電子技術應用設計實踐概述論文

　　我國經濟發(fā)展步伐的加快與戰(zhàn)略性新興產業(yè)規(guī)劃的實施,對技術領域與經濟領域均帶來了機遇與挑戰(zhàn)。為了適應新技術發(fā)展要求,滿足相關行業(yè)對人才的大量需求,不少工科重點高等院校都已經開設了電子技術應用設計課程。對于戰(zhàn)略性新興產業(yè)而言,該課程是電子信息工程和通信工程領域的實踐教學環(huán)節(jié),是電子技術基礎實驗課程的深化和提高。課程設計目的是培養(yǎng)學生綜合應用所學基礎理論知識指導工程實踐的能力,提高學生的創(chuàng)新能力[1]。

　　從電子技術類人才的培養(yǎng)趨勢看,隨著現(xiàn)代電子信息業(yè)逐步邁向網絡化與全球化,電子業(yè)務在不斷創(chuàng)新,新的電子產品不斷出現(xiàn),電子產品市場日益國際化,整個電子業(yè)的技術更新也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。適應這一形勢變化,經濟社會發(fā)展對高等教育電子技術專業(yè)人才的培養(yǎng)也提出了新的更高的要求。其需要人才熟悉現(xiàn)代電子業(yè)務、電子產品設計與運作機制,具備運用數理分析方法和現(xiàn)代電子技術手段分析和解決復雜電子行業(yè)類問題的素質和能力,同時還要能夠與國際對接[2]。但現(xiàn)實情況是,國內高校所培養(yǎng)出的此領域高級創(chuàng)新型和應用型技術人才仍相對匱乏,表現(xiàn)為大部分學生對于傳統(tǒng)設備的運作較為熟悉,但對實務領域前沿技術較為陌生,甚至對一些新型設備聞所未聞,接受過系統(tǒng)理論熏陶且了解融合前沿技術的新型設備運作的高級應用型人才鳳毛麟角。在上述人才需求約束下,我國現(xiàn)有的“電子技術應用設計課程”教學內容能否保證人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn),如何使教學內容的設計更有益于目標的實現(xiàn),則是值得研究的問題。本文擬在回顧國內外高�！半娮蛹夹g應用設計課程”內容特點的基礎上,結合我國市場發(fā)展特色,提出基于動態(tài)分層設計與持續(xù)創(chuàng)新理念的“電子技術應用設計課程”本科教學內容改革思路。

　　1國內外電子技術應用設計課程教學內容特點的梳理與比較

　　對國內外電子技術應用設計課程教學內容特點的梳理,有助于在形成清晰對比后,挖掘出國內電子技術應用設計教學內容結構設計上的優(yōu)勢與不足。在梳理的過程中,不僅針對電子技術應用設計課程,而且借助電子信息技術專業(yè)所開設課程對人才培養(yǎng)目標產生的影響進行分析。

　　1.1國內電子技術應用設計教學內容特點梳理調研結果顯示,近年來國內高校的電子技術應用設計課程主要圍繞功率放大器(簡稱功放)展開,但在具體的教學上大多停留于對電路圖的講解和簡單的試驗。這導致學生沒有能夠真正獨立地參與到設計、制作中去,頭腦里僅有一個籠統(tǒng)的概念,學習興趣不高;且僅按照經典電路圖進行設計、安裝、調試的設計步驟已和電子應用技術不斷創(chuàng)新與發(fā)展下的市場需求發(fā)生脫節(jié)。為此,部分重點高校開始著手于結合功放制造領域的前沿技術,對電子技術應用設計課程的教學內容進行改革,其直接表現(xiàn)是加入一些融和前沿技術的功放設計內容(表略)。整合上述高校所加入的融和前沿技術的功放設計內容的特點發(fā)現(xiàn),各高校在設計課中對于前沿技術的引入各有側重(如清華大學側重于磁懸浮應用方向,北航側重于仿真技術方向,南航側重于寬帶高效E類功放設計方向,哈爾濱工業(yè)大學側重于D類音頻功放設計方向),但未能使學生的設計內容形成一個循序漸進,由淺入深的體系[3]。

　　1.2國外電子設計教學內容的特點美國大學的電子設計課程主要設置在工程學院和理學院。開設電子設計課程的代表學校有哥倫比亞大學和麻省理工學院。它是7門必修課程之一的,要求學生必須掌握其教學內容,目的在于希望培養(yǎng)學生熟練地把工學知識統(tǒng)一起來解決電子類實際問題的能力。在增加課程設置的難度的同時,他們對數學的要求非常高,如融入FokkerPlanck方程解分布、格林函數、偏微分方程的數值方法等。試圖在實踐的同時也注重對學生學術理論的培養(yǎng)。而在設計實驗的教學中,融入了企業(yè)案例討論,設計創(chuàng)新成敗案例,發(fā)散性電子產品設計,強調實踐中自主創(chuàng)新能力所占比重也是非常之大的[4]。不容忽視的是,國外代表性大學在引導學生動手創(chuàng)新的過程中是有一條主線貫穿的,并有天降奇想,或頭腦風暴式的思考創(chuàng)新。

　　2國內傳統(tǒng)電子技術應用設計

　　課程教學所面對的尷尬對比國外發(fā)展情況,可以發(fā)現(xiàn),雖然改革開放后電子技術應用設計課程在我國得到了較快發(fā)展,但不乏發(fā)現(xiàn)其中存在著不容忽視的問題。從目前國內高校工程教學的側重點來看,其在教學過程中普遍以呆板的設計為主要內容,教材和教法都是圍繞這個層次展開的。但目前國內低端市場并不發(fā)達,所授內容缺乏實踐意義,因此許多學生辛苦學習之后卻難以在市場環(huán)境中得到應用,出現(xiàn)空中樓閣式教學的尷尬。具體表現(xiàn)為:(1)選材范圍狹窄、體系繁瑣。目前國內的電子技術應用設計教材,大多為傳統(tǒng)教材,涉及內容新穎性不強。而如果加入新型功放設計,只作簡要介紹就內容太少;如要詳細介紹,因為是新興知識,鋪墊知識較多,因此羅列介紹需要費墨不少,浪費了課程的時間。(2)教學內容抽象空泛。

　　由于沒有實際的市場交易為對應參照,教師教的時候只能以虛擬情景來模擬,學的一方則只能依靠強記硬背,由此得到的結果及分析技巧難以與現(xiàn)實印證,優(yōu)劣難知,也就難以喚起學生共鳴[5]。(3)現(xiàn)代電子設計技術凸顯不足。從科學發(fā)展邏輯來講,以復雜功放為代表的理念與技術是對傳統(tǒng)電子設計的一大突破。目前的教材和教法都只集中于傳統(tǒng)技術分析這一較窄的領域,未能抓住設計技術演進這條主線,也就不能凸顯電子技術應用設計在電子類學科發(fā)展中的重要地位。(4)教學方法單一。傳統(tǒng)實驗教學通常采取一刀切式的教學方式,無論實驗難易都必須完成,這使得部分學生產生畏懼心理,甚至對造成對簡單實驗都沒有勇氣去完成的情況;而實踐能力較強的學生,做完實驗后無所事事,對其他學生還會產生干擾。電子技術設計是電子專業(yè)學習的較高層次產物,有著深厚的理論基礎支撐,同時在企業(yè)活動中又有著廣泛的用途,因此一直受到廣泛的關注[6]。為此我們需要對傳統(tǒng)的電子技術應用設計課程的教學進行改革。既不能學習與市場現(xiàn)狀脫節(jié)的空中樓閣式的高難度技術,也不能僅僅滿足市場實踐現(xiàn)狀而忽視高難度技術的學習,需要在兩者之間形成動態(tài)權衡,更緊密地與中國技術市場實踐創(chuàng)新相結合,以充分發(fā)揮這門課程的理論魅力與技術威力[7]。

　　3電子技術應用設計課程教學內容的動態(tài)分層設計

　　3.1持續(xù)創(chuàng)新理念與動態(tài)分層設計創(chuàng)新是在原有資源的基礎上,通過資源的再配置,再整合(改進),進而提高(增加)現(xiàn)有價值的一種手段。創(chuàng)新也是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程。持續(xù)創(chuàng)新是持續(xù)永久地拓發(fā)新思維,新想法,不斷地總結改善和提高標準。動態(tài)分層設計在于以動態(tài)發(fā)展的眼光看問題,將整個研究的課題視為一個動態(tài)發(fā)展的過程,分步驟完成,按照上一步驟的結果選擇下一步驟的行動,逐步推進不同難度層次的創(chuàng)新的實現(xiàn)[8]。

　　3.2電子技術應用設計課程教學內容改革設計通過梳理國內外電子技術應用設計類課程特色和教學特色,提出在當前教學中以動態(tài)分層設計與持續(xù)創(chuàng)新理念為主線的、能應用于中國技術經濟增長實踐的教授策略,配以案例法和實踐式的教學方法,使學生學以致用,培養(yǎng)學生掌握基本理論的同時具有動態(tài)前瞻性分析問題和技術創(chuàng)新持續(xù)性的能力。

　　電子技術應用設計課程內容改革的重點是立足市場需求,減少驗證型實驗設計,增設分析型或研究型設計題目,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和應用能力并能掌握前沿技術。課程內容設置應體現(xiàn)基礎性、系統(tǒng)性和前沿性[9]。圍繞功率放大器是當前國內高校電子技術應用設計類課程的主要內容,而前置放大器、功率放大器、頻率均衡器又是三位一體的功放設計的事實,結合市場前沿,筆者認為,可以構筑6個層次的實驗教學內容[9]。(1)第一層次———功放設計基礎內容。

　　這個層次是本設計課的基礎部分,要求學生按照經典電路圖對功放進行設計、安裝和調試,且要求全體學生獨立完成,且完成期限較短。通過這一層次的設計主要實現(xiàn)學生從實務操作角度對功放設計基本內容的掌握[10]。(2)第二層次———實用前置放大器設計。基于第一層次的設計基礎,從器件原理出發(fā),結合實際問題,聯(lián)系市場普遍使用狀況,設計前置放大器。(3)第三層次———設計難度較低的頻率均衡器。頻率均衡器是一種可以分別調節(jié)從前置放大器過來的各種頻率成分電信號放大量的電子設備。通過對各種不同頻率的電信號的調節(jié)來補償揚聲器的缺陷,補償和修飾各種聲源及其他特殊作用,通常的頻率均衡器是對高頻、中頻、低頻三段頻率電信號分別進行調節(jié),然后將調節(jié)好的信號送給功率放大器進行放大,最后將放大好的信號送給揚聲器發(fā)出悅耳的聲響[11]。在這一層次中,主要實現(xiàn)學生對不同高、中、低頻段的總體設計,是初級設計與中級設計的一個接口。(4)第四層次———學生獨立完成上述三種設備三位一體的一整套完整音響系統(tǒng)。

　　通過這一層次的設計主要實現(xiàn)學生從實務角度對理論的深入分析,提高學生分析問題和解決實際問題的能力。本部分是中級設計與高級設計的一個接口。主導設計思路如(圖略)(5)第五層次—對頻率均衡器不同頻段內的具體設計與學習。這一層次的設計內容改革是要將新技術和新型設計的方法充實到教學中去,以體現(xiàn)前沿性。為了使學生能夠更好地完成設計[12],教師要在其設計之前加入前沿知識講座,并帶領學生進入相關企業(yè)進行實際調研。(6)第六層次———學生自選獨立完成一個完整音響系統(tǒng)設計。這一層次的設計要求學生試探性的對比國內外前沿技術差距,針對所調研企業(yè)的現(xiàn)實問題或企業(yè)要求進行設計。通過這一層次的設計力圖激發(fā)學生的創(chuàng)新精神,進一步實現(xiàn)產學研的緊密結合。上述各層次設計內容的構建思路是動態(tài)演進的,后兩個層次的實現(xiàn)可依據學生理解程度進行篩選。借鑒動態(tài)分層設計與持續(xù)創(chuàng)新理念的整體思路如(圖略)所示。

　　4教學內容改革實施現(xiàn)狀

　　本文研究內容獲得了教改立項。項目組所在的基礎實驗中心多年來一直從事電子通信科學與技術方面的教學及科研工作,積累了大量的實踐經驗,對電子、電氣、通信等實踐類的教學的方向把握的比較準確;另外實驗中心具良好的實驗實習環(huán)境,有許多先進的儀器設備,為本文內容的研究提供了良好的條件[14]。對應校內該課程實際,基于教學層次性的延展,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力并能提高其學習興趣同時增加與目前課程設計相關聯(lián)的內容,此3個加一起相當于一套完整的教學方案同時又具有各自的獨立性。學生可以選擇完成,同時在這方面有興趣的同學可以3個都做。3套設備最后組合到一起是一整套完整的音響系統(tǒng)[15]此項改革在兩年多的實際教學應用中體現(xiàn)出了教學效果,使同學們在學習中拓寬了視野,逐步解放了枯燥的理論學習所禁錮的思維,并能聯(lián)系到實際達到學以致用的目的,培養(yǎng)了學生掌握基本理論的同時具有動態(tài)前瞻性分析問題和技術創(chuàng)新持續(xù)性的能力。