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2完善和改革現有的實驗教學大綱和教學計劃
和理論課程一樣,專業實驗課程也必須具有教學大綱和教學計劃,所有的專業實驗教學必須按照教學大綱和教學計劃進行開展。隨著我國國民經濟的快速發展和教育經費的不斷投入,近年來教學改革方面不斷推進。教學改革的推進和科學技術的發展,為了確保實驗教學體系不會與整個教學體系脫節,專業實驗課程的教學大綱和教學計劃也必須進行適度的完善和改革,比如:增加綜合性實驗項目或者設計性實驗項目,或者是不斷增加教師的科研課題在專業實驗中的比重,培養學生思考問題、解決問題的能力,促使他們創新能力的形成。另外,在完善和改革實驗教學大綱和教學計劃的過程中,可以根據當前社會對畢業生的需求專業方向進行調整教學教學大綱和教學計劃,從而體現專業實驗的多樣性和應用性,緊跟學科前沿,提高學生對專業知識的了解,激發他們的好奇心,培養他們的創新精神。
3改革專業實驗考核方法
專業實驗教學的主要目的是培養學生能夠正確分析實驗現象、解決實驗過程中的問題,設計實驗,培養專業技能和創新思維,提高動手和創新能力。隨著實驗教學條件和資源的改善,專業實驗多半體現出綜合性、設計性和專業應用性的特色,實驗最終考核也應該體現出多樣性,利用考核來刺激學生創新思維的培養。因此,對于專業實驗教學,其考核中的平時成績和期末成績可以靈活掌握,平時成績主要側重于考勤、預習、儀器操作、實驗報告以及對實驗現象的分析或者是對實驗內容新的建議等方面,期末成績可以采取綜合性實驗或者設計性實驗現場考核的方式,或者是對該實驗進行答辯式的考核,但是這項考核工作量大,需要有學校相應的規定配合。另外,期末考核的綜合性實驗或設計性實驗題目可由學生自由選擇。在平時的實驗教學過程中,也可以適當增加綜合性、設計性實驗項目,并且給學生提供較大的學習空間,促使學生試圖尋找各種方法去完成實驗,培養學生既動腦又動手的習慣。
4鼓勵學生完善專業實驗教學平臺
不同于具有電子科學與技術專業國家一級重點學科的清華大學等重點高校,一般本科院校的電子科學與技術專業,其實驗條件和專業實驗教學環境遠遠不如清華大學等重點院校,專業實驗條件需要不斷完善。由于電子科學與技術專業包含的內容非常廣泛,隨著科學技術的快速發展,在高年級的創新能力培養方面的專業實驗內容需要經常更新,激發學生學習的濃厚興趣,掌握科技的前沿方向,提升創新能力。因此,在實驗教學經費有限的情況下,需要不斷完善或更新的專業實驗平臺還是不少的。在不影響本專業培養方案計劃中的既定任務前提下,出臺相關規定鼓勵有追求、有能力的學生完善專業實驗教學平臺,讓他們能夠經歷較完整的實驗平臺建設和完善,從而提高學生實踐能力,培養學生創新思維和創新能力的形成。
5建設和完善開放的專業實驗室
開放的專業實驗室包括開放對象、開放內容和時間,是專業實驗教學改革和創新人才培養的需要。當然,開放實驗室不是簡單的擴大開放對象和延長開放時間,其重點是開放內容,即改革現有的實驗教學方式和實驗內容,使其有利于創新人才的培養。開放實驗室的內容是在滿足既定人才培養方案中的基礎上,使其符合創新人才的培養。因此,開放的實驗內容及其要求必須具有探索性和創新性,以綜合性、設計性的專業實驗為主,而非驗證性等實驗,老師在實驗過程中主要作用是啟發性的指導,然后學生根據老師的指導以及實驗要求查找專業知識和相關的文獻資料、完成實驗方案的設計和實驗結果預設,自由討論、大膽創新、不怕失敗,并且在獲得實驗結果以后對實驗方案或理論設計提出合理的改進方案,從而實現學生創新思維的形成和創新能力的培養。開放對象可以是電子科學與技術專業高年級的學生或者是跨年紀的學生,由高年級的學生帶著低年級的學生一起實驗,讓他們更早地進入創新能力培養的訓練,也可以是學校跨專業的學生一起組合成實驗團隊,鼓勵他們在不同學科之間進行一些創新性的實驗內容或者是不同學科之間的思想進行嫁接。開放時間可以是既定的實驗教學時間,也可以是課余時間,由學生提出申請并制定自己的實驗方案。對于開放性的專業實驗,學校可以制定相關的規定,激勵更多的學生參與到開放性的專業實驗中去,以及激發相關老師參與到指導工作中,拓寬學生的知識面,從而創造一個更好的激發學生創新思維形成和創新能力培養的條件,更好地提高學生的綜合素質。
二、電子秤的發展趨勢
電子秤是載于秤的臺座、盤、鉤上的物品的重量由傳感器蠕變反應平衡,而由儀器數字顯示的電子衡器。電子秤集機、電、儀于一體,具有多功能、高精度、快速和動態計量、穩定可靠等特征,代表了衡器產品發展的方向。電子秤屬于日用衡器,為勞動密集型產品。電子秤產品總的發展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化;其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩定性高、可靠性高;其功能趨向是稱重量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其應用性能趨向上綜合性和組合性。
(1)小型化
近幾年新研制的電子平臺秤結構充分體現了體積小、高度低、重量輕(即小、薄、輕)的發展方向。對于低容量的電子平臺秤和電子輪軸秤,可采用將薄型或超薄型的圓形稱重傳感器,直接嵌入鋼板或鋁板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內,形成低外形的秤體結構,稱重傳感器的數量和位置由秤的額定載荷和力學要求計算決定。鋼板或鋁板就是秤體的臺面,稱重傳感器既是傳感元件,又是承力支點,極大地減化了秤體結構,減少了活動連接環節,不但降低了成本,而且提高了穩定性和可靠性。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地上衡,已經出現了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼,并聯排隊列焊接成一個整體的竹排式結構的秤體,4個稱重傳感器分別安裝在最外邊兩根薄壁型鋼兩端的切口內,安裝在稱重傳感器承力點上的固定支承就是秤體的承力支點,既減化了承力傳力機構,又節省了秤體高度,這是一種很有發展一前途的秤體結構。對于大型電子平臺秤,可利用有限單元法進行等強度和剛度計算,采用抗彎剛度大的型材和輕型波紋夾心鋼板等。
(2)模塊化
對于大型或超大型的承載器結構,如大型靜動態電子汽車衡等,己開始采用幾種長度的標準結構的模塊,經過分體組合,而產生新的品種和規格。以5、6、7m長的同寬度3種標準模塊為例,由單塊、二塊、三塊到四塊分體組合,可以組合成長度為5-28m的22種規格的分體式秤體結構。當然在實際應用中,根據各行業用戶的需要,選擇其中10余種常用的標準規格即可。這種模塊化的分體式秤體結構,不僅提高了產品的通用性、互換性和可靠性,而且也大大地提高了生產效率和產品質量。同時還降低了成本,增強了企業的市場競爭能力。
(3)集成化
某些品種和結構的例如小型電子平臺秤、專用秤、便攜式靜動態電子輪軸秤、靜動態電子軌道衡等,都可以實現秤體與稱重傳感器,鋼軌與稱重傳感器,軌道衡秤體與鐵路線路一體化。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動態電子輪軸秤,多用硬鋁合金厚板制成。其結構原理是經過固溶熱處理強化的鋁合金板,或通過在4個角上鉆孔和銑槽分別形成4個懸臂梁型稱重傳感器;或在鋁合金板的底面銑出多個對稱的盲孔和盲槽形成整體剪切梁型稱重傳感器。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一,即鋁合金板既是秤體臺面又是一個大板式稱重傳感器。以后者結構的10t便攜式動態電子輪軸秤為例,其尺寸為720mmx550mmx32mm,重量約為23kg。
(4)智能化
電子秤的稱重顯示控制器與電子計算機組合,利用電子計算機的智能來增加稱重顯示控制器的功能。使電子秤在原有功能的基礎上,增加推理、判斷、自診斷、自適應、自組織等功能,這就是當今市場上采用微機化稱重顯示控制器的電子秤與采用智能化稱重顯示控制器的電子秤的根本區別。
(5)綜合性
電子稱重技術的發展規律就是不斷的加強基礎研究并擴大應用,擴展新技術領域,向相鄰學科和行業滲透,綜合各種技術去解決稱重計量、自動控制、信息處理等問題。例如在流量計量專業,如果按照傳統的理論和方法建造一套標準大流量測量系統,價格相當昂貴。如果采用稱重法即質量流量法,只要將重量和時間測量準確,大流量的測量問題就迎刃而解了。對某些商用電子計價秤而言,只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠遠不夠,現代商業系統還要求它能提供各種銷售信息,把稱重與管理自動化緊密結合,使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化,實現管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計一算機聯網,把稱重系統與計算機系統組成一個完整的綜合控制系統。
(6)組合性
在工業稱重計量過程或工藝流程中,不少稱重計量系統還要求具有可組合性,即測量范圍等可以任意設定;硬件能夠依據一定的工作條件和環境作某些調整,硬件功能向軟件方向發展;軟件能按一定的程序進行修改和擴展;輸入輸出數據與指令可以使用不同的語一言和條形碼,并能與外部的控制和數據處理設備進行通信。
三、我國電子秤的不足
將EDA技術最新的科研成果融于課堂教學中,這也是數字電路教學革新最基本的思路,呈現課堂教學方式現代化,并構建非常先進的教學平臺以及現代化課堂教學環境。以現代化教學平臺為基礎,展開課堂教學內容以及方式的革新,構建能提升學生創新精神與能力良好培養的課堂。數字電路課程理論性教學內容是講關于集成度的,該標準邏輯器件是中小規模集成電路。因為標準邏輯器件所設計的傳統數字體系是使用自下向上的設計方式,總體所需的器件較多,并且其電路連接非常復雜,對應的可靠性也不高。用戶不能對相關器件功能進行修改,這也就促使修改體系設計難度提升。
(二)教學內容及方式的創新
近年來,電子技術以及計算機技術發展飛速,隨著EDA技術的出現及不斷應用,促使數字體系設計進入新的階段。實際上基于標準邏輯器件數字電路有著諸多缺陷,不過運用其展開相關教學也仍是有好處的,其能促使學生很好的了解掌握對應基本原理及知識,教學者也能夠很好的向學生講解其組合邏輯電路與時序邏輯電路的最原始電路,并合理的講述與其對應的分析及設計方式。想要幫該專業學生打下穩固的基礎,還要掌握該學科的最新研究成果及發展趨勢,并合理的結合科研成果進行課堂調整及教學內容優化,找尋可行性較高的實施方法以及教學方式。將各類分類元件及較小規模的集成電路內容進行合理精簡,重點講述中規模的對應集成電路和運用,將EAD技術學習列為重點,并將其軟件融入課堂教學過程中,進行現場仿真直接性概念演示、分析進程及驗證、設計結果,很好的激發學生的學習興趣并提升教學效果。全方位的引進多媒體教學,并將其與傳統方式合理有效的結合,呈現優勢互補的良好效果。
二、革新課堂教學理念并確立教學新目標
(一)課堂教學新理念
古往今來,我國的傳統教學模式就是以教師為中心,課堂教學大多是理論性教學,內容均是需要驗證的。教師可以在課堂上進行實驗,給學生一定的實驗步驟以及電路圖,學生們則是按部就班的驗證其對應結果,這樣根本激發不出學生的學習興趣以及積極性,致使其不能將所學的知識綜合運用,不能全方位的分析及解決問題。高等教育若是不能滿足學生的所有需求,就不能很好的發揮其自身創造力,這樣高等教育發展則會停滯。以教師為中心的教學模式不能長此已久,需要全方位的模式革新,務必要將學生轉移至模式中心,扼制被動式教學,呈現學生主動式學習的良好模式,構建以學生為中心教師為主導,并著重于學生實踐創新能力培養。這樣充分的發揮學生的積極性、創造性,提升高等教育的發展。
(二)課堂教學新目標
應不斷的強化基礎、拓展知識層面、持續提升學生自主學習以及創新能力、發展其個性,并對學生進行因材施教與分流培養,展開啟發式創新及各類實驗合理結合,軟硬件結合、課內外結合、拓展實驗性教學,不斷培養學生運用現代化的各類設計工具,持續提升學生管理較大規模復雜體系的能力。教育創新的核心力量是教師,務必要在整體教學過程中不斷培養學生創新意識、思維以及能力,并很好的激發學生能夠提出問題、分析問題以及解決問題,培養這類內在動機的良好形成,促使學生學習自主性及創造性的形成,并運用各類機會指導學生參與并實驗,持續培養學生發現問題、分析問題、處理問題的能力。
三、運用多樣教學方式
(一)啟發教學
問題是學生思維開啟的關鍵,教學者應該通過對應教學情景創設來很好的引導學生進行問題的發現、分析以及處理,在尋找答案的過程中不斷提升學生綜合能力。啟發式教學對新課程的引入最有效,也是應用最廣泛的。
(二)互動教學
互動教學有別于傳統的教學模式,該方式主要是突出師生之間的互動和學生創造力的良好培養。從學生進入高等教育之后,對應的教學模式以及課程安排是不同于中學時期的,尤其是數字電路基礎課程,其授課時間以及間隔時間較長。講課中教學者及學生互動不到位,學生則會因為課程時間較長從而出現怠學的心理,進而忽略了較為重要的相關知識點,長此已久學生就會因為學不會而出現厭學情況。所以教學者應注重課堂之上與學生的互動,要留有一定的時間讓學生進行相關思考、討論、分析以及總結,促使學生學習主動性的發揮。
(三)任務驅動法
數字電路基礎課程最關鍵的就是實踐,所以對于數字電路基礎課程教學來講任務驅動法是個很實用的方式,將各個重要的知識點巧妙的設計成不同類型的小任務,這樣學生就知道自己是帶著學習任務的,也知道自己要完成怎樣的學習目標。教學者在設置學習任務時要保證任何一個任務都是包含著新舊知識以及技能的,進而很好的將學生的學習積極性激發,并保持著這樣積極的學習熱情。
(四)類比教學
數字電路基礎課程會有比較抽象的知識概念,學生們要是沒有對應的理論知識基礎以及空間想象力,這就在一定程度上影響了學生的深入理解。所以教學者應運用適應的教學方式來輔助學生強化基礎性概念理解,這樣來講類比法則是非常有效的一種教學方式,其是將學生要學習的各個知識點及平常生活巧妙的聯系,學生則可以通過對比及比較發現相應概念的內在規律,進而很好的激發學生對學習的興趣。
1.2對學生的選拔與培養我院的賽前準備工作分為基礎培訓、模塊訓練、真題訓練三個階段。在組織管理、賽前指導、正式競賽等方面做了大量的工作。整個電子設計競賽的培訓包含三個內容。首先是選拔與基礎培訓,時間是2012年10月中旬到2013年5月。主要工作內容是挑選有興趣的同學參加培訓,學生的熱情很高,共有70個多名學生報名,我們利用學生課余時間,給學生講解Multisim,proteus軟件仿真,MSP430單片機,模擬電子電路和數字電子電路知識、各種常用的傳感器介紹等基礎知識;并布置學習任務,讓學生相互學習,相互促進。第二個內容是電路常用模塊訓練。暑假集中訓練。挑選出6組共18名較優秀的學生,每組選好方向,分為控制組,高頻組,電源組等;利用暑期進行嚴格的訓練。電源模塊,單片機最小系統,D/A與A/D,鍵盤與顯示,各種放大器模塊,傳感器模塊等進行設計與制作。第三個內容是真題訓練。對第二階段挑選出來的4組共12名秀學生,要求每組根據自己的方向做一兩個往屆的題目,邊做邊發現問題、解決問題。漸漸熟悉大賽流程和一些應對方法策略。在競賽的四天三夜里,學生廢寢忘食,承受了常人難以想象的壓力。所有的困難都必須是三人小組共同去面對、解決。他們靠的是扎實的理論基礎和集體的力量,分工協作,相互支持,相互激勵,攻克一個個技術難關,完成作品。
1.3參賽的組織與管理獨立學院對學科競賽的重視程度,將直接影響到對學科競賽的管理及最后的比賽成績。學科競賽其實也是一項科研項目,需要必要的硬件經費來制作參賽作品,因此如果學校、系部領導如果充分重視學科競賽,那么在參賽經費上提供較充分的保障。目前獨立學院基本形成學科競賽項目負責人制,由學院領導任項目負責人,由院領導組織教師具體執行學科競賽的日常組織工作。從前述的學科競賽組織中,我們可以看到,完成一項學科比賽的整個工作是一個系統工程,指導教師的實際工作量是非常大的。
2電子設計競賽方面的經驗與問題
我院此次參加競賽的學生,均是基礎相對較好,熱愛電子技術、喜歡動手的學生,盡管如此也反映出了我院學生動手能力較弱,理論基礎較差,綜合運用知識(特別是獨立設計電路)的能力差的弱點;同時也反映出我院教師實踐經驗的不足。由于目前荊州無專業的電子元器件市場,購買元器件只能到武漢購買,并且元器件要在多個門市才能購置齊,從荊州到武漢乘班車當天往返難度很大,而且器件每次都要向實驗中心和教務部門申請,才能購買,機動性不夠,很不方便,對競賽造成很大的影響。通過參加競賽我們總結和積累了一些經驗:
2.1加強基礎工作在平時的教學中,加強學生創新設計思想的培養,廣泛利用課內外時間培養學生的動手能力,加大綜合設計性實驗開設,調整電子信息課程體系,注重各主干課程間的關聯,特別加強電子技能與工藝的訓練。加大經費和實踐條件的投入,擴大開放實驗室。
目前,我院的“電工電子技術”課程實訓設備由于資金短缺,使用的仍然是十幾年前購置的設備。隨著新知識、新技術的不斷涌現,原有的實訓設備已經遠遠跟不上時代的步伐,理論知識和實踐操作相脫節。
1.2理論教學時間和實訓教學時間比例、關系密切度安排不合理
受教學大綱規定所限,“電工電子技術”課程學時較少,但是課程內容信息量涵蓋很大,這就要求教師在較短的時間內,既要完成該課程的基本理論教學,又要在實訓中更好地運用本課程的相關知識,無形中就加大了教師的工作難度和工作量。傳統教學模式下都是重理論、輕實踐,導致學生在實踐中甚至不知道如何下手,以致于不能完成練習任務,沒有很好地把理論和實訓的課時時間安排緊密結合。
1.3教考分離,不利于提高學生的學習積極性
傳統的教學模式下,采用期末考試理論統一閉卷考試,學生就等著期末考試前一段時間任課教師給畫畫范圍,臨時抱佛腳,背一下,就能及格了,嚴重挫傷學生學習的積極性,對平時上課教學秩序和教學質量的提高沒有幫助。
2“電工電子技術”課程教學改革措施
2.1整合教材,降低理論教學難度
“電工電子技術”課程無論采用哪本教材都會存在不可避免的局限性,因為教材是靜態的,理論性太強,概念、公式、原理都很抽象,學生理解起來很費勁。為降低理論教學難度,筆者首先對教材進行整合,把教材按照所講內容分為強電和弱電,各占一個學期時間進行講述。其次,在保證課程重、難點清晰明了的情況下,盡量保證照顧到高職學生的特點,使課程內容更加簡單化:盡量去弱化不實用又難學的器件內部結構知識,重點放在電路的外特性及其應用上;刪除一些煩瑣的理論推導,對一些公式、定律直接給出結果,便于學生接受新的知識;保證課程內容前后連貫的前提下,調整課程內容安排次序,刪除后續課程重復的內容和添加對后續課程有用而教材中又缺少的內容。
2.2綜合運用多種教學手段,提高教學效果
第一,興趣導入法。筆者在教學過程中非常重視對該課程緒論部分的教學,緒論課結束后通常會用2個課時的時間帶領學生們參觀該課程所用的所有實訓室,讓學生身臨其境,自由提問,為以后的教學做好鋪墊。第二,情境教學法。在課程教授過程中,筆者通常會根據教學內容創設一定的教學情境,比如讓學生結合家庭用電,計算一下電費的問題。講到放大電路的時候,結合多媒體上自帶的麥克風,講述電路的放大原理,帶動學生的學習熱情。第三,多媒體教學法。多媒體教學擁有傳統的教學手段所無法比擬的優點,能將抽象、生澀、陌生的知識直觀化、形象化,并且可以增大信息量,有效擴展課時容量。再加上配上逼真的音效,可以活躍課堂氣氛,加深鞏固教學內容,使學生感受到學習的喜悅,寓學于樂。
2.3實驗教學內容改革
根據現有教學大綱安排,“電工電子技術”現有的實驗課課時少,內容多是一些驗證性的實驗,嚴重挫傷了學生的學習積極性。筆者在教學過程中,注意增加一些設計性的實驗,減少一些驗證性的實驗,和實訓室溝通,建立了相應的規章制度后,成立了電學開放式實驗室,學生可以帶著問題隨時到實驗室,或驗證理論的正確性,或進行一些創新性的實驗,這顯著提高了學生學習該課程的熱情和主動性。另外,筆者還建議學生們開展課外興趣小組,比如開展一些電子小制作、電路板的焊接、小家電的維修等,以點帶面,全面提升學生的學習興趣。
2MATLAB/Simulink在三相橋式全控整流電路的應用
筆者在電力電子技術課堂教學中可以直接在MATLAB/Simulink畫出三相半波可控整流電路,其實也就是搭建其仿真模型,其過程十分簡單,不需占用很多課堂教學時間,最重要的是這是一種新鮮事物,可吸引學生的注意力,增加他們的好奇心,間接地可以提高課堂教學質量。三相半波可控整流電路的仿真模型如圖3所示[4-6]。仿真結果如圖4所示,其中圖4(a)、(b)和(c)中的每個波形從上到下分別為觸發脈沖波形仿真波形、晶閘管電流仿真波形、晶閘管電壓仿真波形、輸入負載電壓和電流仿真波形。很容易看出,圖4中的各個仿真波形跟圖2所示的理論分析波形完全一致。在這個教學過程中可以得出以下結論:第一,將計算機仿真軟件引入課堂教學中達到了實驗的目的,在教學過程中直接對所學理論知識進行驗證,可以完全等同于在實驗室通過實驗方法驗證理論的正確性,從而節省了實驗資源。第二,將計算機仿真軟件引入課堂教學中,可以改變傳統的授課方式,改變“滿堂灌”的教學方式,更能吸引學生的注意力,激發他們的學習興趣,更重要的是在課后他們可以自己動手通過計算機仿真軟件對當天所學的知識進行驗證,其實這個過程就是學生學習和掌握所學課堂知識的過程,如果任課教師布置一些任務,學生就可以做到學以致用,達到培養人才的目的。
2.采用問題式教學增強學生主觀能動性
傳統的課堂教學基本上以知識傳授灌輸的方式為主導,對學生的引導啟發不夠。學生的自主思考機會太少,對其創造性的培養跟不上,這都極大地限制了學生的創造性的自我培養,與素質教育的目標是背道而馳的。另外,傳統教學過程中把學生做為被動的接受者,這使得學生沒有機會參與教學,只會人云亦云,缺乏獨立思考。這樣機械的教學模式一方面限制會教師教學風格的發揮,另一方面更限制了學生個性的培養和發揮。興趣是最好的老師,我們需要通過培養學生的興趣才能有效地提高教學質量,這就對我們進行傳統教學模式的改革提出了要求。可以通過提問產生課堂互動,從而啟發引導學生,營造出一種愉快的課堂氛圍。使師生之間充分的互動起來,可以使教師由傳統的傳道授業形式轉化為教學過程的組織者,從而調動學生的自主學習積極性,使學生能夠主動思考,有利于改善教學效果。對于問題式教學,我們應該有針對性地結合學校的自身特點和具體情況采用這種教學方法,把傳統的知識點講解型轉變為問題導向型,以提高學生的主觀積極性。比如在講授時序邏輯電路之前,提出由觸發器構成加法計數器的問題,在講授過程中,讓學生帶著問題有所側重的學習各知識點,并參與問題的討論。
3.加大實驗環節提高學生實踐能力
數字電子技術課程是一門實踐性很強的課程,該課程不能僅僅只局限于為學生后續的專業課學習打好基礎,還應培養學生理論聯系實際,分析完整系統,掌握系統設計的能力。在教學過程中實驗是一個非常重要的環節,通過實驗環節的設置和進行,目的是培養學生的解決實際問題的能力和動手能力。在教學過程中,要使培養學生理論聯系實際能力的最直接途徑便是加大實驗環節。現有條件下,在實踐性教學過程中安排的實驗大多都是基礎性實驗,能提高學生動手能力和創新能力的設計性實驗尤為缺乏。學生僅僅通過基礎性的實驗不能涉及到知識與技術的前沿,如此一來將不能適應現在新技術發展的需求。另外,做實驗時只要求學生按步驟機械地操作,將會減弱學生的學習興趣,制約其創造力的培養,也不能很好地鍛煉學生查找資料、安裝調試等方面的能力。設計性實驗應該考核學生綜合應用所學知識的能力。可以選取一些應用性的課題,例如十字路通燈控制電路等。要求學生查閱資料、綜合所學,完成實驗方案的自主設計,選取合適元器件實現電路的功能。另外,EDA技術的Multisim模擬仿真軟件,提供了多種數字電子技術元器件模型,通過實驗環節的設置能夠讓學生很方便地在電腦上完成電路的設計和調試,有利于激發學生的探究和思維能力。
2教學方法改革
(1)改變傳統教師直接講新內容的方式,可以在每節課開始,先寫出本節課要解決的所有問題,按照問題來講課,讓學生帶著問題聽課,這樣可以提高學生學習興趣。例如在講卡諾圖化簡時,可先提幾個問題:①什么是最小項?②卡諾圖的結構?③邏輯函數和卡諾圖的關系?④用卡諾圖如何化簡表達式以及卡諾圖化簡規則?在講課中可一步一步逐漸解決問題,最后讓學生學會如何用卡諾圖化簡邏輯表達式。
(2)因為在數字電子技術課程中主要以分析和設計兩部分為主,在學生學習這門課程中就可以讓學生逐步建立設計思維,可從最基礎最簡單的開始,例如最初可讓設計一個判斷輸血者與受血者的血型是否符合的邏輯電路,4-6個人分為一組,采用小組討論的形式,最后要求每組說明自己的設計思路,并比較每種設計的優劣點。這樣可逐步設計計數器、秒表計時器等等。當然在此過程中,為防止個別學生偷懶,可在每組說明自己的設計思路時,要求每位同學只說一個部分。
(3)傳統的教學手法主要用黑板講授,但是數字電子技術這門課有大量的電路,像集成芯片的內部電路圖,需花費大量時間畫圖,而且這種教學手法單一,很難提高學生學習興趣,隨著現代教學技術發展,多媒體技術應用越來越多,我們可以在數字電子技術的教學中采用多媒體教學,當然多媒體教學也有弊端,幻燈片放映過快,沒有黑板講述思路清晰,所以我們可以在以多媒體講課為主的情況下,采用黑板輔助的教學方式。這樣既節省大量教學時間,又可以提高學生學習興趣。
(4)實驗教學部分需要降低驗證性實驗的比例,增加設計性實驗內容,為增加學生對實驗的重視度,可增加實驗考試部分,可在實驗開始時告訴學生將會進行實驗考試,實驗考試內容就在所有做過的實驗中,到時抽簽決定做那個實驗,可以提高學生獨自做實驗的積極性。
1)實驗目的。掌握透射電鏡的基本結構和原理;學習透射電鏡觀察形貌的基本操作;學習冷凍超薄切片技術;學習應用質厚襯度原理分析高分子材料圖片中襯度的形成;掌握高分子材料多晶衍射環的標定方法;掌握應用透射電鏡觀察共混、共聚、填充等高分子多相體系中各相結構及其分布的方法。
2)實驗內容及學時分配。實驗共4個學時,在時間安排上以典型高分子材料的形貌觀察為主要環節。
2觀察分析高分子材料典型樣品
實際操作和樣品演示相互結合,是實驗教學中最重要的環節,占據過半的實驗課時。對于不同學科,需要調整透射電鏡操作技術的側重點,并演示相應學科的典型樣品。這一點在以往的實驗教學中并不能實現。
1)最典型的樣品是超薄切片樣品,以硫化順丁橡膠樣品為例,觀察目的是30份N330在硫化順丁橡膠中的分布規律、粒徑、聚集態。首先,應在LowMag模式下仔細尋找大而薄的切片,越“透明”說明越薄,切片盡量連續。如果沒有合適的切片,后續的觀察意義不大。這一環節耗時長,很關鍵。其次,把選擇的切片進行放大,圖中小的分散顆粒是炭黑,背后灰白連續的區域是橡膠背底。背底越白,說明切片越薄。拍照時,注意選擇切片薄而均勻的區域,也就是背底盡量“白”而灰度均勻。
2)很多高分子樣品需要在較低放大倍數(如幾千倍)下觀察,例如,NBR/PLA共混材料,觀察分散相在基體相中的分布。這時,需要先調整電鏡束斑尺寸,在合適電子束強度下進行觀察并拍照。此外,觀察兩相共混結構時,有時需要染色處理,提高兩相襯度對比。
3)高分子材料樣品的透射電鏡圖片襯度較弱,例如,高分子乳液中的顆粒、高分子材料纖維,顆粒或線的輪廓不清晰,圖片整體襯度不強,這時,需要適當加大欠焦量,以圖片清晰而不出現明顯白邊為標準。
4)高分子結晶材料的多晶衍射環比較微弱,在觀察和拍照時需要增強束斑強度并采用擋針。
3與掃描電鏡結合,綜合分析材料的微觀組織
掃描電鏡與透射電鏡同屬于電子顯微學的范疇,都是用來觀察材料顯微組織與結構的重要工具。掃描電鏡圖片就如同對物體照相的照片,得到的是表面的立體三維圖像,只能看到表面,不能看見內部。而透射電鏡圖片是二維的圖像,沒有立體感,看到表面的同時也能看到內部,就像底片一樣。對于高分子學科,透射電鏡觀察形貌存在諸多不足,主要原因有如下三方面:
(1)圖片的襯度比較弱;
(2)超薄切片的成功率較低,限制了透射電鏡的觀察;
(3)切片的厚薄會直接影響樣品的分析結果,產生虛假信息。例如,對于橡膠切片,切片的厚薄將直接影響圖片中炭黑顆粒的多少與團聚程度,并不能完全真實、直觀地反映橡膠切片中炭黑顆粒的團聚度與分布。因此,建議與掃描電鏡結合,以全面反映樣品的微觀組織。應用掃描電鏡和透射電鏡都能觀察橡膠材料中炭黑顆粒的分布規律和聚集態。掃描電鏡觀察橡膠冷凍淬斷的斷面,制樣簡單。能反映樣品斷面上炭黑顆粒的分散,直觀清楚、立體感強。透射電鏡觀察橡膠的冷凍超薄切片,樣品制備較難,且受切片成功率與厚薄的限制。反映橡膠內部炭黑顆粒的分散,優點是顆粒邊界清晰,更容易觀察分布與團聚,計算顆粒尺寸更精確,直徑為20~50nm。兩者結合,能全面直觀地反映橡膠內炭黑分散情況和團聚程度,并準確計算粒徑。
高等職業院校設立的目的就是為了培養技術型人才。隨著時代的發展,多媒體技術越來越發達,各大職業技術院校也為了適應時代的發展不斷進行教學改革。在這其中,“互聯網+”對教學的影響越來越大,因此不少教師嘗試將兩者進行有效的整合,在此基礎上誕生了“微課”這一教學模式,而這一模式的誕生有效推動了課改的進程,對提升高職電子設計自動化課程的發展是非常理想。那么如何在教學中加以利用這一新穎的教學模式呢?筆者結合教學實踐進行了初步探索。
一、為何選用微課
電子設計自動化是一門理論與實踐并重的綜合性課程,在教學的過程中其更加重視對動手能力的培養。從其教學大綱來看,其最終希望通過教學達到這樣的教學效果:掌握用如何用計算機和EDA工具來進行電路的仿真和設計;掌握VHDL語言的基本語法結構并學會如何利用其進行簡單的編程;學會如何使用開發系統設PLD器件并熟練掌握整個流程等。而微課是指通過錄制視頻讓學生進行自學以及復習。這一教學模式內容較為精煉,在施行的過程中能夠突出教學的重難點;其課堂展現的形式從總體而言更加的多樣化,更為符合學生認知的特點;微課打破了傳統課堂的束縛能夠讓學生進行自主的學習。面對教育改革的趨勢,將電子設計自動化課程同微課有機地整合起來,能夠達成以上教學目標,并且讓學生學習起來更加輕松,從而高效地完成教學目標,因此在教學中應用這一教學模式是非常的有必要的。
二、如何利用微課
(一)明確教學目標。利用微課在電子設計自動化教學中組織教學,教師還是應該將教學目標作為教學的根本,從教學目標出發去設計課程,從而使微課的教學與教學目標相匹配,從而保證教學能夠達成預期的教學目的。需要注意的是微課的教學內容應該精煉,因此一節微課中不要設計過多目標,要將教學的內容落到實處,讓學生能夠抓住重難點,從而更高效的學習。例如,在學習如何使用muiltism電路仿真軟件這一部分知識點的過程中,將這一部分內容劃分為五個知識點:muiltism的入門認識、muiltism的電路仿真與以及如何分析、在模擬電路中muiltism的應用、在數字電路中muiltism的應用、在綜合電路中muiltism的應用以及最后的電路圖仿真分析。在提煉了教學的重難點以后,筆者將每一部分的知識錄制成一個視頻,然后在此基礎上還安排了一定的學習實踐活動,這樣學生在進行實踐操作的時候就能明白這樣做的原因,從而將理論與實踐相結合,這樣就能將所要學習的內容內化,從而獲得更加長足的進步。(二)完善教學內容。電子設計自動化教學在教學中主要包含理論與實踐知識的學習兩大部分,教師在教學的過程中必須認識清楚這兩點,然后在此基礎上去進行課程的設計以及完善。在明確教學目標的基礎上,教師就應該通過微課去完善教學內容。在滿足教學主線的基礎上,教師應該結合教學設計的內容融入微課這一模式中,對教學內容進行重新規劃,從而增強學習內容的連續性,從而開發出模塊化教學的方式,并且作為教師在此基礎上還應該善于利用各種媒體工具幫助學生在課下學習。這樣,學生就能擁有更多自主選擇的機會,逐步掌握學習上的主動權。此外,教師在上課之前可以利用QQ等社交軟件,將微課視頻下發到學生手中去,并在此基礎上讓學生從自身的需要出發去建立學習小組,教師在此過程中要加以正確引導,從而幫助學生更好地學習。(三)制定健全的微課教學評價體系。電子設計自動化教學在教學任務完成以后,希望對學生能夠進行一定的評價,從而為接下來學習任務的規劃打下良好的基礎并為教師教學計劃的制訂提供依據。在高職電子設計自動化教學中開展微課教學,教師也要隨之轉變評價體系,在評價的過程中以學生作為主體,讓學生對自身學習成果進行展示,讓學生之間相互評價,從而在輕松的氛圍中提升學生的綜合實力。
三、結語
綜上所述,在電子設計自動化教學中應用微課對于提升教學的效率以及學生學習的積極性都是非常有利的,在教學改革的過程中作為教師應該以教學大綱為本,以學生的需求為出發點,結合微課的特性,從而使得這一課程能夠煥發出最大的活力,從而全面提升高職人才培養的質量,在電子設計自動化教學中發揮出微課的最大化作用。
作者:何宏潛 單位:梧州職業學院