时间：2024-04-06 10:02:50
[关键词]电容器；储能；实验电路；创新设计；应用
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0395-01
电容器是电力系统、电工电子技术中的常用元件，也是电路的基本元件之一，同时学好电容器也为中等职业技术学校电专业的学生今后学习相应专业课建立必要的基础知识，电容器能够充电和放电是学习电容器的重点。
1.原电容器充放电实验电路简介
我们现在所使用的教材中提供的电容器充、放电电路如图1所示，分析过程是：当开关S置于“1”时，构成充电电路，开始时灯泡HL较亮，然后逐渐变暗，从电流表可观察到充电电流有大到小的变化，而从电压表观察到电容器上的电压UC由小到大的变化，即UC ≈ E；当开关S置于“2”，就构成了电容器的放电电路，灯泡HL逐渐由亮变暗，最后熄灭，从电流表可观察到电流由大变小，而从电压表可观察到电容器上的电压也逐渐下降，直至UC=0，表示放电结束。
以上这个电路是电容器充、放电电路的原理图，只适合纯理论性的分析学习，这样的电路已经不适应如今职业技术学校教学理念的要求，所以在实际教学中笔者尽量让学生在做中学，通过直观的实验现象将知识点展示出来，以降低学生的学习难度，提高其学习兴趣，因此，笔者对教材中提供的电容器充、放电原理图进行了创新设计，这样重新设计后的电路就比较适合于学生实验操作之用了。下面就介绍一下电容器充、放电电路在实际教学中遇到的问题及重新设计后的电路。
2.原电路存在的问题
在选用图1时，经过分析发现存在如下问题：
（1）这个电路中所有电器元件都没有标注具体参数，学生真正地去做实验，没有选用元器件规格的依据，也无法实际实验。
（2）实验现象不够直观，此电路要求充、放电过程中要观察灯泡的亮暗程度，同时还要观察电流表中电流的大小变化情况和电压表中电压值的大小变化情况，太复杂。
（3）原理上分析，电容器在充放电时灯泡的亮暗程度是逐渐变化的，但实际上电容器充放电的速度很快 ，灯泡会突然亮或灭，导致人用肉眼观察不到灯泡的亮暗变化。
（4）亲自做过此实验的人会遇到这样的问题，就是电容器通常会出现充不满电的情况，结果导致电容器两极板间的电压UC不能约等于电源电压E。
3.实验电路的创新设计
根据上述分析，笔者经过大量的理论推导和多次实际实验解决了上述电路存在的问题，在原电容器充、放电电路基础之上做了如下创新，实验电路如图2所示。
（1）电路参数的设定为使学生在实验中保证操作安全，电源采用10V直流稳压电源；该电路中电容器用耐压高于电源电压且容量较大的电解电容或油浸纸介电容，容量为470μF，接线时要注意极性，不要接反，如果接反会损坏电容器，甚至引起爆炸；灯泡选用与电源电压相符的即可（如果身边没有相应规格的灯泡用额定电压稍高于电源电压的指示灯也可）；电阻R1和R2所用规格分别是10K 0.5W和20K 0.5W。
（2）充、放电现象的创新。教材中所提供的电容器充、放电原理图中，让学生观察灯泡的亮暗变化的同时还要观察电流表和电压表上数值的变化情况，这样对于初学电知识的学生来说还不具备那么复杂的分析能力，所以笔者将电路中所使用的电流表和电压表撤去，只观察灯泡的亮暗程度。亦能说明电容器充、放电现象，这样实验现象变得更直观、内容也更加简单易懂。
（3）充、放电速度的创新。理论上分析电容器充、放电时，灯泡是逐渐变亮或逐渐变暗的，但实际在操作时，灯泡的亮暗变化很快，操作者观察不到实验现象，误认为实验是失败的，所以笔者根据能够反映电容器充、放电时间长短的参数τ=RC做了定性分析和理论性推导，再结合笔者自身的实践经验可知，实际上t=（3～5）τ时，充电或放电就已经结束，最后确定出限制充电时间的电阻R1的值选用10K，限制放电时间长短的电阻R2的值选用20K最为合适，这样充电或放电的时间限制在3～5S内，实验现象就具有一定的可观性，且能够有力的说明电容器具有充电和放电的特性。
4.实验中常见问题的处理
电容器充电实验时，电容器经常会出现充不满电的现象，电容器充电实验电路如图2所示，1和3相连时为充电；2和3相连时为放电。充电和放电时用万用表观察电容器两端电压时，电容器两端的电压就等于电源电压减去电阻R1两端的电压，为了使充电时间延长，R1要有一定的阻值，阻值太大，电容器两端电压与电源电压相差太大；如果太小，电容器两端电压是与电源电压近似相等了，但是充电过程太快实验现象就没有了可视性，所以，笔者经过大量的实验得出结论，电阻R1的值取如图2中的数值比较理想，这样既能是实验充电过程具有一定的可观性，且能是电容器两端电压是与电源电压近似相等了。
5.设计后电路在教学中的应用
实际教学中，在介绍电容器之前，可以让学生先观看实际使用中的电容器元件，例如：计算机内部显卡电路板上的各个元件，从感性上认识到电容器与电阻器一样也是电路中的常用元件，这样就可以很自然地引出电容器的概念，此时学生肯定会具有很强的好奇心，很想知道电容器在这个电路中有什么作用呢？实际上这也正是我们要向学生传授的内容，在这一环节中我们一定要打破传统的教学方式---教师给学生做纯理论性的分析讲解，因为这样的教学方法已经不再适用现代学生的学习要求，那我们教者怎么办呢？此时教师可以通过一段过渡性的语言引导学生：“你们是不是想知道电容器这个元件在电路中有什么作用吗？现在就让我们一起动手做一做，从实验中寻找答案吧”，在学生动手做的过程中，老师要围绕本次课的知识点提出几个相关的引导问题，让学生带着问题去做实验，通过实验现象就能自行回答出引导问题，从而也就把我们要学的内容掌握了，在实际教学中应用本文重新设计后的电容器充、放电电路，让学生先动手做一做，同时结合上述的教学方式，确确实实收到了非常好的教学效果。
总之，电工基础课的教学内容目前还存在理论性强、概念多、公式复杂、知识点分散、内容抽象等客观问题，所以通过对电容器实验电路的创新设计，使直观的现象和抽象的理论结合，让学生亲自动手操作，这样比较容易接受和理解，印象深刻，记忆牢固，从而真正地实现了在做中教、在做中学，这也正符合当今中等职业技术院校所提倡的一体化教学的理念。
参考文献
《电路》第四版 邱关源 高等教育出版社
《电工学》第六版 秦曾煌 高等教育出版社
论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。
随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。
1高职院校实验教学存在的问题
数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0
2开设数字电路设计性实验采取的措施
通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。
2. 1构建实验教学课程体系
数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。
为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。
基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。
提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。
创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。
数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。
2. 2加强实验教师队伍的建设
近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。
2. 3开放实验室
为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。
2. 4建设创新实训室
为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。
2. 5完善实验考核机制
对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。
现代信息技术http://以计算机技术为基础，分为软件技术和硬件技术。在硬件技术中,集成电路技术则是最为重要的核心技术。早在20世纪70年代末,美国就曾有人断言："像现在opec(石油输出国组织)左右世界一样,将来掌握了半导体技术的国家将左右整个世界。"正因为如此,各国对于集成电路的开发都给予了足够的重视。但与此同时,也有一些厂商采取非法手段获取他人技术秘密或者仿制他人产品,以牟取暴利。我国政府曾积极参与起草世界知识产权组织《关于集成电路的知识产权条约》（以下简称条约）,并努力促成了该条约通过。中国加入世界贸易组织后,《与贸易有关的知识产权协议》（以下简称trips）就对中国有了约束力,其中也包括集成电路知识产权的法律保护。
一、条约的主要内容
1、保护对象
保护对象为集成电路布图设计。受保护的布图设计必须具备原创性。条约中所规定的原创性不同于著作权法中的原创性，条约就此作了专门解释。具有原创性的布图设计，即"该布图设计是创作者自己的智力劳动成果，并且在其创作时在布图设计的创作者和集成电路制造者中不是常规设计"。
2、布图设计权利人的有关权利
（1）复制权
复制受保护的布图设计的全部或其任何部分，无论是否将其结合到集成电路中。
（2）进口、销售或者以其它方式供销
为商业目的进口、销售或者以其它方式供销受保护的布图设计或者其中含有受保护的布图设计的集成电路。wwW.133229.COm
3、布图设计权利人的有关权利的限制
（1）合理使用
为私人目的或为了分析、评价、研究或者教学而复制受保护的布图设计，或者在此基础上创作出新的具有原创性的布图设计的行为不视为侵权，也不需要权利人许可。
（2）反向工程
第三者在评价或分析受保护的布图设计的基础上，创作符合第三条第（二）款规定的原创性条件的布图设计（拓朴图）（"第二布图设计（拓朴图"））的，该第三者可以在集成电路中采用第二布图设计（拓朴图），或者对第二布图设计（拓朴图）进行第（一）款所述的行为，而不视为侵犯第一布图设计（拓朴图）权利持有人的权利。
（3）非自愿许可
《关于集成电路知识产权条约》规定，任何缔约方均可在其立法中规定其行政或者司法机关有可能在非通常的情况下，对于第三者按商业惯例经过努力而未能取得权利持有人许可并不经其许可而进行复制、进口、销售等行为，授予非独占许可（非自愿许可）。
（4）善意侵权
《条约》规定，对于采用非法复制的布图设计（拓扑图）的集成电路而进行的该款所述的任何行为，如果进行或者指示进行该行为的人在获得该集成电路时不知道或者没有合理的依据知道该集成电路包含有非法复制的布图设计（拓扑图），任何缔约方没有义务认为上述行为是非法行为。
（5）权利用尽
《条约》的权利用尽条款规定，任何缔约方可以认为，对由权利持有人或者经其同意投放市场的受保护的布图设计（拓扑图）或者采用该布图设计（拓扑图）的集成电路，未经权利持有人的许可而进行该款所述的任何行为是合法行为。
4、国民待遇原则
即任何一个缔约国在布图设计的知识产权保护方面给予与国国民待遇，也同样给予其他缔约国的国民。
5、布图设计保护期限
条约规定保护集成电路布图设计的最低期限为8年。
6、保护形式
缔约国可以通过专门法律或者通过关于著作权法、专利法，禁止不正当竞争的法律，或者通过上述法律的结合来保护集成电路布图设计。
7、争议的解决
通过协商或者其他方式使有争议的缔约国之间达成和解，若不能和解，则由缔约国大会召集专家小组，由该小组起草解决争议的参考性报告，大会基于小组报告和对条约的解释，向争议各方提出建议。
8、保留
条约第13条规定：对本条约不得做任何保留。
二、trips有关集成电路布图设计的规定
与条约相比，trips对集成电路布图设计的保护更加严格，主要表现在以下几个方面：
1、保护范围扩大
缔约方应将未经权利人同意而进行的下述行为认作是非法行为 ，即为了商业目的而进口、出售、或销售受到保护的布图设计，一种采用了受到保护的布图设计的集成电路，或者一种采用了上述集成电路的产品，只要它仍然包括一个非法复制的布图设计。
2、善意侵权要付费
善意侵权人接到足够清楚的通知，被告知该布图设计是非法复制的之后，侵权人对于在此之前已经获得的库存件或预定件可以进行上述行为中的任何一种，但是却有义务向权利所有者支付一定的费用。
3、保护期限延长
布图设计的保护期限不得短于自注册申请日起或者自在世界上任何地方进行的首次商业性使用之日起的10年。
如果缔约方不要求以注册作为提供保护的条件，对布图设计的保护期限不得短于自在世界上任何地方进行的首次商业性使用之日起的10年。
三、集成电路布图设计不能用专利法、著作权法保护的原因
1、集成电路布图设计不能用专利法保护的原因
无论在哪个国家,其专利法都要求受保护的技术方案必须具备实用性、新颖性和创造性。集成电路产品对于实用性和新颖性要求都不会有太大问题,问题的症结在于创造性。
（1）集成电路的制造者和使用者,在通常情况下最为关心的是集成电路的集成度或者集成规模的大小，如果就这种产品作为一个整体去申请专利,未必都能通过创造性审查。
（2）在集成电路设计中常常采用一些现成的单元电路进行组合。而在专利审查中,组合发明要通过创造性审查,必须取得对该发明创造所属技术领域的普通技术人员来说是预先难以想到的效果。
确实具备创造性的集成电路产品仍可申请专利以寻求保护。
2、集成电路布图设计不能用著作权法保护的原因
用著作权法保护集成的电路布图设计的难度有：
（1）集成电路布图设计的价值主要体现在实用功能上,这已超出著作权法所保护的范围。
（2）著作权法对所保护的对象没有新颖性和创造性要求,这种保护模式不利于技术进步和创新。
（3）依照著作权法,实施"反向工程"的行为将被禁止。未经著作权人同意,任何人不得随意复制他人作品。
3、集成电路布图设计不能用其它知识产权法保护的原因
在现有的知识产权法框架中,还有实用新型法、外观设计法、商标法、反不正当竞争法、商号或企业名称保护法、原产地名称保护法等，在现有的诸多知识产权法律门类中,实用新型法虽然是保护技术产品的法律,但是绝大多数国家和地区(法国、澳大利亚等国除外)的法律都要求受保护的实用新型都必须是具备固定形状或者结构的产品；有的还要求实用新型也必须具备创造性。而集成电路产品的创新点往往并不体现在产品的外在结构和形状上，故从总体上看实用新型法似乎并不适合集成电路的保护。
外观设计法所保护的是产品的新颖外观。外观设计法的保护对象决无任何技术成分可言。
1.电子技术基础课程设计的传统教学模式
我校以往电子技术基础课程设计是由2名指导教师负责一个班级，时间为2周，主要是讲解一些基础知识、焊接和调试技巧。课程设计的具体题目是由知道教师具体给定，一个班级共基本上给定1~2个题目，结果造成了设计方案雷同想象，无法充分发挥学生的主动性和创新性，不利于培养学生的工程实践能力和创新意识。另外，受硬件条件的限制，有些课程设计题目全部利用仿真软件完成，学生的工程实践能力不能得到充分的锻炼，更不用说创新了。
2.基于CDIO理念的电子技术基础课程设计教学改革的措施
“卓越工程师教育培养计划”是我国高等工程教育的重大教学改革项目，旨在培养造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。为此，我院进行相应的改革，把CDIO工程教育思想融入到电子技术基础课程设计中。以电子技术基础课程设计项目为载体，课题设计分为构思、设计、实施和运行四个阶段。（1）构思。学生根据电子技术基础课程设计任务及要求进行分组，每组3~4人，成员以优势互补的方式组成。每一组学生根据项目要求，分析课程设计任务，分解设计任务，每一名同学都有自己的设计任务。学生可以通过网络或者到图书馆查阅资料，初步确定电路设计方案、设计内容以及能达到的性能指标要求；然后小组内学生进行讨论、汇总，确定一个认为合理的方案，再提交给指导教师。指导教师根据每组学生提交的资料进行审核、论证、确定设计题目是否合理以及设计内容能否实现；同时检查是否每名学生都真正参与课题的构思。（2）设计。每组学生根据完善后的电路设计方案，自行查阅相关参考资料，确定单元电路设计、参数计算与器件选择、绘制电路图等；然后运用EDA技术进行仿真，验证设计方案的可行性和正确性；待仿真电路经修改完善之后，绘制出正确的设计电路交指导教师审核。在此阶段主要培养学生综合运用知识和技能解决实际问题的能力。（3）实施。当学生完成了电路设计，并做了相应的论证后送至指导教师进行审核，指导教师列出实现电路设计所需元件清单，到我院电工电子教学与实验中心元器件管理处领取元器件，在多功能的PCB电路板上进行焊接、组装、调试等步骤。在此阶段主要培养学生的工程实践能力和创新能力。（4）运行。学生对完成好的作品按照电子技术基础课程设计的要求进行系统测试，以验证作品是否满足设计要求；指导教师验收作品时，检查电路设计的工艺并给出指导意见，以便学生下一次设计电路时改进。在此阶段主要培养学生可持续发展的能力。总之，电子技术基础课程设计在实施中始终注重将知识、能力、素质的培养紧密结合，将理论、实践、创新合为一体，为卓越工程师技术人才的培养奠定了基础。
3.电子技术基础课程设计教学改革的效果
通过对电子技术基础课程设计进行教学改革，使学生对电子电路的设计过程更加清楚了，充分调动了学生学习积极性、主动性、能动性，同时可以很大程度上提高学生的的工程实践能力、团队协作能力。通过这种模式的培养，我院学生在参加大学生电子设计竞赛和创新创业训练计划项目中取得了较好的成绩。近三年在全国（吉林省）大学生电子设计竞赛中，我院学生获一等奖15项，二等奖34项，三等奖41项；在2016年的吉林省大学生创新创业训练计划项目中我院学生共计申报19项。
4.结束语
实践证明，在电子技术基础课程设计教学中采用的CDIO工程教育模式极大地激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率。CDIO工程教育模式有利于培养学生个人专业能力和素质、实践能力和创新能力、团队精神和沟通能力，为学生今后开展工作打下良好基础，将成为培养卓越工程师人才的有效途径。
作者:孙立辉 单位:吉林化工学院信息与控制工程学院
参考文献：
【关键词】卓越计划 电工电子虚拟实验 Multisim10 模块化
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）11-0223-02
1.引言
“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是教育部促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在以实施卓越计划为突破口，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。
浙江科技学院是一所致力于培养具有实践能力、创新精神和国际素养的高素质应用型专门人才的大学，是教育部第一批执行“卓越工程师教育培养计划”的高校之一。为了实现“卓越计划”我校进行了一系列的教学改革创新。实践教学是我校教学改革的重要环节，而电工电子实验课程是工科类专业的核心课程，也是最基础的实践课程，因此电工电子实验教学内容和教学方法的改革对学生综合素质的提高、创新能力的培养和“卓越计划”的顺利实施具有很大的影响。
在电工电子实验改革中，我们引进了模块化的实验理念，按专业、开设课时要求分基础训练、综合设计、创新实验3大实验模块。在各个模块实验中，不是学生简单地按照教师制定的实验步骤方法得到实验结果，而是教师提出实验要求、设计指标和主要参考仪器设备元器件，需要学生利用所学的理论知识，完成实验方案、实验电路的设计，列出实验步骤，完成实验和参数测试，这就需要学生反复不断设计、实践。使用现有的实验设备台套数不够，一旦设计不合理线路错误会烧坏元器件，损坏仪器设备。而且随着电子技术的高速发展，新技术和新方法不断涌现，实验硬件设备仪器的更新远远跟不上知识的推陈出新和电子技术的日新月异，这严重阻碍了学生的实践和创新能力的培养。虚拟电工电子实验平台很好地解决了上述问题。
2.电工电子虚拟实验平台
电工电子虚拟实验平台是利用EDA技术在计算机上运用专业软件完成电子设计、电路仿真运行、参数测试。在计算机上做电工电子路实验所用的元器件、测试用的仪器仪表、导线以及电路连接等，全部由软件模拟实现。教师可以利用虚拟元器件库丰富的元器件方便地搭出各种电路演示给学生看，可以把最新的技术及时传授给学生。学生随时可以在虚拟实验台上运行教师要求的实验，又可自主设计实验，有利于学生动手能力、设计创新能力的培养。而且只要有计算机安装专业软件就可以实验，提高了实验设备利用率以及实现电子电路与系统的EDA，电工电子虚拟实验平台也是当今电子技术实验室的一个发展方向。
随着电子技术的发展，越来越多的计算机仿真软件和虚拟仪器相继出现，我们在电工电子虚拟实验教学中选用了目前国际上比较流行和得到广泛应用的Multisim10软件。
3.Multisim 10软件介绍
Multisim10仿真软件是美国国家仪器有限公司（简称NI公司）推出的一款专门用于电子线路仿真与设计的EDA软件，是迄今为止在电路级仿真上表现最为出色的软件。有了Multisim10软件相当于拥有了一个设备齐全的电工电子实验室，它不受时间、地点、设备的限制，可以非常方便的从事电路的设计、仿真、分析工作。其特点如下：
3.1 Multisim10具有丰富的元器件库：教育版有13000种元器件，为学习者提供了虚拟的3D面包板实验平台和3D元器件库，使用者可以方便的搭建电路并在虚拟面包板上模仿电路行为。还配备了一个功能强大和有完整的原理图的元器件编辑系统，可以方便的编辑元器件参数和创建新的元器件，使得元件库中的元件与电子技术发展同步，满足不同层次使用者的需要。
3.2 Multisim10具有多种常用的虚拟仪器仪表：仪器库包含了示波器、函数信号发生器、IV特性分析仪、频率计数器、扫频仪、失真度分析仪、逻辑分析仪、逻辑转换仪、频谱分析仪、网络分析仪和数字万用表、功率表等10多种虚拟仪器。配备了仿安捷伦、泰克常用品牌的虚拟仪表。还可以运用LabVIEW实现完全自定义的虚拟仪器。
3.3Multisim10具有强大的仿真分析功能：提供二十多种分析功能。运用虚拟实验平台，通过仿真分析，不需要构造具体的物理电路，也不需要使用实际的测试仪器，就可以确定电子电路的工作特性。可以通过运用仿真数据来提高测试能力，减少失误，缩短设计时间，增加设计量。
Multisim10界面形象直观、操作方便，易学易用，有利于培养学生的综合分析、开发和创新能力。
4.Multisim10运用于电工电子实验教学
4.1 Multisim10在基础训练模块中的应用探索
在电工电子基础训练实验模块中，主要为学生安排的教学内容之一是掌握电类基本的仪器仪表使用，如：示波器，毫伏表、函数信号发生器、万用表，电源的使用。之二是配合理论教学的原理性分析实验，例如：电路原理的网络等效变换、RC回路的串联谐振；模拟电路的单管放大电路性能指标测试、负反馈电路；数字电路实验的门电路教学、时序逻辑电路的分析，555定时器的电路原理等等。这些原理性的实验内容按照传统的实验方法需要大量的仪器设备，花费学生很多的正常学习时间才能完成。现在我们可以利用 Multisim10多种常用的虚拟仪器仪表库和强大的仿真分析功能，把这类实验安排在计算机上模拟分析。按照专业要求，电类专业选修电路、模电、数电电子技术实验的同学，基础训练实验在课外仿真实验平台上完成。物理仪器设备的使用，实际电子电路的连接调试在后续的综合设计模块中实现。非电类专业选修电工学实验的同学挑选1、2个实验在物理实验台上完成，大部分实验内容要求在课外计算机上仿真修习。学生提交实验报告，教师利用网络平成实验指导，及时解决学生提出的问题。仿真教学打破了实验室空间设备的限制，突出了教学以学生为主的模式，开阔了学生的思维。
4.2 Multisim10在综合设计模块中的应用探索
“卓越计划”中为了提高学生的工程能力培养，在电工电子实验中综合设计实验项目处在主要地位，教师提出设计任务，要求学生采用现代设计手段，先进的器件来完成设计要求，完成产品的制作和参数测定。提出的综合设计题目如：函数信号发生器设计、电子温度计设计、数字万用表的设计、电子定时电路设计、电子遥控器设计等等，要求学生从多个设计项目中选择1-2个综合设计实验项目，也可以自行拟题完成。综合设计强调的是学生自主设计。但在电子科技高速发展的今天，新器件、新材料不断出现，各实验室由于实验资金的限制不可能备齐最新的实验器材，阻碍了综合设计实验的顺利完成。而且在调试过程中一旦设计不合理，线路有错误，就会造成元器件烧坏，成功的希望也随之破灭。Multisim10电子虚拟实验平台有丰富的元件库，可以创建最新的元件和编辑参数，有各种各样的仪器仪表，可以反复调试、仿真，不断修正设计，事先排除大部分设计缺陷，然后利用实际元器件模型创建电路，最后将二者的仿真分析结果进行比较，使得设计更加合理。而Multisim10形象的电路仿真运行功能和强大的电路分析使学生在设计过程中获得了无限乐趣，提高了学生的学习积极性。
4.3 Multisim10在创新实验模块中的应用探索
在创新实验模块中安排了开放实验项目和电子竞赛项目。如太阳能最大功率点跟踪控制器设计、三相正弦波逆变电源设计等等。系统设计综合性更强，电路更加复杂，需要学生掌握的知识更加广泛，运用了一些集成度比较高的元器件，使用的分析仪器更加专业，常规功能的实验室不可能备齐各种仪器设备和大量的元器件，很难满足要求。而Multisim10电子实验平台有逻辑分析仪，频谱分析仪、逻辑转换仪等仪器为电路仿真提供了强大的保证，有丰富的元件库，学生可以采用多种设计方案，不断仿真调试，达到最佳设计，提高了学生的自学、探索和创新能力。
5.结论
实践证明，电工电子虚拟实验在“卓越计划”执行中起到了培养学生工程能力、创新能力的作用，使学生掌握了先进的电子电路设计方法，弥补了硬件实验教学的不足，为学生提供了广阔的设计平台，提高了学生工程实践能力和就业竞争力。
但是仿真实验只存在于虚拟实验中，设计的最宗目的还是以产品形式体现，我们的学生所缺乏的实际操作能力是无法用虚拟仿真来获得的。因此，将虚拟实验与传统硬件实验有机的结合，实践与理论相结合，培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才是我们努力的方向。
参考文献：
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[5]陈瑞旭，张亚学，陈可中．NI Multisim 10软件在单片机学习中的应用[J]．广话大学学报（自然科学版）．2007（S1）：268-270．
全国大学生电子设计竞赛是信息产业部人事司和教育部高等教育司主办的四大学科竞赛之一，是具有权威性和很大影响力的全国性电子类专业大学生课外科技竞赛活动。全国大学生电子设计竞赛的开展，不仅提高了大学生的电子设计制作能力、创新能力和协作精神，同时也促进了电子技术类课程的教学改革和教学质量的提高。我校自2005年开始已连续参加了三届，本文依据我校参赛和培训的情况，浅谈我校以全国大学生电子设计竞赛促进电子技术类课程实践教学改革，培养学生的实践能力和创新能力的体会。
1.全国大学生电子设计竞赛的意义
1.1有利于培养学生的创新能力，激发学生对实践课的兴趣
传统的实践教学是理论教学的辅助，实验内容多数是验证理论知识，学生根据实验指导书上的方法和步骤就可完成实验，整个实验过程学生完全是被动的[1]。这样的验证实验不能实现对学生实践能力和创新能力的培养，难以激发学生的对实践教学的兴趣。全国大学生电子设计竞赛要求参赛学生在四天内完成从选题、搜集资料、设计方案、分析论证、元器件选择、硬软件设计、组装、调试、测试、排除故障、做出成品和撰写设计报告的全过程，并且要求三人组队参赛，是对学生综合素质的全面考核，具有极大的挑战性[2]。比赛中既要动手操收稿日期：2011－4－16基金项目：湖南省教育厅教学改革资助项目“应用型本科电子技术专业实践教学体系改革的研究与实践”（项目编号：湘教通[2009]321号）。作者简介：张新安（1957－），男，湖南永州人，本科，副教授，研究方向为数字信号处理及实践教学改革。作，又要理论分析。经过培训和参加竞赛的学生，其实践能力与创新能力都得到很大的提高，同时激发了学生对实践教学的兴趣。
1.2有利于增强学生的竞争意识和就业能力
在电子设计竞赛中能脱颖而出的都是理论知识扎实，动手能力强，经过严格训练，具有创新意识和协作精神的优秀学生。无论获奖与否，参加过培训和电子设计竞赛的学生，在系统设计、方案论证、合作精神与创新能力等方面都有很大的提高，在毕业设计中受到老师的青睐，在实际工作中，表现出较好的独立性，创新精神、协作能力与竞争意识，得到社会及用人单位一致的肯定和好评，增强了就业能力[3]。
1.3有利于推动电子技术类课程的教学改革
电子竞赛题目是一批高水平的教授、专家根据电子技术发展的最新信息拟出的。选题涵盖了模拟电路、数字电路、高频电路、单片机应用、可编程器件、传感器技术、自动控制技术和EDA等课程的内容[4]，竞赛中既要考察学生的实际动手能力，又要考察学生的理论知识和创新能力；既有涉及知识面广、功能多的系统设计，又有单一功能的电路设计；既有以指标性设计为目的的题目，又有以功能性设计为目的的题目；既有基本要求，又有发挥部分，同时在电子设计竞赛中又鼓励学生使用新技术、新器件和新电路，以满足先进的技术指标。所以，对电子技术类课程的教学改革具有指导和推动作用。
2.对参赛学生的能力要求
参加电子设计竞赛的学生应具备的实践能力包括[5]：电子元器件的识别及使用方法、印制电路板设计与制作等电子设计制作基础；集成直流稳压电源、运算放大器电路、信号产生电路和处理电路、显示电路和A/D转换器等单元电路设计；通用键盘及显示电路、单片机与液晶显示接口电路、单片机与D/A和A/D转换电路等单片机最小系统设计；FPGA最小系统和配置电路的设计及FPGA的最小系统板下载等可编程逻辑器件系统设计，以及资料查阅、综合系统设计、创新设计和撰写设计报告等。
3.电子设计竞赛中反映的问题我校历届培训及竞赛现场，主要表现出以下一些问题[6]。
（1）查阅参考资料的能力差。在拿到竞赛题目后，学生都是先翻教科书，不去查找具有最新技术的期刊文献，特别是上网搜集资料的能力差。
（2）对知识的综合应用能力不强。对一个制作项目能够提出的设计方案很少，不能对方案进行充分的论证和比较，生搬硬套参考电路，不能设计出简单先进的电路，综合应用所学知识分析和解决问题的能力较差。反映我们的实践教学缺少综合性、设计性实验的训练。
（3）新技术、新器件的应用能力差。有的制作项目如能采用新技术、新器件，如FPGA、CPLD等实现系统设计，不仅性能指标优于传统电路，而且电路简单。反映我们的实践教学内容陈旧，不能紧跟电子科学技术的发展。
（4）不适应工程设计技术指标要求。竞赛中学生对竞赛题目的各类技术指标的实现和改善上感到无从下手。
（5）实验动手能力不强。竞赛过程中，一部分同学在安装、焊接、电路调试、故障查找和排除等过程中操作不熟练，不能适当地设计实验数据表格，不能通过对实验数据的归纳、总结去分析、解决问题。反映我们的实验教学验证性实验多，综合性、设计性的实验少，学生的动手能力和综合运用能力没有得到应有的训练。
（6）单片机知识的应用能力有限。很多竞赛题要用到单片机的知识去完成设计，部分参赛同学因单片机知识与应用能力不够，未能取得较好的竞赛成绩。
（7）设计报告撰写的质量不高。设计报告的格式与内容存在很多缺陷，方案论证不够充分，理论分析不够严谨。反映我们的实验课教学忽视了实验报告这个重要环节。
4.电子技术类课程的实践教学改革
根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求，针对学生在培训和竞赛过程中暴露的问题，我们对电子技术类课程的实践教学进行了如下改革。
4.1改革实践教学体系
依据学科专业特点，结合我校实际，将实践教学从理论教学中分离出来，单独设课、单独考核，构建起一个与理论教学体系相互匹配，相互联系、相互补充，相对独立、科学优化的实践教学体系。将实验教学环节划分为三个层次[7]。
（1）基本技能训练层：以电子工艺实习、实训为教学内容，掌握万用表的使用，电子元器件识别、检测，印制板制作、焊接，直流稳压电源组装，收音机安装调试等基本操作技能。以电路分析、电子测量、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课的实验为教学内容，掌握信号发生器和示波器等常用仪器的使用方法，培养正确记录、处理数据及分析实验结果的能力。
（2）课程设计实验层：以电子技术、单片机技术、EDA技术等课程的实验为教学的主要内容。通过对简单电路的设计，熟悉常用电子元器件，学会查阅元器件手册及通过互联网寻找所需资料的方法，让学生通过安装调试，学会通过调整元件参数，满足实验指标要求。
（3）综合设计实践层：以传感器技术及应用、单片机技术、EDA技术、电子系统综合设计等课程实验、电子设计竞赛等课外活动为实践教学环节，掌握用最先进的设计平台和最新的工具进行高效的综合设计，用组装的系统电路板，用电子设计自动化仿真软件Matlab、Muhisim等工具，进行“虚、实、软、硬”相结合的现代电子技术设计实践。要求学生能独立完成从设计到制作的全过程，提高学生运用所学知识进行电路级的综合设计能力以及系统级的开发应用和创新能力。
4.2更新实验教学内容
实践教学改革的关键是教学内容的改革，要根据认知规律、学科特点、实践教学自身的规律和学生实践能力、创新能力的培养要求，更新实验内容。
（1）减少验证性实验，增加应用性、设计性、综合性、创新性实验。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系统和虚拟仪器等先进的实践教学内容[8]。增加单片机课程设计的实验课时，加强其实验和设计应用，增加EDA技术和Protel课程设计的实验课时，加强Protel电路设计软件和EDA电路设计仿真软件的实践应用；增加电子实习课时，增加和竞赛有关电路的制作内容。实践教学内容要体现最新的科技成果，反映运用现代科学技术成果的新的实验技术和新的实验方法，实现实践教学内容的与时俱进。
（2）增加能培养学生实际操作能力的工艺性操作实践。注重电子元器件特别是新型元器件的使用[9]。元器件选择方面，除个别验证性实验仍保留部分分立器件外，其余均采用集成化，数字化，模块化的器件，如集成稳压电源、集成运放、集成功放、集成A/D，D/A等器件，RAM、EPROM集成电路，以及ASIC可编程控制器。对于综合型、设计型实验，指导学生选择最新器件来完成设计。
（3）对整个课程体系的实验内容进行整体优化组合，将同类课程体系或同类学科的实验项目合并，创建新的综合实验课程，实现学科之间实验内容的互相交叉渗透。修改综合设计内容，把本专业的理论知识同单片机技术和PLC技术更多地结合应用，并把电子设计竞赛知识结合其中。
（4）设立学生科研基金，资助运用新技术、新器件、新思想的电子设计与制作的学生课题[10]。把科研引进教学过程，鼓励学生参与教师的科研工作和生产中急需解决或探索的实际问题的研究，培养学生的方案论证、装配、调整、检测，数据处理、数据分析、总结归纳，撰写科研论文等能力。
4.3改革实践教学方法
（1）实施开放式实践教学在实践内容、实践时间、实践方法、组织形式等方面实行开放式教学，打破时间、空间的限制，提供给学生进行创造的环境，让学生真正成为学习的主体[11]。在实验内容上，设定必做实验、选做实验和自主实验的比例，前者保证教学基本要求和基本技能训练，后者则由学生根据自身的条件与兴趣，在众多的实验课题中选择，以达到因材施教的目的。课程设计、综合性、设计性实验，教师只提出设计的总体要求和要达到的效果，不制定统一的参数指标，设计步骤，给学生一个较大的创造空间。提倡方案的多样性，给学生充分的创新机会。由学生完成从方案制定、电路设计、元件筛选、焊接组装、程序设计、系统调试到设计报告撰写、答辩等全部过程，教师变指导为引导，充分发挥学生的主动性。
（2）增大实验室开放的力度在安排好课内实验教学的基础上，充分利用实验室资源，制订实验室的开放项目、开放计划。在实验室开放时间里，为学生提供实验场地的同时，还为学生提供万用表、信号源、示波器、电类实验箱、单片机实验箱等设备，还安排教师进行现场指导。建立现代化的实验中心网上实验预约与管理系统，在开放的平台上，选做实验和自主实验学生可以个人预约，预约的内容包括实验时间、场地、内容、指导教师等，这种“集中”和“自由”相结合的开放管理方式，提高了实验室和仪器设备的利用率。
（3）开设电子技术实践选修课根据现代电子技术的发展和全国大学生电子设计竞赛的情况，我们为电类专业的学生开设了如“电子制作”、“电子创新设计”等选修实践课，内容包括简单电路、系统电路和有创新特色的电子电路等的设计与制作等，为爱好电子设计的学生提供更多的学习机会。
（4）举办校内电子设计竞赛，激发学生学习兴趣我校每年举行的全校大学生电子设计竞赛，按照全国大学生电子设计竞赛的方式进行，在为电子设计爱好者提供施展才能机会的同时，也为参加全国大学生电子设计竞赛选拔了队员。在校领导和有关部门的支持及全国大学生电子设计竞赛的影响下，参赛人数逐年增多，大学生电子设计竞赛已成为我校学生最喜爱的科技活动。
（5）认真组织学生参加全国大学生电子设计竞赛我校是专升本不久的本科院校，电子类专业的办学时间不长，基础薄弱，参加全国性的电子设计大赛的经验更少，我们把参赛作为学习、实训、取经、提高的过程，参赛成绩逐年提高。
关键词：PCB设计及制作 电子专业 CAD教学 互助教学
目前，我国许多职业院校的电子专业普遍开设PCB设计及制作课程。PCB即Printed Circuit Board，是印制电路板的简称，是电子元器件的支撑体和电气连接的提供者。PCB设计及制作课程是一门理论与实践紧密结合的综合课程，它的教学目标是培养学生的电路设计能力、开发创新能力、资源整合能力和解决实际问题的能力。PCB设计及制作课程在职业院校电子专业的发展和实际专业课教学中起着不可替代的作用。
一、行业发展的需要
随着我国制造业的转型升级，电子制造业逐步成为支柱产业，各类电子产品随着科技的进步不断更新换代，而在庞大的电子领域中，PCB却以无可取代的位置引领着电子行业的发展。目前，全球PCB产业产值占电子产业总产值的四分之一以上，产业规模达400亿美元，已经成为当代电子产业中最活跃的部分。
PCB的制造品质是电子产品可靠性的基础，它直接影响电子产品整体质量和竞争力。我国作为电子制造业的大国，已经成为世界第二大PCB产出国，PCB产业在世界上拥有举足轻重的地位。但随着电子产品向微型化、集成化、高速传输、高频方向的不断发展，在对PCB抗干扰能力、工艺上和可制造性上要求越来越高。因此，培养大批具有较高PCB设计应用能力和PCB制造工艺水平的高级应用型人才，是职业院校电子专业目前所面临的一项艰巨任务。培养具有PCB设计及制造能力的高级应用型人才，不仅满足电子行业发展的需求，还将进一步拓宽职业院校电子专业学生的就业渠道。
二、专业发展的需要
目前，各级职业院校的电子专业教学都开设了基础专业课，针对基础专业课也开设了与之相对应的实验课程，这些实验课程的教学目的是使学生通过电路仿真或者实验手段来验证课堂上所学习的理论知识，而在学生的专业技能和创新能力上的培养收效甚微。在职业院校的教学中，电子专业学生开设PCB设计与制作课程，必将引领教学由基础型向综合型、应用型和创新型发展。
第一，PCB设计及制作课程可以发挥其实践性强的优势，在学生巩固所学的专业基础知识上，由最初的电路原理图仿真上升到PCB电路板的设计与制作。这一阶段的教学将使学生对电路的理解，不是简单地停留在抽象层面，而是提高到了具象层面。
第二，通过对PCB电路板的设计也可以使学生更深入地理解每个元器件的特性、功能、管脚分布和封装形式。
第三，在PCB设计制作过程中引入相关规范标准比如ISO9000标准、CCEE认证、FDA认证、UL认证等，能够有效地培养学生的规范意识、标准意识和质量意识，同时大型PCB板的设计及制作还有利于培养学生的团队协作意识。
第四，在以培养技能型、应用型人才为教学目标的职业院校，技能大赛和创新大赛成果永远是衡量一个学校教学水平的标尺。PCB设计及制作课程有利于培养学生的动手能力、创新能力和解决实际问题的能力，为今后学生参加省市级或全国电子产品设计大赛、创新大赛、就业或继续深造都打下了良好的专业技术基础。
三、CAD教学的需要
根据电子专业的专业课程标准，在电子CAD课程教学中一般按照电路原理图的绘制、电子元件库的建设、印制电路板设计、元件封装库的建设几个方面进行。在实际教学中往往会出现以下两个方面的问题：
一是以上各个功能模块之间的教学缺乏项目性和整体性，学生往往认为它们是孤立的知识点，不能很好地将各个部分进行有机整合。
二是由于部分任课教师缺乏实际PCB研发和制板经验，所以在教学中多注重对CAD软件的具体操作，而忽略对线路板设计可靠性、制作工艺的可行性以及测试方法的实用性教学。教学与生产实际相脱离，导致学生在CAD课程学习结束后，仅仅掌握了使用软件绘制电路原理图和利用软件自动生成功能设计简单的PCB电路板，至于设计的PCB板是否符合行业规范，是否具有可制造性、可生产性则不得而知。
因此，在职业院校电子专业教学中开设PCB设计与制作课程是对电子CAD课程教学的补充和完善。PCB设计与制作课程的教学内容须以项目为载体，学生通过对项目任务的完成将CAD教学中的各个环节进行有机整合。学生首先利用绘图软件进行PCB的设计，然后进行PCB实物的制作、元件的购置、电路的安装与焊接、电路的调试和功能验证，最终以实物的形式呈现项目成果。项目实施的过程使学生认识到学习CAD软件的意义，熟悉了项目开发的流程、掌握了PCB设计的各种规范，对于学生来说将具有更重要的意义。
四、互助教学的需要
在电子专业课的教学中，受教学理念、课程改革、教学条件等诸多因素的影响，专业课的教学往往都是各自为政，互不干涉，课程之间缺乏必要的互动互助。最终学生的学习就停留在实验的模仿和原理的验证上，不能将所学的知识应用于实际，很难培养他们的动手能力和独立思考、解决问题的能力，所以改变传统的孤立教学模式探索新模式是必要的。
目前在一些职业院校电子专业的教学中正在试行一种互助教学模式，这种模式是将两个或多个独立学科的实验联系起来，如在笔者所在学院的教学中，模拟电子技术实验课和PCB设计及制作课就是这种互助教学模式的典型。学生运用PCB设计及制作完成模拟电子技术实验课中所需的印制电路板如基本放大电路、晶体管串联稳压电路、晶闸管直流调光电路、OTL功放电路等，将学生制作的电路板作为模拟电子技术实验课的基础材料，然后在其电路板上完成元件的插装、焊接、调试测试工作。这种教学模式不仅能将抽象的理论变成活生生的实物，降低了学习难度，而且让学生感到新颖，能够激发学生学习兴趣和学习思维，有助于学生对不同学科知识之间的掌握和融会贯通。
五、小结
本文从多个方面阐述了PCB设计与制作课程在职业院校电子专业教学中的重要性。PCB设计及制作课程的开设体现了职业院校重视应用型、综合型和创新型人才培养的教学理念，使学生通过该门课程的学习将理论与实践紧密结合，提升了学生的专业技术能力，为今后参加各类电子设计大赛、创新大赛、继续深造或走上工作岗位都奠定了良好的专业技术基础。
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关键词：电路理论；教学模式；创新能力
作者简介：熊小萍（1979-），女，湖南衡阳人，广西大学电气工程学院博士生，讲师；韦东梅（1958-），女，广西南宁人，广西大学电气工程学院，副教授。（广西南宁530004）
基金项目：本文系高等学校特色专业建设点计划“广西大学电气工程及其自动化专业、广西大学精品课程建设计划：电路理论”的研究成果之一。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）11-0036-02
同志指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。创新的关键在人才，人才的成长靠教育。”这对教学中注重培养学生的创新精神和创新能力提出了明确的要求。如何在电路理论课程教学中寻找创新教育突破口，培养学生的创新能力，是摆在电路理论课程教学中的一个迫切任务。
一、树立创新的教育观，尊重个性发展
授之以鱼不如授之以渔。在创新教育模式下，教育本身就是一个创新的过程。作为电路理论课程教学的老师，首先树立全新的教育观念，从思想上增强创新意识，增强责任心，提高自身素质。在“传道、授业、解惑”的同时，让学生的思维活跃起来，不要拘泥于单一思路，充分发挥想象力，发挥学生的主体性、主动性，培养学生独立学习、大胆探索、勇于创新的能力；其次，建立创新教学模式，从传统的学科教学模式向科学的教学模式转变，从教案编制、课堂教学、实验设置到课题研究都要有所创新，从课堂引出课题，再把课题研究成果融入课堂，充分调动学生的自主学习和创新思维；最后，培养学生的学习能力。学习是创新的前提，在电路理论教学过程中，不仅注重学习课本的知识，还应该引导学生通过图书馆、电视、报纸、互联网多了解学科发展的新技术、新成果，只有不断地学习并储备新知识，掌握科技发展的最新动态，才能产生创新灵感，创新才能成为有源之水。
创新需要个性，创新源自个性，没有个性就没有创新。要培养学生的创新能力就必须全方位地保护学生的个性，发挥他们的特长。在电路理论课程的课件设计中注重学生的思维能力和创新意识；课堂教学中注重培养学生的独立思考能力，引入一些与电路知识有关的日常生活现象，如电源插座为什么在插拔过程中出现火花；鼓励学生自由讨论并提出各自的想法，不管答案正确与否，对提出看法的学生均给予肯定；实验教学中充分释放学生的各自好奇心，开放实验室，结合学生自身的需要和兴趣，进行实验设计和实验测试。
二、实施课堂教学改革，创新教学模式
电路理论是一门理论性强而且抽象的课程，原理和公式繁多，传统以教师为中心的教学模式，很难适应电路理论教学。如非正弦周期信号电路这章，一开始介绍大量的三角函数计算及傅立叶计算无疑会打消学生的学习兴趣。如何改革课堂教学，将创新精神渗透到课堂的教学过程中去，让学生将精力放在分析理解与拓宽思路上，是电路理论课程教学改革的难点。
学院课题组多年坚持采用启发、讨论、互动、相互渗透的创新教学模式。首先，在课堂教学中，引入一些生活、生产和科研中的实例，启发、诱导学生，加深他们对电路基础知识的理解，用相关的电路概念、规律来分析、解决实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力；其次，实行分组讨论学习，根据学生的能力分组，在课堂上针对老师提出的难点和案例进行讨论学习，从而提高学生的学习积极性，克服自卑的心理，让学生自发地交流学习；最后，实行互动式教学，在电路理论的教学过程中，可采用一题多解、一题多问的解题训练，用于锻炼发散思维能力和联想思维能力。比如在讲到戴维南定理的时候，同一个例题用戴维南定理解决了，那是否能用原来学过的基尔霍夫定理，节点电压和回路电流法来解呢？这样既复习和巩固之前学过的知识，也有利于开发学生的创新思维。
电路理论课程涉及的电路图多而复杂，分析原理时所用的各种波形图、矢量图及特性曲线等很难在黑板上直观地描述。因此，充分利用现代科学技术，制作多媒体课件，图文并茂的课件能让学生更直观认识电路元器件的属性，对电路理论的理解更加深刻；建立课程网站，通过网站，为学生提供电路理论课程的精品课件、参考文献和网络实验内容，为学生的课前预习、课后复习、虚拟实验等提供条件；另外，网站还为教学交流提供了良好的平台，老师可教学信息在线辅导，学生也可以发表学习体会和反馈意见，增强了师生的交流，激发学生的学习兴趣。
三、营造校园创新环境，激发创新潜能
结合电路理论课程的特点，努力为学生营造良好的创新环境。定期举办各种学术讲座、学术活动和学术沙龙，让学生了解最前沿的学科新动态。新能源（核能、水能、太阳能及风能等）的开发利用已成为当今一大热点问题，学院就相关课题邀请专家学者进行一系列的学术报告讲座，让学生了解电路理论在新能源领域中的重要作用，以开拓学生的视野，激发他们学习的积极性、主动性和创造性，鼓励学生积极参加科技报告会，如风力发电研究现状及趋势报告会，讲述风力发电发展状况及主要问题，并设计思考题让学生讨论回答；向学生介绍世界各国风电研究现状，目的是推广科普知识，培养学生的创新精神，激发学生的创新欲望。
鼓励学生大胆创新，可以让他们参加教师的科研课题，也可以由学生自拟题目，并选派教师指导，并对学生的科研课题进行定期检查和鉴定。学生亲自参与研究科研课题，可以培养创新毅力和责任心，拓展视野、有效发挥创造才能。如制作一些实用性强的电路，电子抢答器和考勤机等等，需进行大量的电路设计和单片机程序设计。如此一来，学生对课堂上抽象、枯燥的理论就有了更直观、生动的理解。定期举办各种形式的电路设计制作竞赛活动，通过一系列的电路设计、制作与调试，锻炼了学生的动手能力，开阔了学生的思路，培养了学生的创新能力。
四、建立开放式实验室，营造创新氛围
实验教学是培养学生创新能力的重要途径，是电路理论课程教学改革的重点。电路理论课程由于理论和公式繁多，学生的学习兴趣不大，而且传统的实验仅仅是对定理、定律简单的验证，不能启发学生的创新和动手能力。因此，在实验教学过程中要创造条件，让学生多参与、多动手、多操作，在学习的基础上寻找规律，勇于“异想天开”，勇于摆脱传统观念和思维定式的束缚，在形式多样的实验中培养自己的创新能力。
在电路理论的实验教学中，学生对电路理论基础知识的学习和理解能力不一致，对实验技巧和操作技术掌握程度不一样，导致在实际的实验操作中，基础好的学生比基础差的学生完成得更出色，甚至有些学生还未完全理解实验的原理步骤或者还未进入实验状态，实验就已经结束，学生为此不得不应付了事。也有些学生虽然在规定的时间完成了实验任务，但对于自己感兴趣的知识点却没有机会进行论证。对于学生的突发灵感以及他们对电路实验的兴趣，学校没有提供验证和实验的场所。这种规定内容和时间的单一验证性实验教学模式，不能满足培养学生创新思维和创新能力的要求。
教师应当鼓励学生从“要我做实验”转变到“我要做实验”，勇于提出自己的设计思想，证明自己的设计思路。为此，笔者在电路理论实验教学中，采用了“硬件与软件相结合，虚拟与现实相结合”的实验教学模式，引入虚拟电子工作平台（EWB），开设虚拟仿真实验，进行电路设计和分析；对于动态电路部分的分析，学生往往认为比较抽象，较难理解物理量的响应过程。因此，通过EWB接入示波器，可以简单直观地得到每个物理量的响应曲线，并得到电路的一些本质特性，掌握和加深对此类电路的理解和应用。学生可以在完成课程规定的实验内容外，自主到开放实验室去完成自主实验，设定一个或多个实验内容进行操作。例如，有的学生对利用OrCAD软件进行电路仿真分析感兴趣，他们就可以利用OrCAD软件进行电路仿真分析；有的学生喜欢摆弄实验室的元器件，就可以利用实验室的元器件搭建实际电路等等。因此，通过建立开放实验室，鼓励和帮助学生参与自主实验，从而营造创新氛围，培养学生创新能力。
五、结论
电路理论课程教学的创新，让学生能将课堂所学的理论知识与实验有机结合，在获取电路理论知识的基础上，了解并掌握学习和研究电路理论知识的思路和方法，激发学生的创新潜能；其次，鼓励学生在课堂以外参加科研课题和技术交流活动，培养学生的学习兴趣，增强学生的创新思维和创新意识；最后，建立开放性实验室，开展学生自主实验，让学生掌握了相应的实验技术和能力，进一步加深其对课堂和科研所学知识的理解和应用，最终培养学生的创新能力。
参考文献：
[1]韦化,唐纪良.以科研促进实验教学改革培养学生的创新精神和实践能力[J].中国大学教学,2008,(3):81-83.
关键词：工程实践；电子工程师；“虚拟+现实”双模式
作者简介：江友华（1974-），男，江西南城人，上海电力学院电子与信息工程学院，教授；雷景生（1966-），男，陕西韩城人，上海电力学院计算机科学与技术学院，教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院卓越计划教学改革立项项目（项目编号：20121607）、上海电力学院重点教改项目（项目编号：20121505）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0032-03
本文以社会需求为导向，以工程实践为主线，探索培养学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，构建实践教学与创新教育体系，着重从提高学生工程素质、工程意识和工程能力三方面入手进行教学改革，共同研究和确定培养方案，从软硬件理论设计、基本电路仿真、电子工艺实训、印刷电路板设计和加工、产品测试、系统仿真等由浅入深的分层递进培养模式，提高他们在电子产品制作、设计与应用等方面的综合能力，着力提升学生的工程素养、培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，让每个学生都能够享受到实践教育的锻炼，从而适应现代电子信息技术的新发展和新需求，解决目前学历教育与企业实际需求相脱节的现状，也与国家中长期教育改革和发展规划纲要决定实施的卓越工程师教育培养计划指导思想吻合。
一、课题背景
本文针对社会普遍认为大学生理论与实践脱节、企业评价大学生实践能力偏弱等现状的基础上，并分析目前高校教育所存在的问题：
1.思想认识上对实践教学重视不够
不论是教育者还是受教育者都存在对实践教学的认识不够，严重制约了加强实践能力培养的具体实施。
2.教师的工程意识和工程实践能力偏低
在工科院校，中青年教师大都是从校门到校门的“双门型”教师，他们学到的理论知识很多，却很少走出校门接受工程训练，导致他们普遍缺乏现代工程意识、工程素养和工程实践经验。
3.实践类课程体系设置的不合理
目前理论课程一般是按照通识教育课程、学科基础课程、专业课程等分层递进模式，但实践课程体系没有同理论课程相对应，采用分层递进模式来实训使得学生跨越式接受，不能充分有效地吸收知识，实际动手能力没有得到锻炼和提高。
4.实验教学设置不够完善
实验教学资源通常是傻瓜式、封闭式试验箱，学生只需要接几根线或测试几个点的电平就可以了，甚至有的同学只要能背诵也可以顺利做出实验，学生被动学习、兴趣不高，根本就没有锻炼学生的工程实践能力。此外，实验教学的学时数也相对偏少，留给学生的自由实践时间也不多。
5.实习等工程实践环节流于形式
许多企业讲求经济效益和害怕影响生产秩序，不愿接收实习学生，使得工科院校的生产实习、毕业实习成了“走马观花”式的参观。
6.创新性、参与性的训练偏少
由于教学实施及学生参与度的不足，大多数学生不能全面地进行实践锻炼。
7.教学方法、教学理念、教学内容固化
大多数教师科研任务重，投入科研的时间大于教学时间，家庭压力大，没有足够精力投入教学，致使教师按部就班地采用原有的教学方法、教学理念及教学内容，不去思考和创新新的教学工具（如仿真软件）、课程内容（科研项目样机、控制板、科研项目模块内容）来加强学生工程实践能力，从而造成教学固化，不与时俱进。
二、培养模式及实施路线
1.以理论教学为引导，构建工程型人才培养的实践教学体系
制订合理的课程体系设置、专业计划和学期课程安排，加强专业课和基础理论课之间的联系与梯度，能够进行辩证施教，能够使学生有效、循序渐进地学习和掌握所学知识。下面以电子制作与设计平台为参考，阐述分层递进培养模式在现代工程师电子制作、设计能力的培养过程。
二年级上半学期的课程设计是电子设计自动化EWB，是为了配合学科基础课课程体系中设置的“电路”、“模拟电路”课程，使学生能够运用电子设计自动化EWB软件进行简单电路的仿真，巩固所学电路理论知识，其目的是培养学生电路理论与实践相结合的知识体系。
二年级下半学期的课程设计是电子工艺实训，是为了配合学科基础课课程体系中设置的“电路”、“模拟电路”、“数字电路”课程，使学生能够认识常用的电子元器件，学会如何查找电子元器件资料；认识线路板的加工生产工艺和过程，并能够进行线路板元件的手工焊接，然后利用万用表、示波器等仪器进行简单的电路调试。其目的是培养学生认识电路、分析电路、调试电路技能。
三年级上半学期的课程设计是PROTEL设计与仿真，是让学生对所学电路知识进一步升华。其目的是培养学生利用PROTEL软件根据给定的电路图进行原理图设计、PCB制作，使学生有电路系统概念及全局知识。
三年级下半学期的课程设计是电子系统设计与实践，是为了使学科基础课、专业基础课、专业必修课融入一体，形成系统知识。其目的是培养学生能够根据实际应用与需求进行电路设计，参数设置，软件编程与硬件制作等综合能力。
四年级上半学期的课程设计是大学生创新电子设计，是为了让学生能够根据其累计的电路知识及设计经验来设计电路，其目的是培养学生的创新意识。
四年级下半学期的课程设计是大型课程设计（毕业设计），使学生能够综合应用所学的各种理论知识和技能，应用全面、系统、严格的技术能力去解决实际应用问题。其目的是培养学生的工程实践能力。
通过分层递进的课程体系，能够以“电子设计自动化EWB”、“PROTEL设计与仿真”、“电子系统设计与实践”、“单片机原理及应用”等课程为目标，将模电、数电、单片机等课程的关键知识点融合在一个典型的真实的电子工程系统中，使学生体会到电子产品设计、开发、改进、完善、提高的过程，初步建立起对工程系统的设计思路和实施方案。
2.以学科竞赛为目标，学生兴趣为动力，提高学生动手能力与创新能力的培养
以学生兴趣为动力、吸引一批、带动一片的模式，提高学生动手能力与创新能力，主要分三种形式来实施。
（1）开放实验室。为满足部分学习兴趣浓、学习动手能力强的学生需要，为学生开放了实践与创新应用实验室，并提供相应的实验设备及电子耗材，并实行开放式管理，学生只要有兴趣、有想法、有时间均可以进入实验室、体验电子制作过程，学生也可以根据自己想法、兴趣进行实验项目设计与制作。
（2）学科竞赛。通过开放实验室的锻炼、社团的准备以及社员的重点培养，挑选出优秀或拔尖学生参加学科竞赛。因为通过全国大学生飞思卡尔智能车竞赛以及电子设计大赛的参与和实践，同学能够学到多学科相结合的技能，包括电子技术、机械结构、算法处理、传感技术、控制理论等，同时在完成各类文档、协同作业等方面得到了充分的锻炼和培养，完成了一个个应用实例，真正达到学以致用，融会贯通，理论和实践能力得到了较好的提升。
（3）大学生科创。为了锻炼和培养大学生的创新能力和创新思维，鼓励大学生科技新秀人才脱颖而出，学校成立了大学生科技创新基金，用于支持大学生科技创新项目。这样，学生在实施项目的过程中能够不断提高自己的专业理论和动手能力，创新思维得到激活，探索精神得到发扬，并在较大程度上带动了整体的学风，起到了良好的“科创”效应。
3.构筑基础、设计、综合三个平台，推进工程实践与创新教育实践的融合，夯实学生工程实践能力
学生所必需的实践能力、工程能力和创新能力的提高同实践条件建设的好坏密切相关。为此，学校按照电子工程师培养的要求构筑基础、设计、综合三个平台，推进工程实践与创新教育实践的融合，构建创新型人才培养的实践教学体系。
（1）以学校工程实践平台为基础。此平台采用学校工程实践平台和企业现场相结合的方式。首先利用学校本身的“电子工程实训”进行集中工程实践培训，请企业辅导教师和本校教师一起授课和辅导，主要讲授电子元器件的识别、参数配置、电路板焊接电子工程师所需要掌握的基础知识。
（2）以企校混合实践平台为设计。企业和学校共同投资建立实践平台，合作企业开发人员常驻该平台并且合作企业有合适的项目。然后以项目为导向，选拔学生组成3～5人的开发实践小组，在校企合作实践平台上进行工程实践，企业教师和校内教师的指导下进行开发实践。在此平台实训环境下，学生可以亲自进行嵌入式硬件设计、软件设计、仿真调试、硬件测试，从而让学生直观、全面地了解嵌入式系统设计的各个步骤和方法，真正加深对电子产品的系统化认识，真正提高了学生的电路设计、制作、测试和软件调试的技能和实战能力，使得学生在信息技术方面具有扎实的理论基础和很强的实践动手能力，具有比较完备的技能，缩短大学生到工程师的距离。
（3）以企业基地作为设计平台。此平台利用企业基地及科研力量、环境等进行集中工程实践培训，请企业辅导教师和本校教师一起授课和辅导，让学生真实地进入企业，真实地感受电子产品的工业化实现，从而可以使学生从软硬件理论设计、印刷电路板设计和加工、产品测试和设计文档建立等不同的角度掌握相关知识，提高他们在电子信息产品设计、制作、测试技术等方面的综合能力，实现“学习、工作无缝连接”。
4.以“虚拟+现实”双模式为依托的电子工程师综合能力的工程实践体系，全方位提高学生工程实践能力
在高等教育“大众化”的情况下，如何满足本科生综合素质和实践能力、团队合作和创新精神的培养需要，以项目为引导的实践与实训将是一条途径。通过有效的、合理的实践与实训可以为电子信息类专业学生提供完全开放的实习和实训环境。“远程虚拟实验中心”可以为电子信息类实验提供不受场地限制、不受时间限制的仿真实验环境。学生可以根据自己的实际情况登记选择实习和实训时间段，提高实践学习的效率。实训基地训练概括了一般电子电路制作的全部过程，从理论到实践、从纸上谈兵到实际动手，循序渐进，逐步实现。让每位同学都亲身体验电子电路设计、制作的成功快乐。开放的目的既可以满足能力较强学生的发挥，多做一些内容；也可以满足能力较差的同学有时间完成要求的实训内容。该工程实践体系由基于Proteus的远程虚拟实验中心实践模块来完成与实施，如图1所示。
通过该实践平台可以有效解决实践能力提高过程中遇到的下列问题，如克服校外实训基地存在的不足、解决实习实训教学安排问题、提供开放性实践环境、提高实践教学效果、降低实践教学成本。
三、结论
在高等教育“大众化”的形势下，如何满足本科生综合素质和实践能力、团队合作和创新精神的培养需要，以企业工程实践为引导的学生实践与实训将是一条途径。本文从以理论教学为引导，构建工程型人才培养的实践教学体系；以学科竞赛为目标，学生兴趣为动力，提高学生动手能力与创新能力；构筑基础、设计、综合三个平台，推进工程实践与创新教育实践的融合，夯实学生工程实践能力；以“虚拟+现实”双模式为依托的电子工程师综合能力的工程实践体系，全方位提高学生工程实践能力等层次进行实施，由浅入深地提高他们在电子产品制作、设计与应用等方面的综合能力，着力提升学生的工程素养，培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，让每个学生都能够得到实践教育的锻炼，从而适应现代电子信息技术的新发展和新需求。
参考文献：
[1]我国当代大学生创新实践能力培养方案探究[J].中国电力教育，
2013，（16）：26-27.
[2]崔智林.从系统工程视野思考创新型人才培养[J].中国高等教育，2009，（3）：66-67.
2013年3月15日上午，中关村集成电路产业联盟在北京成立。该联盟由中关村集成电路材料、设备、制造、设计、封装、测试、公共服务平台、软件和系统集成等产业链上下游30多家企业共同发起，是北京市首个覆盖集成电路全产业链的产业联盟。该联盟的成立标志着中关村将打造产业链各环节良性互动的集成电路创新生态圈。
中关村形成集成电路产业链
从2008年至今短短几年时间，一些国产材料和大型装备正在逐渐进入集成电路生产线。从集成电路设备制造、工艺，到芯片设计、制造，中关村示范区已经构建起了一条产业链。
“在这里，既有北方微电子、七星华创等提供集成电路生产设备的企业，也有北京君正、兆易创新等芯片设计企业，还有中芯国际这样大型集成电路制造企业。一条集成电路产业链就这样初步形成了。”中关村有关负责人说。
目前，中关村已有集成电路设计企业近百家，是全国芯片设计力量最强的地区之一，超过1亿元收入规模的企业超过20家，上市企业2家。中关村集成电路设计环节在新一代移动通信终端与网络、数字电视及智能电视、行业用智能卡及信息安全、高性能通用核心芯片、北斗导航芯片以及物联网等新兴领域具有雄厚的技术和产业基础。CPU、嵌入式CPU、存储器芯片、TD-LTE终端基带芯片、可编程逻辑器件、模拟及数模混合电路芯片等均处于国内领先，并填补了我国在这些领域的空白。
一批高等院校和科研单位长期从事微电子技术和半导体工艺研究，并一直处于全国领先地位。2011年中关村集成电路制造业的销售额占国内比例和年增长率均远超全国平均水平。中关村拥有集成电路生产线近10条，月产能超过10万片，且中芯国际（北京）是目前国内最具优势的芯片代工企业，已实现65nm主流工艺的大规模量产，且二期工程的顺利开工建设将为中关村集成电路设计、封测、装备、材料等相关企业提供更为便利的开发验证平台，带动和支撑全产业链规模化发展。
中关村集成电路装备、材料在国内处于领先地位，刻蚀机、氧化炉、离子注入机、光刻胶、靶材等多项科研成果打破了我国在该领域的空白，并进入产线验证。此外，中关村部分集成电路装备和材料也已率先在全国投入规模应用。
目前联盟已汇聚了中关村集成电路产业链各环节有影响力的企业：北京集成电路设计园是全国规模最大、功能齐全、服务配套的集成电路设计产业化基地和集成电路设计企业孵化基地之一；北京君正研发生产了国内首款应用于移动领域的非ARM架构双核移动CPU芯片，这也是国产CPU在移动领域的首款双核CPU芯片；兆易创新在2011年全球SPI出货市场占有率达到10.24%，全球排名第三，正逐步建立世界级存储器设计公司的市场地位；京微雅格作为国内首家自主研发生产FPGA的集成电路设计企业，去年又再次推出全新架构FPGA器件，实现了同类器件所不具备的集成度、高性能和低成本；北方微电子、七星华创、中科信等企业的集成电路高端装备均打破国内在该领域内的空白，引领了国内半导体装备的研发进程；有研半导体是国内12英寸硅单晶抛光片及外延片的重点厂商，并承担多个国家重大科技专项的研发。
集成电路生态圈初具雏形
中关村集成电路产业联盟旨在搭建开放式合作平台，促进中关村集成电路产业集群跨越式发展。联盟的成立，标志着中关村集成电路产业已建立了产业链各环节的良性互动体系，一个活跃、具有持续竞争实力的创新生态圈初具雏形。
联盟的总体目标是充分发挥中芯国际等龙头企业的平台作用，开展广泛合作，带动上下游企业、高校院所协同创新，全力打造具有国际影响力的集成电路产业集群。
关键词 电子技术综合设计；实践能力；创新思维
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）02-0113-02
Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao， ZHANG Ruimin， LIU Qiao， LI Shuanming， ZHONG Furu
Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal， teaching content， teaching imple-mentation， teaching method， examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability， and to cultivate the students’ innovative thinking.
Key words integrated design of electronic technology； practical ability； innovative thinking
1 引言
随着石河子大学人才培养模式的不断改革，以及社会对高等教育培养具备实践能力、创新思维人才目标要求的提出，实践教学环节作为工科专业人才培养体系中的重要组成部分[1]，成为当下大学生创新思维和创新能力培养的重要环节。电子技术综合设计是一门实践性非常强的实训类课程，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试电子电路，旨在培养学生掌握综合模拟、数字、高频电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，培养学生电子电路设计与EDA（Electronic Design Automation）调试工具的使用方法，以及开展项目管理的基本方法。
2 现状
以往的教学安排中主要侧重电子电路的设计和仿真，留给学生自己用于思考和设计的时间有限，设计基本停留在纸上和计算机上。因此，教学效果很难达到预期的教学目的。虽然W生在参加接下来的相关课程的课程设计、大学生训练计划、全国大学生电子设计大赛、毕业设计时理论分析能力得到提高，但实际设计和调试时却出现大量问题很难得到快速解决的现象。所以，这种教学模式不再适应目前新的人才培养方案对于电子信息工程专业提出的要求以及创新人才的培养。
3 课程改革探索与实践
电子技术综合设计课程的改革与探索主要从课程教学目标、课程教学内容、课程教学实施、教学方法、考核方法和教学效果等几个方面进行。
课程目标 电子技术综合设计将学生已学过的电路基础、模拟电路、数字电路以及高频电路等课程的知识综合运用在该课程中[2]，从而培养学生具备电子元器件的识别和选择，电子电路仿真和电路设计软件的使用，电子电路的分析和设计以及实际应用电路项目的开发、管理等综合能力，使学生切实经历从原来课本上的电路到EDA软件的仿真电路再到实际看得到、摸得着的电路的实现过程。该课程是对现有课程体系的完善和补充[3]，帮助学生拓展视野，提升学生参加课外科技活动、校级SRP（Student Research Project）活动、国家大学生创新计划以及全国电子设计竞赛等专业竞赛的兴趣和毕业设计的质量与水平。
教学内容 课程的主要内容按照基本知识验证、专业知识综合、创新设计能力培养的原则进行安排，主要包括：常用电子元器件基础知识；常用电子测量仪表的使用；电路仿真软件的使用；印刷电路板的设计与实现；电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试；撰写总结报告、答辩等。
1）常用电子元器件基础知识：主要讲解电阻、电容、电感、电位器、变压器等常用元件的区分，还包括一些电子常用术语，比如单面板、双面板、焊盘、焊接面、虚焊、桥接等。
2）常用电子测量仪表的使用：包括万用表、示波器、函数发生器、直流稳压电源的基本使用方法。
3）电路仿真软件的使用：主要讲解电路仿真软件Multisim的使用。
4）印刷电路板的设计与实现：Altium Designer软件中电路原理图的绘制和PCB图的绘制方法。
5）电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试：对全班学生进行分组，四个人一组，每组一个设计题目，每组经过方案的提出、讨论、修改、教师审核、论证后设计出电路仿真图，仿真没有问题后设计PCB图，然后制成单面板进行元件焊接、调试。
6）撰写总结报告、答辩：系统设计完成后，每组撰写总结报告，提出系统的优点和设计不足，以及设计过程中自己的心得体会，最后制作幻灯片进行课程汇报答辩。
教学实施 在完成各个教学内容时，课程采用项目驱动的方式使学生在掌握理论知识的同时，实践能力也得到不同程度的提高。整个教学过程分为4个项目进行，通过项目的完成，学生逐步完成课程的学习，综合能力也在不知不觉中得到锻炼。
1）基本元件及电路测试项目。教学内容的前两部分讲解完成后，要求每个学生进行基本元件参数的测试、电路虚焊、双面板线路测试等。通过该项目，学生掌握电子元件与电路测试的基本方法和常用测量仪器的使用方法。
2）电子电路设计和仿真项目。在该项目中，教师首先讲解电路仿真软件Multisim的使用方法，然后以实例设计一个两级晶体管放大电路。在此过程中，教师从元件参数的选取、放大倍数的计算、系统测试和修改等方面给学生进行讲解。讲解完成后，学生参考实例设计一个放大倍数不同的晶体管放大电路作为练习。练习完成后，全体学生设计一个波形发生电路用来产生方波、三角波信号。学生设计过程中可相互交流，碰到问题可询问教师，最终完成项目预期目标。该项目完成后，学生可以掌握电路仿真软件的使用方法和电路设计的基本原则。
3）电子电路制板与焊接调试项目。前两阶段的项目完成后，教师讲解电路制板软件Altium Designer的使用方法和手工腐蚀法制作单面电路的流程，讲解和制作过程以上一个项目中的两级晶体管放大电路为例，讲解的过程中学生如果有问题可随时提出，教师进行解答。最终要求学生自己实现一个两级晶体管放大电路的印刷电路板的绘制，以及电路的腐蚀、焊接、通电调试。通过该项目，学生掌握了电子电路从书本的理论知识到实物实现的过程。
4）C合设计与总结项目。学生按学号进行随机选题，题目内容涵盖模拟电路（如连续可调直流稳压电源）、数字电路（如循环彩灯控制器）、高频电路（如小信号阻容耦合放大电路设计）。题目选定后，题目相同的学生分成一组，组建项目小组。项目组成员提出设计方案，经过理论论证，设计完成仿真电路和PCB电路，然后采用手工腐蚀法实现电路系统的板面布线，最后进行元件焊接和调试。系统完成后，整个课程基本接近尾声，每组学生要对自己的设计方案进行汇报答辩。通过该项目，学生掌握了复杂电路的设计与实现，以及团队合作完成项目设计、管理、总结的过程。
教学方法 课程的教学方法，打破传统理论课程完全靠教师讲授以及实验课程以学生动手为主的模式，采用教师讲授、项目训练、学生参与设计和讨论、分析讲解和答辩的形式。学生有机会表达自己的观点和设计思路，充分调动积极参与的兴趣。
考核方法 课程的总评成绩由5个部分组成：考勤10%+课程表现10%+项目完成情况30%+课程答辩情况20%+课程报告30%。新的考核标准打破原来课程总评成绩主要由平时成绩、设计成绩两部分组成的模式，主要以学生在教学实践活动中的参与度和完成度作为考量，注重学生实践能力和综合能力的培养。
教学效果 经过两周的项目驱动训练和实践环节的总结，学生对于测量仪器的使用更加熟练，对常用电子元器件的选用和封装了解得更为清楚，对电子电路的设计和实现更加有信心，分析问题、解决问题的能力得到了很大的提高。
4 结论
课程改革和实践在石河子大学电子信息工程2012级、2013级和2014级为期两周的电子技术综合设计课程中进行，学生对于课程内容安排和各个环节的设计比较欢迎，加大了学生创新思维和创新能力的培养。课程实施的整个过程侧重基础能力培养，将项目管理理念贯穿整个课程的始终，加大创新能力的培养。学生在后续的毕业设计和课外科技活动中凸显了较强的实践和创新能力。■
参考文献
[1]吴大鹏，黄沛昱.“电子系统综合设计”课程建设探索[J].电气电子教学学报，2014，36（6）：41-43.
立足高等院校实践创新能力培养的实际，以大学生电子设计竞赛为线索，分析了当前形势下，创新人才培养的不足和研究意义，紧密结合实践教学环节，课程设置，探索了从人才选拔到人才培养帮扶机制的创新人才培养模式，达到推动课程改革，教学改革的目的。
【关键词】
电子设计竞赛；创新人才；人才培养
社会日益进步，面对激烈的经济竞争和新科技革命的挑战，为适应市场经济发展的需要，企业应提高核心竞争力，人才是企业的根本，企业的竞争就是人才的竞争。正是这一因素近年来企业及用人单位越来越重视大学生实践创新能力。因此，新形势下的高等院校必须把培养创新型人才做为第一目标，加强学生实践技能的训练与创新能力的的培养，重视理论、实验、实践的统筹，尤其需要提高实验教学、实践教学的质量。对于电子信息类专业学生来说，各类各级电子设计竞赛无疑为大学生提高实践创新能力提供一个平台，也为提高教育教学质量提供一个良好的环境。电子设计竞赛是一项面向大学生群众性科技活动,既不单纯的理论检验，也不是实验操作竞赛，而是设计制作完成有特定工程背景的题目。既有理论设计，又强调实践操作。有力推动高校电子类专业的教学改革,有利于高校培养学生的实践创新力;有利于提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力，形成理论联系实际的学风。在近年来我们学校积极组织学生参加各类各级电子设计竞赛,也获得一些可喜成绩，但整体是仍存在许多不足。立足于新形势下高等院校创新人才培养目标，以开展大学生电子设计竞赛为契机，构建新型的、完备的、可持续的创新人才培养模式就显得非常必要，同时对推动教学改革、提升教育教学质量，促进人才培养有着重要的实践意义。
1依托大学电子设计竞赛有构建创新人才培养模式的研究意义
长期以来，我国高等教育方式以传授知识为主，以致于接受理论知识能力强，研究创新能力差，尤其是工科类专业的学生影响最为直接，理论与实际脱节严重，学生解决实际问题能力差。这些负面影响也直接让我们的学生找不到理想的工作，而用人单位也招不到合适的人才。显然这一传统教育方式已不适合培养创新人才的需要，只有加强创新教育才能改变这一窘境。2006年以来，我院多次参加全国电子设计竞赛，还有每年举办一次的江西省“南科杯――电子设计制作大赛”。有学生这样评价“每参加一次电子设计竞赛，专业知识量就成几何级数增长一次，强过四年的苦读”。也有硕士生导师这样评价过“参加过毕赛的学生有很强的创新意识，操作能力也很强，研究生阶段很容易进入状态”。可见电子设计竞赛对创新人才培养影响之大。在各类各级电子竞赛的引导下，我院电子信息类相关专业课程也正在进行着一系列的调整和改革，包括优化传统基础知识、引进前沿技术、拓宽学生专业口径，加强实践能力、创新能力的培养。可以说通过电子设计竞赛推动电子信息类专业教学改革、促进工程素质的教育，同时也为创新人才培养起到巨大的导向作用。
2创新人才培养模式的主要内容
2.1更新教育观念市场经济发展迅速，现代科技竞争越来越激烈，企业对人才的要示也越来越高。切实更新教育观念，以提高民族素质为根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点的素质教育就显得尤为重要。因此，必须转变那种妨碍学生创新精神和创新能力发展的教育观念、教育模式。首先，要从单纯知识教育向能力教育转变，务必使得我们的学生上有深厚理论知识，下有解决实际问题能力以及创新意识。其次，教师要从传统的单向知识传输向以学生为主体、教师为主导转变，无论是理论教学，还是实践教育，能充分调动学生的学习主动性、积极性。[1]有效地激发学生求知欲望、实践创新意识及内在的积极因素，为培养大批优秀的有强烈创新意识的工程素质人才创造条件。
2.2构建高水平电工电子实验教学平台和新型实践教学体系实验教学平台可承担多门课程的实验教学、实践教学工作，涉及课程包括电路分析，数字电路路，模拟电路，电工电子基础等。对专业课程实验内容进行优化整合，增强实验室的通用性，一可以提高教学资源的利用率，二可以有助于开设更多综合性设计性的创新型实验，避免因为实验设备的原因而导致很多综合性实验开展不了。同时实验教学可采用模块化设置，主要基础实验模块、工程设计实验模块和综合训练实验模块三部分构成。对于不同的实验模块可采用不同形式的教学方式。基础实验以帮为主；工程设计实验引导为主；综合训练实验以咨询为主。也就是称之“先帮后扶再放手”的实验方法。[2]另外，加通过加强校企合作形式，上学生定期到企业学习，让学生尽可能多的参与到从产品设计到具体生产每一个环节中去。这样使学生实践能力和创新能力都得到训练和提高。
2.3加强师资队伍建设重视指导教师继续教育问题，鼓励指导老师走出去加强交流，参加各类教学研会，更新教育教学理念。重视培养教师的实践技能，提高“双师型”教师比例，培养一批既具有较高的理论水平又具有较强的实践能力的教师。业务上开展各种形式的教学研讨会，探讨现行课程体系、教学模式的不足，改进教学方法、教学手段。以大学生电子设计竞赛为导向，制订有助于培养学生实践创新能力的人才培养目标和培养方案，突出实践教学部分。另外，加强校企合作，可定期安排指导老师到企业学习、接受培训；当然，我们还可以从相关企业请一些有经验丰富的工程技术人员、专家做为学校师资力量的补充，从用人单位的角度为学校在教学改革、课程改革中提供更贴近实际的指导与支持。
2.4以大学生电子设计竞赛为依托，借鉴竞赛的基本理念、试题设计思路、考核专业知识的范围以及考核的规则，进行主要专业课程的建设与改革，包括教学大纲、实验大纲，课程设计、教学模式及教学手段等方面的改革。
2.5建立完整的大学生电子设计竞赛备赛机制，将比赛培训内容与专业课程教学有机结合起来，把比赛每一环节，从选拔人才到赛后总结都融入到平常的教学中来。实现以电子设计竞赛为手段，把动手能力、工程实践能力，创新能力、团队协作精神、针对实际项目进行电子设计与工程制作能力为目标。
3创新人才培养模式的培养方案
3.1建立人才选拔、人才储备的长效机制人才选拔、储备工作主要分三步走，第一步，大学前两个学期，主要完成对大学生电子设计大赛宣传、普及工作。指导教师可以从最早的专业介绍同时结合专业特点强调实践创新能力在本专业的重要性，而电子设计大赛是获得、发挥个人实践创新能力的重要平台。在平常课堂中适当地宣传和介绍大学生电子设计大赛，并播放一些以前的参赛图片，介绍往届参赛学生目前良好的就业或深造情况。如果有条件甚至可以请以前参赛的一些获奖学生开一两次专题讲座来介绍电子设计大赛对个人发展的影响和意义。新生求知欲强，可塑性好，可以挑选一批学习兴趣浓厚的学生做为储备力量。第二步，在新生大学二年级的时候进入人才选拔第一次筛选，依据各种形式的考核结果，例如理论知识的掌握，方案设计，实验操作等，选出一批基础较好的学生进了电子设计大赛团队，接受更专业、更系统的培训，激发学生的学习兴趣，挖掘学生的潜力。第三步，电子设计大赛所涉及的专业知识贯穿所有专业课程，难度大，知识面广，指导老师可根据电子设计大赛赛制定期举办校级竞赛，一方面让学生认识自身在专业上不足地方，以便及时补充，修正。另一方面，可以让学生有成就感，进一步激发学习兴趣。而我们指导也可以有依据选拔出顶尖的人才。
3.2建立赛前培训模式“工欲善其事，必先利其器”。为保证电子设计大赛顺利进行，应当把电子设计大赛的培训工作是一项长期的教学活动来对待，因为电子设计大赛涉及的课程非常多，尤其是数电，模电，单片机这些课程，而我们电子信息类专业基本上都开设这些课程，我们的指导老师可以把比赛所需的知识点融入到这些课程的正常教学中来。另一方面，江西农业大学在赛前几个月都会请有多年教学经验和实践经验的教师担任培训教师，采用课堂教学（包括理论讲解、演示操作、软件仿真各种形式）和项目教学相结合的方式进行高效率的集中培训。根括学生的层次不同，专业不同知识结构各异的实际情况，培训教师可进行针对性教学。合理的培训可以让学生少走弯路，拓宽思路，学生应不打折扣完全吸收消化，尤其是对一些非电子类工科专业的学生。
3.3强调赛前实践操作实践是检验真理的唯一标准，没有实践操作，一切学习活动都只能停留在纸上谈兵阶段，电子电路设计制作的实践操作，学生可以在江西农业大学开放式实践教学实验室进行，这里有完备的种种电子仪器设备和工具，学生可以通过一系列的实际电路，包括基本电路、省级校级历年赛题，进行设计及制作。参赛学生都应该十分珍惜实践机会，刻基钻研、细心充分理解各个元器件性能和功能，并参考其典型应用电路进行设计，制订设计方案，画出电路图，最后进行焊接。在焊接的过程不可能一帆风顺，要求学生需赖心细致地对照原理图逐项查找帮障原因，切忌急功近利或半途而废。
3.4建立可持续发展帮扶机制在组织比赛前的培训，实践练习过程中，可以将参赛学生进行分组，每3人一个小组，每一个小组安排1到2个有参赛经验老学员，或是高年级学生，为电子设计大赛的新生力量提供一对一，或是二对一的训练，形成帮扶机制，我们的新队员可以在不自觉的学习过程中了解到电子设计竞赛相关流程、注意事项以及还有备赛经验，而老队员也可以充分发挥团队中榜样的力量，为新队员树立信心，帮助团队新生力量迅速适应备赛培训的节奏。[3]帮扶机制不但可以使得新生力量尽快融入竞赛团队，而且可以为电子设计竞赛的持续发展提供源源不断的人才支持，形成良性循环。
参考文献：
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