電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)踐概述論文

　　我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的實(shí)施,對技術(shù)領(lǐng)域與經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域均帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展要求,滿足相關(guān)行業(yè)對人才的大量需求,不少工科重點(diǎn)高等院校都已經(jīng)開設(shè)了電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程。對于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而言,該課程是電子信息工程和通信工程領(lǐng)域的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),是電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的深化和提高。課程設(shè)計(jì)目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)指導(dǎo)工程實(shí)踐的能力,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[1]。

　　從電子技術(shù)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(wǎng)絡(luò)化與全球化,電子業(yè)務(wù)在不斷創(chuàng)新,新的電子產(chǎn)品不斷出現(xiàn),電子產(chǎn)品市場日益國際化,整個(gè)電子業(yè)的技術(shù)更新也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。適應(yīng)這一形勢變化,經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對高等教育電子技術(shù)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(wù)、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與運(yùn)作機(jī)制,具備運(yùn)用數(shù)理分析方法和現(xiàn)代電子技術(shù)手段分析和解決復(fù)雜電子行業(yè)類問題的素質(zhì)和能力,同時(shí)還要能夠與國際對接[2]。但現(xiàn)實(shí)情況是,國內(nèi)高校所培養(yǎng)出的此領(lǐng)域高級創(chuàng)新型和應(yīng)用型技術(shù)人才仍相對匱乏,表現(xiàn)為大部分學(xué)生對于傳統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)作較為熟悉,但對實(shí)務(wù)領(lǐng)域前沿技術(shù)較為陌生,甚至對一些新型設(shè)備聞所未聞,接受過系統(tǒng)理論熏陶且了解融合前沿技術(shù)的新型設(shè)備運(yùn)作的高級應(yīng)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(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程”教學(xué)內(nèi)容能否保證人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),如何使教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)更有益于目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),則是值得研究的問題。本文擬在回顧國內(nèi)外高校“電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程”內(nèi)容特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國市場發(fā)展特色,提出基于動(dòng)態(tài)分層設(shè)計(jì)與持續(xù)創(chuàng)新理念的“電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程”本科教學(xué)內(nèi)容改革思路。

　　1國內(nèi)外電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)的梳理與比較

　　對國內(nèi)外電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)的梳理,有助于在形成清晰對比后,挖掘出國內(nèi)電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢與不足。在梳理的過程中,不僅針對電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程,而且借助電子信息技術(shù)專業(yè)所開設(shè)課程對人才培養(yǎng)目標(biāo)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

　　1.1國內(nèi)電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)梳理調(diào)研結(jié)果顯示,近年來國內(nèi)高校的電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程主要圍繞功率放大器(簡稱功放)展開,但在具體的教學(xué)上大多停留于對電路圖的講解和簡單的試驗(yàn)。這導(dǎo)致學(xué)生沒有能夠真正獨(dú)立地參與到設(shè)計(jì)、制作中去,頭腦里僅有一個(gè)籠統(tǒng)的概念,學(xué)習(xí)興趣不高;且僅按照經(jīng)典電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的設(shè)計(jì)步驟已和電子應(yīng)用技術(shù)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(diǎn)高校開始著手于結(jié)合功放制造領(lǐng)域的前沿技術(shù),對電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革,其直接表現(xiàn)是加入一些融和前沿技術(shù)的功放設(shè)計(jì)內(nèi)容(表略)。整合上述高校所加入的融和前沿技術(shù)的功放設(shè)計(jì)內(nèi)容的特點(diǎn)發(fā)現(xiàn),各高校在設(shè)計(jì)課中對于前沿技術(shù)的引入各有側(cè)重(如清華大學(xué)側(cè)重于磁懸浮應(yīng)用方向,北航側(cè)重于仿真技術(shù)方向,南航側(cè)重于寬帶高效E類功放設(shè)計(jì)方向,哈爾濱工業(yè)大學(xué)側(cè)重于D類音頻功放設(shè)計(jì)方向),但未能使學(xué)生的設(shè)計(jì)內(nèi)容形成一個(gè)循序漸進(jìn),由淺入深的體系[3]。

　　1.2國外電子設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)美國大學(xué)的電子設(shè)計(jì)課程主要設(shè)置在工程學(xué)院和理學(xué)院。開設(shè)電子設(shè)計(jì)課程的代表學(xué)校有哥倫比亞大學(xué)和麻省理工學(xué)院。它是7門必修課程之一的,要求學(xué)生必須掌握其教學(xué)內(nèi)容,目的在于希望培養(yǎng)學(xué)生熟練地把工學(xué)知識(shí)統(tǒng)一起來解決電子類實(shí)際問題的能力。在增加課程設(shè)置的難度的同時(shí),他們對數(shù)學(xué)的要求非常高,如融入FokkerPlanck方程解分布、格林函數(shù)、偏微分方程的數(shù)值方法等。試圖在實(shí)踐的同時(shí)也注重對學(xué)生學(xué)術(shù)理論的培養(yǎng)。而在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中,融入了企業(yè)案例討論,設(shè)計(jì)創(chuàng)新成敗案例,發(fā)散性電子產(chǎn)品設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)實(shí)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(xué)在引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)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(fēng)暴式的思考創(chuàng)新。

　　2國內(nèi)傳統(tǒng)電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　課程教學(xué)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(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)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(nèi)高校工程教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)來看,其在教學(xué)過程中普遍以呆板的設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容,教材和教法都是圍繞這個(gè)層次展開的。但目前國內(nèi)低端市場并不發(fā)達(dá),所授內(nèi)容缺乏實(shí)踐意義,因此許多學(xué)生辛苦學(xué)習(xí)之后卻難以在市場環(huán)境中得到應(yīng)用,出現(xiàn)空中樓閣式教學(xué)的尷尬。具體表現(xiàn)為:(1)選材范圍狹窄、體系繁瑣。目前國內(nèi)的電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)教材,大多為傳統(tǒng)教材,涉及內(nèi)容新穎性不強(qiáng)。而如果加入新型功放設(shè)計(jì),只作簡要介紹就內(nèi)容太少;如要詳細(xì)介紹,因?yàn)槭切屡d知識(shí),鋪墊知識(shí)較多,因此羅列介紹需要費(fèi)墨不少,浪費(fèi)了課程的時(shí)間。(2)教學(xué)內(nèi)容抽象空泛。

　　由于沒有實(shí)際的市場交易為對應(yīng)參照,教師教的時(shí)候只能以虛擬情景來模擬,學(xué)的一方則只能依靠強(qiáng)記硬背,由此得到的結(jié)果及分析技巧難以與現(xiàn)實(shí)印證,優(yōu)劣難知,也就難以喚起學(xué)生共鳴[5]。(3)現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)凸顯不足。從科學(xué)發(fā)展邏輯來講,以復(fù)雜功放為代表的理念與技術(shù)是對傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)的一大突破。目前的教材和教法都只集中于傳統(tǒng)技術(shù)分析這一較窄的領(lǐng)域,未能抓住設(shè)計(jì)技術(shù)演進(jìn)這條主線,也就不能凸顯電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)在電子類學(xué)科發(fā)展中的重要地位。(4)教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常采取一刀切式的教學(xué)方式,無論實(shí)驗(yàn)難易都必須完成,這使得部分學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理,甚至對造成對簡單實(shí)驗(yàn)都沒有勇氣去完成的情況;而實(shí)踐能力較強(qiáng)的學(xué)生,做完實(shí)驗(yàn)后無所事事,對其他學(xué)生還會(huì)產(chǎn)生干擾。電子技術(shù)設(shè)計(jì)是電子專業(yè)學(xué)習(xí)的較高層次產(chǎn)物,有著深厚的理論基礎(chǔ)支撐,同時(shí)在企業(yè)活動(dòng)中又有著廣泛的用途,因此一直受到廣泛的關(guān)注[6]。為此我們需要對傳統(tǒng)的電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革。既不能學(xué)習(xí)與市場現(xiàn)狀脫節(jié)的空中樓閣式的高難度技術(shù),也不能僅僅滿足市場實(shí)踐現(xiàn)狀而忽視高難度技術(shù)的學(xué)習(xí),需要在兩者之間形成動(dòng)態(tài)權(quán)衡,更緊密地與中國技術(shù)市場實(shí)踐創(chuàng)新相結(jié)合,以充分發(fā)揮這門課程的理論魅力與技術(shù)威力[7]。

　　3電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)分層設(shè)計(jì)

　　3.1持續(xù)創(chuàng)新理念與動(dòng)態(tài)分層設(shè)計(jì)創(chuàng)新是在原有資源的基礎(chǔ)上,通過資源的再配置,再整合(改進(jìn)),進(jìn)而提高(增加)現(xiàn)有價(jià)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(jié)改善和提高標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)態(tài)分層設(shè)計(jì)在于以動(dòng)態(tài)發(fā)展的眼光看問題,將整個(gè)研究的課題視為一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程,分步驟完成,按照上一步驟的結(jié)果選擇下一步驟的行動(dòng),逐步推進(jìn)不同難度層次的創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)[8]。

　　3.2電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容改革設(shè)計(jì)通過梳理國內(nèi)外電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)類課程特色和教學(xué)特色,提出在當(dāng)前教學(xué)中以動(dòng)態(tài)分層設(shè)計(jì)與持續(xù)創(chuàng)新理念為主線的、能應(yīng)用于中國技術(shù)經(jīng)濟(jì)增長實(shí)踐的教授策略,配以案例法和實(shí)踐式的教學(xué)方法,使學(xué)生學(xué)以致用,培養(yǎng)學(xué)生掌握基本理論的同時(shí)具有動(dòng)態(tài)前瞻性分析問題和技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)性的能力。

　　電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)課程內(nèi)容改革的重點(diǎn)是立足市場需求,減少驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),增設(shè)分析型或研究型設(shè)計(jì)題目,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力并能掌握前沿技術(shù)。課程內(nèi)容設(shè)置應(yīng)體現(xiàn)基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和前沿性[9]。圍繞功率放大器是當(dāng)前國內(nèi)高校電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)類課程的主要內(nèi)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(shè)計(jì)的事實(shí),結(jié)合市場前沿,筆者認(rèn)為,可以構(gòu)筑6個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[9]。(1)第一層次———功放設(shè)計(jì)基礎(chǔ)內(nèi)容。

　　這個(gè)層次是本設(shè)計(jì)課的基礎(chǔ)部分,要求學(xué)生按照經(jīng)典電路圖對功放進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試,且要求全體學(xué)生獨(dú)立完成,且完成期限較短。通過這一層次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)學(xué)生從實(shí)務(wù)操作角度對功放設(shè)計(jì)基本內(nèi)容的掌握[10]。(2)第二層次———實(shí)用前置放大器設(shè)計(jì)�；�于第一層次的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),從器件原理出發(fā),結(jié)合實(shí)際問題,聯(lián)系市場普遍使用狀況,設(shè)計(jì)前置放大器。(3)第三層次———設(shè)計(jì)難度較低的頻率均衡器。頻率均衡器是一種可以分別調(diào)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(shè)備。通過對各種不同頻率的電信號的調(diào)節(jié)來補(bǔ)償揚(yáng)聲器的缺陷,補(bǔ)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(jìn)行調(diào)節(jié),然后將調(diào)節(jié)好的信號送給功率放大器進(jìn)行放大,最后將放大好的信號送給揚(yáng)聲器發(fā)出悅耳的聲響[11]。在這一層次中,主要實(shí)現(xiàn)學(xué)生對不同高、中、低頻段的總體設(shè)計(jì),是初級設(shè)計(jì)與中級設(shè)計(jì)的一個(gè)接口。(4)第四層次———學(xué)生獨(dú)立完成上述三種設(shè)備三位一體的一整套完整音響系統(tǒng)。

　　通過這一層次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)學(xué)生從實(shí)務(wù)角度對理論的深入分析,提高學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力。本部分是中級設(shè)計(jì)與高級設(shè)計(jì)的一個(gè)接口。主導(dǎo)設(shè)計(jì)思路如(圖略)(5)第五層次—對頻率均衡器不同頻段內(nèi)的具體設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)。這一層次的設(shè)計(jì)內(nèi)容改革是要將新技術(shù)和新型設(shè)計(jì)的方法充實(shí)到教學(xué)中去,以體現(xiàn)前沿性。為了使學(xué)生能夠更好地完成設(shè)計(jì)[12],教師要在其設(shè)計(jì)之前加入前沿知識(shí)講座,并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入相關(guān)企業(yè)進(jìn)行實(shí)際調(diào)研。(6)第六層次———學(xué)生自選獨(dú)立完成一個(gè)完整音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這一層次的設(shè)計(jì)要求學(xué)生試探性的對比國內(nèi)外前沿技術(shù)差距,針對所調(diào)研企業(yè)的現(xiàn)實(shí)問題或企業(yè)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過這一層次的設(shè)計(jì)力圖激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合。上述各層次設(shè)計(jì)內(nèi)容的構(gòu)建思路是動(dòng)態(tài)演進(jìn)的,后兩個(gè)層次的實(shí)現(xiàn)可依據(jù)學(xué)生理解程度進(jìn)行篩選。借鑒動(dòng)態(tài)分層設(shè)計(jì)與持續(xù)創(chuàng)新理念的整體思路如(圖略)所示。

　　4教學(xué)內(nèi)容改革實(shí)施現(xiàn)狀

　　本文研究內(nèi)容獲得了教改立項(xiàng)。項(xiàng)目組所在的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心多年來一直從事電子通信科學(xué)與技術(shù)方面的教學(xué)及科研工作,積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對電子、電氣、通信等實(shí)踐類的教學(xué)的方向把握的比較準(zhǔn)確;另外實(shí)驗(yàn)中心具良好的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)環(huán)境,有許多先進(jìn)的儀器設(shè)備,為本文內(nèi)容的研究提供了良好的條件[14]。對應(yīng)校內(nèi)該課程實(shí)際,基于教學(xué)層次性的延展,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力并能提高其學(xué)習(xí)興趣同時(shí)增加與目前課程設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容,此3個(gè)加一起相當(dāng)于一套完整的教學(xué)方案同時(shí)又具有各自的獨(dú)立性。學(xué)生可以選擇完成,同時(shí)在這方面有興趣的同學(xué)可以3個(gè)都做。3套設(shè)備最后組合到一起是一整套完整的音響系統(tǒng)[15]此項(xiàng)改革在兩年多的實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中體現(xiàn)出了教學(xué)效果,使同學(xué)們在學(xué)習(xí)中拓寬了視野,逐步解放了枯燥的理論學(xué)習(xí)所禁錮的思維,并能聯(lián)系到實(shí)際達(dá)到學(xué)以致用的目的,培養(yǎng)了學(xué)生掌握基本理論的同時(shí)具有動(dòng)態(tài)前瞻性分析問題和技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)性的能力。