电子技术课程设计改革

1.电子技术课程设计的现状分析

1.1电子技术理论课程的现状

电子技术理论课程包括“模拟电子技术”和“数字电字技术”两部分内容，涉及到的知识点比较多，内容更新慢，课程难度大，学时少。同时，理论和实践联系不紧密。现在教学的矛盾点在于，如何能把理论知识与当前的实际应用结合起来，既能克服理论教学与实践教学的脱节问题，又能解决创新型人才培养与社会需求的脱节问题。现在我校正在向应用型本科人才培养的方向转型，这种情况下，首先对电子技术理论课程的内容进行整合，使整合后的教学内容既要保证模拟电子技术和数字电子技术这两部分内容的连贯性，又要为后续的“单片机”等相关课程打好基础。其次还要考虑电子技术的实践环节，因为实践教学是培养应用型创新人才的重要途径。在理论与实践的衔接上，重点强化理论指导实践的作用，并把实践环节与新技术、新材料结合起来，使电子技术这门课程能够立足于理论基础，但是可以展望新技术发展的未来。

1.2电子技术实践课程的现状

目前，我校机电一体化专业的电子技术课程设计时间是一周，教师指定题目，学生3~4人为一组，每个题目仅限2组选择，每组要求设计一个典型的电子电路应用系统。由于学时有限，设计的最终作品要求系统的原理电路仿真通过，并撰写说明书，没有要求必须进行硬件电路的焊接和调试。课程设计的这种教学模式虽然也在一定程度上锻炼了学生对电子电路的综合设计能力和仿真分析能力，但是没有达到培养创新精神和实践能力的目的。实践环节首先面临的就是学时不足的问题，对于没有接触过电子器件的学生来说，一周的时间要认识元器件、设计电路、仿真分析、制作PCB，最后要焊接调试实物，难度非常大，大部分同学基本无法完成。其次就是缺乏电子技术课程设计的平台，没有实物，比如二极管、晶体管和场效应管以及集成芯片等；没有实训场地，学生缺乏动手训练的机会。因此，学生的理论知识还停留在书本上，没有从抽象走到实物，从理论转化为实践。

2.电子技术课程设计的改革策略

我们国家是在2014年提出要加强应用型人才的培养，并且要引导一批本科高校向应用技术类高校转型。我校机械电子工程专业实践环节在现有的教学条件下，为保证应用型创新人才的培养，把课程设计分为选题构思、方案设计、仿真分析、硬件调试四个阶段。1）选题构思：每年提供给学生的题目会根据学生人数有所变化，但是会保证3~4人一组，每个设计题目仅限2组选择。同时还要考虑学生自选的题目，要求每个电路系统的选题都与我们生活或社会需求密切相关，比如设计一种在教学楼和宿舍楼道内使用声或光控制的节能电路、智能交通灯控制系统、洗衣机控制系统、手机充电器等。然后对设计任务进行分解，使每名同学都有自己的设计任务。这种类型的选题很容易引起学生的兴趣，使学生积极主动的参与到课程设计中来。2）方案设计：在完成同一个设计题目时要求设计方案要多样化。不同的小组可以采用不同的设计方案，或者采用同一个设计方案但是不同元器件的参数值完成同一个设计题目。要求学生借助图书馆和网络等资源查阅相关文献，明确设计思路，提出设计方案，并且需要反复论证电路方案的可行性。这个阶段既锻炼了学生查阅和分析文献的能力，又锻炼了学生对一般电子电路的综合设计能力。3）仿真分析：电子电路的仿真软有MulTIsim、ELECTRONICSWORKBENCH（EWB）、ProteusProfessional等，学生可以任选一款仿真软件，对本组设计的电路系统进行分析，通过修改元器件参数或者更换元器件，进一步完善电路设计方案，从理论上验证了电路方案的可行性。这个阶段通过电路系统仿真分析，既能达到理论结合实践，又能培养学生以仿真实验验证理论的习惯。4）硬件调试：仿真分析后，由指导老师对电路方案进行审核，审核通过，学生会自行列出硬件电路所需要的元器件清单，统一进行购买。然后由学生在电路板上进行焊接、调试等。这个阶段主要是培养学生的工程实践能力和创新能力。总之，电子技术课程设计的改革解决了各个实践环节如何合理分工、紧密衔接又相互支持等问题。实践过程中充分调动了学生的学习积极性，在很大程度上提高了学生的工程实践能力和团队协作能力，为应用型创新人才的培养打下了良好的基础。

3.电子技术课程设计实施方式

尽管课程设计的理论学时是一周，但是安排课程设计的时候一般会提前两周到三周的时间把设计任务书发给到学生，并对课程设计的内容做详细讲解。预留一定的时间让学生对相关资料进行查询；定时和学生沟通，可以选取学生感兴趣的题目，或者建议学生把课程设计的题目和生活联系起来，去分析、观察，提出自己的思路和想法，引导学生最终确定自己的方案；通过学习电路仿真软件，对方案进行仿真分析，并进一步完善；统一购买硬件，进行焊接和调试。

4.电子课程设计实例分析

脉搏信号携带了人体健康方面的综合信息，目前中医诊脉常用的方式还是人工诊脉的方法，大夫一般会测量病人10秒内腕部的筋脉搏动情况进行大致计算，记录病人1分钟的脉搏次数。这种测量方法一方面比较耗费时间，另一方面测量精度也不高。因此，市面上产生了各种脉搏测量仪，虽然在医疗实践方面获得了一定的应用，但是并没有一款脉搏测量仪获得普及。针对目前的这种情况，我们让学生设计了一款基于手机APP的脉搏测量仪，该款测量仪测量精度高，同时体积小，便于携带。现有的脉搏仪主要是往无创便携式的方向发展，无创脉搏仪检测的方式中主要是光电式居多，可采用红光或绿光作为检测光源，而现在大多数光电式脉搏仪都使用红光作为脉搏检测的光源。由于人体皮肤中含有的黑色素和血液中血红蛋白对绿光的吸收率要比红光好，所以本设计采用绿光作为脉搏检测的光源。包括主控芯片模块、液晶屏显示模块、脉搏传感器模块、通讯模块及一些辅助功能模块等。主控芯片模块选用的是STC12C5A60S2单片机，在晶振频率相同的情况下，该单片机的速度是普通51单片机的8~12倍，完全能满足设计要求。液晶显示模块选用2.8寸TFT嵌入的ILI9341控制芯片，字库芯片是GT30L32S4W标准点阵汉字库芯片。脉搏传感器模块主要由一个绿光的LED灯、光检测传感器、单级放大电路和滤波电路组成。通讯模块选择了HC-05蓝牙模块，该蓝牙模块功率消耗低，方便开发使用。同时还有时钟电路、稳压电路、复位电路、按键电路和报警提示电路等辅助电路模块。脉搏仪的测量原理是单片机内部设置一个定时器，进行2毫秒定时功能，当按下测量按键时，进入中断子程序，每2毫秒进行脉搏信号的采集并进行A/D转换，通过转换后的数值比较确定脉搏的波峰和波谷，当信号为波峰时开始计时，等待下一次的波峰到来后结束上一次的计时，计算出这两次脉搏间的时间差值，并存放于一个数组中，当数组记录到10个数值时，对数组进行求平均值运算即得出两次脉搏的时间差值，最后用一分钟来除以得出的平均值即为一分钟人体的脉搏次数。如果手机或者是带蓝牙功能的智能终端设备与本设计的蓝牙连接了，测得的脉搏次数会通过本设计的蓝牙模块发送到手机的APP上。设计制作的脉搏测量仪硬件电路，由主控芯片、液晶屏、测量电路、蓝牙模块、按键电路、时钟电路、复位电路等组成。经过不断的调试的和完善，本设计实现了脉搏次数的测量、液晶屏显示测得的脉搏次数、能与手机的蓝牙APP进行通讯和复位、报警等功能。

5.结论

目前我校正在向应用型本科人才培养的方向转型，但是现有电子技术课程设计环节的教学资源有限，我们通过改革解决了各个实践环节如何合理分工又相互支持等问题，一方面提高了学生的学习兴趣，另一方面又在很大程度上锻炼了学生的工程实践能力和团队协作能力，为应用型创新人才的培养打下了良好的基础。同时，让学生设计了基于APP的脉搏测量仪，通过方案设计→仿真分析→焊接调试，使学生真正掌握了一般电子电路的分析与设计方法，既提升了自身的就业竞争力，又通过实践验证了这种课程设计的教学改革取得了良好的教学效果。

作者：孙洪颖 李纬华 杨永单位：广东技术师范学院机电学院