高职院校开展现代电子设计技能培养的探讨

2011-01-11孙加存

苏州市职业大学学报 2011年3期

孙加存

(苏州市职业大学电子信息工程系，江苏苏州 215104)

起步于20世纪80年代的我国高职教育[1]，近年来，已占据高等教育的半壁江山[2].高职教育以培养实用型、技术型、高级技能型专门人才为目的，是职业教育的高等阶段[3].

高职院校的办学以就业为“导向”.对于电类专业的学生来说，其培养的技能应紧紧与市场挂钩.随着电子技术的发展，半导体技术的飞速发展，电子产品的设计正悄然发生着变化，以单片机、电子设计自动化(electronic design automation，EDA)、ARM(Advanced RISC Machines)、数字信号处理(digital signal processing，DSP)等现代电子设计的方法正大量使用到电子产品的设计中，许多高职院校注意到了这种现象.为了更好地培养学生适应社会的能力，增强其动手能力，在高职院校进行相关的现代电子设计技能的培养就很有必要了.

1 相关课程的开设

目前，现代电子设计方法一般常指运用EDA的设计方法，使用硬件描述语言进行电路设计.虽然运用EDA的设计方法进行信号处理、通讯技术及数字电路的设计很方便，但对于小规模的流程控制，使用单片机设计就显得更为方便与经济了，同样，对数字信号处理，使用DSP则显得得心应手.因此，要形成一个完整的现代电子设计技能的培训，一般认为在高校中至少要培养单片机、EDA、DSP及ARM设计技术方面的能力.为了提高学生的市场就业能力，高职院校电子信息类专业中应该开设这些课程.

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统.尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统，甚至外存，同时集成诸如通讯接口、定时器、实时时钟等外围设备.现在最强大的单片机系统将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统都集成在了一块芯片上.目前单片机渗透到了人们生活的各个领域:导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机.更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了.因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师.

EDA是20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的.EDA以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作.EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度.

DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科，是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示.在过去的20多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用.

ARM公司1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权.目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到人们生活的各个方面.目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此使ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力.

除了以上单片机、EDA、DSP及ARM设计技术外，电子信息类专业涉及的电子类课程还有很多，比如PLC课程、高频课程等.为了适应市场需要，增强就业能力，学生应该掌握现代电子设计技能的课程[4].

2 培养方式的探讨

2.1 课程开设模式

以往高职院校中现代电子设计技能课程往往只开设单片机课程，至于其他方面的电子设计课程只开设一至两门，而且学时往往不够[5].为了解决这些问题，各高职院校针对不同的专业性质采取了灵活多变的培养模式.

模式一，各门课程独立开设，先开设单片机课程，然后是EDA课程，接下来是DSP课程、ARM课程.比如苏州市职业大学的通讯专业就采用了这种模式.

模式二，结合课程的特点组合开设，把EDA与DSP组合作为一门课程，或者把单片机与EDA进行组合开设，如安徽电气工程职业技术学院自动化信息工程系把单片机与EDA课程合成一门课程进行开设，称为“EDA与单片机应用技术”.

模式三，以开课与讲座形式或选修课程组合的方式进行培养.单独开设一门或两门课程，其余的以讲座或选修课形式开设.一般自动化、机电类专业常采用这种方式.

目前，各高职院校都或多或少地开设了现代电子设计技能的课程，很多学校采用结合电子设计竞赛、课程设计及毕业设计的综合方法对学生进行电子设计技能的培养.如苏州市职业大学成立电子协会，系部提供教室与训练测试仪器，结合开设的课程每年举行校内电子设计竞赛，选出一些能力强、对电子设计感兴趣的学生，再进行加强培训，然后参加市、省、国家的电子竞赛，经过若干年的实践，取得了良好的效果，在2009年的全国电子竞赛中，学校派出了10个代表队参赛，有7个代表队获奖;2010年的江苏省电子竞赛中，学校参赛的8个队中有7个队获奖.

2.2 实训教学模式

高职实践教学是为了熟练掌握某种技术或技能而在真实或仿真的环境中进行反复训练的活动.主要包括对学生进行单项能力和综合技术应用能力的训练，也包括职业岗位实践训练，其目的是使学生熟练掌握职业技能，并培养学生的职业素质[1，6].实训是高职实践教学中的一个重要项目，占有很大的比重，是实践教学的主要形式，包括基本技能训练、项目设计、毕业设计等环节.而实验教学在整个高职阶段的实践教学中所占的学时又是最多的.

对于技能性很高的现代电子技能课程的实训，实际动手设计电路能力的培养很重要，要提高实验教学的质量应该调动学生的积极性，同时还要使学生有压力，而目前大多数高职院校的实验是没有单独考核成绩的，这种状况下学生做实验时就没有压力，随意性很大.为了更有效地开展实验教学，对实验教学进行改革就显得尤为重要.本文针对现代电子设计技能培养的课程的特点设计了一种开放式的实验教学系统，其流程如图1所示，但一些需要合作及强电压的实验，则不宜采用该方案.在实际使用时可以适当增加设计性的实验与综合性的实验，学生可以自主设计实验，经过教师考核后可以作为课程实验的适当替代，鼓励学生的积极性，教师也可以从这些实验中选出实际动手能力强的学生，作为参加各类竞赛的储备人才.