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电子信息类专业实践教学课程体系优化的探索与实践
来源:  时间:2014-12-24 21:29:05  点击数:

电子信息类专业实践教学课程体系优化的探索与实践

西安交通大学电子与信息工程学院  罗新民 张鹏辉 邓建国

(西安交通大学 西安710049)

摘要  针对工科电子信息类专业本科人才培养过程中,实验课程设置难以适应电子信息技术快速发展的需求及实验内容陈旧、手段落后、脱离实用,难以激发学生探索性学习的兴趣等问题,对电子信息类专业实践教学课程体系进行优化,更新实验教学内容,创新实验管理模式,改善了实验与实践教学的水平和效果,提高了人才培养的质量。论文围绕“如何提高学生创新意识和实践能力”这一核心问题,从课程体系、教学内容和组织管理三个角度,介绍了实践教学课程体系的优化探索过程和实践效果。

关键词 电子、信息、本科、实践教学、课程体系

进入21世纪以来,随着通信、控制、计算机、集成电路制造和互联网技术的发展,电子信息系统的复杂度大幅度上升,同时电子信息技术的快速发展也加快了技术演变的步伐,缩短了技术的生命周期,这对工科电子信息类专业学生的实践能力培养提出了挑战,主要表现为人才培养过程中实验课程设置难以适应电子信息技术快速发展的需求及实验内容陈旧、手段落后、脱离实用,难以激发学生探索性学习的兴趣等问题。针对以上问题,西安交通大学电子与信息工程学院从1997年开始,在“电类专业本科生实践能力培养与质量保证体系的研究与探索”等多项国家及省级教改项目的支持下,从课程体系、教学内容和组织管理三个角度,围绕“如何提高学生创新意识和实践能力”这一核心问题进行了持续、深入、系统化的探索和实践,对电子信息类专业实践教学课程体系进行优化,更新实验教学内容,创新实验管理模式,改善了实验与实践教学的水平和效果,提高了人才培养的质量。

一、点、面结合,层、线呼应,构建新的实验教学课程体系

针对电子信息类本科人才培养过程中存在的问题以及电子信息学科的飞速发展对本科人才培养的要求,多年来西安交通大学电子与信息工程学院探索建设了一套突出骨干课程作用,点、面结合,层、线呼应,体现基础性、先进性、实用性的实验、实践教学课程体系。经过多年的研究和实践,逐步建立起了一个让学生掌握基础知识点,包括信号与系统、模拟电路、数字电路、程序设计基础、微机原理、自动控制原理、通信原理等骨干课程实验在内的基础实验平台;开设了以应用先进技术为特色、与基础实验平台配套的专题实验课程综合实验平台;在此基础上,增设了“电子系统设计专题实验”、“大学生创新实践活动”、“科技竞赛”、“信息新蕾计划”及“项目设计”等综合创新实践环节,培养了学生全面应用所学知识解决实际问题的能力。构建的新的“点-面结合”的实践教学课程体系如图1所示。

1 “点-面结合”的实践教学课程体系

在实验教学内容安排上,按照不同的课程性质和教学进度,循序渐进地把掌握知识和培养能力的任务落实到“基础实验”、“综合性设计实验”和“创新型实践活动”3个层次上。按照“应用电子系统设计”(硬件技术)、“计算机应用”(软件技术)和“系统技术”3个系列,设计相应的系列课程线,把电子信息系统的主要应用技术系统地介绍给学生,并通过他们自己动手实践来体验并掌握相应的实现能力。设计的“层-线呼应”的实验教学内容如图2所示。

2  “层-线呼应”的实验教学内容

二、 校企联合、科教结合,适时更新实验教学内容

针对电子信息类专业骨干课程实验内容明显滞后于电子信息技术飞速发展与技术进步的问题,西安交通大学电子与信息工程学院采取校企联合、科教结合的方式,适时地将新知识、新技术引进到实践教学中,对数字逻辑电路、信号与系统、高频电子线路、通信原理等几门骨干课程的实验教学内容进行了大幅度的更新。

其中,在数字逻辑电路课程实验内容中,应用CPLDFPGA进行数字系统设计,为后续的电子电路设计训练、VLSI设计基础、嵌入式系统设计等课程提升应用范围和深度,使学生深入理解CPU作为一种特殊的数字系统的工作原理和实现技术,建立起了SOC的基本概念。

在信号与系统课程实验中,基于“模拟信号处理是基础,数字信号处理是手段”的认识,配置了信号源、示波器和电路板,同时还配置了NI的数据采集卡,对激励和响应信号分别用示波器直接观察和采样后在电脑上观察,在计算机中借助LabVIEW工具对信号进行频谱分析和滤波处理,再经过DAC得到输出模拟信号,用示波器观察来比较模拟和数字处理的异同。学生可以实际感受到现代信息处理系统的基本工作过程,同时还可以与其在前期实验中用MATLAB软件模拟的处理效果进行比较,加深学生对信号处理概念的理解,熟悉信号处理的方法。

在高频电子线路课程实验中,摒弃以短波、超短波电路为主要应用背景的传统实验,改以GHz电路为实验对象、配备2.7GHz频率范围的频谱分析仪为主要测试设备进行实验,适应移动通信系统、WiFi等主流无线通信设备的应用需求,并与射频电路设计、微波电路这样的后续系列课程在内容和仪器设备上做到了平滑地衔接,提升了实验内容的技术先进性。

在通信原理课程实验中引入USRP通用软件无线电平台,通过编程的方法完成无线数据传输过程中的信号处理工作,从而让学生对现代通信系统和终端设备中广泛使用的软件无线电技术建立起清晰的概念,调动了学生的学习兴趣,加深了学生对专业的认识。

此外,西安交通大学电子与信息工程学院通过与TINIADIIntelAgilentXilinxAltera、中电41所等十余家国内外知名企业联建实验室,递进式引入新技术、新方法、新器件、新成果,共同开发新实验。近10年来,教师利用企业提供的开发实验板和元器件,结合科研成果,重新设计实验内容,开发出新实验近百种,并自制“MCU综合应用实验系统”、“MCU+FPGA综合实验系统”、“射频电路实验系统”、“液位与流量PID控制实验系统”等实验装置50余种,1280台。其中2004年设计的“MCU综合应用实验系统”,巧妙地把整个系统安装在一个标准的文具盒中,体积小巧,便于携带,学生人手一个,能够借出使用1年,在宿舍或家里进行实验,被学生形象地称为“文具盒口袋实验室”。“文具盒口袋实验室”外形如图3所示,该实验装置可以完成数字钟、万年历、音乐闹铃、频率计、万用表、温控器等多个实验,并能够作为智能电子应用系统的控制核心进行扩展,为学生提供了可在任何环境下随时进行实验的条件,10年来不断改进的便携式MCU综合应用实验系统引领了国内“口袋实验室”的发展潮流。

  

3  MCU综合应用实验系统文具盒口袋实验室

5年来,西安交通大学电子与信息工程学院通过对骨干实验课程教学内容的更新及开发新实验设备,实验教学内容的平均年更新率保持在15%以上,极大地改变了实验教学内容陈旧、学生知识结构和实践能力相对滞后的现象,提高了学生对飞速发展的IT新技术的适应能力和就业过程中的竞争能力。

三、以“大开放”的实践教学组织形式调动学生的学习主动性,培养独立解决问题的能力

传统的由教师主导的、封闭式实验教学管理模式在系列实验课程内容衔接及时间连续性安排上灵活性不够,也难以适应学生的个性发展需求。针对这些问题,从1997年开始,西安交通大学电子与信息工程学院建立并逐步完善了电子电路开放教学实验室,后来又把开放实验的方式推广到其它综合设计性专题实验课程中。

开放教学实验室的基本做法是提供较全面的综合实验条件,不同年级的学生自由申请进入。进入实验室的学生自主进行设计性的实验,教师通过讲座性的选修课对学生进行指导,按照实际技术开发和工程设计的项目管理方式对学生进行要求。

开放教学实验室的仪器设备配置可适应模拟电子电路、数字电子电路、高频电子电路、微处理器应用电路、以及电子设计自动化(EDA)等各种不同的应用要求。实验室配备了自主完成电子电路设计、制作、调试所需的全套仪器设备,以及可进行简单机械加工的台钻、小车床及PCB制板机等设备。

学生的设计项目可以涉及多门不同的课程,一般的硬件实验都能在开放教学实验室里完成,有助于学生综合应用学过的不同课程的知识。开放教学实验的项目选择、方案讨论、设计实施、总结报告等都由学生自主完成,教师仅起指导和监控的作用。

实验室的日常管理由学生轮流负责,学生可以根据自己的情况自由安排实验时间,可以借用所需的仪器设备,领取必要的元器件。但要求每名申请进入实验室的同学都必须承诺遵守实验室的规则,并按要求完成设计项目。

实践表明,“大开放”的实践教学组织管理模式激发了学生的求知欲望,调动了学生的学习主动性,创建了时间、场地、内容、器材、指导方式等多方面“大开放”的培养环境,营造了一种相互激励,竞争互助的氛围,吸引了不同年级、不同水平、不同特长的学生,在一个充满创新活力和条件保障下,进行探索性学习的环境,培养了学生对知识的综合应用的能力及独立解决问题的能力。

四、实践效果

10多年来,西安交通大学电子与信息工程学院从电子信息类专业实践教学课程体系、实验内容和组织管理等三方面,围绕“如何提高学生创新意识和实践能力”这一核心问题进行了持续、深入、系统化的探索和实践,优化了实践教学课程体系,更新了实验教学内容,创建了“大开放”的实践教学组织管理模式,取得了较好的效果,先后共有5000余名学生从中受益。近5年来,受益学生中有300余位学生参加了“全国大学生电子设计竞赛”、“嵌入式系统设计邀请赛”及“飞思卡尔智能车竞赛”等科技竞赛活动,获得各类竞赛奖励百余项,有600余位学生在“信息新蕾计划”中进入科研团队体验创新研究活动,拓宽了视野、提高了解决实际问题的能力,学生的综合实践能力明显提高,受到用人单位的广泛好评。取得的实践教学成果多次在全国性的教学会议上交流,并接待了近百所高校同行的访问,对全国高校电子信息类专业的实践教学改革起到了示范和推动作用。

作者信息:

罗新民,男,教授,196410月出生。从事专业:信息工程

通信地址: 西安市咸宁西路28号 西安交通大学电信学院,710049

邮件地址:luoxm@mail.xjtu.edu.cn

电话:13700271803

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