2电路与模拟电子技术课程目标
本课程的总体目标是:通过对电路原理、常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习,使学生获得电路与模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能,为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。其中包括:(1)知识目标:掌握电路基本概念、基本分析和计算方法;会计算电路主要参数;掌握电路波形图画法、建立电路模型的方法;会判断器件类型、电路工作状态;(2)能力目标:培养学生正确使用常用仪表的能力;培养学生正确选择元器件的能力;培养学生检索与阅读各种电子手册及资料的能力;培养学生识读与分析电路的能力;培养学生安装和焊接电路的能力;培养学生电路测试方案的设计能力和对测试数据的分析能力;培养学生排除电路故障的能力;培养学生进行简单电路设计的能力;(3)情感目标:通过趣味案例激发学生好奇心和学习兴趣;通过学习情境挖掘学生的求知欲和创造欲,树立学生自信心。
3电路与模拟电子技术课程设计
本门课程设计的理念是:以学生职业能力的培养为最根本的出发点,理论学习以必须,够用为度,同时进行课证融合。在课程的教学过程中采用多种教学方法和手段:传统的教学法、直观教学法、探究法、启发式教学和多媒体教学手段。
4电路与模拟电子技术课程实施
在课程的实施过程中教师首先进行了学情分析:高职院校的学生学习基础普遍较差,学习能力欠缺,急于求成,缺乏持久性。虽然学生对电类专业课入门的学习具有一定的兴趣,但这种兴趣不够稳定,需要教师创设适度的情境,适时地激发。所以在教学过程中,教师要力求做到将深奥的知识浅显化,抽象的知识形象化。课程的重点难点是半导体器件,放大电路,负反馈。教师对重点、难点的处理方法有:(1)传统的讲解法;(2)直观式教学;(3)配合flas演示;(4)通过万用表测试加深理解;(5)创建学习情境。例如:在半导体器件的讲解部分,可采用直观式的教学法,带领学生认识各种不同的二极管,三极管。对于三极管的讲解,配合万用表测试加深理解。下面以一次课实验课———三极管电流放大特性为例,来说明课堂的教学组织。三极管的电流放大特性这节内容是深入模拟电子技术部分的第一道难关。学生只有深入到心里层面去理解了这节内容,才可以举一反三去理解后续学习的电子元器件。教师采用基于工作过程“教、学、做”一体化的教学设计,把启发式教学贯穿整个教学过程,通过探究实验操作和多媒体仿真,把抽象的理论知识难度降低,达到突破难点,帮助学生化难为易,让学生轻松愉快充满信心地完成学习。
5考核方案
课程的考核方案根据学院教务处的要求,期中成绩占30%,平时成绩占30%,期末成绩占40%。平时成绩包括:课堂考核,课后作业,单元测验。在学期结束前另有为期一周的教学实习,教师根据维修电工的考试内容结合实际情况申报,并由系部统一采购实习耗材。实习的考核分为:优———电路功能完全实现,性能优良,工艺精美。良———电路功能基本实现,性能优良。中———电路功能基本实现,性能不够稳定。及格———在教师辅助制作下,电路功能基本实现。不及格———电路功能未实现且学习态度有问题。
6教学评价
课程的教学评价包括:校内督导评价,同行专家评价,教师自我评价,学生评价。
党的十报告中指出:“全面实施素质教育,深化教育领域综合改革,着力提高教育质量,培养学生社会责任感、创新精神和实践能力”。同志提出的“中国特色、世界水平的现代教育”是“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴梦的重要组成部分。刘延东同志在2014年高校咨询会上也提出:“要把立德树人、提高质量贯穿综合改革全过程,创新人才培养机制,切实落实人才培养中心地位”。当前,高校在人才培养模式、课程教学内容和方法、实践教学环节等方面还存在着一些不足,如何培养创新人才是高校教育工作者需要着重关注和实践的课题。我校电气信息类专业结合2014版培养计划修订,做了部分课程的教学改革与实践尝试,现与大家交流学习。
一、主要改革内容及实施情况
(一)充分发挥培养计划在引领学生创新能力
在2014级电类学生培养计划修订中,对电类三个专业的学科基础课、专业核心课、专业方向课、专业选修课、集中实践教学环节进行课程调整、学时调整。充分发挥培养计划在引领学生创新能力培养中的核心作用。
(1)2014级船舶电子电气工程专业教学计划修订情况
在学科基础课中:一是新增加了“电路原理图与PCB设计”课程(32学时实验);二是将“单片机原理及应用”课程(36+20)改为“单片机原理及应用”课程(32学时理论)及“单片机原理及应用实验”课程(32学时实验)两门课程;三是将“电路分析”课程(52+16)改为理论与实验分别独立的两门课程。
在专业核心课中:取消了“船舶通信与导航”课,改列为专业选修课。
在专业选修课中:取消了电子综合设计辅导(2学分、24+8学时、第5学期)课,新增加了“电子技术创新实验辅导”实验课程(1学分、32学时实验、第5学期)。
在集中实践教学环节中:一是取消了“电子技术课程设计”(2学分、2周、第3学期)新增了针对性更强的两门“模拟电子技术课程设计”(1.5学分、1.5周、第4学期)及“数字电子技术课程设计”(1学分、1周、第4学期)课;二是将“单片机课程设计”(1学分、1周、第5学期)改成(1.5学分、1.5周、第4学期);三是取消了“船舶电气设计与检验课程设计”(1学分、1周、第6学期),新增了“船舶机舱测控系统课程设计”(1.5学分、1.5周、第6学期)。
(2)2014级电气工程及其自动化专业教学计划修订情况
在学科基础课中:一是取消了“电气工程导论”课程;二是取消了“计算机辅助设计”,新增加了“电路原理图与PCB设计”课程(32学时实验);三是将“单片机原理及应用”课程(42+16)改为“单片机原理及应用”课程(32学时理论)及“单片机原理及应用实验”课程(32学时实验)两门课程;四是将“电路分析”课程(52+16)改为理论与实验独立的两门课程。
在专业核心课中:一是将“单片机原理及应用”调整到学科基础课;二是取消了“供配电系统”课程(2.5学分、36+4学时、第7学期),改增为“工厂供电”课程(3学分、40+8、第7学期);三是将“检测与转换技术”(2学分、26+6学时、第4学期)学分调整为(2.5学分、28+12学时、第4学期);四是将“自动控制原理”课程(3.5学分、48+8学时、第5学期)学分调整为(4学分、52+12学时、第5学期)。
在专业方向课中:一是取消了“变压器应用技术”课程(2学分、28+4学时、第7学期);二是取消了“船舶动力装置与辅助机械”(2学分、28+4学时、第6学期)课;
在专业选修课中:一是取消了6门课程,分别是:信号与系统、文献检索、企业管理、电气工程专题讲座、集散控制系统、电子综合设计辅导;二是新增“电子技术创新实验辅导”(1学分、32学时实验、第5学期)、“新能源技术”(1学分、16学时、第5学期)两门课程;三是将“AUTOCAD”课程(2学分、16+16上机、第5学期)改为实验课程(1学分、32学上机、第5学期)。
在集中实践教学环节中:一是取消了“专业综合课程设计”(2学分、2周、第7学期);二是新增了“测控技术课程设计”(1学分、1周、第5学期)及“电气控制技术课程设计” (1学分、1周、第6学期)两门课程。
(3)2014级电子信息工程专业教学计划修订情况
在学科基础课中:一是取消“计算机辅助设计”(16+16)课,改成了“电路原理图与PCB设计”课程(32学时实验);二是增加了由专业核心课调整来“单片机原理及应用”课程(32学时理论)及“单片机原理及应用实验”课程(32学时实验);三是将“电路分析”课程(52+16)改为理论(56)与实验(16) 两门独立的课程。
在专业核心课中:取消了“信息论与编码”(24+8)课程并调整“单片机原理及应用”课程(40+16)到学科基础课。
在专业方向课中:一是在通信系统方向:将“程控交换”(32)课程换成为“移动通信”(22+10)课程;二是在嵌入系统方向:将“ARM处理器原理及应用”改为“嵌入式系统”(22+10),新增“ 计算机操作系统”(16+16(上机))及调整来“ 电子综合设计辅导”(16+16);而“DSP原理及应用”、 “多媒体技术”、“ 电子设计自动化”调整到专业选修课中;三是取消了电子系统设计方向。
在专业选修课中:一是取消了“复变函数与积分变换”、“JaVa语言程序设计”、“数据结构”、“数据库技术及应用”、“Linux软件设计”、“计算机接口与通信”、“自动控制原理”、“电视原理”8门课程;二是由专业方向课调整来“DSP原理及应用”、“多媒体技术”、“电子设计自动化”3门选修课;三是新增“专业导论”、“学科前沿信息”、“新能源技术”、“现代控制理论[双语] ”、“信息论与编码”、“集成电路设计”、“计算机网络安全”7门课程。
在集中实践教学环节中:一是取消了“电子设计方向专业课程设计”(2学分、2周、第7学期);二是新增了“工程训练C”(1周,1学分),调整了“模拟电子技术课程设计”(2周,2学分)、“数字电子技术课程设计”(2周,2学分)、“单片机原理及应用课程设计”(4周,2学分)。
(二)加强几门关键课程的课改示范工作,提升课程在电子能力培养中的关键作用
(1)电子综合设计辅导课程的教改实施情况
电子综合设计辅导课程是训练学生综合设计能力的课程。学院2009年起将原来的“电装实习”改成(电子装配)“工程训练”和“电子综合设计辅导”(2学分、24+8学时、第5学期)两门课程,并结合课余电子制作训练作为补充。电子综合设计辅导课程每一年的设计制作内容在原有的基础上都有新增,加强设计内容的新型性和实用性,至今实验室已有50多个设计实训模数电路板。2014版培养计划中“电子综合设计辅导”课程调整为实验课程“电子技术创新实验辅导”(实验30学时)。
电子装配工艺训练对学生的知识基础要求较低,在原2010版教学计划中安排在大一第二学期进行,重点是训练学生的电子电路焊接技术,为以后的电子装配打下基础。教学时数为一周,时间上分散进行,历时半个学期。电子综合设计辅导课程是学生进行电子设计的入门课,除公选课、选修课形式外,兴趣小组形式的学习培养也是一个最有成效的环节,使得对电子设计有基础、有兴趣的同学得到充分发挥与提升能力。对电子制作训练做到有计划性,一般分为四个阶段:
第一阶段:为电子制作基本能力训练。安排在入学后的第二学期,以兴趣小组形式进行。内容主要为:焊接技术训练、认识基本元器件(学会万用表的使用)、识图、音频放大电路制作。
第二阶段:电子制作入门训练。安排在入学后的第三学期,以公选课的形式进行。主要学习绘图、制作与测量(学习Protel(Altium Designer)软件的使用,学会常用电子仪器的使用,利用波形图分析电路的工作状态,分析能力训练),内容有:简单电源电路、电动机驱动电路、光控灯开关电路、温控加热器电路等。
第三阶段:电子设计基础训练。主要是结合理论知识设计电路,安排在入学后的第四学期,以选修课的形式进行。内容有:音响电路(含音调电路、功率放大器电路)、隔离放大器电路、充电器电路等。
第四阶段:电子设计综合能力提高训练。主要为综合设计中、大规模电路,安排在入学后的第五学期,以选修课的形式进行。内容有:抢答器电路、开关电源电路、数控电源电路、无线通信电路、锁相环振荡电路、转速检测电路、充电器电路。
(2)单片机原理及应用课程的教改情况
单片机作为电子自动化控制的主要手段,其作用越来越重要。我院该课程为省级精品课程,课程组老师进行了一系列的教学实践,编写了新的教学文件,每年修改电子教案、课件,出版新的教材与实验指导书,不断完善学习资源,实施电子考试等等,为学生的自动化电子设计起到了重要的支撑作用。在2014版教学计划中理论学时改为32,实验改为独立设课,学时为32,课程设计为1.5周。单片机实验电路板全部为校内老师设计制作,实验室至今有单片机综合应用设计电路板30多件。
(3)新增电子技术实践公选课
针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题,从2014年下半年开始学院在二年级学生中设立“电子技术实践”公选课程,从学生学习电子技术知识的初始阶段就引导学生向技术应用方向发展,培养学生理论联系实际、实际凝练为理论知识的能力,拓展学生的创新思维能力。电子技术实践课程在一定程度上打破课程的专业界限、学科界限,使得知识、技术、信息等多方面融会贯通,在还不能完全打破现有教学模式的情况下,以教学实验班的形式增加一个补充教学环节,以音频功率放大器的设计制作为立足点,从应用目标出发搜索知识点,解决技术问题,培养思维方式。电子技术实践公选课作为教学模式创新探索,在教学过程中最大程度地改变学生被教师控制之下被动地学习的局面,改变单纯死记硬背完成学业的局面,转而让学生养成从解决问题的角度去思考、查找知识,提高学生的主观能动性、创新意识。在教学环节上将实验教学、理论教学、课程设计三点连成一线。在教学效果上力求学以致用,学有所用,以适应大学生电子设计竞赛的要求,适应技能考证的要求,适应用人单位对应用型人才的需求。
(三)编写、修订教材、教案,建立完善教师与学生教学学习资源
编写出版《电子综合设计常用模块与实例指导》、《单片机设计实例集》等实践指导教材;为学生开展考证培训修订《电子工程师考证培训讲义》等;编写新的教学文件及电子教案、课件等,建立完善教师与学生教学学习资源。
一是修订出版了《单片机实验与课程设计指导(Proteus仿真版)》、《电子设计常用模块与实例》、《单片机设计实例选集(一)》、《51系列单片机原理及应用》等实践指导性强的教材;二是在原网络课程的基础上进行了单片机慕课网站的建设,新编了150题左右的作业练习题库;三是修改2014级教学大纲、电子教案及课件;四是设计开发2014级用的新实验电路板并用于每年的学生电子设计竞赛训练。
(四)加强实践能力培训,提高学生的综合能力
加强实践能力培训,提高学科竞赛的获奖数量、提高学生、专利证书数量、提高学生电子工程师/板级工程师/电工等从职证书数量。
(1)加强了学科竞赛的辅导力度。一是组织学生电子协会,每周至少开展一次活动,以加强低年级同学的基础技能训练;二是与飞思卡尔智能汽车竞赛相结合,利用各种提高学生能力的资源,充实学生的实践活动;三是培养充实指导教师力量,2014年学院的指导教师队伍扩大至9人,落实了组队学生与指导教师的互选环节,密切指导教师与参赛学生的联系,特别是在暑期中通过明确训练计划、训练内容增加指导教师的投入精力;四是针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题,从2014年下半年开始在二年级学生中设立电子技术实践公选课程,在教学效果上力求学以致用,学有所用,以适应大学生电子设计竞赛的要求。
(2)重视指导学生、申报专利工作,培养科学研究能力 。通过学生课程设计、毕业设计、电子竞赛、省创新研究项目等实践,指导学生以论文或专利的形式固化研究成果,近年来学生发表的电子设计类论文、实用专利、省大学生科技创新(电子电气类)项目、部级大学生创新创业训练项目增加明显。
(3)加强校内电子工程师等考证培训工作。学院培训中心通过了市职业技能鉴定条件验收,成立了市“职业技能鉴定所”和电工方面考证员,可进行中、高级电工,中、高级维修电工,初级电子设计工程师、板级设计工程师、单片机C语言程序设计师7种电子电气类证书的证书认定,为学生培训考评提供了极大的便利。
(4)加强了毕业设计真题实做的要求。学院将毕业设计任务早计划、早布置,以提高毕业设计论文的真题实做时间,现一般是在第7学期初就布置任务,毕业论文答辩分二次进行,在较长的时间内可给学生留出较多时间完成高质量的毕业设计论文,学生毕业设计真题实做的比例在90%以上。
(五)落实考证考级替代学分考试的制度
落实考证考级替代学分考试的制度,将提高从职能力的技能考证、考级、竞赛奖等纳入到教学学分中。
学院出台了关于《本科生毕业设计(论文)替代管理办法》(试行)的文件,规定了5类学生学业成果(考证、考级、论文、专利、竞赛奖)或经学院本科毕业设计(论文)工作小组认定可以代替毕业设计(论文)的其他成果可替代毕业设计(论文)学分。
二、实践成果
两年间,学生在电子工程师、电工考证、学科竞赛获奖方面成绩提高明显,取得电子工程师证书30 人;电工证书192人;在大学生电子设计竞赛中,获省一等奖学生为9人,二等奖学生为18人,三等奖学生为21人;在全国(省)飞思卡尔智能汽车竞赛及智能机器人大赛中获一等奖6人,特等奖2人,二等奖9人,三等奖24人。两年间,学生发表电子设计类论文10篇,取得电子设计类实用专利35项。
三、不足分析
一是教学计划改革后课时量压缩造成教师“抢课”现象,并由课程门数增多及投入精力不足造成教学改革的实践效果下降;二是团队精神在学院教改项目中体现不够,大多数教师还是安于老的教学方式,教改积极性不高,大范围的教改项目推进困难。
提高教学质量不仅需要领导重视,更需要教师的人人参与。教学改革不能停留在口号上,更应建立在教师行动上。高校要把提高教师的影响力与学生的竞争力作为学校发展的基本目标,以社会需求为导向,进一步改革人才培养模式,为社会输送合格的创新创业型应用人才。
参考文献:
[1] 唐树森,李维. 电气信息类专业基础课程综合改革的研究与实践[J]. 中国电子教育,2004,03:44-46.
【基金项目】大连海事大学教改项目:电子信息科学与技术专业工程人才培养实践教学改革(项目编号:2016Z03);大连海事大学教改项目:面向2017级培养方案的《微电子技术基础》课程教学体系研究与设计(项目编号:2016Y21)。
【中图分类号】G42 【文献标识码】A【文章编号】2095-3089(2018)01-0228-02
1.開设《微电子技术基础》的意义
目前,高速发展的集成电路技术产业使集成电路设计人才成为最抢手的人才,掌握微电子技术是IC设计人才的重要基本技能之一。本文希望通过对《微电子技术基础》课程教学体系的研究与设计,能够提高学生对集成电路制作工艺的认识,提高从事微电子行业的兴趣,拓宽知识面和就业渠道,从而培养更多的微电子发展的综合人才,促进我国微电子产业的规模和科学技术水平的提高。
2.目前学科存在的问题
目前电子信息科学与技术专业的集成电路方向开设的课程已有低频电子线路、数字逻辑与系统设计、单片机原理、集成电路设计原理等。虽然课程开设种类较多,但课程体系不够完善。由于现在学科重心在电路设计上,缺少对于器件的微观结构、材料特性讲解[1],导致学生在后续课程学习中不能够完全理解。比如MOS管,虽然学生们学过其基本特性,但在实践中发现他们对N沟道和P沟道的工作原理知之甚少。
近来学校正在进行本科学生培养的综合改革,在制定集成电路方向课程体系时,课题组成员对部分学校的相关专业展开调研。我们发现大部分拥有电子信息类专业的高校都开设了微电子课程。譬如华中科技大学设置了固体电子学基础、微电子器件与IC设计、微电子工艺学以及电子材料物理等课程。[2]又如电子科技大学设置了固体物理、微电子技术学科前沿、半导体光电器件以及高级微电子技术等课程。[3]因此学科课题组决定在面向2017级电子信息科学与技术专业课程培养方案中,集成电路设计方向在原有的《集成电路设计原理》、《集成电路设计应用》基础上,新增设《微电子技术基础》课程。本课程希望学生通过掌握微电子技术的原理、工艺和设计方法,为后续深入学习集成电路设计和工程开发打下基础。
3.微电子课程设置
出于对整体课程体系的考虑,微电子课程总学时为32学时。课程呈现了微电子技术的基本概论、半导体器件的物理基础、集成电路的制造工艺及封装测试等内容。[4]如表1所示,为课程的教学大纲。
微电子技术的基本概论是本课程的入门。通过第一章节的学习,学生对本课程有初步的认识。
构成集成电路的核心是半导体器件,理解半导体器件的基本原理是理解集成电路特性的重要基础。为此,第二章重点介绍当代集成电路中的主要半导体器件,包括PN结、双极型晶体管、结型场效应晶体管(JFET)等器件的工作原理与特性。要求学生掌握基本的微电子器件设计创新方法,具备分析微电子器件性能和利用半导体物理学等基本原理解决问题的能力。
第三章介绍硅平面工艺的基本原理、工艺方法,同时简要介绍微电子技术不断发展对工艺技术提出的新要求。内容部分以集成电路发展的顺序展开,向学生展示各种技术的优点和局限,以此来培养学生不断学习和适应发展的能力。
第四章围绕芯片单片制造工艺以外的技术展开,涵盖着工艺集成技术、封装与测试以及集成电路工艺设计流程,使学生对微电子工艺的全貌有所了解。
4.教学模式
目前大部分高校的微电子课程仍沿用传统落后的教学模式,即以教师灌输理论知识,学生被动学习为主。这种模式在一定程度上限制了学生主动思考和自觉实践的能力,降低学习兴趣,与本课程授课的初衷相违背。[5]为避免上述问题,本文从以下几个方面阐述了《微电子技术基础》课程的教学模式。
教学内容:本课程理论知识点多数都难以理解且枯燥乏味,仅靠书本教学学生会十分吃力。因此,我们制作多媒体课件来辅助教学,将知识点采用动画的形式来展现。例如可通过动画了解PN结内电子的运动情况、PN结的掺杂工艺以及其制造技术。同时课件中补充了工艺集成与分装测试这部分内容,加强课堂学习与实际生产、科研的联系,便于学生掌握集成电路工艺设计流程。
教学形式:课内理论教学+课外拓展。
1)课内教学:理论讲解仍需教师向学生讲述基本原理,但是在理解运用方面采用启发式教学,课堂上增加教师提问并提供学生上台演示的机会,达到师生互动的目的。依托学校BBS平台,初步建立课程的教学课件讲义、课后习题及思考题和课外拓展资料的体系,以方便学生进行课后的巩固与深度学习。此外,利用微信或QQ群,在线上定期进行答疑,并反馈课堂学习的效果,利于老师不断调整教学方法和课程进度。还可充分利用微信公众号,譬如在课前预习指南,帮助学生做好课堂准备工作。
2)课外拓展:本课程目标是培养具有电子信息科学与技术学科理论基础,且有能力将理论付诸实践的高素质人才。平时学生很难直接观察到半导体器件、集成电路的模型及它们的封装制造流程,因此课题组计划在课余时间组织同学参观实验室或当地的相关企业,使教学过程更为直观,加深学生对制造工艺的理解。此外,教师需要充分利用现有的资源(譬如与课程有关的科研项目),鼓励学生参与和探究。
考核方式:一般来说,传统的微电子课程考核强调教学结果的评价,而本课程组希望考核结果更具有前瞻性和全面性,故需要增加教学进度中的考核。课题组决定采用期末笔试考核与平时课堂表现相结合的方式,期末笔试成绩由学生在期末考试中所得的卷面成绩按照一定比例折合而成,平时成绩考评方式有随堂小测、课后习题、小组作业等。这几种方式将考核过程融入教学,能有效地协助老师对学生的学习态度、学习状况以及学习能力做出准确评定。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)30-0194-02
两院院士王越教授曾说过:“人类是否可以有统一的教育模式?不可能,原因在于,教育效果的发挥是在‘未来’的时空中,而‘未来’是无法详细预测和提前采取行动措施的。教育,尤其是高等教育,只能不断讨论和不断永无止境地改革发展。”为了提高电信专业学生素质教育,培养专业性人才,做好电子信息工程人才储备目标,培养出的学生可以与市场直接接轨是目前各高校电子信息工程专业面临的最现实的问题。专业培养方案是人才培养目标、基本规格以及培养过程和模式的总体设计,是保证专业教学质量的纲领性教学文件[1]。因此,针对国内电子信息类人才需求情况的分析,在借鉴和总结国内外电信专业课程设置的基础上,结合自身的特点及加强与工程背景紧密结合的思想,开展专业培养方案的修订,研究适合电子信息工程专业与不断发展的就业市场紧密接轨的课程体系具有重要意义。
一、国内外高校电信专业课程设置分析
1.国外高校。电子信息工程专业,国外大都划分在电工类,也有归在计算机科学类当中。以美国麻省理工学院为例,其电信专业基础课的设置可以分为电路、电子线路、信号与系统及电磁场4大类。(1)电路类。电路类的体系结构以苏联和欧美体系最具代表性。其中,苏联体系注重理论基础,重视分析方法,授课内容强调其系统性和完整性。而欧美体系注重课程的实验教学及其工程应用性。国外的电路类课程教学体系多,教学内容涵盖面广,教学安排具有层次性,强调实验教学和学生的自我动手能力,以工程应用为背景。同时,注重电路的工程应用背景、注重计算机技术在电路中的应用、注重电路问题的电磁场基础。(2)电子线路类。美国麻省理工学院开设了“电路和电子学”、“微电子器件与电路”、“模拟电路”等课程及相关实验。英国剑桥大学通过本科前两年的基础理论知识学习,在之后的专业课程设计中,更强调实践类课程的比例,开设了“电气和纳米材料”、“先进远程通信”、“电子传感器和检测”、“微电子机械系统设计”、“图像处理和图像编码”等课程及相关实验。(3)信号与系统类。国外信号系统类课程的建设在注重数字技术发展对体系的影响的同时,注意协调理论与实践的关系并及时跟踪未来技术及其可能对课程产生的影响。(4)电磁场类。欧美大学的电磁学类课程的教学主要分为三步走:基础课程教学阶段、核心课程教学阶段和扩展课程教学阶段。基础课程教学阶段主要讲授电磁现象最基本的物理规律和特性;核心课程教学阶段主要讲授电磁场与电磁波的基本特性;扩展课程注重的是与工程实践的接口。
2.国内高校。国内有442所高校设有电子信息工程专业,其中辽宁省有29所。主要开设电路分析理论、信号与系统、模拟电子线路基础、数字电路及系统设计、通信电路、计算机语言程序设计、微机原理与系统设计、数字信号处理、信息论与编码、电磁场理论、随机信号分析、通信原理、自动控制原理等专业主干课13门。
二、我国电子信息类人才需求情况分析
近年来,国内市场电子类发展方向主要有信息服务,电子元器件及集成电路,视听产业数字化转型,新型显示和数字电子及“三网融合”,第三代、第四代移动通信产业及计算机提升和下一代互联网应用。2014年1月,国内就业市场对电子信息工程类方向的职位需求占总需求人数5.7%左右,到2014年7月,电子信息工程类方向的职位需求增长到总需求人数的1/5。可以看出,电子信息类人才,在国内市场的需求量非常大,且呈现逐月递增的趋势。
三、培养目标的确定
1.基本定位。电子信息工程专业是一个将电子类和信息类紧密结合的宽口径工程专业。学生主要学习信息的获取、变换、传输、存储、处理、显示和利用等技术,接受电子与信息工程实践的基本训练。培养信息技术及其设备、系统与网络的软硬件开发及管理能力的高层次应用型人才。基于该基本定位,在制定大连大学信息工程专业培养方案时,注重理论与实践相结合,分别建设了理论类与技术实践类两大课程群,在强化理论类课程的同时,依托工程背景,突出实践应用,形成理论和实践并重、分析和综合并重的专业特色,具体做法是:厚基础――加大主要专业基础课学时,确保学生的专业基础知识牢固扎实,为今后继续深造打下良好基础;宽口径――加开“随机信号处理”、“现代通信技术”、“数据通信”、“DSP技术及应用”和“EDA技术及应用”、“卫星通信”等任选课,以拓宽学生的知识结构,扩大学生的知识面;重应用――增加实验比例,特别是增大综合性/设计性实验比例,同时将电子系统设计、创新项目等与课堂教学有机结合。
2.培养目标。培养具备电子技术和信息系统的基础知识,掌握信号与信息处理、传输、交换及控制技术,具有良好的外语能力,能从事各类电子设备和信息系统的研制、生产与应用和开发能力,可在信息产业及国民经济各部门就业的德、智、体、美全面发展的技术应用型工程技术人才。
四、课程体系构建
根据培养大纲制定的厚基础、宽口径、重工程实践和应用的能从事各类电子设备和信息系统的研制、生产与应用和开发能力的技术应用型工程技术人才的要求,确立了理论类和技术类两条专业课程主线。
1.理论类课程群建设。专业性和综合性是当今科学技术发展的主要趋势,为了适应这个发展,我们高等教育的教学体系也应该朝着专业化和综合化的方向开展改革,也就是在保证理论教学效果的基础上,将理论知识与实践知识相互渗透、相互交叉是现阶段高等教育工科类专业的发展方向。结合我们的自身特点及优势,制定了大连大学电子信息工程本科专业理论教学体系结构和实践类教学体系结构。理论类课程体系除公共基础课外,在专业课程设置上将课程分为基础课、专业必修课、专业选修课三大模块,信息与系统和信息与通信两大课程群。信号与系统课程群包括:电路原理(含实验)、信号与系统(含实验)、自动控制原理、数字信号处理(含实验)和信号检测与处理;信息与通信课程群包括:信息论与编码、通信原理(含实验)、通信电子线路(含实验)及电磁场与电磁波。
2.技术类与实践类课程群建设。确定了理论体系结构之后,我们又开展了技术与实践教学体系论证,以专业培养目标为基础,以市场需求为指向,形成了具有一定特色的与理论体系结构紧密结合的实践教学体系结构,完成了计算机四年不断线计划,建立了以课程实验、课程设计、认识实习、生产实习、创新实践、毕业设计等为主要内容的五大技术与实践类课程群建设。高级语言程序设计课程群包括:高级语言课程设计和高级语言编程课程设计;电子技术课程群包括:模拟电子技术(含实验)、数字电子技术(含实验)、电子技术课程设计、电子工艺实习;EDA技术及应用课程群包括:EDA技术及应用(含实验)和EDA技术课程设计;微机与单片机课程群包括:微机原理与接口(含实验)、单片机原理与应用(含实验)、电子系统课程设计、印制电路板设计;创新实践课程群包括:工程项目实践、大学生创新创业计划、大学生机器人擂台赛、大学生电子设计大赛等。
五、培养方案的特点
经过多次调研、分析、修改完善及研讨,并经有关专家审核,最后形成大连大学电子信息工程专业2014年的培养方案。其特点如下:
1.提出课程群建设的思想,完善课程体系结构。整个培养方案共分为两大类(理论类、技术类与实践类)、7小类(信息与系统、信息与通信、高级语言程序设计、电子技术、EDA技术及应用、微机与单片机、创新实践)课程群。课程群思想的提出使得电信专业的课程体系结构变得十分清晰,相关课程之间的衔接关系一目了然,便于师生理解和执行。
2.增加实践环节提高学生工程实践能力。为了进一步加强学生与就业市场的直接接轨,必须对现有电信专业的技术实践类课程进行改革。在实践能力的培养方面,注重以工程背景为实践类课程设置的核心思想,力求建立完整的专业实践教学课程体系。加强电子技术、计算机软硬件及应用、电子系统综合设计、EDA技术、DSP技术、嵌入式技术等相关课程建设,采取稳扎稳打、稳步推进的原则。
3.计算机四年学习不断线。为了加强学生的计算机应用水平,以适应不断发展的就业市场的需求,在课程设置中还注意设计了四年计算机学习连续化,实现计算机四年不断线学习[2]。
大连大学电子信息工程专业2014整个培养方案的修订贯彻人才战略的培养目标,注重知识、能力、素质协调发展,并获批辽宁省“工程人才培养模式改革试点专业”。增加实践教学环节的同时加强理论教学拓展,保持综合性、专业性的专业教学优势。坚持本科教育与工程教育接轨的教育思想,建设校企联合培养新模式,编写注重工程应用的教材,加强双师型教师的引进和培养。实现分类施教、差异培养的人才培养目标。学生在学习过程中,对就业市场的适应能力更强,系统观念、整体观念和分析能力都得到较好的培养,并且对自身的认识和发展方向更加明确,形成了独特的专业优势。
中图分类号:G71文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110163-01
一、前言
由于电工电子信息科学的迅速发展,使该课程内容繁多,同时又要培养学生的思维能力和创造能力,所以在电工电子技术课程的教学设计中必须遵循最优原则。教学设计系统由学习需要分析、教学内容分析、学习者分析、学习目标的阐述、教学策略的制定、教学媒体的选择和利用、教学评价及修改等七项有机整合构成。网络课程的开发要进行教学设计,设计思想不对头,再好的技术也不能发挥效用。因此,认真做好网络课程的教学设计,是网络课程开发的关键[1-5]。本论文详细介绍电工技术网络课程的设计。
二、电工技术课程设计
(一)电工技术学习需要分析。学习电工技术的学生都已经学过高等数学、普通物理等先修课程,具备了一定的基础知识和专业知识。他们已经了解和掌握基本电路方面的基本原理和分析方法,有独立学习这门功课的能力。对于电工技术网络课程来讲,期望学生达到的状况是进一步深化学习,全面掌握电路基础知识,如电路的基本分析方法、几种典型电路和电路的暂态分析,然后在此基础上,熟练掌握电机与控制部分,最后了解电工的测量及供用电等实用技术[3-6]。
(二)电工技术教学内容分析。将教学内容分解为相对独立的知识结构,即电路部分、电机与控制和电工测量;然后,明确不同教学内容之间的结构关系,即首先掌握电路的基本概念、基本定律和电路的基本分析方法,以及电机与控制部分,最后学习电工测量技术,使学生由浅入深、由易到难、由理论到实际应用、循序渐进地学习,同时也保证学习者头脑中清晰的教学流程,但是各个内容之间相对独立的,方便学习任意选择学习。电工技术网络课程的教学内容如图1所示。
(三)教授对象分析。教学设计的一切活动都是为了促进学习者的学习。教学目标是否实现,要通过学习者的学习活动和学习效果体现出来,而学习者作为学习活动的主体,在学习过程中通常和自己的学习特点联系在一起。学习者分析主要是为了了解学习者的学习准备情况及其学习风格,为学习内容的选择和组织、学习目标的阐明、教学策略的制定与媒体的选用等提供依据。了解学习者的基本特征,确定教学内容的教学起点,作为网络课程设计依据。本课程主要是面向技术学校的学生。技术学校的学生学习具有参与性、自我教育性、差异性和矛盾性等特点。
(四)学习目标分析。电工技术是非电类专业的一门技术基础课,学习本课程的目的就是达到能够熟练掌握常用电工、电子器件及其基本放大电路和典型电路的功能和应用,能够自如运用一些电工电子技术中的基本概念、基本原理和基本分析方法。
(五)教学策略制定。在本网络课程中采用了以下几种教学模式的有机结合方式:讲授型模式、个别化学习模式、讨论学习模式、协作学习模式、探索学习模式。在电工网络课程设计中,对这五种主要学习模式进行有机结合,使之达到相辅相成的效果,同时,注重充分发挥各自的优势以适合于学习者的学习特点,以达到良好的教学效果。
(六)教学媒体选择。教学媒体是承载和传播教学信息的载体和工具。在教学过程中选择与运用教学媒体主要考虑媒体与教学内容的统一性;媒体与教学方法的协调性;媒体与认知水平的相容性。本网络课程主要面向成年人,采用文本、图像和动画三类教学媒体,以文本为主要教学信息表达形式。
三、电工技术网络课程制作
(一)电工技术网络课程体系结构。电工电子技术网络课程由课程目录、课程要求、内容索引、习题指导、课程实验、教学资源、讨论天地七个模块组成。这七大模块构成一个系统,相互依存、相辅相成、密不可分。
(二)电工技术网络课程页面设计。文本是在Dreamwaver网页编辑下,进行文字录入的。对电工电子技术网络课程页面中的字体设计基本原则是字体不易过多,不要使用超过三种以上的字体,并且要尽量使用常用字体。本网络课程图形图像采用FireworksMX和photoshop7.0软件进行处理。
网络课程是由一页一页的网页按照一定的顺序和结构组成的。页面设计中注重根据主题内容的不同制作出生动、和谐、美感的界面,整个课程既有变化又有统一的节奏和韵律的格式,使学习者在轻松愉快的审美感受中进入网络学习世界,在较短的时间内获取更多的知识信息。
(三)电工技术网络课程导航设计。网络课程的导航要求切实做到没有迷航现象的发生,它能够使学习者在学习内容之间自如跳转,不受任何的限制,同时,也不能使页面中的导航按钮功能重复,杂乱无章的任意摆放,以免造成页面面积的浪费。导航系统一般要求清晰、明确、简洁、方便。在电工电子网络课程设计中采用以下几种导航方式:主导航栏、菜单式树状导航等方式。
(四)电工技术网络课程交互设计。“交互”是网络课程设计的重要组成部分,它必须遵守如下原则:一致性、简单性、可靠性、趣味性。设计本课程中提供了很多方法和手段支持人际交互,比如电子邮件、电工电子技术论坛、聊天室等,值得一提的是这些人际交互方法都是学习者协作学习的有效工具。
四、结束语
一个良好的教学设计是网络课程成功开发的一半。本文就详细介绍了电工技术网络课程的课程设计步骤:学习需要分析、教学内容分析、学习者分析、学习目标确立、教学策略制定、教学媒体选择和教学效果评价。按照这七个步骤进行逐一分析与设计,然后把他们有机的整合在一起,确立出电工技术网络课程的教学设计系统,为后面网络课程的制作提供指导意义。给出了电工技术网络课程制作过程和制作原则。
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【中图分类号】G436 【文献标示码】A
【论文编号】1671-7384(2013)01-0047-04
目前全国许多地区都在积极探索电子书包的应用,上海虹口区的基础教育电子书包计划、广东佛山南海区的智能课堂等项目在社会上引起了强烈反响。英特尔、联想、戴尔等信息技术公司也在全国各地进行了一系列电子书包应用的实践和探索,美国、日本、韩国、新加坡、保加利亚等国家的电子书包探索研究也正如火如荼。电子书包推进的关键之一就是电子课本的建设,如果各学科的电子课本没有建设好,电子书包在课堂中的应用就无法常态化,所谓的电子书包推进只能作为一种探索与试验,无法真正意义上全面推进。因此,电子课本的建设是一个亟需研究的问题。信息技术学科也在积极开展电子书包的应用,本文围绕该学科电子课本的建设展开论述。
电子书包与电子课本
电子书包实际上构建了一种数字化的学习环境,由“学习内容”、“移动终端”和“服务平台”三部分构成。基于这种数字化的学习环境开展教学和学习活动。其中“学习内容”指优质的数字化教学与学习资源,具体包括电子课本、与教材内容相关的学习读物、多媒体素材、作业等。其中电子课本最为重要,它是电子书包顺利推进的关键。
黎加厚教授指出,推进电子书包应用的第一步就是,将学生要看的书变成“电子书”。但目前已有的电子课本多是“纸质课本的翻版”,并不能改变学生的学习方式和教师的教学方式。那么,什么是真正意义的电子课本呢?电子课本应该是以现行的课程标准为内容依据,以先进的教学原理为理论基础,对相关知识点进行深度挖掘和加工,以科学直观的视、音、图、文等多媒体形式实现学习内容的数字化和交互功能的智能化,多角度、多维度地呈现学习内容,为教师的课堂教学及学生的自主学习提供支持。
电子课本设计的总体思路
电子课本的设计应该以先进的教学原理为理论基础,以课程标准为内容依据,采用合适的信息技术手段,把教学内容和教学策略进行有机整合,最终以视、音、图、文等形式电子化地呈现出来,方便学生自主学习,方便教师组织课堂教学。即电子课本不仅实现了“教学内容”的结构化编排,更应该是体现课程“教学活动过程”的物化载体。
1.电子课本设计的理论基础
中小学信息技术课程标准指出,信息技术学科要着重提升学生的信息素养,主要包括培养学生对信息技术的兴趣和意识,让学生掌握信息技术基本知识和基本技能,提高学生用信息技术解决问题的能力,以及让学生了解信息化社会中的行为规范等。其中,用信息技术解决问题的能力是提高信息素养的关键能力。首要教学原理强调“面向完整任务、聚焦解决问题”,与这一关键能力十分吻合,因此,我们选择首要教学原理作为信息技术学科电子课本建设的理论基础。
首要教学原理又称为五星教学模式,是由美国教学设计专家梅里尔教授于2002年首先提出的,具体包括五项基本原则。
(1)当教学内容在联系现实世界问题的情境中加以呈现且学生介入解决生活实际问题时,才能够促进学习;
(2)当教学中激活了学生原有相关经验时,才能够促进学习;
(3)当教学展示论证了要学习的东西,而非仅仅告知学生相关的信息时,才能够促进学习;
(4)当教学中要求学生尝试运用刚理解的知识或技能解决问题时,才能够促进学习;
(5)当教学中学生受到鼓励将新知识技能融会贯通或迁移到日常生活中去时,才能够促进学习。
根据首要教学原理,电子课本设计应该围绕提高学生信息素养展开,在讲述信息技术相关知识与技能的同时,设计合理的主题活动,使学生面向任务,聚焦问题的解决。学生使用电子课本进行学习的过程具体体现为:通过构建知识点的逻辑结构图以及分析完成任务所需的已有信息技术相关经验来激活原有认知;通过展示作品样例的制作过程以及提供系列相关“帮助”来展示论证新的信息技术相关知识与技能;通过进行适当的小练习以及开展自主实践活动,尝试应用新学习的信息技术知识与技能解决新的问题;通过作品交流与展示以及设计问题引导学生反思、质疑、辨析,来促进新学习知识的融会贯通。
2.电子课本的技术特性
电子课本一般以平板电脑等智能终端为载体,平板电脑强大的多媒体呈现及人机交互功能,使得电子课本在教学内容的呈现方式上有着纸质课本无法比拟的优势,可以实现教学内容的多媒体呈现、多种形式的人机交互、多个教学内容的关联。在保证教学性的前提下,尽可能地增强课本的阅读性。
多媒体性。电子课本不应该只是传统课本的数字化翻版,而是应该突破纸质课本只有静态文字或图片的限制,充分发挥信息技术多样化的呈现手段,采取文字、图片、音视频、动画、虚拟现实相结合的方式,多维度、多层次地动态呈现学习内容,加强学习内容的表现力和感染力。
交互性。交互性是电子课本最突出的特征,是指利用信息技术将电子课本的某些知识用人机互动的形式予以呈现,增强学生的主动性和参与性。电子课本目前主要以平板电脑为载体,平板电脑的多点触控屏幕技术革新了传统电脑的操作方式,给用户带来了全新的操作体验,用户的手指在屏幕上跳跃、滑动,便完成了对电脑的操作。平板电脑还可以通过声音输入或者视频输入实现人机交互。因此,电子课本应该充分设计交互功能,让学生通过交互更好地体验相关内容,更好地掌握相关知识和技能。
关联性。传统课本的知识和信息基本是按线性结构来排列的,而电子课本可以全面实现教学内容和素材的超链接,因此,各个教学内容都可以通过设计学习目标、过程、评价及资源等链接,按照网状结构组织学习内容。这有利于活跃学生的思维,便于学生自主选择,进行个性化的学习,适合目前倡导的探究性学习。
中小学信息技术学科电子课本的内容设计与开发
目前,中小学信息技术教材多采用项目式主题活动的形式编写,以完成具体任务为主线,将信息技术知识与技能的学习隐含在任务解决过程中。这种体例设计虽然能让学生在任务中应用技术,培养学生解决问题的能力,但忽视了学科知识的系统性,学生难以提炼信息技术知识点,难以掌握学科知识体系,更难以形成知识基础。
电子课本呈现出来的结果应该是“教学内容+教学策略”,即电子课本不仅应该完成教学内容的结构化编排,更应该作为课程教与学活动过程的物化载体;不仅应该包含学科的相关知识,还应该将教学活动过程中的教学策略嵌入其中;不仅应该考虑学生利用信息技术解决问题的能力,还应该考虑帮助学生提炼学科的知识体系。因此,电子课本一方面应该根据各个学段课程标准的要求,对信息技术相关的知识点进行系统、科学的阐述,另一方面应该设计各种主题活动,将知识与技能融入与学生实际生活紧密相关的完整任务中。从体例上来说,设计电子课本可以将信息技术每一个模块的学习分成两个部分,第一部分是信息技术相关知识与技能的系统阐述,第二部分是主题活动的设计。
1.信息技术相关知识与技能
这部分应尽量设计交互软件、序列图、动画、文字、图片等多媒体形式,系统呈现信息技术的知识和技能。
使用动画来呈现信息技术相关知识和原理。信息技术的某些知识和原理是比较复杂深奥的,如计算机的工作原理、因特网和搜索引擎的工作原理,难以用比较简短的话语深入浅出地讲解清楚,但学生需要对这些知识进行简单了解。我们可借鉴国外电子书“Ourchoice”中以交互动画形式呈现风能发电原理的方法,将搜索引擎的工作原理利用动画或交互动画的形式呈现出来,便于学生感知和理解。
通过视频来演示信息技术相关操作。信息技术学科涉及许多技能的操作,在撰写课本时相关技能的表述是比较烦琐的。纸质课本一般通过操作界面截图加上文字标注和文字说明的形式来表达,占据课本比较大的篇幅,学生看起来也比较困难。在电子课本中如果使用视频,操作步骤会更加清晰,操作过程会更加详细。
设计游戏来巩固信息技术相关技能。除了特定的信息技术技能外,一款较好的教学游戏还可以锻炼学生的任务分析能力和系统规划能力、允许学生进行不同角色体验、开展实验等,还可以对学生的表现进行反馈。学完新知识之后,学生对教学内容有了一定的了解和掌握,再通过生动活泼的游戏练习巩固所学的知识,操练所学的技能,在锻炼学生信息技术技能的同时,还能提示学生这些知识和技能适用的场景,提高学生的信息素养,使枯燥无味的练习变得趣味十足,引发学生进一步学习的兴趣。
2.主题活动
按照首要教学原理的理论,主题活动可分成“活动情境和任务”、“活动和任务分析”、“方法与步骤”、“总结与点拨”四个组成部分来设计。
活动情境和任务。德国一位学者对情境有过精辟的比喻:将15克盐放在你面前,无论如何你难以下咽。但是当将15克盐放入一碗美味可口的汤中,你就在享用佳肴时,将15克盐全部吸收了。情境对于知识,犹如汤对于盐。盐需要融入汤中,才能被吸收;知识需要融入情境中,才容易被学生理解和掌握。因此,信息技术学科电子课本的主题活动应该设计与活动相关的情境,在情境中明确具体运用信息技术知识与技能需要完成的任务。运用计算机和多媒体工具将学习内容以多媒体、超文本、动画等形式和友好互动的界面创设“虚拟化场景”,或者利用视频技术呈现“现实情境”,甚至利用“增强性虚拟现实”技术来创设虚实结合的活动情境,可以让学生“身临其境”,更快地理解任务。
活动和任务分析。信息技术课程的目标是培养学生的信息素养,其中对学生利用信息和信息技术分析问题和解决问题能力的培养是重要内容。体现在教材中,对任务或者问题的分析是培养学生分析和解决问题能力的基础,而这往往是目前信息技术教材比较欠缺的,导致教师在使用教材设计教学时也往往忽略组织学生对任务进行分析。
在电子课本的设计中,要充分发挥电子课本移动终端载体的特点,在教师的组织下,学生能直接在电子课本中对有关任务进行书面的讨论与交流。活动分析应该主要围绕完成活动任务的思路来设计,可以设计“问题”引导学生,同时通过“流程图”来呈现完成活动的思路。此外,还要分析活动涉及的信息技术知识与技能,可以设计活动涉及的知识与技能的逻辑结构图,新的知识与技能、学过的知识与技能用不同的字体和颜色分别表示。另外,如果活动的任务是需要制作作品的,那么在电子课本中可以呈现作品的样张,通过交互的形式让学生针对活动的成果(样张)进行交互,具体表现为手指触摸到样张的内容,会突出显示或通过其他效果显示,并罗列出完成该内容需用到的知识与技能。
方法与步骤。方法与步骤环节应该主要包括两个方面内容,一是样张制作过程的主要步骤,即样张制作过程的展示。以主要几块内容的完成过程演示,不涉及具体细节的操作,通过“声音+动画演示(或操作录屏)+文字显示”的形式,其中文字主要采取粗线条形式,提纲挈领地表示完成完整样张需要的主要内容与步骤。二是样张制作过程的互动演示,可以通过交互的形式让学生学习活动成果(样张)的制作过程,如手指触摸点击各块内容,可弹出视频或其他交互内容,介绍样张的操作过程,即类似提供系列相关的“帮助”(提供具体细节技能的操作帮助)。
总结与点拨。“编筐编篓,重在收口;描龙描凤,重在点睛。”总结与点拨也是电子课本的重要组成部分。通过总结,学生巩固所学,将所学知识形成一定的体系和框架。通过点拨,可以促进学生对信息技术相关知识与技能的迁移应用,拓展学生视野,激起学生不断学习的欲望。在电子课本中,总结与点拨可以从三个方面进行:一是对任务完成过程或问题解决过程进行总结,尤其对在任务完成过程中信息和信息技术所起的作用进行点拨。可以采用思维导图或简单图示的形式进行,这对提高学生的信息素养是非常必要的。二是对所学的知识和技能进行总结与点拨。用简单的文字、图片或动画对主题活动中所涉及的信息技术知识和原理进行简单的梳理和总结,用文字或图片序列的形式对所学的技能进行提纲挈领的总结和点拨,巩固学生所学的知识。三是对知识和技能的迁移性应用和拓展性学习的点拨。即除了解决本活动中所涉及的任务外,所学知识和技能还可以应用于哪些情境、解决哪些问题以及学生还可以在课外自己去探索和学习哪些相关的知识与技能。
电子书包的教育应用是当前教育教学研究的热点,各个学科电子课本的建设也成为电子书包进课堂必须研究和解决的问题。本文对中小学信息技术学科电子课本的建设进行了研究,提出了该学科电子课本建设的总体思路及体例,即基于一定的教学理论(如首要教学原理),按照课程标准(如全国中小学信息技术学科课程标准),采用一定的技术手段(如增强现实技术、数字化游戏技术、视频技术等),来呈现教学内容(相关的知识和技能以及主题学习活动)。关于电子课本中信息技术知识与技能点的选择、主题活动的设计、技术实现形式以及课堂应用形式还有待进一步的研究和探索。
(作者单位:上海浦东教育发展研究院)
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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)25-0103-02
电子科学与技术作为信息技术发展的基石,伴随着计算机技术、数字技术、移动通信技术、多媒体技术和W络技术的出现得到了迅猛的发展,从初期的小规模集成电路(SSI)发展到今天的巨大规模集成电路(GSI),成为使人类社会进入了信息化时代的先导技术。电子科学与技术专业是国家重点扶植的学科,本专业作为信息领域的核心学科,培养国家急需的电子科学与技术专业高级人才。
在新的历史条件下,开展电子科学与技术专业课程建设的改革与实践研究是非常必要的,这对于培养出具有知识、能力、素质协调发展的微电子技术应用型创新创业人才具有重要的指导意义和战略意义。本文依据电子科学与技术专业本科生课程建设的实际情况,详细分析了本专业在课程建设过程中存在的问题,提出了关于电子科学与技术专业课程建设的几点改革方案,并进行了一定的探索性实践。
一、目前课程建设中存在的一些问题
1.在课程设置方面,与行业发展结合不紧密,缺乏专业特色和课程群的建设,课程之间缺少有效地衔接,难以满足当前人才培养的需求。本专业的课程设置应当以培养具有扎实的微电子技术领域理论基础和工程实践能力,能从事超大规模集成电路设计、半导体器件和集成电路工艺制造以及相关电子信息技术应用工作的高级工程技术人才和创新创业人才为培养目标来进行课程建设。
2.在创新实践教学方面,存在重理论教学和课堂教学,缺乏必要的实践环节,尤其是创新实践环节的教学,相关实践和实验教学手段和教学方法过于单一,仅在教师课堂教学讲授范例和实验过程的基础上,指导学生进行课程实验,学生按照课程实验手册上的具体步骤逐一进行操作,完成课程所要求的实验。单一的实验和实践教学方式难以提升学生的创新实践和动手能力,更难以实现对所学知识的实践和灵活运用,难以满足当前强调以实践为主,培养实践型创新人才的要求。
二、课程建设改革的目的与任务
结合集成电路行业未来的发展趋势以及电子科学与技术专业总体就业前景和对人才的需求结构。根据我国电子科学与技术产业的现状和发展需求,通过对电子科学与技术专业的课程建设进行改革,重点强调工程实训与创新实践,在课程教学中体现“激发兴趣、夯实基础、引导创新、全面培养”的教学方针。重新规划专业培养方案和课程设置,以集成电路工艺与设计为重点,设置课程群,构建新的科学的课程体系,突出特色,强化能力培养。
三、课程建设改革的具体内容
人才培养目标以厚基础、宽口径、重实践、偏工程为宗旨,培养具有扎实的微电子技术领域理论基础和工程实践能力,能从事超大规模集成电路设计、半导体器件和集成电路工艺制造以及相关电子信息技术应用工作的高级工程技术人才和创新创业人才。以大规模集成电路设计、制造和工艺、电子器件和半导体材料、光电子技术应用等方面为专业特色进行课程建设改革,具体的改革内容如下。
1.课程设置。首先,根据本专业人才培养目标要求按需设课,明确设课目的,并注意专业通识课、专业基础课、专业限选课和专业任选课之间的衔接与学时比例,加强集成电路设计与集成电路工艺方面的课程设置,突出微电子技术方向的特色,明确专业的发展目标和方向,将相关课程设置为课程群,通过相关课程的有效衔接,突出能力培养。其次,随着电子科学与技术的不断发展,注重本专业课程设置的不断更新和调整。
2.教学方式。首先,加强对青年教师的培养和训练,注重讲课、实验、考试及课下各个环节的相互结合,即课堂与课下相结合,讲课与实验相结合,平时与考试相结合。其次,讲课中注重讲解和启发相结合,板书和多媒体相结合;实验中注重方法和原理相结合,知识和能力相结合;考试中注重面上与重点相结合,概念与计算相结合,开卷与闭卷相结合,重点开展课程的网络化建设,将相关实验课程的教学录像上网,通过网络教学加强学生的实验实践能力培养和提高。第三,注重双语课程的开设与优秀经典教材的使用相结合,双语课程与国际该课程接轨。
四、结语
科学与技术专业课程建设应当围绕电子科学与技术专业应用型人才的培养和专业特色,通过制订适用集成电路人才培养目标的培养方案、课程设置、实验体系和教学计划,突出集成电路工艺与设计实践环节,进而有效地提高实验和实践教学质量,为培养具有实践创新能力的科技创新型人才奠定了基础。
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Reform and Exploration of Course Construction of Electronic Science and Technology
CHEN Li-ying
中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110164-01
电子信息技术应用广泛、更新速度快,是实践性很强的学科。地方性院校在电子信息专业人才培养方式上,既不同于清华大学等一流大学,也不同于深圳职业技术学院等国内一些优秀的职业技术学院,如何在缺乏政策、资金、地域优势,教学手段相对落后的情况下,构建面向区域经济、行业经济的应用型、工程型人才培养体系是急需研究的问题。
一、地方院校电子信息专业课程设置原则
要培养当今社会所需要的工程应用型人才、适应市场经济发展及地方与行业的需要,建立适应区域经济需求的专业方向,地方院校电子信息专业在课程设置上应遵循:保基础、重实践、强能力,面向工程应用的原则。课程设置主要有:基础课程群、专业基础课程群、专业必修课程群以及专业选修课程群。专业基础课程力求保证学生具有较扎实的电子学科系统的基础理论和知识;专业必修课程使学生在电路系统、软件技术、信息处理、网络与通信等几个方面受到基本的、规范的专业教育;专业选修课课群则根据技术经济发展不断优化、更新,使学生能够了解和跟踪先进的电子信息技术。实践教学环节改革旨在培养学生工程观、系统观、强化综合实践能力,使能从事电子与信息系统的设计、开发、应用。
二、建立适应时展的实践教学体系
工科类专业的核心是要培养学生的实践能力、创新能力和工程素养。要达到这个目标就必须大力加强实践教学,建立多层次、多类型的实践教学体系。建设开放性实践教学环节,主要通过增加开放性、综合性、设计性、创新性实验,进行多学科综合课程设计,面向工程实际的毕业设计(论文),开展丰富的大学生课外科技活动等培养学生分析问题、解决问题的实际能力,逐步培养创新精神和工程设计能力。
(一)学科实验课。实验教学在高等工科教育中占有非常重要的地位,它不仅是对理论教学的论证、补充,更是培养学生理论联系实际,增强动手能力和创新能力的重要手段。现在的综合实验台,虽提高了实验效率,但学生的失去了动手参与的机会,这样的实验激发不了学生的兴趣,更谈不上有什么创新性。实践教学改革目标要求在实验课中减少验证性实验项目,增加综合性和设计性实验项目。实际教学中在单片机应用、电子线路、C++编程等课程要求设计性、开发性试验或编程题目达到80%以上,并要求每学生每门课程至少提出一个创新性题目,并进行方案设计,实验室提供相应制作条件并计入学科成绩,这对促进学生的积极性,加强工程实践能力培养起到积极作用。
(二)综合课程设计。纵观现阶段电子技术发展,电子系统越来越复杂,硬软件结合紧密,学科知识综合交叉,仅用一门学科知识很难完成实用性的设计;因此有必要对专业基础课、必修课进行分门别类,组合成群,进行综合性课程设计,才能加强课程设计的全面性、有效性。实际教学中我们把电子信息专业基础平台组成四个课群,开展四项综合课设,分别如下:
1.电子技术综合课程设计。电子技术基础包括模拟电子和数字电子技术和通信电子技术,是电子信息技术类专业的重要专业基础课,通过模拟、数字、数模混合电路的综合设计,通过使用开发板、计算机仿真、实际制作相结合的手段,进一步使学生掌握、融合电子线路基本理论、方法。
2.单片机及应用课程设计。单片机在电子系统中的应用极为广泛,其难度适中、应用开发成本低,设计过程具有创造性,与其他学科结合紧密,特别适于地方院校电子信息专业学生学习和应用。在完成电子技术基础、通信线路、单片机、传感检测等课程后,学生已具备了较多的电子方面的知识,选择一个与单片机应用相关的项目,设计出进而完成一个实际产品的设计,可培养学生的电子系统观、工程意识,使课程设计更接近实际产品设计。
3.信息处理类课程设计。电子信息专业中,信号处理课程是主要的专业课程,但是由于课程的概念比较抽象,许多理论是基于较为繁琐的数学理论和数学推导,容易使学生感到乏味很难与实际结合起来,达不到预期的效果。考虑实际硬件制作的难度和成本,根据我校学生的实际情况,主要采用软件Matlab等进行仿真的方法进行课程设计。
4.应用软件编程的课程设计。电子信息专业软件类课程有基础层次的《面向对象程序设计》、《软件技术基础》、《数据库原理及应用》和专业选修课《C++与可视化程序设计》、《JAVA语言》等课程。众所周知,计算机语言系列的课程是实践性非常强,为此在综合设计中突出实用性,需用所学的一门以上的语言对一些小型项目进行模拟开发,目的在于训练学生综合应用所学程序设计知识,独立完成项目设计问题、加深软件系统理解,提高编程水平。
通过开展四项综合课设,促使学生综合运用所学知识,了解各个学科相互联系,理解电子系统的组,建立了系统工程观念。
(三)毕业设计。毕业设计是培养学生理论联系实际、综合分析解决实际问题能力的重要实践教学环节,是对学生在校四年学业中的基础理论知识、运用工具知识、实际动手能力、知识创新等综合知识能力的综合训练,对培养工程实践能力具有重要意义。对此,毕业设计的选题要尽量来源于生产实践实际和科研课题,做到“真题真做”。实际课题有助于学生主动学习,激励学生的独创精神,培养学生的创新能力。此外为调动了学生学习的积极性和创造性,鼓励学生根据自己的就业意向、兴趣、社会需求自拟毕业设计课题。
三、加强产学研合作、组织学生参加电子竞赛
(一)建立学生创新中心,参加电子设计竞赛。为了丰富大学生生活,增强学生实践能力,我们由专业教师组建了大学生创新中心,我院设立了不同的产品设计和研究课题,学生还可以根据自己的兴趣、爱好进行一些小制作、小发明。我们还积极开展第二课堂活动,激发学生兴趣,积极参加全国、全省的电子设计竞赛,学校和院系也可以经常组织一些中小型的竞赛活动。
(二)建立健全校外实践基地,加强产学研合作。高素质人才的培养离不开优越的条件和优良的环境,在完善基础实验设施的基础上,建立健全校外实践基地,建立与企业和科研单位的广泛的联系,共同承担人才培养、有计划地组织参学生参观、实习和生产劳动,扩大学生的视野,增加他们与社会接触的机会,了解科学技术的最新发展动态。
四、总结
实践证明,通过一系列实验、实践教学改革,激发了学生的创新意识,提高了学生的专业水平和综合素质,锻炼培养了学生工程实践能力并在某一专业方向具有专长,使学生成为适应能力强、服务区域经济的具有较强实践能力和创新能力的工程应用型人才。
本文将论述电子信息工程专业课程体系中计算机教育课程设置的研究和初步实践。电子信息工程是一门应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的学科,其主干学科包括信息科学、电子科学及计算机科学。因此,其专业培养目标定为:具有坚实的电子信息工程专业基本知识和基础理论,能熟练掌握电子技术、计算机技术、网络与信息系统工程设计与管理等方面的知识,通过电子与信息工程实践的基本训练,了解学科的应用前景和最新发展动态,具备设计、开发、应用和集成电子设备、信息系统的能力,并具有良好的科研创新能力。上述目标体现了该专业学生应具备的知识结构,同时也充分体现了计算机技术对培养电子信息工程专业学生的重要性。
1现代计算机课程与专业课程的融合
现代计算机技术的发展,有力推动了电子信息技术的快速发展。同时,计算机理论与技术相关理念也渗入电子信息工程专业的基础和专业课程内容中,对电子信息工程专业的教学产生重要影响,主要表现在以下几个方面。
(1)在现代电子系统中,电子信息技术和计算机技术结合十分紧密,并逐步走向融合。同时,计算机技术和微电子技术的紧密结合,使嵌入式计算机系统得到飞速发展,也使得片上系统SoC(System onChip)获得广泛的应用。
(2)电子信息技术中需要很多的变换和数据处理,采用的算法是实现系统功能的重要环节,如快速傅氏算法、离散余弦变换、测量数据的误差处理与回归拟合等。在算法实现上,计算机技术具有明显的优势。软件技术的快速发展,使得电子信息领域中的数据运算、数据变换和数据处理都可融入计算机程序中。
(3)计算机仿真技术的快速发展使得电子线路与通信系统的设计、分析和仿真试验更加便捷、高效,出现了许多针对不同应用层次的电子设计自动化(EDA)软件,覆盖了电子设计的全过程。电子系统的设计已离不开计算机,EDA软件的地位越来越重要,已成为电子电路教学中的重要组成部分。
(4)随着软件技术的飞速发展以及Windows操作系统的普及应用,出现了许多新的软件设计方法,如面向对象程序设计、可视化编程、控件技术等。这些新技术极大提高了软件开发的效率,同时也使软件的功能得到极大的加强。
2本专业计算机教育应重视的环节
电子信息工程专业的计算机教育应针对专业特点,重视教学规律,科学地组织课程,合理地安排教学内容。教学中要重视以下几个环节:
(1)明确计算机教育的培养目标
要有效提高本专业学生的计算机能力,必须明确本专业计算机教育的培养目标。根据计算机技术的发展特点、本专业计算机应用的实际情况和对学生专业计算机应用能力要求,建立完整的电子信息工程专业计算机能力培养体系,全面提高学生在电子信息技术中计算机应用的能力和创新意识。
(2)重视与相关计算机技术知识的融合
电子信息技术和计算机技术结合十分紧密,在电子信息工程专业的专业基础课和专业课程中,都包含有计算机技术的内容。因此,在电子信息工程专业的课程设置和课程内容衔接中,必须注意到这种融合性,在专业基础课和专业课的理论及实验教学中尽可能多地结合计算机技术。
(3)注意计算机软硬件内容并重
嵌入式计算机系统的飞速发展,使高性能的单片机和专用微处理器芯片在各种电子系统中得到应用,其特点之一是软硬件共存于一体。因此,该专业的学生不能只偏好计算机软件或硬件技术,必须全面掌握好软件与硬件两方面的知识。
(4)必修与选修相结合
在确保所培养人才的基本规格和质量的基础上,应大量增加以拓宽专业口径,增强适应性,满足学生兴趣爱好、个性发展以及学科发展最新成果为目标的选修课程。根据这一思路,应当考虑:适度压缩必修课,仅将计算机基础、程序设计语言、微机原理及应用及电子设计自动化(EDA)等作为必修课;增加选修课,进一步拓宽学生的知识面,培养其在某一方面的特长;适度增加以专业后续课程为主的专业特色课程,以计算机教育应用实践为主的应用特色课程和以地方人才特殊需求为主的地方特色课程等。
(5)注重计算机教育内容体系的更新
高职应用电子技术专业的办学目的就是为现代电子企业培养高素质高技能的应用型人才,高等职业教育教学改革正在深入地推进,要实施课程改革,就要明确改革思路、找准改革方向、理顺改革主线。要依据社会需求即学生就业情况确定培养目标,制定培养方案,规划课程设置,研究教学方法与模式,进行教学评价。其中课程设置改革是课程改革的重要内容,在高职应用电子技术专业的教学改革中,课程设置也是一个重点问题,应该深入研究现有课程设置存在的问题,理清改革的思路,进行教学实践,还要在实践中不断地改进,不断地完善。
一、现有课程设置存在的问题
现在的高职院校一般是中职升格或高校主办的二级学院,高职的课程设置一般也是由中职加深或大学的课程简化而来的。从层次上一般分为基础课、专业基础课和专业课这三个层次;课程安排上采用按照学科体系设置课程。这种课程设置往往是只重视理论传授,不适合高职教育,不适应高职以技能为本位的高等职业教育课程观,不能跟就业方向和社会需求结合。应用电子技术专业现有的课程设置也脱不了上述的通病,还有自身的不足,归纳起来,具体有以下几点。
1.按照学科体系安排课程。这样的课程安排往往重视的是知识的严密性,严格地按照知识的逻辑关系编排课程内容,注重理论知识的传授。这样的安排对于本科生也许没有问题,但这绝不适合高职教育,学生能够掌握这些理论固然很好,但是对高职学生来说他们掌握不了,也不需要掌握,他们需要学习掌握的是有用的基础知识和职业技能。而且这样的安排往往理论课比重过大,实习、试验、实训环节不完善。
2.重设计、轻装配和维修。我们高职应用电子专业的课程设置往往是大学课程的简化版,从大学课程简化而来的课程设置一般是重设计轻装配和维修。大多数课程开设是为设计服务的,电路原理讲得很深奥,但这些深奥的原理对高职学生来说并不需要,他们将来从事的大多是装配、检测、维护和维修等工作,即使到设计单位,也是从事一些设计的辅助工作。所以掌握装配、检测、维护和维修等方面的技能对高职应用电子技术专业的学生是非常重要的,而这些在现有的课程设置中往往被轻视。
3.重功能、轻工艺。在现有的高职应用电子技术专业的课程设置中,一般是只重视电路功能,不重视工艺。这不符合现代职业教育观,在学校,学生主要学习的是如何实现电路的功能,而在企业,我们应用电子技术专业的毕业生往往是被要求能够看懂工艺文件,并能按照工艺文件进行装配,我们的毕业生还被要求能够编写工艺文件,设计工艺流程,改进工艺方法……,出现这种现象的原因有很多,有教材的问题,有教学条件的问题,有教师的能力的问题,但主要还是观念上的问题,课程安排者主观上重功能、轻工艺。
二、课程设置的改革思路
课程设置的改革是教学改革的一个重要环节,应有利于培养高素质的技能型人才。设置课程应以提高学生素质和培养学生职业技能为目标,这一思路进行课程设置时,应注意以下几点。
1.高职应用电子技术专业课程设置改革的目标是培养生产、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才,是一种能直接上岗的技术型人才,因此,在课程设置时要把握文化基础知识以“必需、够用”为度,专业知识强调针对性和实用性。
2.在设置专业课程时应以毕业生应具备的技术应用能力为主线重组课程内容,冲破原有课程体系,删除陈旧的与专业培养目标相距过远的课程内容,增添新知识,围绕学生的就业方向,整合教学内容,设置几门核心课程,以理论教学与实验、实训相配合的方式,使学生通过核心课程的学习和训练,掌握专业知识和职业技能。
3.在课程内部采用项目化教学,对教学内容进行项目化改造,应用理实一体化的教学方式,以任务为引领,力求使学生在学习知识的同时,进行能力锻炼和技能训练。在设计任务时应注意从复杂程度上由浅到深,任务应是为学习而设计的任务,能够承载理论教学和技能培训的任务,只有这样才能达到教学目的。
4.以专业技能培养为中心,建立实验实训课课程体系。以校内实验、工种实训以及理实一体化教学为基础,结合参观学习、社会实践和企业顶岗实习,完成学生职业技能的培养。
三、课程设置的改革实践
职业技术学校应用电子技术专业实施了大力的课程改革。在充分的企业调研的基础上制定了新的人才培养方案,确定了人才培养的目标和层次,在工作岗位分析的基础上规划了新的课程设置,这一方案已在新生班级使用。新的教学计划见附表。现就新方案的课程设置做如下说明。
1.采用公共基础课程、专业核心教学与实训项目和选修课程这三个层次设置课程。公共基础课程及文化基础课程,主要用以提高学生的文化素质;专业核心教学与实训项目为专业主干课程,用以学习专业知识和专业技能;选修课程是专业拓展部分,用以开拓学生的专业知识技能和专门化学习。
2.专业核心教学与实训项目和选修课程以课程的形式展开。但这里的课程并非原有学科体系下的课程,是原有的多门课程的整合,是有机地融合而非机械地叠加。
3.专业主干课程已设计、装配和维修并进的方式展开。在保证设计方面够用的条件下,加强了装配和维修等课程,并开设了电子产品设计技术、电子产品装配技术和电子产品维修技术等综合课程。
4.为了有效地训练学生的技能,每学期都安排了不同种类的工种试训,从第一学期开始,有钳工实训、照明电路安装实训、电工仪器仪表使用试训、电动机控制试训、smt实训等等。
5.考工与教学融合。把学生的等级工考核和考前培训安排在教学计划中,让学生在毕业时既拿到毕业证书又拿到等级工证书。把等级工考前培训纳入实训计划,第四学期考中级维修电工,第五学期考中级仪表工,第八学期考高级仪表工。
总之,课程改革是一个系统工程,牵涉到诸多方面,课程设置问题是其中的一个方面,也是非常重要的方面。我们在课程设置方面有一些思考,也做了一定的尝试,取得一点经验,也有一定的反思;课程改革的路还很常,还有许多是要做,我们应该不断地努力,把课程改革工作做好;当然,课程改革的路有很多条,有许多的改革方法,我们可以借鉴别人成功的经验,把应用电子技术专业的课程改革做得更好。
参考文献