• 竞赛式课程设计教学方法探索

     

      摘要:电子技术课程设计是电类专业本科教学中的一个重要组成部分。根据教学实践,总结了与企业合作开展竞赛式课程设计的教学方法和实施步骤。实践结果表明,这种形式的课程设计极大地调动了学生的学习兴趣,对培养学生的自学能力、分析能力、实践能力、创新意识和协作精神效果显著。同时该方法对其他实践教学也具有一定的借鉴作用。
    中国论文网 /9/view-9955893.htm
      关键词:课程设计;竞赛式;教学方法;实施步骤
      作者简介:陈林(1968-),女,浙江杭州人,华中科技大学电子与信息工程系,高级工程师;汪小燕(1963-),女,湖南衡山人,华中科技大学电子与信息工程系,教授。(湖北 武汉 430074)
      基金项目:本文系华中科技大学2010年教学研究项目(项目编号:085)的研究成果。
      中图分类号:G642.3     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)26-0121-02
      
      众所周知,实践教学是培养学生创新能力、实际动手能力和综合素质的一个重要环节。[1]近年来,高等教育越来越注重学生的实践能力培养,而在本科阶段提升学生实践能力主要有三大环节:实验课、课程设计和毕业设计。实验课主要是培养学生的初步实验技能;课程设计是学生首次进行的比较全面、系统的综合性工程设计训练,其目的是充分挖掘学生的自主创新能力,提高学生解决实际问题的综合实践能力。[2-3]在设计中,学生不仅能够运用所学的设计方法和理论,而且还涉及很多工程实际问题,从而加深对课程知识的理解和掌握,对学生综合能力的提高有很重要的作用;而毕业设计则是更为全面的综合性训练。课程设计在这三个环节中起着承上启下的作用。目前很多学校在专业基础课程中都开设了课程设计,以提高学生解决问题能力和创新能力。[4-6]
      硬件课程设计是在夏季学期为大三学生开设的一门必修课程,是“电子技术基础”、“电子线路设计与测试”、“通信电子线路”和“微机原理”等课程的后续课程,而华中科技大学的“电子技术基础”、“电子线路设计与测试”和“通信电子线路”都是“国家级精品课程”,多年来课程组的教师在改革课程体系、教学内容、教学方法及手段方面做了大量的工作,营造了良好的学习氛围,为硬件课程设计的改革打下了良好的基础。本文介绍的是与企业合作、以电子设计竞赛的方式来开展课程设计的探索和尝试。
      一、竞赛式课程设计
      1.竞赛式课程设计教学法
      课程设计的教学目标可以总结归纳为提高设计能力、提升综合实践能力、培养自主创新能力。
      传统的课程设计一般固定在学期结束前两周进行,题目比较成熟,有一定的侧重,综合性不强,学生在设计中一般不会遇到太多的波折和困难,无法完全达到课程设计的教学目标。为此我们在教学模式和方法上作了一些调整,也收到了一定的效果。
      从提高设计能力出发,我们以电子设计竞赛的方式来开展课程设计。参照全国大学生电子设计竞赛相应制定一系列的竞赛规则,3~5名学生为一队,以队为单位报名参赛,要求学生在课程设计限定的时间范围内,以队为单位独立完成整个作品的设计与制作。同时扩充了课程设计题目范围,加大了题目的难度,将全国电子设计大赛赛题进行适当转化,引入课程设计,提高设计的综合性和难度。
      其次从提升综合实践能力出发,要求学生完成从选题、方案论证、系统设计、系统实现、装配调试、系统测试、总结报告的完整过程。队内学生需集体商讨设计思想,确定设计方案,软件、硬件分工负责,团结协作,不仅增强了动手实践能力,培养了团队精神,同时在方案论证、数据处理、撰写报告等方面的能力也得到了锻炼。
      在培养创新能力方面,鼓励学生使用结合实际应用的最新芯片与开发工具,支持学生题目自拟,方案自选。同时注意以考核模式引导学生的学习和实践,在最终的成绩评定上创新性占有一定比重。
      为配合以上三方面的调整,我们采取了时间开放和元器件开放的教学模式。所谓时间开放是指将原来固定在学期结束前两周进行的课程设计延长为一个学期,这期间学生可自行预约实验时间进实验室。元器件开放是指给每个课程设计学生提供一定经费,由学生自己规划、安排、购买。这种方式一方面给学生提供了极大的设计空间,另一方面学生在这个过程中也会学到很多课本上学不到的知识,既是对学生能力的一种锻炼,也是一种经验的积累。
      2.具体实施方法
      (1) 选题。原则是采用适当难度与分量要求的指定课题与自选课题,使学生在规定的时间内经努力能完成任务,同时有利于进行创新设计并实现。
      考虑到课程设计是学生必修的实践性教学环节,教师命题都分为基础部分和发挥部分,绝大多数学生经过一定的努力都能完成基础部分,也有一定的成就感。同时鼓励学生自命题,但学生自命题必须经课程设计指导教师把关确认其课题合理性、实现的可行性、知识广度、专业深度与工作量。学生进行分组管理,自由组合,选出小组负责人,小组内部进行分工协作,每个人完成不同任务。
      (2)提出设计方案。学生根据所选题目去图书馆或网络查找相关资料,结合所学理论知识对选题进行认真分析;同时还须针对所拨经费进行元器件的市场调研,在此基础上提出切实可行的设计方案,并进行方案论证,包括实现方法研究、技术水平分析、理论计算推导和分析设计仿真等几个方面。
      (3)设计方案点评。教师对每个组的设计方案进行分析、评价和指导,指出其中存在的问题。同时督促学生在规定时间内备齐所需器件。
      (4)设计方案实施。即设计方案的具体实现阶段。包括根据设计方案画出电路原理图、PCB版图、制作PCB板、进行电路的焊接、模块功能调试和软硬件系统联调,并进行系统性能指标测试,将系统功能进一步完善提高。指导教师为学生提供技术支持,适时组织讨论、讲解和归纳总结,在实验室通过巡回指导发现学生出现的普遍问题,为学生提供解决问题的新思路、新方法。
      (5)设计成果展示。学生完成整个选题后,各个小组将在课程中展示实际成果,接受包含指导教师在内的验收教师组的评价、质询,并进行答辩。这个环节主要是考查学生基础知识、基本技能与方法的掌握程度及项目计划组织、工程实现、总结表达能力,观察学生实践过程中的构思、方法、设计等。
      (6) 总结与反思。学生进行项目总结,撰写设计报告,分析成功、失败原因、对前景的展望及对后续工作设想,并提交最终作品,编写作品的使用说明文件。
      二、实践效果
      第一次在课程设计中采用与企业合作的竞赛形式,共允许16个队参加,除两个队未完全实现功能指标外,其他队都较好地完成了课程设计任务。为鼓励学生在课程设计中的积极性和创造性,最终评出了特等奖1项、一等奖3项、二等奖4项。图1为学生设计完成的部分硬件作品,图2为学生设计的波形发生器系统的输出波形。
      这些作品虽然有其不完善和稚嫩的地方,但学生经历了整个过程,从中受益匪浅。在实践过程中,学生表现出了极大的兴趣,发挥了主动性和创造性。正如学生在报告中写的:“实验过程中,我们具有自由发挥的空间,过程由自己控制,是对我们全局把握能力的很好的锻炼。在装调过程中熟悉并学习了单片机语言、FPGA和模拟电路参数计算与调试技能,对以后的学习和工作都能带来非常大的益处。在此过程中,遇到了很多困难,在解决这些困难的过程中将理论和实际联系起来,把所学的知识运用到解决实际问题的过程中去。指导老师启发式的帮助也使我们收益良多。同时团队合作非常紧密,互相帮助和学习显得十分重要。这种方式不仅使我们在技术层面得到了提高,在团队合作、意见交流和处理人际关系的能力上也得到了锻炼。”还有的学生在报告中写道:“这样一个由我们自己选题、设计,并且完整的软件硬件皆有的设计,我们几乎是第一次接触,对我们的能力有很大的锻炼和提升。通过本次实验,大家对团队合作的重要性以及创新思维都有了深刻的体会。”

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