基于工程项目的电子信息工程专业课教学方法研究

乔爱民 罗少轩 王艳春

摘 要：电子信息工程专业课的一个显著特点是与工程实际联系紧密，在以往的教学过程中发现，有很多重要知识点对于缺乏工程实践经验的学生来说显得非常抽象和难以理解，单凭教师按照传统方法在课堂上讲授，学生很难理解和掌握，容易产生懈怠，影响教学效果。针对传统教学方法的不足，在授课过程中结合教学内容适当引入一些实际工程项目，通过分析实际案例，引导学生理解和掌握一些平时觉得很抽象的重要知识点。这样不但有利于激发学生的学习兴趣、加深学生对一些重要知识点的理解和掌握，还能锻炼学生的工程实践能力，提高工程化人才的培养水平，经过数年的实践表明，该教学方法取得了较好的效果。

关键词：项目教学法；电子信息；教学研究；工程实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）05-0028-03

Abstract： One of the significant features of the electronic information engineering course is that it is closely related to the engineering practice. In the past teaching process， a lot of important knowledge points were very abstract and it was difficult for engineering students who lacked practical experience to understand. If teachers only adopt traditional methods in the classroom， students will be prone to be slack， affecting the teaching effect. Aiming at the deficiency of traditional teaching methods， it will be easy to make students understand these abstract knowledge points by introducing some practical projects into classroom teaching and analyzing some actual cases. This teaching method will stimulate students' learning interest， deepen their understanding of some vital knowledge points， train their engineering practice ability and improve the training quality of engineering talent. Several years' practice shows that this teaching method has achieved good effect.

Keywords： project teaching method； electronic information； teaching research； engineering practice

一、概述

電子信息工程是一门应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的学科，主要研究信息的获取与处理，电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成。其主干专业课包括电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路、电子设计自动化、信号与系统和PLC原理及应用等课程[1]。学生不仅要学习基本的电路知识，还要掌握利用计算机软件处理数据信息的方法，而且在实践实训环节还要动手设计、连接一些实际的功能电路并结合计算机进行仿真和调试。培养的是掌握现代电子技术理论、通晓电子系统设计原理与设计方法，具有较强的计算机、外语和相应工程技术应用能力，面向电子技术、自动控制和智能控制、计算机与网络技术等电子、信息、通信领域的宽口径、高素质、德智体全面发展的具有创新能力的高级工程技术人才[2]。

二、目前电子信息工程专业课教学过程中存在的问题

电子信息工程专业课信息量大、涉及的知识面广、实践性和应用性很强，学生在刚开始接触时，其实学习兴趣都很浓厚，学习效果也不错。但在实际教学过程中发现，随着课程的逐渐深入，学生学习时会遇到很多困难，导致学习兴趣减退和学习效果的降低，经过深入分析，主要原因为如下几点：

1. 电子信息工程专业课中很多重要知识點与工程实际联系非常紧密，比如“传感器信号的调理和放大”、“多台电动机的顺序控制环节”、“闭环控制系统”等知识点就和现代工业生产息息相关，如果学生缺乏工程实践经验，没有这方面的感性认识，那么在学习这些知识点时会觉得非常抽象和难以理解。单凭教师按照传统方法在课堂上讲授，即使反复讲解多次，学生也会觉得犹如“空中楼阁”，似懂非懂，很难窥其全貌，更不用说灵活运用。长此以往，学生极易产生懈怠情绪，出现厌学、不学的情况，严重影响教学效果。

2. 很多专业课教师没有把教学和科研有机结合。很多教师往往将自己的工作分为泾渭分明的两部分：教学工作和科研工作。教学工作就是勤勤恳恳的完成教学任务，遵循课本传授知识；科研工作就是申报各类工程研究项目后埋头钻研，发表研究成果。很少能将教学和科研二者有机的结合起来。

在教研室每学期组织集体听课的过程中，发现很多博士和高级职称教师虽然自身科研能力很强也有很多科研项目，但在上课过程中却没能把自己的工程实践经验糅合到书本中去并传授给学生，这样就非常可惜。其实，如果换一换思路，在讲解一些有工程实践背景的重要知识点时，将教师自身的实际科研项目或工程项目融入到课堂教学中，有时确实能绽放出意想不到的火花[3]。

3. 目前在电子信息工程专业课教学过程中，很多教师往往过于强调知识的系统性和完整性，注重书本和教材上理论知识点的讲解，而忽视实践动手能力的培养。导致毕业生往往理论知识丰富但欠缺实践经验和解决实际问题的能力。而随着社会的发展，目前用人单位越来越注重大学毕业生的实践能力和解决问题的能力，不少单位在接纳毕业生后还需要对其进行较长时间的二次培训后才能上岗，这在一定程度上造成了教育资源的浪费[4]。

三、基于工程项目的电子信息工程专业课教学方法研究与实践

在电子信息工程专业课堂教学过程中，很多知识点比较抽象，学生缺乏感性认识，理解起来有一定的难度，会产生畏难情绪。如果结合教学内容适当引入一些工程实例，具体到此知识点的实际应用以后，不但能激發学生的学习兴趣，还能提高学生的学习积极性、加深对相关知识点的理解[5]。有了这样的指导思想后，我们开始考虑如何改进教学方法，通过长期的教学实践，对电子信息工程专业课的课堂教学方法作了一定的改进和创新。

（一）将实际工程项目引入课堂，激发学生的学习兴趣，并深化对抽象知识点的理解

在《电气控制与PLC应用》这门课程中，有一个重要知识点“电动机的顺序控制环节”，教学内容是如何控制多台电动机的启动顺序和停止顺序。在讲授这个知识点时，很多同学会有疑问：把多台电动机的电源线并联在一起，同时启动和停止不就可以了吗？何必多此一举设计什么顺序启动、逆序停止的控制电路呢？

图1 皮带运输机示意图

此时引入一个工业生产中常用的皮带运输机控制实例：三条皮带运输机由三台电动机带动，待处理的货物从左至右依次从3号运输机传送到1号运输机，要求在传输的过程中皮带运输机上不能有货物堆积。通过这个实例，学生们就很容易发现，如果简单的将三台电动机同时启动或同时停止，那么都会在皮带运输机上滞留货物并导致堆积，进一步研究后发现，按照1、2、3的启动顺序和3、2、1的停止顺序是最优化的控制方案，能最大程度的避免货物堆积。因此，学生们可以切实体会到，原来在实际工业控制过程中，多台电动机的启停控制确实不是简单的同时进行就可以的，通过对启停顺序的讨论和对比，不但激发了学生的学习兴趣，还加深了其对“电动机的顺序控制”这个知识点的掌握，并有了感性的认识。

（二）鼓励优秀学生适度参与教师的科研项目或工程项目，锻炼学生的实践动手能力和解决实际问题的能力，并为学科专业竞赛做准备

在课堂教学过程中，总能发现部分学习能力强、对某门专业课程特别感兴趣的学生，对这部分学生可以积极引导，鼓励其在学有余力的情况下适度参与教师的实际科研项目和其他工程项目，一方面开阔了学生的眼界、锻炼了学生的实践动手能力和解决实际问题的能力，另一方面通过这部分学生取得的一些成绩激发其他学生的学习兴趣和积极性[4，5]。在《电子设计自动化》课程的教学工作中，发现班上有几位同学学习能力很强而且对自动控制技术非常感兴趣，因此就向他们介绍了教师的科研项目，并分出部分子课题让他们研究，比如禽类养殖场饲料塔料量监控和无线水文信息检测等，原理图如图2和图3所示。

图2 禽类养殖场饲料塔料量监控系统原理图

图3 无线水文监测系统原理图

在此过程中，他們结合教材内容和项目的研究要求，边学边练，进步很快，不但按时完成了研究任务，还参与申报了三项实用新型专利“基于无线传感器网络的闸门控制系统”、“禽类养殖场饲料塔料量监控系统”和“无线式附着升降脚手架控制系统”的申报，并获得了专利证书。他们取得的成绩同时也激发了其他同学的学习积极性，后来又组成了数个学习兴趣小组，并在电子与电气工程系第一届电子设计竞赛中崭露头角，取得了不错的成绩。

（三）在校园中和学生身边发掘研究项目，引导学生将课本中的知识活学活用

前段时间学院在教学楼内放置了一批不锈钢自动加热饮水机，为教师和学生提供开水。其实自动加热饮水机就是一个小型的电气自动控制系统，因此在“PLC过程控制”知识点的课堂教学中，我就向学生提出问题：如果我们利用PLC来控制一台自动加热饮水机，应该怎么做呢？题目一出，就引发了学生们激烈的讨论。此时可以适当引导：“对自来水加热需要用到电加热器，而检测水温则需要用到温度传感器。除此之外，还需要哪些元件呢？”有学生思考后发现，不锈钢自动加热饮水机是全封闭式的，进水和出水都是自动控制的，因此需要用到电磁阀和水位传感器，水不足时补水，水满时停止进水。然后继续引导：“水箱内水很少时，可以加热吗？正在混入冷水时可以出水吗？”学生经过进一步思考，为防止加热器干烧而损坏，必须设置一个水位下限，而且混入冷水时，不能同时打开出水电磁阀，避免接到未烧开的混合水。最终通过教师引导和学生讨论，得到了一个由PLC控制的自动加热饮水机控制模型，如图4所示。

图4 自动加热饮水机控制模型

根据得到的模型图，继续引导学生：“如果利用PLC来完成控制功能，图中哪些是提供输入信号的元件，哪些是输出元件呢？”学生们仔细思考后发现，水温开关、水位开关属于输入信号元件，而电磁阀、加热器则属于输出元件。明确了以上信息之后，就可以按照教材上的方法依次做出PLC接线图和软件控制程序了。通过校园中学生身边的一些事物，引导学生将书本中的知识活学活用，不但能激发学生的学习兴趣，而且也加深了学生对相关知识点的理解和掌握。

四、基于工程项目的电子信息工程专业课教学效果

基于工程项目的电子信息工程专业课教学方法实施的两年中，学生的学习兴趣、动手能力、创新能力和学习成绩都有了明显的提升。很多学生积极申报大学生创新创业项目、参与教师的科研项目、积极参加各类学科专业竞赛，并且取得了不错的成绩，教学效果对比如表1所示。

表1 基于工程项目的电子信息工程专业课教学效果对比表

由表1及图5和图6可知，基于工程项目的电子信息工程专业课教学方法不仅得到了学生的认可，而且在教学实践中取得了良好的教学效果，同时也显示出工程化教学模式的优势与教学改革的成功。

五、结束语

针对目前电子信息工程专业课教与学过程中存在的一些问题，经过长期的课堂教学实践和探索，发现将授课教师的实际工程项目引入课堂教学不仅有利于调动学生学习的积极性和主动性、深化学生对知识点的理解和掌握，更能增强学生的实践动手能力和解决实际问题的能力。在项目化教学方法实施的两年中，电子信息工程专业已有2名学生获得了省级学科专业竞赛一等奖，10多名学生获得各类省级学科竞赛二等奖和三等奖，学生参与获得国家实用新型专利3项，取得了较好的教学实践效果。

参考文献

[1]宋智，王睿杰，盛虎，等.适应创新型人才培养的电子信息实验教学研究[J].实验室科学，2015，18（6）：139-141.

[2]余新平，余厚全.电类专业高素质“应用型”人才培养新机制与实践教学体系研究[J].长江大学学报（自然科学版），2015，12（1）：82-84.

[3]程望斌，刘翔，丁跃浇，等.低频电子线路课程教学方法研究与实践[J].实验科学与技术，2015，13（5）：203-204.

[4]岑盈盈，莫云峰，戴敏，等.电工电子实习模块化教学研究与管理平台实现——借鉴德国应用科学大学实践教学模式[J].浙江科技学院学报，2015，27（5）：381-385.

[5]刘少克，李晓龙.基于项目导向的研究性教学模式探索[J].教育教学论坛，2015，36：114-115.