设置电子创新类实验选修课研究

杨卫军，许 哲，杨忠良

(第二炮兵工程大学 理学院，西安 710025)

电子创新类实验选修课是在学生完成《电路与电子技术实验》课程后开始的创新类选修课，对全面推进以培养学生创新精神和实践能力为重点的素质教育、营造具有创新特征的教育环境和教育氛围，提高学生的实践动手能力、启发创新意识，还可以作为本科生参与各种竞赛前的基础实验培训［1］，拓宽学生知识面、培养学生的动手能力，充分满足学生的兴趣、爱好和良好个性与特长的发展，对提高电子实验教学水平具有重要作用。如何设置合适的电子创新类实验选修课，开展好实验选修课是需要研究的课题［2］。

1 实验选修课的设置

电子创新类实验选修课的实验项目必须以设计性、综合性、创新性实验为主，尽可能多地给学生提供实际动手的机会，重点培养学生的创新精神和创造能力。可以通过一个个具体的实

验课题，让学生在实验方案的设计过程中，强化对知识的理解与灵活应用、培养实验设计与操作的能力、提高对实验方案的评价能力与实验结果的分析能力，特别是学生运用多学科知识解决实际问题的综合能力［3－7］。电子创新类实验选修课具体可分为三类来设置。

1.1 综合提高类

综合提高类创新选修实验结合基础必修实验课开设，让基础扎实，学有余力的学生选做，并可适当提高要求。让学生对所学知识融会贯通，掌握全课程的要求，并可以对预设实验项目进行考察、测试。

1.1.1 电子综合设计实验

这部分的实验内容为:高频小信号放大器的设计、自动增益放大器的设计、运算放大器的程序控制、温度测量与控制电路设计等。其目的是使学生能综合利用实验和理论知识解决问题。

1.1.2 EDA软件应用

学习 Pspice软件、MaxplusⅡ软件、Verilog HDL语言，绘制电路图，要求能对各种仿真工具、方法有一定的认识与掌握。然后，可继续学习包括编程语言、自动布线和制作PCB板在内的各种高级应用;加深对电路性能的理解;在解决问题的过程中学习到调试方法;利用仿真软件的计算功能对理论课上学习的内容进行验证和深化。

1.1.3 高速嵌入式硬件设计

学习常见嵌入式处理器和配套器件的使用方法，掌握基于Protel和Candence软件的嵌入式系统电路图设计，掌握设计规则和信号完整性设计，熟悉高速信号的布线规则，学会功耗估计和热设计，完成基于嵌入式处理器的系统设计。

1.2 创新系统类

创新系统类实验如表1所示［1］。这些课程结合一些有实际应用背景的课题让学生在掌握该芯片设计方法，进行系统设计，教师可只规定设计的方向，培养学生自主发现、自主完成、自主调试，在发现中体会乐趣，在挑战中体会知识的价值，教师要做好引导，避免实验难度过大，不可实现，并及时提供资料和技术帮助。学生可以依据方向自己选题进行实验，这样在教师指导下，学生可根据自己所掌握的理论知识及兴趣爱好，自主选择适当的题目进行设计、制作。同时，经教师审核，也可自带题目到实验室进行设计、制作。

表1 创新系统类实验课程

1.3 科研课题类

以实验室为依托，筛选一批典型的科研项目和成果(可以引自教师承担的课题，也可以是专业教研室的课题)，分别组成课程内容相对独立的教学单元，组织学生轮流到相关教学单元所在的实验室，由高水平教师和有经验的工程技术人员现身说法，用通俗的语言和直观的形式(如实验室现场、图板、音像资料、报告文档、原始资料、启发式设问等)全方位展示科研过程，讲述项目的背景、立项和实施的过程、所依托的装备条件和遇到的问题、解决问题的思维方法，与学生进行讨论交流，分享自己的经验教训、心得体会。学生可以参与科研项目的研究，也可以归纳子课题自己完成，教师要和专业教研室沟通好做好指导［3］。例如，要求学生选择LabVIEW和ARM硬件开发:智能悬停直升机、密集跟随的车辆队列，连接到许多传感器以实现路径寻找和地图绘制的智能车辆机器人，基于STM32单片机完成无线传感器网络设计。在设计过程中学生使用数据流、状态图模型等建模方法，设计硬件，应用实时操作系统进行编程，最终完成设计任务。在完成项目的过程中，学生可以学习到建模、静态分析、代码执行路径、程序可达性分析等嵌入式系统设计方法。通实践项目学生系统化所学知识，锻炼了学生的实际动手能力。

每门实验选修课宜安排16～40学时，并实行弹性学时制，并可参考多学期完成，充分利用开放实验室完成课程。教师根据实验教学大纲思路清晰地指导实验，实验选修课教师的工作量与本科实验教学工作量计算办法一致，同时实验教师根据实际情况填写该门课的实验消耗材料以及消耗金额，学校在实验费中予以支付。

2 实验选修课的授课

由于实验选修课是开放式的组织方式，所以在授课方式上，先集中讲课。主要以学生综合训练为主，自己动手，对已实施实验设计的学生进行及时答疑指导，还需配备各个研究方向的教师进行咨询指导，对实验设计过程中遇到的疑问，可咨询相关老师进行指导。在上课时间上，实验选修课一般为开放式实验，学生可自愿安排时间，在每周规定的时间内，根据自己的实际情况自行安排，不要求每次实验必到，因而不影响正常的理论课学习。

在具体实施中可以采用集中授课与自主设计、分组预约指导相结合的方式，即集中讲授有关元器件的使用、测试方法、实验题目设计步骤以及实验原理等，实验仪器设备、理论背景、研究方向、必备软件操作，讲授完毕后与学生讨论，因人而异确定实验过程、实验项目和内容，布置设计任务;由学生利用开放实验室，自主+辅导完成设计任务。学生根据教师布置的研究任务难度，自主或分组完成，分析实验内容讨论，提出设计思路，形成实验预案。可以与教师讨论，对实验方案提出质疑与分析评价，初步完善方案设计，修改为实施方案。教师对整个实验探究过程进行点评归纳，及时纠正学生实验中出现的问题，使学生明确实验成败的关键所在。充分挖掘、调动学生已有的背景经验，改变了以往照方抓药对学生创新能力、操作能力的束缚。这样学生容易实现加深对所学知识的理解，激活创新思维，延展思考强度，提高学生实验技能，增强学生的动手能力，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，达到提高学生学科素养的目的。并在此过程中，潜移默化地培养学生严谨认真、尊重事实的科学态度。在授课中可以发挥特长学生的优势，带动整个课程学习氛围。同时，对实验选修课的内容来自科研项目的实验内容，可以扩大教师指导范围，引入专业教师室教师进行指导。

3 实验选修课的考核

实验选修课考核的目的除评定学生成绩外，还在于教师掌握教学过程，能及时督导，了解教学效果。

我们要求学生记实践日志，实践日志作为考核的一项内容，记录自己的设计思路，调试过程，创新发现，有意识地引导学生了解自己的思维过程，关注自己思维方式的变化，打下认知科学的基础，学会积极思维，引导深度思维［5］。在考核时，根据学生所选题目的难度等级，采用现场产品验收、口头答辩和设计报告三个环节进行考核，合格后综合给出实验成绩。具体可以依据下面四个方面打分:(1)功能分析，功能实现;(2)核心技术，理论基础，工作原理;(3)性能优劣，总体方案评价;(4)设计思路、创新特点。

4 结束语

实验选修课能提高学生的创新能力和创新思维，增强学生的自主实验能力，因此越来越引起大家的重视。如何提高实验选修课的综合性、创新性、专业实践特色将成为广大教师新的研究课题。

［1］羊箭锋，肖圣兵，周怡.依托电子竞赛平台，推进实验教学改革［J］，实验科学与技术，2011，9(3):165－166.

［2］张群艳，姜永芹，杨金林.开设实验公选课提高学生工作实践能力［J］.实验室研究与探索，2006，25(9):1109－1110.

［3］杨卫军，罗积军，樊莉.伯克利嵌入式系统课程教学的特色与启示［J］，实验室研究与探索.2012，31(5):147－148.

［4］赵洋，江维，王佳昊，等.Proteus在单片机实验教学的应用研究［J］，实验科学与技术，2011，9(5):16－18.

［5］王良成，王喜鸿，王连胜.提高电子类实验教学质量的方法研究［J］，实验科学与技术，2011，9(5):114－115.

［6］刘银萍，王晗.数字电子技术实验课程的改革与探索［J］，实验科学与技术，2010，8(5):105－107.

［7］刘琳.电工电子实验教学改革探讨［J］，实验科学与技术，2010，8(5):103－104.