基于应用能力培养的电子技术综合性实践教学案例设计

李广宏 周芸梦

摘 要：在普通本科高校向应用型转变的背景下，为了更好地服务地方经济发展，应用型人才的培养成为高校日益突出的研究课题。本文以简易电子秒表设计安装调试为例，将电子基础知识、DEA技术、电子工艺技术、电子安装调试等内容综合成一个实训项目，通过各个环节的训练可以提升学生的工程素养和分析解决问题的能力，为合格的应用型人才打下基础。

关键词：应用能力;综合性实验;教学案例;应用型人才

随着国家经济和社会发展进入了新的常态，经济结构优化调整、以工业4.0为代表的产业升级加快步伐、社会文化建设不断推进特别是创新驱动发展战略的实施，人才供给与需求关系深刻变化，应用型人才的重要性日益凸显。[1-2]应用型人才指的是能将专业知识技能应用于所从事的社会实践的一种专门人才，是掌握社会生产和服务的基础知识和基本技能，并从事一线生产和服务的技能人才。[3-4]

教育部早在2010年7月《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中明确指出，要建立现代职业教育体系、优化高等教育结构、实行高校分类管理。党的十八届五中全会从“十三五”时期党和国家发展全局的高度对教育工作作出了重大部署，明确提出“优化学科专业布局和人才培养机制，鼓励具备条件的普通本科高校向应用型转变”。[5]2015年10月，教育部、国家发展改革委、财政部发布《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》中明确指出，当前我国高等教育结构性矛盾突出，人才培养结构和质量不适应经济结构调整和产业升级的要求。要求部分普通本科高校转型发展，把办学思路转到培养应用型技术技能型人才上来。[6]

电子技术一直以来广泛应用于生产、生活各领域，是工业机器人及智能装备等现代工程装备必不可或缺的一部分，同时也是近代科学技术发展水平的一个重要标志。它是应用型技术人才应该掌握的技术，因此工科的不同专业都有或深或浅相关的课程，比如《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《电工电子技术》、《电工学简明教程》等。在高等教育环节中，电子技术类实验、实践训练课程，作为理论教学的延伸，对于我校电类和非电类工科专业的学生是一门必修的电类基础实验课，且面向的多数是未经过专业实验基础训练和实验技能经验较少的二年级学生，而且有的环节是原理验证性的实验，有的环节偏向电子EDA技术实践，有的环节是电子工艺的训练，如何将各个零散的技术知识及操作技能设计成一个综合型的实践项目，使学生的工程素养和应用能力得到提高，这是高校实践教学研究改革的一项重要内容。

1 教学案例设计整体思路

开设综合性实验的目的在于培养学生工程实践能力，最直接的办法就是将实际工程项目引入到实验教学中，这也是最为有效的办法。[7]本着注重基础能力和综合应用能力培养，将简易电子秒表设计安装调试引入实践教学，探索在电子技术实践教学中将电子元器件选型、电子线路设计仿真、电路板制作、组装焊接、测量调试等各个零散的技术知识及操作技能融汇成一个综合型的实践项目，从而达到将能力系统化训练，建立工程意识，为以后工程应用奠定基础，培养的能力如下表所示。因此，本课程具有实验技能入门和专业实验能力培养以及科学的实验思维和素养培养等多重作用，也是各专业工程教育认证标准中重要考察指标之一。[8]

2 明确实验任务与要求

实验任务是设计安装调试一台简易电子秒表，能够从0.0秒到9.9秒计时，具有清零启动、停止按键控制，精确度为0.01秒。简易电子秒表电路综合了模擬和数字电子技术的基础知识，根据电类和非电类不同专业学生，提出不同的要求及任务。

对于非电类专业学生更注重应用能力培养，拓展眼界学识，在老师的指导下了解电子秒表的各部分组成及工作原理，根据给定的电路进行安装、调试电路，能够初步掌握使用相关仪器仪表对电路调试及故障进行排除。

对于电类学生专业更注重综合应用电子技术能力的培养，根据所学电子技术基础知识、EDA技术，根据要求完成电子秒表的设计、仿真、安装调试以及故障排除。根据实验任务查阅相关资料，设计各个功能模块电路并使用Multisim进行仿真，能够使用Protel（或Altium Designer）设计电路原理图和PCB文件。掌握热转印法制作电路板，依据设计的PCB文件制作相应的电路板。按照规范插装各元器件，掌握手工焊的方法焊接电路板。能够正确使用常用电子仪器仪表对电路进行调试，在了解工作原理的情况下，根据故障现象缩小故障范围，直至将故障排除。

3 基础知识教学与指导

常见电子元器件的识别与检测，主要认识电阻、电容、电感、半导体元件、集成电路，以及如何使用万用表进行好坏检测及极性判别等。常用电子仪器使用，主要掌握任意函数信号发生器、双踪示波器、双路可调稳压电源等使用。EDA技术应用，主要针对电类专业学生，非电类不作要求。通过多媒体演示Protel设计电路原理图和PCB文件的整个过程。设计流程如图1所示。使用Multisim对各功能模块进行仿真实验。

各个功能模块电路的组成及工作原理，基本RS触发器、单稳态触发电路、计数译码显示电路、时基电路的构成及工作原理。使用两个共阳型七段数码管及译码器驱动器74LS247设计译码显示电路;使用三个十进制计数器级联构成分频器;设计由555定时器构成的时基电路;设计由集成与非门74LS00构成基本RS触发器;设计由集成与非门构成的单稳态触发器、闸门电路等功能模块。对于电类专业学生需要自行查阅相关资料，自行设计各功能电路，如图2所示。

热转印法制作PCB，首先需要将PCB的底层信号层原图像，或者顶层信号层的镜像图像，通过激光打印机打印到热转印纸上，再使用热转印机将碳粉转印到覆铜板上，最后腐蚀掉没有被碳粉遮蔽的铜得到电路板。按照规范插装电子元器件，掌握手工焊接的方法步骤组装电路板。

调试各功能电路，比如启停电路也即基本RS触发电路，可以使用万用表检测逻辑电平是否正常。时钟振荡电路可以使用示波器观测脉冲信号并且对秒表进行校准，如图3所示。译码显示电路可以通过特定的功能管脚测试各数码管显示是否正常，连接计数器后可以检测级联有无异常。

4 考核评价

本项目对于电类专业学生要求24学时完成，非电类学生要求16学时完成。实践成绩按五级记分制评定。以提交的作品为考核评价的主要内容，同时指导教师结合学生在实习期间的表现、实习报告和综合能力评定实验成绩。考核更注重整个实验过程的评价，尤其在设计、安装调试过程中遇到的问题或出现的故障以及解决的方法，对老师提出的质疑所作出的答辩等更是考核的要点。

5 结语

本教学案例综合运用了地运用了模拟及数字电子技术基础知识完成一个实验项目并且根据不同专业设置了不同的实践要求。从资料查阅、设计仿真、原理图绘制、PCB设计到安装调试，对学生进行了较为完整的一个项目流程的训练。同时让学生了解到一个复杂的电子系统都是由若干功能模块电路组成的，建立起分级调试、整体统调的一个思想，为以后设计开发、成为一个合格的应用型工程技术人员打下了基础。

参考文献：

[1]李海莲，叶美兰，洪林.地方应用型本科高校转型发展的思考[J].黑龙江高教研究，2017（10）：78-83.

[2]黄琳，隋国辉，王榕.应用型转型背景下高校产教融合困境的破解機制研究[J].黑龙江高教研究，2019，37（02）：89-93.

[3]游春华，刘传辉，匡鹏颖.地方本科院校土木工程应用型人才培养模式研究与改革实践——以湖南工学院为例[J].大学教育，2018（07）：135-138.

[4]牛宽，朱艳茹.应用型本科人才培养模式研究——以机械电子工程为例[J].教育教学论坛，2018（23）：209-210.

[5]张男星，桂庆平.高校转型发展：决策与践行——访教育部学校规划建设发展中心主任陈锋[J].大学（研究版），2017（05）：4-15.

[6]王辉，赵冬梅，喇海霞.基于应用型技术技能型人才培养的考试方法改革研究[J].科技经济市场，2018（08）：130-131.

[7]陈世海，王军，代伟，吕刚.综合性实验教学改革探索[J].高教学刊，2018（19）：150-152.

[8]彭莉峻，韩行.工程教育专业认证下电工电子技术综合性实验项目改革[J].实验室研究与探索，2018，37（07）：178-181+290.

作者简介：李广宏（1975-），男，河南洛阳人，硕士，讲师，主要从事电子实习教学工作。