電子技術應用設計實踐概述論文
我國經濟發展步伐的加快與戰略性新興產業規劃的實施,對技術領域與經濟領域均帶來了機遇與挑戰。為了適應新技術發展要求,滿足相關行業對人才的大量需求,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。對於戰略性新興產業而言,該課程是電子資訊工程和通訊工程領域的實踐教學環節,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,提高學生的創新能力[1]。
從電子技術類人才的培養趨勢看,隨著現代電子資訊業逐步邁向網路化與全球化,電子業務在不斷創新,新的電子產品不斷出現,電子產品市場日益國際化,整個電子業的技術更新也面臨著前所未有的挑戰。適應這一形勢變化,經濟社會發展對高等教育電子技術專業人才的培養也提出了新的更高的要求。其需要人才熟悉現代電子業務、電子產品設計與運作機制,具備運用數理分析方法和現代電子技術手段分析和解決複雜電子行業類問題的素質和能力,同時還要能夠與國際對接[2]。但現實情況是,國內高校所培養出的此領域高階創新型和應用型技術人才仍相對匱乏,表現為大部分學生對於傳統裝置的運作較為熟悉,但對實務領域前沿技術較為陌生,甚至對一些新型裝置聞所未聞,接受過系統理論薰陶且瞭解融合前沿技術的新型裝置運作的高階應用型人才鳳毛麟角。在上述人才需求約束下,我國現有的“電子技術應用設計課程”教學內容能否保證人才培養目標的實現,如何使教學內容的設計更有益於目標的實現,則是值得研究的問題。本文擬在回顧國內外高校“電子技術應用設計課程”內容特點的基礎上,結合我國市場發展特色,提出基於動態分層設計與持續創新理念的“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,有助於在形成清晰對比後,挖掘出國內電子技術應用設計教學內容結構設計上的優勢與不足。在梳理的過程中,不僅針對電子技術應用設計課程,而且藉助電子資訊科技專業所開設課程對人才培養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於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、製作中去,頭腦裡僅有一個籠統的概念,學習興趣不高;且僅按照經典電路圖進行設計、安裝、除錯的設計步驟已和電子應用技術不斷創新與發展下的市場需求發生脫節。為此,部分重點高校開始著手於結合功放製造領域的前沿技術,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現,各高校在設計課中對於前沿技術的引入各有側重(如清華大學側重於磁懸浮應用方向,北航側重於模擬技術方向,南航側重於寬頻高效E類功放設計方向,哈爾濱工業大學側重於D類音訊功放設計方向),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定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,目的在於希望培養學生熟練地把工學知識統一起來解決電子類實際問題的'能力。在增加課程設定的難度的同時,他們對數學的要求非常高,如融入FokkerPlanck方程解分佈、格林函式、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。而在設計實驗的教學中,融入了企業案例討論,設計創新成敗案例,發散性電子產品設計,強調實踐中自主創新能力所佔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新的過程中是有一條主線貫穿的,並有天降奇想,或頭腦風暴式的思考創新。
2國內傳統電子技術應用設計
課程教學所面對的尷尬對比國外發展情況,可以發現,雖然改革開放後電子技術應用設計課程在我國得到了較快發展,但不乏發現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並不發達,所授內容缺乏實踐意義,因此許多學生辛苦學習之後卻難以在市場環境中得到應用,出現空中樓閣式教學的尷尬。具體表現為:(1)選材範圍狹窄、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。
由於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實印證,優劣難知,也就難以喚起學生共鳴[5]。(3)現代電子設計技術凸顯不足。從科學發展邏輯來講,以複雜功放為代表的理念與技術是對傳統電子設計的一大突破。目前的教材和教法都只集中於傳統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展中的重要地位。(4)教學方法單一。傳統實驗教學通常採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,做完實驗後無所事事,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狀脫節的空中樓閣式的高難度技術,也不能僅僅滿足市場實踐現狀而忽視高難度技術的學習,需要在兩者之間形成動態權衡,更緊密地與中國技術市場實踐創新相結合,以充分發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分層設計
3.1持續創新理念與動態分層設計創新是在原有資源的基礎上,透過資源的再配置,再整合(改進),進而提高(增加)現有價值的一種手段。創新也是以新思維、新發明和新描述為特徵的一種概念化過程。持續創新是持續永久地拓發新思維,新想法,不斷地總結改善和提高標準。動態分層設計在於以動態發展的眼光看問題,將整個研究的課題視為一個動態發展的過程,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新的實現[8]。
3.2電子技術應用設計課程教學內容改革設計透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分層設計與持續創新理念為主線的、能應用於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,培養學生掌握基本理論的同時具有動態前瞻性分析問題和技術創新持續性的能力。
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,培養學生創新能力和應用能力並能掌握前沿技術。課程內容設定應體現基礎性、系統性和前沿性[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,可以構築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、安裝和除錯,且要求全體學生獨立完成,且完成期限較短。透過這一層次的設計主要實現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。基於第一層次的設計基礎,從器件原理出發,結合實際問題,聯絡市場普遍使用狀況,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從前置放大器過來的各種頻率成分電訊號放大量的電子裝置。透過對各種不同頻率的電訊號的調節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、低頻三段頻率電訊號分別進行調節,然後將調節好的訊號送給功率放大器進行放大,最後將放大好的訊號送給揚聲器發出悅耳的聲響[11]。在這一層次中,主要實現學生對不同高、中、低頻段的總體設計,是初級設計與中級設計的一個介面。(4)第四層次———學生獨立完成上述三種裝置三位一體的一整套完整音響系統。
透過這一層次的設計主要實現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階設計的一個介面。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,並帶領學生進入相關企業進行實際調研。(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,針對所調研企業的現實問題或企業要求進行設計。透過這一層次的設計力圖激發學生的創新精神,進一步實現產學研的緊密結合。上述各層次設計內容的構建思路是動態演進的,後兩個層次的實現可依據學生理解程度進行篩選。借鑑動態分層設計與持續創新理念的整體思路如(圖略)所示。
4教學內容改革實施現狀
本文研究內容獲得了教改立項。專案組所在的基礎實驗中心多年來一直從事電子通訊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、通訊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境,有許多先進的儀器裝置,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,基於教學層次性的延展,培養學生的創新能力並能提高其學習興趣同時增加與目前課程設計相關聯的內容,此3個加一起相當於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套裝置最後組合到一起是一整套完整的音響系統[15]此項改革在兩年多的實際教學應用中體現出了教學效果,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,並能聯絡到實際達到學以致用的目的,培養了學生掌握基本理論的同時具有動態前瞻性分析問題和技術創新持續性的能力。
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