探討當前電子工程教學(xué)的發(fā)展制度措施論文
摘要：在開(kāi)放式電子工程訓練的教學(xué)實(shí)踐中，我們逐步改變了以往的教學(xué)方法。例如：在繪制印制電路板、制作單片機應用電路實(shí)驗板和開(kāi)發(fā)板的電子工程訓練中，為了充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng )新意識和科研能力，我們采用以學(xué)生為主體，教師只起輔助的指導作用。具體而言，學(xué)生可以參考視頻軟件、網(wǎng)絡(luò )資料和相關(guān)書(shū)籍來(lái)學(xué)習設計印制電路板和單片機應用電路板的制作步驟和操作方法。教師則可根據需要采用多媒體課件講解protel99等繪圖軟件的使用方法、單片機硬件電路的知識、C語(yǔ)言的編程方法、killc51集成開(kāi)發(fā)軟件的應用等，并引導學(xué)生根據訓練內容的需要主動(dòng)學(xué)習各種基本技能，解決單片機應用電路板設計、安裝、調試過(guò)程中容易出現的問(wèn)題。在單片機應用電路設計環(huán)節，學(xué)生則可以根據個(gè)人的興趣和用途，采用不同的單片機芯片獨立進(jìn)行設計，并完成實(shí)驗板的制作、調試。這樣，才能使學(xué)生的創(chuàng )新思維和個(gè)性得到充分發(fā)展，培養學(xué)生創(chuàng )新意識和實(shí)際動(dòng)手能力。
關(guān)鍵詞：電子工程,教學(xué)發(fā)展,機械工程
由于開(kāi)放式電子工程訓練一般都是貼近工程實(shí)際的訓練項目，因此涉及到的知識領(lǐng)域也非常廣泛，要在有限的時(shí)間內完成這些內容，需要采取有效的教學(xué)組織。以“單片機應用電路實(shí)驗板的制作”為例，這項訓練包括以下幾個(gè)主要環(huán)節：繪制電路原理圖和印制電路板圖(PCB圖)、制作印制電路板、安裝和焊接電路板、調試軟硬件等。
通常情況下，參與“單片機應用電路實(shí)驗板的制作”工程訓練的學(xué)生在此之前并沒(méi)有系統學(xué)習過(guò)單片機的知識，因此在該環(huán)節的教學(xué)組織中以教師講解單片機應用電路原理和元器件知識為主，學(xué)生借助視頻教學(xué)課件、網(wǎng)絡(luò )教材，以及相關(guān)教材自主學(xué)習為輔，并且通過(guò)實(shí)踐制作逐步應用和理解單片機的知識。在上述理論和實(shí)踐的基礎上，要求學(xué)生能夠發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性，自主設計出具有某些特定功能的單片機應用電路。在這個(gè)從理論到實(shí)踐、實(shí)踐到認識、再從認識回到實(shí)踐的學(xué)習過(guò)程中，培養了學(xué)生的自學(xué)能力和利用專(zhuān)業(yè)知識解決實(shí)際問(wèn)題的興趣，從而為創(chuàng )新能力的培養奠定了基礎。
繪制單片機應用電路原理圖。應用繪圖軟件繪制單片機應用電路原理圖、印制電路板圖，是進(jìn)行電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)必備的基本技能，也是需要經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐才能掌握的一項技術(shù)。其基本步驟為：1)學(xué)生通過(guò)自學(xué)掌握繪圖軟件的功能和基本用法;2)利用原理圖元件庫編輯器制作元件;3)編輯元件參數;4)掌握在原理圖中放置元件、布線(xiàn)的`方法和要求;5)用表格編輯器檢查元件的屬性遺漏;6)對原理圖進(jìn)行電氣法則測試;7)教師講解原理圖的編輯和調整、元器件的封裝等步驟，用具體實(shí)例來(lái)講解電路圖常見(jiàn)錯誤，以盡可能減少原理圖中出現的錯誤：如漏畫(huà)導線(xiàn)和元件、元件參數不全、導線(xiàn)沒(méi)有連通等，最終形成完好的單片機應用電路原理圖。這一環(huán)節需要參與的學(xué)生既要有專(zhuān)業(yè)知識做基礎，也要有對待工程設計一絲不茍的責任心，才能圓滿(mǎn)完成設計任務(wù)。
內容是工程訓練的靈魂。選擇能滿(mǎn)足市場(chǎng)需要的實(shí)用性工程項目和產(chǎn)品、引進(jìn)科研項目、培養電子產(chǎn)品研發(fā)的基本技能等，都可以作為開(kāi)放式電子工程訓練的內容。在我校開(kāi)展開(kāi)放式工程訓練的過(guò)程中，設置了豐富的訓練題目，如：印刷電路板(PCB)的制作、電子產(chǎn)品的安裝和調試、單片機多種信號發(fā)生器的制作、單片機溫、濕度控制器的制作、可編程序控制器聯(lián)網(wǎng)應用實(shí)踐、可編程序控制器與組態(tài)軟件相結合的組態(tài)監控綜合應用、智能車(chē)控制、交流電動(dòng)機自動(dòng)控制系統等等。這些訓練內容涵蓋了電子工程訓練的大部分內容，既有基礎性的技能訓練，也有提高性的創(chuàng )新訓練，有的還結合了電子、電工、控制等綜合知識的應用，適合不同層次的學(xué)生根據自身的特點(diǎn)選作。
這種多層次、綜合性、應用性、趣味性的教學(xué)內容，可以使學(xué)生在訓練過(guò)程中逐步掌握現代電子產(chǎn)品設計、加工技術(shù)以及工程應用技能，初步具有電子產(chǎn)品研發(fā)和工程制作能力，從而為培養具有創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力和科學(xué)思維方法的高素質(zhì)人才提供了重要平臺。
傳統的實(shí)踐教學(xué)方法是教師系統講解實(shí)驗原理，詳細安排實(shí)驗方法和步驟，學(xué)生按照固定的模式去做。這樣不僅耗費大量的時(shí)間，而且缺少學(xué)生獨立思考和設計的環(huán)節，不利于調動(dòng)學(xué)生的積極性，實(shí)驗的效果也不好。
繪制印制電路板圖。在印制電路板圖的繪制過(guò)程中，首先需要利用protel繪制軟件的網(wǎng)絡(luò )表和自動(dòng)布局功能將疊加的元件分開(kāi)，并手工調整元件的位置，使電路板整體布局合理;然后再利用自動(dòng)布線(xiàn)功能布置導線(xiàn)的寬度、焊盤(pán)的尺寸、通孔孔徑等。具體來(lái)講，繪制印制電路板圖的一般原則為：1)元間放置位置要緊湊、距離要短、元件間連線(xiàn)盡量短、盡可能縮小印制電路板的尺寸;2)導線(xiàn)間距大于4mil;3)電源線(xiàn)、地線(xiàn)盡量要粗，以提高電路板帶負載的能力;4)焊盤(pán)盡量大，采用橢圓型焊盤(pán)，防止鉆孔時(shí)損壞焊盤(pán);5)導線(xiàn)與焊盤(pán)間距離應盡量拉大，以防止產(chǎn)生干擾信號。
在工程訓練項目中，學(xué)生獨立制作的單片機應用電路印制電路板圖如圖1所示。通過(guò)印制電路板的制作，學(xué)生還可以學(xué)習掌握轉印機、雕刻機、高速視頻鉆等設備的使用方法，進(jìn)一步了解印制電路板的制作工藝方法和過(guò)程。顯然，了解現代電子工業(yè)的新技術(shù)、新工藝、新設備等，也是積累工程制造經(jīng)驗的過(guò)程。
元器件的選擇。單片機應用電路實(shí)驗板是集編程器、仿真器、ISP下載線(xiàn)、實(shí)驗電路為一體的電路板，它利用單片機自身的資源，外加電源電路、時(shí)鐘電路、復位電路，構成單片機應用系統。本次工程訓練中，單片機采用應用廣泛的AT89S52芯片(兼容STC89C系列芯片)，與其他電路包括RS232串行通信接口、數碼管顯示、LED顯示、蜂鳴器、中斷控制、繼電器控制等，共同構成了單片機應用電路。在此基礎上，學(xué)生可以根據控制需要選擇加單片機片外存儲器RAM(6264)、ROM(2764)，來(lái)擴展單片機存儲空間;或者加模數轉換芯片(ADC0804)和數模轉換芯片(DAC0800)，來(lái)實(shí)現直流電動(dòng)機的調速控制等。
電路板的安裝。元器件選定之后，學(xué)生就可以自行安裝并焊接電路板。在此環(huán)節要注意：1)焊接之前，應檢測印制電路板，防止出現斷路、短路、焊盤(pán)脫落的問(wèn)題，以減少故障;2)電路板焊接重點(diǎn)是集成芯片，其管腳易出現焊接短路的故障，因此要提前練習焊接芯片管腳;3)焊接完成后，要用數字萬(wàn)用表檢查焊點(diǎn)之間有無(wú)短路故障，以確保電路板的焊接質(zhì)量。焊接好的單片機實(shí)驗板如圖2所示。
(3)聯(lián)機調試。單片機應用電路實(shí)驗板硬件部分制作完成以后，需要對其進(jìn)行軟件編程并進(jìn)行調試以實(shí)現特定的功能。步驟如下：1)將通信電纜接入裝有kill C51集成開(kāi)發(fā)軟件的PC機串口和單片機電路板串口;2)為實(shí)驗板接入9V直流電源;3)使用數字示波器檢測硬件電路各點(diǎn)信號(如復位信號、時(shí)鐘信號、I/O輸出信號);4)用C語(yǔ)言編寫(xiě)源程序;5)使用kill C51集成開(kāi)發(fā)軟件內嵌的仿真調試軟件進(jìn)行模擬仿真;6)將調試好的源程序燒錄到單片機內，在實(shí)驗板上實(shí)現輸入輸出實(shí)驗。
通過(guò)反復的調試，學(xué)生能夠掌握源程序的編輯、編譯、仿真、在線(xiàn)下載、在線(xiàn)調試方法和過(guò)程，并且學(xué)會(huì )自行解決調試過(guò)程中經(jīng)常出現的錯誤，最終實(shí)現單片機應有的功能，圓滿(mǎn)完成工程訓練的任務(wù)。
實(shí)踐證明，開(kāi)放式工程訓練在高校創(chuàng )新人才培養過(guò)程中所發(fā)揮的作用是十分重要的。通過(guò)典型工程項目和電子產(chǎn)品制作工程訓練，學(xué)生的工程制作能力不僅有了顯著(zhù)的提高，而且可以通過(guò)自主學(xué)習實(shí)現創(chuàng )新型項目的開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步培養綜合素質(zhì)和創(chuàng )新能力。我校參加過(guò)電子工程訓練的學(xué)生在電子設計大賽中已經(jīng)初步展現了自己的工程實(shí)踐能力，取得了很好的成績(jì)。此外，開(kāi)放式電子工程訓練也為實(shí)踐教學(xué)積累了寶貴的經(jīng)驗，有利于提高實(shí)踐教學(xué)的效果，由此引發(fā)的實(shí)踐教學(xué)模式的改革將更加適合現代人才的培養要求。
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