运用系统工程的思想构建实践教学体系

王淑琴

摘 要 专业实践教学涉及到学生发展的各个方面，也可以看作是一项系统工程。文章运用系统工程的思想和方法，组织分级的实践教学活动，通过一个实例，详细介绍如何协调专业实践教学活动中各项因素，将整个实践教学环节串起来，实现其系统性和整体性。

关键词 系统工程 实践教学 课程设计 单片机 A/D转换芯片

中图分类号：G424 文献标识码：A

0 前言

实践教学是高等应用型人才培养体系中的一个重要环节，它对培养学生的工程素养和实践动手能力起着极其重要的意义。实践教学包括专业课程实验、开放性实验、课程设计、电子竞赛和毕业设计等，其中课程设计、电子竞赛、毕业设计按教学组织大多是由专业教师承担教学任务。

如何制定人才培养流程，使整个实践教学过程做到系统化和整体性，一方面需要合理安排与本专业学科基础类课程相关的实验教学环节，另一方面要探索课程设计、电子竞赛、毕业设计等专业工程实践环节的规划，充分扩展专业特色课程相关的实践教学的内涵。其中后者是提高学生动手能力和综合思考问题最佳方式。

1 以系统工程的思想构建专业实践教学体系

系统是由互相关联、互相制约、互相作用的若干组成部分构成的具有某种功能的有机整体。系统工程是运用系统思想直接改造客观世界的一大类工程技术的总称。专业实践课程活动涉及到学生专业学习的整个阶段，也可以看作是一项系统工程。为了提高专业实践教学活动的教学效果，保证专业知识的可持续性发展，就应该按照系统工程的思想和方法，协调专业实践教学活动中各项因素。在实际工作中，一方面要重视每一项工作，将每一项工作做到位，另一方面要重视各项工作的内在联系，建立系统的、整体的教学体系，这样才能使实践教学的功能最大化。

目前在高校的实践教学中常见的问题是缺乏大学四年整体的实践教学体系，学生每一年都在做不同的实验不同的设计，设计的系统性和完整性被割裂开，学生不能用联系的眼光去看全部的设计，不能体会到各专业课程之间的联系和传承。针对这一情况，必须做好系统化统筹安排。

结合各个阶段专业课程的学习，合理安排专业实践环节，最大限度激发学生的主动性和能动性，是专业教师必须思考的问题。下文以浙江科技学院测控专业某小组四年的课程设计、专业实验和毕业设计为例，详细介绍如何将教师和学生结合起来，系统地完成四年的专业教育。

2 改革与探索——以数字电压表的设计为例

基于系统化工程的实践环节，专业教师根据学生学习的各个阶段，合理安排与专业课程相对应的课程设计环节，有效地发掘各个环节的密切联系，培养学生系统化的设计理念。

在一年级本科始业教育和专业认知实习环节，专业老师提供各种设计题目供学生进行分组选择，这些题目必须具有传承性的，并且说明各个设计要用到的专业知识，比如说电子课程设计要有电路原理、数字电路和模拟电路相关知识；下一阶段就要用到单片机和传感器等知识；再下一个设计可能要用到虚拟仪器、控制系统等知识，让学生在一年级就对本专业的整体构造有感性认识，从而激发他们专研专业知识的兴趣。

2.1 基于ICL7107的多量程直流数字电压表的设计

根据教学计划的安排，在一二年级学生所接触的主要是专业基础课，学生能自由掌控的专业知识有限，因此在二年级电子课程设计中，我们要求学生设计一款直流数字电压表，具体要求是能实现0mV～2V测量范围。专业教师只负责提出任务以及实现的功能，学生自行查阅资料，提出解决方案，然后师生一起讨论可行性。在实践中，学生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解决方案。

2.1.1 数字电压表的组成

数字电压表基本量程200Mv，可以扩展量程2V和20mV。整个电路设计没有超越学生现有理论知识，学生有能力独立完成，同时功能的扩展又要求学生综合运用所学的各门专业课程，完成复杂电路的设计，锻炼了综合分析问题并独立解决问题的能力。

2.1.2 总结分析

这一阶段学生只能使用电路模电和数电的相关知识，结合电子综合实验，学生查阅资料，了解ICL7107的原理，掌握双积分式芯片的基本电路的设计，完成了芯片的供电模块—— ？V直流稳压电源的设计，并可以在此基础上开拓量程自动切换的功能（如图1所示）。

2.2 基于单片机的数字电压表的设计

随着二三年级大量专业课程的学习，学生可以运用的专业知识更加丰富了，他们可以完成设计的功能也随之更加强大。在此基础上，学生延续前面的设计，改进了电压表的设计。

2.2.1 基于单片机的数字电压表的设计

由于ICL7107没有BCD码输出，没有像ICL7135那样的BUSY信号，在与单片机连接时，学生遇到了障碍，于是又展开了一场讨论，如何利用单片机只是完成直流/交流电压的测试任务。根据大量查阅的文献资料，有学生提出采用ICL7135芯片的想法，该芯片与ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D转换器，加上外围电路ICL7135可组成一个满量程为2V的数字电压表。ICL7135可以采用并行采集方式与单片机系统进行连接。如图2所示，模拟电压送到ICL7135进行A/D转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到数码管中显示。其中ICL7135电源部分可以沿用上学期的？V直流稳压电源。

2.2.2 总结分析

现阶段可以要求学生用到所学的单片机等知识，完成功能更多、精度更高的课程设计。在单片机等课内实验中，学生完成了单片机最小实现系统，结合前期所做的电子课程设计，学生可以开发基于单片机的数字电压表。该设计引入单片机编程实现从数字量编码转换到七段译码，最后送到数码管显示输出测量结果。学生利用单片机最小实现系统，扩展单片机系统的应用，专业知识得到了综合运用。

2.3 基于ICL7135的毕业设计

ICI7107/7135都是CMOS双积分A/D转换芯片，可以转换输出？0 000个数字量，对外提供6个输入、输出控制信号。因此，除用于数字电压表外，还能与异步接受/ 发送器、微处理器或其他控制电路连接使用。

因此，在选做毕业设计题目过程中，学生对需要进行模拟信号处理的设计中大多选用这两款芯片，如图3所示，在选用ICL7135作为A/ D 转换器，模拟信号由传感器采集，由ICL7135 转换后数字量送入单片机，由单片机对ICL7135 输出的信号进行处理，在数码显示管（LED）上显示。并可通过键盘输入温度设定值。单片机根据设定温度进行相关运算（如PID、模糊运算等），产生控制信号。

当然还可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的应用的实例，这里我们致力于让学生对知识点的综合运用，当他们能用课堂上所学到的知识，系统地解决一个实际的问题，这里面的满足感和成就感能大大激发学生的学习潜能，提高学习效率。

3 结束语

通过合理选题能让学生将大学里几年来学习的知识点“串” 起来，形成有机的整体。开设系统性的专业综合课程设计对实现工程教育的思想，确保培养合格人才方面具有重要作用和意义。随着对高等应用型人才培养的需求的不断扩大，专业实践环节的改革和实践必将会进一步深入下去。作为专业教师，致力于为学生营造一个开放的平台，引导学生以工程观的思想运用不同学科的理论和方法解决实际问题，激发学生的主动性和创造性，为将来所从事的技术工作打下良好的基础。