陳璨,劉復玉.模塊化電子技術課程設計實驗平臺研制[J].實驗技術與管理,2015,32(12):103-106.

[5]粟濤,龐志勇,陳暉.“數字集成電路設計”課程教學內容的探討[J].電氣電子教學學報,2016,38(4):30-32.

作者:張淑娟 殷敬偉 周天 吳英姿 單位:1.哈爾濱工程大學水聲工程國家級實驗教學示范中心 2.哈爾濱工程大學水聲工程學院