电子设计教学与课程体系研究

马光喜, 李良荣, 李 震

(贵州大学 电子信息学院 电子科学系，贵州 贵阳 550025)

0 引 言

贵州大学电子信息学科包括电子科学与技术、电子信息科学与技术、光信息科学与技术、通信工程、信息工程，是实践性非常强的学科，实践训练在本科生教学过程中占有非常重要的地位，是培养高素质拔尖创新型人才过程中的关键环节。作为本科生培养体系中的重要部分，实践能力培养体系建设一直以来都被高度重视。电子学科有电子技术实验室、电子科学与技术实验室、通信技术实验室、信息技术实验室、光信息科学与技术实验室，除了这些实验室组织和实施的基本课程教学外，实践训练还包括科研实践、学科竞赛、生产实习和本科论文，它们共同构成了实践能力培养体系。“电子设计教学与课程体系研究”2011年被立项为贵州省教学内容与教学体系改革重点项目。

1 本科生培养体系

本科教育是贵州大学长远发展中最基础、最重要的工作之一。根据改革开放以后国内高等教育形势、规模和人才需求结构的变化，借鉴国内外先进的教学理念制定了“加强基础、淡化专业、因材施教、分流培养”的教学改革方针。遵循这一方针，学院确定了教学改革的总体思路，即:“在低年级实施通识教育，高年级进行宽口径的专业教育，逐步实行在教学计划和导师指导下的自由选课学分制，稳步推进教学改革”。基本思路：①统一按学院大类招生；②一、二年级学生不分专业，实行通识教育，修读学院电信大类平台课；③三年级学生自愿选择专业，开始专业分流，修读专业基础课程；④高年级学生自愿选择与研究生或就业相关的专业方向，修读专业课程。

2 实践能力培养方案

实践能力培养是教学体系的重要组成部分，是实现培养高水平、创新型人才的重要手段，同时也是新的形势对高等教育教学的迫切要求，为此，要针对学生实践能力培养进行改革和建设。实践能力培养方案见图1所示。方案分为基础实验课程教学、科研实践活动和毕业论文3个层面。

图1 电子学科本科生实践能力培养方案

3 实践课程体系建设

贵州大学电子信息学科实验教学，已经建设成具有电路基础类、电路系统类、电子设计自动化(EDA) 类、专业基础类和创新类，共5大类、15个实验室(含专业实验室)，为电子信息实验教学提供了优质的服务。

实践教学定位:探索并实践具有理工特色的电子信息科学基础实验教学体系；建设一支素质优秀、技术过硬的实验教学队伍；建立全方位、开放式的实验教学环境；建立科学高效的管理运行机制；为全校各个学科构建电子信息技术实验平台，并在全国电子信息实践教学中发挥示范作用。

实践教学的指导原则是:“加强基础、注重综合、尊重选择、体现先进、突出创新”。① 加强基础。重点建设电路基础必修实验课程，实验内容有深度、有研究性；② 注重综合。贯穿整个实验课程体系的综合设计、项目实验，强调综合能力培养；③ 尊重选择。以学生为中心，可选课程模块、可选实验项目、自选课题、开放式教学；④ 体现先进。先进的理念、先进的教学模式、网络化教学管理、与国内外著名公司共建先进实验室、科研成果引入教学；⑤ 突出创新。以项目为导向的创新实验、课外创新科研实践活动。

3.1 电子信息学科实践课程体系的4个层次

电子信息科学基础实验课程体系共分为4个层次: 电路基础层、综合设计层、研究创新层和专业基础层，如表1所示。每个层次中都包含多个独立开设的实验课程(模块)，每个实验课程中又包含验证性、设计性和综合创新性实验项目。整个实验课程体系体现了系统性、层次性、综合性以及模块化的特点[1]。

表1 电子信息类实验课程体系

3.1.1电路基础层设计

教学目标:全面培养学生扎实的基本实践技能、科学有序的实践素质和进行科学实践研究的兴趣，具有基本分析问题和解决问题的能力。

课程特色:精简验证性实验，增加设计性、研究性实验内容。

该层包含3门必修课程:电路分析实验(非独立设课)、模拟电子技术基础实验、数字电子技术基础实验。扎实的基础实践能力是创新的前提条件，这个阶段应该是对学生进行精雕细琢的阶段。除了对学生基础实践能力的培养，基本实验素质和研究意识培养也是本层次的两个重要方面。具体做法如下:

(1) 基础实验小班授课、精雕细琢。电路基础层采用固定时间段教师现场授课与指导为主的教学方法。每次实验课上，1位教师负责指导不超过25名学生，强调培养学生扎实的基本实践技能和科学有序的实验习惯。

(2) 实验内容设置有深度、有拓展。精心设计有深度、有研究性的实验内容，培养学生的研究意识，激发学生科学研究、科学探索的兴趣。例如:在“单级晶体管放大器”实验项目中，引导学生研究输入信号的频率、幅度对输入阻抗的影响；在“逻辑门电路测试”实验项目中，引导学生研究两种门延迟的测量方法，比较其不同……等；在“晶体振荡器”实验项目中，引导学生观察多模现象，并研究消除方法等。

(3) 让学生带着问题做实验。改变以往教师主讲的教学方式，实验的讲解以学生为主，因此负责讲解的学生会非常认真地预习，查阅大量相关知识内容，并在学生中展开讨论，让学生会更加深入了解实验，并将动手与动脑紧密联系，进一步发挥学生主观能动性，建立以学生为主的实验教学模式。

3.1.2综合设计层设计[2-13]

教学目标:全面提高学生综合设计的实践技能和自主学习新知识的能力，掌握电路设计中的软件与硬件相结合，具有独立分析问题和解决问题的能力。

课程特色:增加综合设计性实验内容，强调学生自主、引导创新。

该层包含两门核心课程：微机原理、单片机技术实验；3门选修课程：电子线路计算机辅助设计、可编程逻辑电路设计和接口技术实验。鉴于电子信息学科发展迅猛、实践性和工程性强的特点，学生在通过扎实的基础实践训练后，需进一步提升综合分析设计能力、工程实践能力和自主学习、探索的能力。关键做法如下:

(1) 加强设计性、综合性实验内容。建设EDA技术实验室，让学生学习电子系统设计的新技术，将软件设计仿真和硬件实验紧密结合，灵活运用软硬件手段来完成综合类的实验项目。

每门实验课程都要求学生完成2个以上综合性实验，实验内容以问题为出发点、设置多个可供学生选择的综合设计类题目，并鼓励学生自主命题。

(2) 提供学生多元化的知识获取、自主学习、相互学习的途径。除了教师课堂讲授、课后辅导或组织讨论外，为了便于学生自主学习，还建设了实验中心网站，进行现代化的实验教学、实验室和仪器设备管理。网站上为每门实验课程建立课程主页，包括课程大纲、教学教案、参考设计和课程论坛等。

(3) 实验室多时间段开放。实验室采用固定时段教师指导、开放时段自主实验的方法。为了方便学生自学，以及自主安排时间完成综合性实验，实验室每周开放多个时间段。

3.1.3专业基础层设计[2-16]

教学目标:全面培养学生掌握相关专业的基本知识和实践技能，进一步启发相关专业的研究创新思维，具有在项目和系统的层次上分析和解决相关专业问题的能力。

课程特色:与科研紧密结合。

该层包含七门课程:高频电子技术基础实验、数字信号处理实验、光电子技术实验、PCB版图设计及制作、集成电路设计实验、微电子工艺技术实验和微波技术实验。课程教学的重点是培养学生在相关专业上的兴趣和实践能力，在课程模块建设上注重增加系统级实验内容，并采取各具特色的教学方法，关键做法如下：

(1) 与科研结合进行课程建设。实验中心与学院多个研究所(室)联合，将科研成果向实验教学转化。例如:贵州省微纳电子与软件技术重点实验室将科研成果成功向实验教学转化，开设了“微电子工艺技术实验”、“集成电路设计实验”和“微电子器件测试实验”等课程，学生通过选修这三门课程，可以完成从集成电路设计、流片，到集成电路测试整个过程，对微电子方向的科学研究工作产生感性认识。

(2) 各具特色的实验教学方法。除了在实验室授课外，还采取了科研实验参观、科研课题组讨论和科技前沿报告等各具特色的教学方法，让学生感受科研氛围，开拓学生的视野。例如:新型光电子材料与技术研究所将“光电子技术实验”的教学搬到了科研实验室进行，让学生接触科研组的“原子钟”、“光纤陀螺”等高端设备。

3.1.4研究创新层设计

教学目标:全面培养学生综合研究、勇于创新的实践能力，以及团队合作、顽强拼搏等科研精神，具有在项目和系统的层次上分析问题和解决问题的能力。

课程特色:增加项目级、系统级的实验内容，培养学生创新能力。

该层包含一门核心课程: 电子系统设计实验；三门选修课程:嵌入式系统、DSP开发应用实验、PLD开发应用实验。学生通过电路基础和综合设计训练后，要求学生综合利用学过的理论知识和实验技能去实现1～3个比较完整的电子系统，重点培养学生的创新意识(创新意识的关键是思维方式，重点是发现问题、提出问题的能力)。课程教学关键做法如下:

(1) 建设以项目为导向的实验课程。实验内容以系统级的研究创新项目为导向，用任务书代替实验讲义。学生也可以自主命题，留给学生丰富的创新空间。实验进行过程中的方案设计、实施路线、系统调试等全部由学生自己完成，教师仅仅给予必要的引导和关键点的检查。例如:在电子系统设计课程中，学生接受与“全国大学生电子设计竞赛”难度相当的项目训练。可以选择教师提供的项目，也可以自己选择项目。从系统总体设计、模块划分、电路仿真、PCB 设计、焊接、调试、系统联调等环节完全由学生自主完成。嵌入式系统等课程与电子系统设计课程类似，也是要求学生自主完成一个项目级的，基于ARM处理器的，带有操作系统的嵌入式系统。

(2) 建立以学生为中心、全方位开放式的教学环境[2-12]。为了尊重学生选择，培养自我完善能力，建立了全方位开放式的教学模式：①时间开放。即实验室开放运行。学生根据需要通过预约等方式自主安排实验时间。这种方式可培养学生的主动学习能力，为学生提供实验时间上的保障。②内容开放。即可选择实验内容。教学中应提供给学生可选择的实验题目，并且允许学生自主命题(如SRT项目)。这种方式有益于学生的个性发挥，培养学生的创新能力。③资源开放。即教学资料、仪器设备、实验材料等资源向学生开放。这种方式提供给学生多元化的知识获取途径及必要的实验环境，培养学生自主学习的综合素质。④科研开放。即将实验教学延伸到科研课题组。科研实验室向实验教学开放，允许学生到科研教师那里找题目，直接参与到科研项目研究中去。这种方式进一步扩大了学生的选题范围，更利于学生个性化发挥，并使得教学和科研紧密结合。

通过该层次课程训练，学生不仅得到了实验技能的提高，更重要的是得到了综合创新能力的提高。课题研究实验过程中学生被分为3～5人一组，让学生学习任务划分方法及团队合作的精神；课程内容具有一定的深度，很多知识点是第一次接触，这让学生学会主动学习、搜集资料，使其综合能力得到了提高；碰到问题，敢于面对，并积极努力去解决，培养了学生顽强拼搏的精神；开动脑筋，完成了感兴趣的题目，并力求将项目做得完美，培养了学生的创新能力；课题研究最后的答辩验收，则训练了学生演讲、快速反应和推销自己的能力。

3.2 评价方式多元化[2-6]

强调考察学生综合创新实践能力，突出实验过程中的平时表现(包括实验的态度、方法及发现问题、分析问题和解决问题的实际能力等)；同时鼓励探索和创新，全面提高学生的能力和素质；教学中改“重结果”为“重过程”，设置教学检查点来考察学生在实验过程中的表现，以保证实验教学的质量。

4 结 语

通过多年的实践教学与经验总结，我们认为这套实践教学培养体系对本科生的电子设计能力培养是有用的。

电子设计是一个系统工程，电子设计教学课程体系与实践教学课程体系相辅相成。在电路理论课程教学中，充分利用EDA设计平台的仿真测试技术做课堂演示实验，通过直观形象的演示图表让学生理解电路理论的实质。

理论验证性实验教学：让学生用仿真的方法完成验证性实验(实现时间和空间的开放)，一方面仿真环境元器件丰富、参数标准、仪表齐全，实验过程中没有元器件损坏(但可以模拟元器件损坏情况)、没有接触不良等问题，在相应的时间单元学生可以完成更多的理论验证，充分理解电路理论，克服了过去实验箱式实验中电路模块有限、构建电路变通方法有限、设备有限等问题，另一方面可以把有限的实验室硬件资源调整建设成为综合性、设计性、研究型、创新型的综合实践教学训练基地。

综合性、设计性、研究型、创新型实验教学：让学生首先通过仿真平台对设计系统(或系统单元)进行验证，待理论设计通过后预约实验室开放，这样可以减少元器件损耗、避免集中实验而导致硬件资源不足(设计过程一般不会同时完成)等问题，有效降低实验室建设压力、降低实验运行成本，而且教学效果很好。实验过程中，学生如果实验没有得到预计的效果，他们不会怀疑设计理论不可行，会想到去解决器件损坏、参数不合、寄生振荡、连线不良等问题，这种方法对提高学生的实践动手能力、启发创新思维有良好的作用。

师资是实践教学不可或缺的因素，在此不作讨论。但本实践教学体系的运行无疑要增加实验运行经费的投入及指导教师的工作量。

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