电子工程设计综合课程改革与实践

蓝 波, 王志秀, 徐文星

(北京石油化工学院 信息工程学院,北京 102617)



电子工程设计综合课程改革与实践

蓝 波, 王志秀, 徐文星

(北京石油化工学院 信息工程学院,北京 102617)

电子工程设计综合课程改革是在当前高等工程教育改革的大背景下，根据我校自动化专业的工程能力素质培养目标，反向重构电子工程设计课程，以真实工程项目为依托，确立了具有完整性、系统性和应用性特点的工程模型和实训内容，并制订了符合工程训练标准的成绩考核体系。通过科学评价实施效果，动态调整实训内容，从而持续提升培养目标中满意度低的指标，使学生得到了较为系统的初级工程训练，学生的工程能力和创新能力得到了较大提高，有效地支撑了专业能力建设。实施3年来，取得了明显效果，基本实现了符合地方工科大学应用型工程师培养的课程改革目标。

培养目标; 工程能力素质; 电子工程设计; 课程改革

0 引 言

我国是世界高等工程教育大国，高等工程教育规模位居世界第一位。2013年的数据表明，我国开设工科专业的本科高校有1047所，占本科高校总数的91.5%；工科专业的本科在校生达到452.3万人，占高校本科在校生规模的32%[1]。尽管我国工程教育的规模相当可观，但工程教育创新、人才培养质量等仍与世界水平相距甚远，呈现严重的“大而不强、多而不精”的问题[2]。这与国内高校长期以来强化学科知识体系的完备性，而弱化了以社会需求为导向、以实际工程为背景、以工程技术为主线的工程素质能力培养有很大的关系[3]。

工程具备3个最基本特性，即实践性、综合性、创造性。如何强化工程实践环节，培养真正具备动手能力、问题解决能力和创新能力的工程人才，将是未来一段时间内我国高等工程教育改革和发展的重点所在[4-7]。

我校于2010年6月成为全国首批61所“卓越工程师教育培养计划”试点高校，也是北京地区10所获批高校中唯一的一所地方本科院校，自动化、机械电子工程和化学工程3个专业进入首批试点专业。电子工程设计课程的改革就是在这个背景下，以自动化专业人才培养模式的重构为依托开展的[7]。

1 具体的改革措施和做法

1.1 根据能力素质目标反向重构电子工程设计课程[3，8-11]

我校自动化专业的培养类型目标是应用型工程师，综合CDIO大纲、美国ABET工程专业认证标准和各类企业人力资源管理要求，我们确定了10项一般性工程能力素质培养目标和7项专业能力素质培养目标，见表1。

表1 自动化专业能力素质目标

表1中的每项培养目标需要一两个知识能力模块支撑，每个知识能力模块由若干课程或教学环节组成。从表中可知，一般性工程能力素质培养目标是所有工科专业的学生必须具备的，电子系统综合设计能力是自动化专业的学生应该具备的核心能力素质培养目标之一。根据能力素质培养目标，我们重构了电子工程设计综合课程模块，如表2所示。这种反向设计与以往学科体系下根据知识点设置课程的模式截然不同。

1.2 确立电子工程设计模型和实训内容[12-15]

模型的确立原则是在工程实践能力培养的过程中，必须体现电基础知识的完整性、电子工程设计的系统性和应用性。因此，我们将真实工程中常用到的技术方案和实用电路、控制过程、通信方式等归纳划分成多个单元模块，再以相对统一的接口定义和电信号要求，重新组合起来，依据实践教学运行的需要，组成一个具有模块化、可替换的中小型电子工程系统模型。学生通过独立完成两个阶段的电子工程设计全过程，在设计方案选择、单元电路设计、元件筛选、网板焊接、程序设计、系统联调、报告撰写、答辩等各个方面得到充分的锻炼。从社会需求看，自动化专业的工程培养目标是“产品”和“系统”，即自动控制系统产品的设计、生产、销售、技术支持和自动控制系统工程项目基本方案设计、系统集成、施工、运行、维护等。考虑到电子系统综合设计能力要服务于专业培养目标，要体现自动控制专业的特色，我们最终确定将“小型温度测量与控制系统的设计与实现”作为自动化专业的工程设计模型，模型的电路构成框图如图1所示。

模型所包含的工程训练内容分两个阶段实施，第一阶段以引导人门为主，内容多但实现起来相对容易，由电子工程设计(I)承担，大学二年级下学期开设。第二阶段是工程训练的重点，训练量大且难度高，由电子工程设计(II)承担，大学三年级上学期开设。具体内容如下：

第一阶段：①讲解本课内容，特点、要求，电子工程的应用领域、内容和设计过程；②了解总体方案的初步设计，元器件常识、仪器测量和焊接技能等；③原理图和线路板图的绘制；④传感器的了解和选择；⑤直流稳压电源的设计，制作，调试；⑥变送器的设计，制作，调试，校准；⑦功率驱动电路的设计，制作，调试；⑧撰写设计报告。

表2 电子工程设计课程整合情况表

图1 模型的构成框图

第二阶段：①讲解计算机总线设计概念，数字电路的调试方法和故障分析；②控制电路的设计，制作，调试及编程；③键盘，显示电路的设计，制作，调试；④模数转换电路的调试；⑤数模转换电路的调试；⑥系统联调，实现闭环自动控制；⑦撰写设计报告。

无线通讯和有线通讯模块可作为具有较强设计能力的学生进行课外科学研究训练或毕业设计任务。

1.3 制订符合工程训练评价标准的成绩考核体系

电子工程设计2人一组，每个人的总评成绩由设计验收，报告、答辩、团队协作四部分成绩组成。开课之初下发的任务书中明确了成绩的评定方法和相应分值，成绩对于每个学生都是透明的，做到公开、公平、公正。电子工程设计本质上是一个接近于真实应用的小型电子系统，验收时要综合考虑工程设计方方面面的要求，给出客观恰当的分数[12]。表3给出的是电子工程设计(I)成绩评定表。

表3 电子工程设计(Ⅰ)成绩评定表

在第一阶段的基础上，电子工程设计(II)要完成A/D、D/A、键盘显示和控制模块的设计制作，以及单元电路调试和系统联调。为了检验学生对电子系统的理解和掌握，第二阶段的成绩考评除了有类似于表3的内容外，还增加了实操考核。我们的做法是在八个单元模块上一共设置了36个故障点，这些故障点通过继电器控制其断开或闭合状态，对应36道考题。考核时，每个学生从题库中随机抽取考题，教师根据抽到的考题将相应继电器设置为断开状态，学生只能通过示波器查找并排除故障。实操考试极大地提高了工程训练的效果，从某种意义上来说真正告别了以往那种

“纸上谈兵”的考核方式。

1.4 实施效果评价与课程动态调整

迄今为止，电子工程设计已经连续在四届自动化专业的学生中实施。为了了解课程对培养目标的支撑力度，每个阶段结束后，我们都要让学生根据自己的实训体会对表1中的每一项培养目标进行评价，满意度最高为5分，最低为零分，以0.1分为最小变化量。学生的评价是在给出课程成绩之后进行的，而且是匿名的，这样可以保证评价的真实度。统计结果表明，一般性工程能力素质培养目标中满意度最高的是①、②、③、④、⑧、⑨五项，平均可以到达4.5分，满意度最低的是⑥、⑩两项，平均只有2.5分；专业能力素质培养目标中②项毫无悬念地拿到了最高的4.8分。这些第一手的评价数据为我们不断对课程进行改革提供了依据，构建了动态调整与能力素质培养目标实现矩阵表，如表4所示。针对满意度低的培养目标，可以通过完善实训内容，调整实训方式等来提升实施效果。实践证明，这种按照系统工程思维构建的闭环课程改革方式是行之有效的。

2 课程改革实施体会与反思

2.1 要有“不破不立”的决心和持之以恒的毅力

对于一个初次接触工程系统的学生来说，要设计、焊接、调试系统各个环节的功能电路，那么电路的故障、电路之间的匹配、干扰，方案设计的缺陷，操作工艺和可靠性等等，都会带来各种各样的工程性问题。这些问题的解决通常需要花费更多的时间，同时需要指导教师具有丰富的实际工程经验。对于那些从学校到学校，没有受过系统工程训练的教师而言，放弃熟悉的教学内容投身到具有挑战性的课程改革中，阻力可想而知[16]。除此之外，电子工程设计训练材料的损耗是相当可观的，需要学校投入大量的经费支持，这些都增加了课程实施的难度。所以，要有“不破不立”的决心和持之以恒的毅力，才能将课程改革实施下去。

2.2 设计的创新应该是“有限”的

学生完成的是一个电子综合系统的设计过程，鼓励创新带来的直接结果就是设计方案的多样化。实现这些方案需要更多种类的元器件，增加了教学实施的复杂性，处理不好会影响工作效率和教学效果。所以，我们实行“有限”的创新，具体做法是事先给定一个元器件清单，其中包含了常用的数字、模拟、数模混合、传感器、A/D和D/A器件，要求学生在给定元器件中进行方案的设计。对于一些设计思路新颖、确需用到清单之外元器件的方案，指导教师组经过讨论通过后也可以予以特别支持。

表4 动态调整与能力素质培养目标实现矩阵表

注：上表中调整有效的内容在其对应的方格内填“√”，否则填“X”

3 结 语

电子工程设计综合课程改革以真实工程项目为依托，使学生初步得到了较为系统的工程训练，有效地支撑了专业能力培养目标建设，是当前工程教育改革背景下，为培养面向社会需求的应用型工程师的一次有益尝试。

[1] http://edu.sina.com.cn/gaokao/2013-08-26/1019393186.shtml

[2] 朱 泓，李志义，刘志军.高等工程教育改革与卓越工程师培养的探索与实践[J].高等工程教育研究，2013(6):68-71.

[3] 戴 波，纪文刚，刘建东，等.以工程能力培养为主线建构专业人才培养模式[J].高等工程教育研究，2011(6):136-140.

[4] 姚 威，邹晓东，胡 珏.美国工程教育的政策动向及其启示[J].高等工程教育研究，2012(5):28-33.

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[16] 王志秀，张吉月，蓝 波．电类专业电学基础技术课程改革与实践[J].实验室研究与探索，2014(5)：179-183.

Synthesized Course Reform and Practice of Electronic Engineering Design

LANBo,WANGZhi-xiu,XUWen-xing

(Information Engineering College，Beijing Institute of Petro-Chemical Technology, Beijing 102617, China)

Under the background of higher engineering education reform, integrated curriculum reform of electronic engineering design is to reconstruct the courses according to the training objective of engineering ability of automation specialty. Based on real engineering projects, engineering models and practical training contents of integrity, systematicness and applicability are established and performance evaluation system which meets the engineering training standards is formulated. Based on the scientific evaluation of implementation effect, the training contents are dynamically adjusted, so as to continuously enhance the indicators of low satisfaction in the training objective. Thus, the students gain the systematic primary engineering training, so as to greatly improve their engineering and innovation ability, and effectively support the construction of professional ability. Obvious effect has been achieved after three years of implementation. The curriculum reform goal of the cultivation of application engineers in local technological university is realized.

training objective; engineering ability; electronic engineering design; course reform

2014-06-22

校重点教改项目(ZD20130302)

蓝 波(1973-)，男，四川隆昌人，硕士，副教授，电工电子教学与实验中心主任，主要研究方向为电工电子新技术。

Tel.：13501327812;E-mail:lanbo2010@139.com

G 642.423

A

1006-7167(2015)05-0203-04