摘要：開放式電子工程訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的一種教學(xué)模式，其根本目的在于增強(qiáng)學(xué)生的工程制造能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合我校機(jī)電實(shí)習(xí)中心開展開放式電子工程訓(xùn)練的現(xiàn)狀，介紹了實(shí)踐教學(xué)改革的情況。實(shí)踐證明，開展以典型的、綜合的工程項目和產(chǎn)品為教學(xué)平臺的開放式電子工程訓(xùn)練，不僅可以更加有效地利用實(shí)驗(yàn)室資源，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合知識獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力，是值得推廣的實(shí)踐教學(xué)模式。
　　關(guān)鍵詞：電子工程訓(xùn)練；工程制造能力；開放實(shí)驗(yàn)
　　我國科技創(chuàng)新型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要大量具有創(chuàng)新精神、掌握現(xiàn)代專業(yè)技術(shù)知識，并能靈活運(yùn)用專業(yè)知識解決工程實(shí)際問題、具有工程制造能力和素質(zhì)的專業(yè)人才。因此，改革舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，構(gòu)建培養(yǎng)工程科技人才的教學(xué)模式勢在必行。高等工程教育由于強(qiáng)化了工程實(shí)踐訓(xùn)練和案例教育，是造就工程科技人才的有效途徑，也是高校本科實(shí)踐教育必不可少的重要環(huán)節(jié)。[1，2]近年來，我校在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了一系列的改革和創(chuàng)新，其中機(jī)電實(shí)習(xí)中心進(jìn)行了開放式電子工程訓(xùn)練教學(xué)的嘗試，并取得了很好的效果。
　　一、開放式電子工程訓(xùn)練教學(xué)模式的構(gòu)建
　　開放式電子工程訓(xùn)練以培養(yǎng)學(xué)生工程制造與創(chuàng)新能力為教學(xué)目地，使學(xué)生在本科期間積累一定的工程制造經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)工程實(shí)踐素質(zhì)。開放式教學(xué)模式采?。海?）內(nèi)容開放，即規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容與自選內(nèi)容相結(jié)合；（2）時間開放，即學(xué)生可靈活選擇課余時間參與工程訓(xùn)練；（3）教學(xué)方式開放，采用教師重點(diǎn)講解與自學(xué)相結(jié)合、以及輔導(dǎo)與研討結(jié)合的教學(xué)方法。此外，開放式教學(xué)將采用多媒體、網(wǎng)絡(luò)、動畫、圖像等技術(shù)，以增強(qiáng)工程訓(xùn)練的教學(xué)效果。
　　二、開放式電子工程訓(xùn)練內(nèi)容的設(shè)置
　　內(nèi)容是工程訓(xùn)練的靈魂。選擇能滿足市場需要的實(shí)用性工程項目和產(chǎn)品、引進(jìn)科研項目、培養(yǎng)電子產(chǎn)品研發(fā)的基本技能等，都可以作為開放式電子工程訓(xùn)練的內(nèi)容。在我校開展開放式工程訓(xùn)練的過程中，設(shè)置了豐富的訓(xùn)練題目，如：印刷電路板（PCB）的制作、電子產(chǎn)品的安裝和調(diào)試、單片機(jī)多種信號發(fā)生器的制作、單片機(jī)溫、濕度控制器的制作、可編程序控制器聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐、可編程序控制器與組態(tài)軟件相結(jié)合的組態(tài)監(jiān)控綜合應(yīng)用、智能車控制、交流電動機(jī)自動控制系統(tǒng)等等。這些訓(xùn)練內(nèi)容涵蓋了電子工程訓(xùn)練的大部分內(nèi)容，既有基礎(chǔ)性的技能訓(xùn)練，也有提高性的創(chuàng)新訓(xùn)練，有的還結(jié)合了電子、電工、控制等綜合知識的應(yīng)用，適合不同層次的學(xué)生根據(jù)自身的特點(diǎn)選作。
　　這種多層次、綜合性、應(yīng)用性、趣味性的教學(xué)內(nèi)容，可以使學(xué)生在訓(xùn)練過程中逐步掌握現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計、加工技術(shù)以及工程應(yīng)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(yǎng)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。[3，4]
　　三、開放式電子工程訓(xùn)練的教學(xué)方法
　　傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方法是教師系統(tǒng)講解實(shí)驗(yàn)原理，詳細(xì)安排實(shí)驗(yàn)方法和步驟，學(xué)生按照固定的模式去做。這樣不僅耗費(fèi)大量的時間，而且缺少學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計的環(huán)節(jié)，不利于調(diào)動學(xué)生的積極性，實(shí)驗(yàn)的效果也不好。
　　在開放式電子工程訓(xùn)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(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板和開發(fā)板的電子工程訓(xùn)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(dǎo)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)書籍來學(xué)習(xí)設(shè)計印制電路板和單片機(jī)應(yīng)用電路板的制作步驟和操作方法。教師則可根據(jù)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(jī)硬件電路的知識、C語言的編程方法、killc51集成開發(fā)軟件的應(yīng)用等，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)訓(xùn)練內(nèi)容的需要主動學(xué)習(xí)各種基本技能，解決單片機(jī)應(yīng)用電路板設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中容易出現(xiàn)的問題。在單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計環(huán)節(jié)，學(xué)生則可以根據(jù)個人的興趣和用途，采用不同的單片機(jī)芯片獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計，并完成實(shí)驗(yàn)板的制作、調(diào)試。這樣，才能使學(xué)生的創(chuàng)新思維和個性得到充分發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)際動手能力。
　　四、開放式電子工程訓(xùn)練典型案例介紹
　　由于開放式電子工程訓(xùn)練一般都是貼近工程實(shí)際的訓(xùn)練項目，因此涉及到的知識領(lǐng)域也非常廣泛，要在有限的時間內(nèi)完成這些內(nèi)容，需要采取有效的教學(xué)組織。以“單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板的制作”為例，這項訓(xùn)練包括以下幾個主要環(huán)節(jié)：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(diào)試軟硬件等。
　　1.單片機(jī)應(yīng)用電路的設(shè)計
　　通常情況下，參與“單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板的制作”工程訓(xùn)練的學(xué)生在此之前并沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過單片機(jī)的知識，因此在該環(huán)節(jié)的教學(xué)組織中以教師講解單片機(jī)應(yīng)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(xí)為輔，并且通過實(shí)踐制作逐步應(yīng)用和理解單片機(jī)的知識。在上述理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生能夠發(fā)揮主觀能動性，自主設(shè)計出具有某些特定功能的單片機(jī)應(yīng)用電路。在這個從理論到實(shí)踐、實(shí)踐到認(rèn)識、再從認(rèn)識回到實(shí)踐的學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和利用專業(yè)知識解決實(shí)際問題的興趣，從而為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。
　　2.印制電路板圖的制作
　　（1）繪制單片機(jī)應(yīng)用電路原理圖。應(yīng)用繪圖軟件繪制單片機(jī)應(yīng)用電路原理圖、印制電路板圖，是進(jìn)行電子產(chǎn)品開發(fā)必備的基本技能，也是需要經(jīng)過多次實(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(shù)；4）掌握在原理圖中放置元件、布線的方法和要求；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(diào)整、元器件的封裝等步驟，用具體實(shí)例來講解電路圖常見錯誤，以盡可能減少原理圖中出現(xiàn)的錯誤：如漏畫導(dǎo)線和元件、元件參數(shù)不全、導(dǎo)線沒有連通等，最終形成完好的單片機(jī)應(yīng)用電路原理圖。這一環(huán)節(jié)需要參與的學(xué)生既要有專業(yè)知識做基礎(chǔ)，也要有對待工程設(shè)計一絲不茍的責(zé)任心，才能圓滿完成設(shè)計任務(wù)。
　?。?）繪制印制電路板圖。在印制電路板圖的繪制過程中，首先需要利用protel繪制軟件的網(wǎng)絡(luò)表和自動布局功能將疊加的元件分開，并手工調(diào)整元件的位置，使電路板整體布局合理；然后再利用自動布線功能布置導(dǎo)線的寬度、焊盤的尺寸、通孔孔徑等。具體來講，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、元件間連線盡量短、盡可能縮小印制電路板的尺寸；2）導(dǎo)線間距大于4mil；3）電源線、地線盡量要粗，以提高電路板帶負(fù)載的能力；4）焊盤盡量大，采用橢圓型焊盤，防止鉆孔時損壞焊盤；5）導(dǎo)線與焊盤間距離應(yīng)盡量拉大，以防止產(chǎn)生干擾信號。
　　在工程訓(xùn)練項目中，學(xué)生獨(dú)立制作的單片機(jī)應(yīng)用電路印制電路板圖如圖1所示。通過印制電路板的制作，學(xué)生還可以學(xué)習(xí)掌握轉(zhuǎn)印機(jī)、雕刻機(jī)、高速視頻鉆等設(shè)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程。顯然，了解現(xiàn)代電子工業(yè)的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備等，也是積累工程制造經(jīng)驗(yàn)的過程。
　 3.單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板的制作
　?。?）元器件的選擇。單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板是集編程器、仿真器、ISP下載線、實(shí)驗(yàn)電路為一體的電路板，它利用單片機(jī)自身的資源，外加電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路，構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本次工程訓(xùn)練中，單片機(jī)采用應(yīng)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(shù)碼管顯示、LED顯示、蜂鳴器、中斷控制、繼電器控制等，共同構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用電路。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以根據(jù)控制需要選擇加單片機(jī)片外存儲器RAM（6264）、ROM（2764），來擴(kuò)展單片機(jī)存儲空間；或者加模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC0804）和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAC0800），來實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的調(diào)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(jié)要注意：1）焊接之前，應(yīng)檢測印制電路板，防止出現(xiàn)斷路、短路、焊盤脫落的問題，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(xiàn)焊接短路的故障，因此要提前練習(xí)焊接芯片管腳；3）焊接完成后，要用數(shù)字萬用表檢查焊點(diǎn)之間有無短路故障，以確保電路板的焊接質(zhì)量。焊接好的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板如圖2所示。
　　（3）聯(lián)機(jī)調(diào)試。單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)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(diào)試以實(shí)現(xiàn)特定的功能。步驟如下：1）將通信電纜接入裝有kill C51集成開發(fā)軟件的PC機(jī)串口和單片機(jī)電路板串口；2）為實(shí)驗(yàn)板接入9V直流電源；3）使用數(shù)字示波器檢測硬件電路各點(diǎn)信號（如復(fù)位信號、時鐘信號、I/O輸出信號）；4）用C語言編寫源程序；5）使用kill C51集成開發(fā)軟件內(nèi)嵌的仿真調(diào)試軟件進(jìn)行模擬仿真；6）將調(diào)試好的源程序燒錄到單片機(jī)內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)輸入輸出實(shí)驗(yàn)。
　　通過反復(fù)的調(diào)試，學(xué)生能夠掌握源程序的編輯、編譯、仿真、在線下載、在線調(diào)試方法和過程，并且學(xué)會自行解決調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤，最終實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)有的功能，圓滿完成工程訓(xùn)練的任務(wù)。
　　五、教學(xué)改革效果
　　實(shí)踐證明，開放式工程訓(xùn)練在高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中所發(fā)揮的作用是十分重要的。通過典型工程項目和電子產(chǎn)品制作工程訓(xùn)練，學(xué)生的工程制作能力不僅有了顯著的提高，而且可以通過自主學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型項目的開發(fā)，進(jìn)一步培養(yǎng)綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。我校參加過電子工程訓(xùn)練的學(xué)生在電子設(shè)計大賽中已經(jīng)初步展現(xiàn)了自己的工程實(shí)踐能力，取得了很好的成績。此外，開放式電子工程訓(xùn)練也為實(shí)踐教學(xué)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，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(xiàn)代人才的培養(yǎng)要求。
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