电子信息工程专业电子系统设计实践类课程内容改革探讨

郑博仁

摘 要：电子系统设计实践是电子信息工程等专业较为重要的实践类课程，文章根据自身教学经验出发，结合当前新工科对电子信息技术人才的需求，就电子信息工程（智能制造）专业的电子系统设计实践课程内容改革进行了探讨，详细给出可行的实践课程内容，通过近几年的教学实践，对提升学生的实践能力有较大帮助，证明该内容改革的可行性。

关键词：电子系统设计实践；智能制造；课程设置

就目前来看，在全国的高校中电子信息工程专业是仅次于计算机专业的第二大开设专业，说明该专业具有强劲的活力，这也就意识着就业压力同样巨大。同时，在2016年6月，我国工程教育专业认证体系实现国际实质等效，并开展“新工科建设”，电子信息工程专业要求学生具有“复杂工程问题分析与解决能力”，“设计并研制新型复杂工程系统实验设备和软硬件装置”，这就对实践环节提出来更高的要求。理论课程教学偏重于科学问题的提出、精炼、解决，满足了第一个要求；实践环节是解决工程应用或工程技术的问题，也就是第二个要求，但是往往实践环节由于认识、设备、资金等原因得不到或者做不到足够重视，存在一定的滞后性。另外，新工科形式下，大家的注意力还主要集中在体系的建立上，很多文献对如何建立新工科要求下的教学体系做了较为详细的阐述、[1.3]或对实践教学体系进行了探讨，[4.7]但是还都缺乏详细的具有针对性的该专业电子设计实践类课程的设置阐述。根据上述问题，文章从如何提高学生的实践能力入手，以提高学生运用知识的能力，强化动手能力为主要目标，以新工科为背景，结合本校特色，详细探讨了电子系统设计实践类课程的具体设置内容，以及相关要求，结合多年的教学实践经验，给出电子系统设计实践类课程的一个较为完整的案例，并根据实际教学效果来看，对学生的实践能力提高帮助较大。

1 电子系统设计实践类课程开设的主要目的

电子信息工程专业电子系统设计实践类课程的开设目根据每个学校的不同背景会有所不同，但是对学生的基本素质要求应该是一样的。要求学生具有运用电子技术对信息进行采集处理的能力，借助于先进的电子系统EDA工具进行复杂电子系统设计能力，通过本课程的学习，学生应能较独立地完成较复杂的电子系统的设计，并能解决一些与之相关的实际工程问题，最终使学生获得电子系统设计的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，同时掌握相关电子设计设计文档的写作方法，培养相互协作的精神。结合我校特色，还提出了需要具有面向交通系统的电子系统设计能力，如交通建设过程中的施工监控的相关软硬件、交通设施结构传感、检测系统，交通信息管理的相关软硬件等等。实践教学课程中须按照这个思路来进行，根据这样的需求目的，相关专业和相关课程设置需要根据实际情况做调整。

2 电子系统设计实践类课程内容改革优化设置

根据我校本科层次与专业背景，电子信息工程专业的主要目标是培养智能制造人才，设计实现面向交通行业需求的电子系统的软硬件。故电子系统设计实践类课程体系需要包括模拟电路设计、数字电路设计、单片机系统设计、嵌入式系统设计以及FPGA设计等实践课程。

学生进行学习电子系统设计实践课程，主要获得上述的四个基本要求，这四个基本要求中较大部分的内容老师在理论教学过程中基本是无法做到的，所以在电子系统设计实践类课程中需加入电子技术设计相关的基本技能内容，实践课程第一部分首先应包括电子元器件的认知与选取，元器件参数表的学习和理解，这部分知识理论课教学常常由于学时数以及理论体系的问题基本不会涉及，而很多电子设计类的教材也常常不编写者方面的内容，认为学生天然自己会学习，现实是现在的学生对于这方面的知识实际是了解较少的，再加上元器件参数表动辄几十页的英文，几十上百个参数，学生在掌握基本理论的情况下很难看懂相关参数，所以在电子系统设计实践课上的第一个内容就需要详细的介绍这方面知识，教会学生如何在较为多的参数中寻找需要的参数。另外一个内容是电子系统设计的基本规则，元件画图规则，设计图纸布局规则，这个是学生必须掌握的内容，也是需要明确的内容。再次，仿真软件的系统学习是提高学生实践能力的重要收段，不可或缺。最后，元器件封装与焊接，PCB板制程工艺以及绘制能力是四个基本功中最重要的内容，大多学生缺乏相关的训练，所以需要在内容中明确体现。获得这些基本方法、基本技能是关键，才能提高学生的兴趣，客服畏难情绪。有了这方面的相关知识，下一步学生基本可以做到自学。

同样，模拟电路设计实践强化包括运放的使用，主要内容包括信号放大电路、信号发生电路、信号变换电路、信号调理电路、滤波电路以及电源电路，由于现在集成电路的飞速发展，单管电路因其设计、调试等的复杂性，不再作为推广的重点，故在内容上避免单管应用；其次模拟电路设计需要突出实用性，弱化反馈、功放等电路。

数字电路设计实践由于时代的发展，中小规模的集成电路试验基本不存在应用空间，故数字电路课程实践大多以FPGA/CLPD 方式实现，主要包括基本设计原则.面积与速度关系、流水线操作设计、器件资源学习、时序分析、优化设计以及系统设计技术等；结合学校特赦在其中增设工作了较大的系统设计如设计桥梁原地震动采集系统等。

单片机系统设计实践侧重在于应用，加深对书本知识的具体化，采用线下流行的32位机为主导，辅助8位51单片机使用，包括基本功能，基本资源、串口通信、引脚定义、ADC转换、定时器使用等，如果条件许可可以涉及到如带无线功能的单片机系统；最后以实现一个较为复杂的系统为最后考核项目。

嵌入式系统设计实践，根据时下嵌入式芯片的发展现状，选用ARM Cortex.A9体系架构，实践课程包括内容有：基本I/O实验，AD实验，linux内核移植、QT实验，嵌入式系统应用开发，结合我校特点，如设计自动驾驶系统、智能家居系统等，满足学生的需要以及社会对嵌入式人才的需要，取消计算机端程序设计等内容，该内容放到程序设计实践课中去体现。

基于上述描述，电子信息专业（智能制造方向）的实践课程具体内容如图1 所示，基本上涵盖了电子系统设计实践内容，由于不涉及到较高频率，实践环节不采用无线技术实现，主要还是集中的传感器设计与控制等系统，就实验设备、以及学生课后在实验室或寝室等地方都可以很好地做自我学习和练习，避免因设备导致的无法进行学习的现象。

3 结论

该实践教学内容在我校从2012年开始实施，学生通过该类实践课程的学习，不仅提高了实践能力，获得了设计电子系统的知识，同时在找工作的时候也获得了相关的项目经历。另外，通过这些课程的实践教学，学生积极参与学科竞赛，特别是电子竞赛，获奖人数达到了120多人次。

文章提出的電子信息工程（智能制造）的电子系统设计实践类课程教学内容，通过学生的学习过程证明是可行的，对提高学生电子系统设计能力帮助较大，相关专业可以做一个借鉴。

参考文献：

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