实验教学示范中心课程设计的建设与实践

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摘要：本文介绍了北京交通大学国家级电工电子实验教学示范中心关于课程设计的建设与实践情况。对示范中心目前开设的电子类系列课程设计(电子技术课程设计、DSP技术课程设计、EDA技术课程设计、单片机技术课程设计)的教学设计、教学内容、教学手段和考评方法等进行了详细的介绍，总结了课程设计的建设经验。

关键词：实验教学；课程设计；示范中心；电工电子

一、引言

在现代电子技术发展日新月异的今天，电工电子相关课程的教学模式受到了很大的冲击。随着大规模集成电路、计算机技术、信息处理技术的迅猛发展，电子系统的设计手段和方法也在不断更新。在实践教学过程中如何提高学生的实践能力，培养满足社会发展需要的优秀人才是高校工作者在教学工作中需要不断思考和探索的问题。

按照知识传授、能力培养、素质提高、协调发展的教育理念，以学生能力培养为核心，建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系，是北京交通大学国家级电工电子实验教学示范中心建设的目标之一。为此，示范中心设计了一系列基础性、设计性、综合性、创新性和研究性的实验内容。

为了强化电子类专业学生的综合设计能力，示范中心进行了电子类系列课程设计的教学设计。系列课程设计的教学目的是巩固加深相关电子技术课程的理论知识和综合使用技能。通过对一个具体实际应用系统的设计过程，让学生掌握系统设计的一般方法和设计流程，熟悉现代电子产品设计过程中常用的计算机辅助设计工具及其使用方法。

通过系列课程设计，加强实践环节，提高学生的实践技能，为学生在本科学习期间工程设计能力的培养打下坚实的基础。而这种工程实践能力无论是对于一名工程师还是一名研究人员都是非常重要的基本素质。

二、建设基础和建设理念

为加强实践教学，近年来示范中心开设了四门课程设计：电子技术课程设计、DSP技术课程设计、EDA技术课程设计、单片机技术课程设计。四门课程设计均单独授课、单独考核。2001年“电子电路实验系列课程改革”教学研究项目获得国家教学成果二等奖，2004年“数字电子技术课程建设的研究与实践”教学研究项目获得北京市教学成果一等奖。示范中心奠定的良好基础和全体教师的不懈努力，为课程设计的课程建设奠定了可持续发展的基础。目前电子技术课程设计的课程建设已经被列入学校精品课程建设的行列。

在课程设计的建设过程中，示范中心一贯强调具有鲜明时代特征的“一个优先、两个结合、三种意识”的教学思想。即强调师资队伍建设优先，建立一支教学水平与科研能力兼备、教育思想和知识结构先进、年龄结构合理的从事电子技术基础教学的师资队伍；强调课程建设和当前教学改革、人才培养目标相结合，课程建设和科研相结合；强调领先意识、精品意识和特色意识。按照我校“国内一流、国际知名”的发展定位来建设课程设计，使课程设计的教材、网络课程、电子教案、实验教学等内容形成立体化规模，适应时展需求。

三、课程建设与实践

先进的教学理念需要切实有效的教学方法与手段来实现，这些手段和方法需要符合学生的认知水平和教育规律。在近几年的实践教学工作中，示范中心针对课程设计的教学内容、实验教学方法、实验组织方式、考核方式等进行了研究、探索与实践。课程建设与实践工作主要表现在以下几个方面。

1．以学生为本，尊重学生的学习兴趣

“兴趣”是最好的老师，一旦学生对学习的内容产生了兴趣，那么学生的学习积极性将会得到极大的提高，学生的潜能也会得到最大的挖掘。

考虑到电子技术、单片机技术、DSP技术、EDA技术应用的广泛性和学生兴趣的迥异，目前每门课程设计均提供多个设计性题目。

在课程设计过程中，学生根据自己的兴趣自主选择设计题目。题目的难易程度有一定的差别，每个题目均有基本功能和扩展功能两个部分，基本功能是要求学生必须完成的设计工作，是对学生实践能力培养的最基本的要求；扩展功能有一定的难度，属于选做的设计工作，这部分设计工作给优秀学生提供了发展的空间。这种教学设计兼顾了不同层次学生的水平，满足分层教学的需求。课程设计中的设计题目是在充分考虑通信工程、自动化、电子科学与技术不同专业的特点，考虑了设计内容的实用性和先进性以及学生的实际情况确定的，设计题目基本符合学生的认知规律。

在进行设计选题过程中，学生不仅可以选择课程设计讲义中提供的设计题目，还可以选择讲义以外自拟的设计题目，但是需要指导教师的审核，以确定学生自拟的题目能够达到教学计划的要求，把好教学质量关。这样做不仅提高了学生的学习兴趣，同时不同题目的设计工作同时在开放的实验室进行，学生们可以互相交流，扩展了视野。

2．实验室开放，提供自主学习环境

课程设计的教学内容强调学生的学习自主性，强调学生的发展是在学生自主学习与外部条件的相互作用中完成的。

为了达到强化实践教学环节的效果，课程设计基本是集中在小学期进行。为了能够让学生自主地安排学习、设计时间，有更多的时间自主选择设计题目、优化设计方案，示范中心在开放实验室的前提下，提前一个月的时间安排设计工作，明确设计要求。通过课程设计指导教师对不同题目的设计思想、设计方案、设计流程、设计方法和调试注意事项等相关内容的介绍，让学生自主选择题目，进行方案论证，最终确定设计方案。自主性学习尊重了人的发展规律和学习规律的客观需求，是学生创新意识和创新能力形成的基本要素。

3．发挥网络教学优势，提高教学效率

由于课程设计题目多、方案多，在课程设计教学指导工作中，为了保证教学质量，提高教学效率，每位指导教师仅针对一两个设计题目精心准备教学，进行课程设计题目和内容的介绍。同时授课电子教案在示范中心的网站，方便了学生自主学习。

4．重视启发式教学

在教学中重视启发式教学，将传统的在实验室手把手的指导方式转变为启发式的引导。

在课程设计教学过程中，理论课中注重总体方案设计思想的介绍、设计步骤的讲解，注重技术课程设计过程中设计错误典型案例的介绍，以及减少设计错误的措施、调试方法和一些经验。理论教学仅介绍部分设计方案中核心芯片的功能，不提倡给学生提供具体的设计电路，注重启发式教学，鼓励学生的创新精神。

针对学生设计中出现的问题，帮助学生分析问题出现的原因，探讨解决问题的有效方法。鼓励学生自主学习，并注重学生创新能力的培养。

5．重视实践过程和学生综合素质的培养

在教学工作中，我们不仅注重学生课程设计的结果，更加重视学生的实践过程，重视学生在设计过程中的每个细节。示范中心希望通过四门独立设课的课程设计，加强学生查阅资料的能力、工艺素质、市场素质、团队精神以

及综合设计和实践能力的培养，从而达到强化学生综合实践能力目的。

课程设计的最终目标是设计完成一个功能系统的物理实现，因此购买材料、器件成为设计过程不可缺少的一个环节。在设计过程中要求学生在设计方案确定之前，进行市场调查，自己到电子市场购买元器件。这样做锻炼了学生查阅芯片资料、确定参数、寻求各器件替代品、灵活修改电路的能力。不仅培养了学生进行工程设计的成本意识，而且让学生熟悉了市场。

由于设计工作涉及面广，任务繁重，因此课程设计要求以3人小组的形式完成。学生自由组合，自己选出组长，组长根据小组选择的题目进行分工。这种方式锻炼了学生与他人之间的沟通能力和团结协作能力。在设计方案论证、资料检索、器件购买、问题分析等过程中，培养了学生的团队精神和合作意识，提高了学生的综合素质。

6．完善科学的考核制度

考核的目的是检验教与学的效果、促进教学内容的完善和教学方法的改进。目前课程设计的考核包括三个方面：设计结果、设计报告和答辩结果。设计报告有初期的总体方案设计报告和最终的设计报告。考核过程中不仅注重设计结果，更加重视设计过程，重视学生设计报告中的问题分析及解决方法，重视学生答辩过程中分析问题的能力。突出考查创新能力，多方位、多角度地考察和评价学生的能力。

四、教学方法比较

近几年示范中心尝试了三种课程设计教学方式。一是全部工作由实验室教师完成，根据自然班安排指导教师，实验室开放，学生任选设计题目。二是由实验教师和理论课教师共同承担设计指导工作，根据自然班安排指导教师，实验室开放，学生任选题目。三是实验教师和理论课教师共同指导，实验室开放，任选题目，但教师的安排不再是以班级为单位，而是以设计题目为单位，每位老师仅负责一到两个设计题目。

实验教学结果说明第三种教学方式教学效果较好，不仅指导教师人员充足，而且便于工作细化，保证了教学质量。另外，由于每个教师仅指导一至两个题目，不再是十几个题目、近百种设计方案，这样教师有更充沛的精力研究分析设计题目的教学方法和设计方案，便于精品课程的建设。

五、存在的问题和改进思想

目前存在的问题主要有两个。

一是课程的时间安排问题。课程设计的最佳教学时间应该是学生完成相关技术理论课程之后。目前由于学分制、选课制等一些客观因素的限制，课程设计进行时，部分学生尚未完成相关课程的理论学习，这样在一定程度上影响了课程设计的质量，同时在一定程度上限制了学生设计题目的选择范围。

二是如何提高学生外文文献的阅读能力问题。设计过程中学生查阅的大量参考文献和很多有参考价值的设计方案中，核心芯片的说明书通常是英文资料。在教学工作中我们发现部分学生的英语阅读理解能力较弱，无法正确理解芯片的性能和各管脚的使用功能，从而影响了最佳设计方案的确定。

合理地安排教学时间，提高学生科技文献阅读能力，是在我们今后的教学工作中需要重视的问题。