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电工电子技术课程设计教学

时间:2021-02-14 16:39:44 电气自动化毕业论文 我要投稿

电工电子技术课程设计教学

  电工电子技术课程设计教学【1】

电工电子技术课程设计教学

  摘要:以积极心理学基本理论为指导,对我院开设课程《电工电子技术课程设计》的教学内容和方法进行了初步的探索和实践。

  实践证明,指导教师和学生都从中获益良多,达到了双赢的效果.

  项目资助信息:

  本论文为“北京联合大学人才强校计划人才资助项目”成果.

  关键词:正向心理学,电工电子技术,课程设计,正向激励

  当前,高等教育质量问题,高校毕业生的综合素质水平、就业竞争力等问题受到社会和高校的普遍重视。

  各级各类高校都在积极进行教育教学改革,探索有效的教学方法和模式,以期培养出更具有创新精神、实践动手能力强和更具有发展后劲的高素质应用性人才。

  本文以正向心理学基本理论为指导,对我院开设课程《电工电子技术课程设计》的教学内容和方法进行了积极的探索和实践并取得了可喜的成效。

  一、积极心理学对学生培养的启示

  积极心理学,是由美国前心理学会主席塞利格曼发起和推动的一个心理学研究新领域。

  它提倡研究积极的人格特质,把增进个体的积极体验和培养个体的自尊作为培养个体积极人格的最主要途径。

  它促使一个人具有良好的情绪,表现为热爱生活,珍爱生命,具有强烈的责任感、坚强的意志和不竭的前进动力。

  而这种良好的情绪不仅有助于人们深入、细致地观察,促进记忆、激发想象、活跃思维,而且能够增强操作的准确性和精确性,提高操作的效率和增强人们的创造力。

  增强个体的积极情绪体验是积极心理学研究的主要内容。

  积极心理学认为增进个体的积极情绪体验是发展个体积极人格、积极力量和积极品质的一条最有效的途径。

  对于积极情绪,积极心理学家B.L.Fredrick提出了著名的“拓展-构建”理论。

  该理论认为积极情绪具有拓展并构建个体即时的思想或行为作用,也就是为即时的思想和行为提供充足的资源,例如使个体在当时的情景条件下反应更准确、认知更全面、思维的创造性更活跃等。

  在扩建即时资源的基础上,积极情绪还能帮助个体建立起长远的、有利于个人未来发展的资源。

  同时,积极情绪体验中的个体能更全面认识自己面临的任务,从而保证个体在特定情境中能做出最有效的反应。

  二、电工电子技术课程设计改革必要性

  本课程是我院交通工程专业的学科大类必修课程。

  对现代电子设计技术环节,通过对典型课题的分析、设计及实际调试,使学生巩固电工电子技术的基本知识与概念;通过学习现代电子器件的应用与设计方法,使学生在实际动手操作能力方面得到锻炼,增强创新意识。

  该课程传统的教授模式基本上都是由教师提供一个工作量和难度适中的指导书,由学生按照指导书中的方法和步骤,循序渐进地完成设计。

  这种教学方式的不足体现在如下方面:

  1、教学形式单一、死板,学生就像机器一样机械地操作,使最后的设计成果几乎千篇一律。

  2、由于有完整的指导书,使学生在学习和操作过程中出现问题的几率以及问题类型的多样性减少,不利于学生分析问题和解决问题能力的培养。

  3、同样由于设计指导书的存在,使学生只是被动地参与到课程设计的过程中,独立思考时间减少,几乎没有独立发挥想象力的空间,不利于学生创新能力的锻炼和培养。

  4、未必每个学生对指导书中的项目都感兴趣,如果学生遇到不感兴趣的主题,会极大地影响其学习和参与的主观积极性和能动性,自然课程设计的结果也就好不到哪去了。

  可见这种教学方法没有充分考虑学生基础和接受能力以及学习兴趣的差异等关键因素,导致基础差的学生跟不上进度,而基础好的学生又缺少足够的发展空间。

  三、积极心理学指导下电工电子技术课程设计改革实践

  根据我院的大纲要求,本课程设计主要针对EDA设计进行。

  积极心理学强调在教学中要增强学生的积极情绪体验,调动学生的学习动机,让学生把求知当作一种享受和挑战。

  为此作者根据多年授课经验和该门课程特点,设计了如下一些关键教学环节。

  1、学习、理解环节――注重学生自学能力培养

  首先介绍EDA技术及可编程逻辑器件的工作原理,帮助学生建立EDA设计流程和FPGA编程下载的概念。

  为了使学生有切身体验,体会利用 EDA设计软件进行设计、编辑、综合、编译和仿真等环节,特地为学生制作了自学讲义:“原理图输入设计――Quartus II 软件应用初步”,下发到每位学生手中,让学生自己按照讲义内容一步一步操作完成一个2-4译码器的设计和仿真。

  之所以让学生自学这部分内容,主要是考虑到对特定软件的学习,之前学生已经学习过C语言等编程知识,而且在现代的信息化时代,学生对于计算机相�P知识的掌握速度和能力远远超过了老师,只要方法得当,他们很快就会掌握要领。

  再者也考虑到了学生的差异性,给予他们一定的自由度,使得每个学生都可以按照自己的进度学习,让每位学生都有所收获。

  事实也证明这种方法是可行的,有些同学掌握非常快,而且兴趣盎然,一完成马上向老师报告,当得到教师的表扬和肯定后更是以极大的热情投入到了下一个环节中去;而对于进展较慢的同学来讲,希望他们把基础打扎实,而不是一味求快,这时老师的态度非常关键,一定要给予他们正向的评价和鼓励,肯定他们付出的努力和取得的进展,使他们愿意克服困难继续前行。

  2、掌握、应用环节――照猫画虎

  通过对2-4译码器的设计和仿真,学生已经对如何利用原理图进行设计和仿真有了一个初步的体验,接着让学生自己设计一个3-8线译码器。

  学生要完成该任务,必须把上一任务的原理和操作步骤理解吃透,这无形中又巩固和消化了所学知识。

  这一过程中,学生可以充分发挥自己的才能,教师在指导中如发现某个学生遇到的问题和先前其他学生的问题相同时,会直接找前面的同学来进行解答。

  这样一方面给指导教师腾出了时间去解决更棘手的问题,另一方面也给学生提供了一个展示自我,总结归纳自己所学知识的机会,而同学之间的交流和沟通也更加顺畅,整个实验室气氛非常活跃。

  接下来通过引导学生完成一个三人表决器设计并生成一个元件,引入层次化设计和可重用元件的概念。

  接着给学生布置独立完成的任务:通过层次化设计方法,利用自己生成的半加器元件设计一个全加器。

  从而全面理解和掌握层次化设计的概念和方法。

  3、初级应用进阶――VHDL语言设计

  原理图设计法虽然直观清楚,但对于复杂系统来讲,还是需要利用VHDL语言来完成。

  因此掌握VHDL语言设计的基本原则和方法,也是学生必备的技能之一。

  其中首要任务就是对VHDL语言语法规则的掌握。

  这一环节我仍然采用了学生利用讲义自己练习的方法,在讲义中,根据不同的语句特地安排了不同的例题进行有针对性的学习和训练。

  例如,通过用VHDL语言描述一个2输入与非门,了解一个完整VHDL程序的基本结构和组成;通过设计加法器,了解信号与变量的概念;通过8-3线优先编码器设计,学会使用CASE语句;通过设计奇偶校验器,掌握LOOP语句的使用;通过设计比较器,学会使用NEXT和EXIT语句。

  通过大量的实例练习,学生很快掌握了VHDL语言设计的基本规则和语法要领。

  特别是我在讲义中人为设置了多处语法和逻辑错误,让学生自行找出并排除,这一过程极大促进了学生对VHDL语法规则的深刻理解和掌握,也很好的锻炼了学生自己分析故障排除错误的能力,使他们充分体会到马虎粗心带来的时间和精力成本,意识到细心对完成设计的重要性。

  学生互相帮助,通过互查找到了大部分错误,同时五花八门的错误类型也极大地丰富了我的经验,对于我来讲,也是难得的学习提高机会。

  4、实战篇――熟悉开发系统,让自己的程序动起来

  如果说前面的训练还局限于纸上谈兵,则这部分练习就是从虚幻走向现实,梦想实现的关键一步。

  这里采用我校实训基地实验室提供的GW-48系列SOPC/EDA开发系统。

  首先提供一个简单实例――十进制计数器设计,完成VHDL文本输入设计-工程创建-综合分析-仿真分析-生成RTL电路-引脚锁定-编程下载-实物展示的完整设计流程。

  学生真切的看到了一个设计程序如何下载到芯片中,使开发系统变成一个实际的十进制计数器的过程。

  而学生对EDA最感兴趣和神奇之处,也就在于设计什么样的程序下载,就能使芯片变成什么样的器件。

  可以是一个频率计,也可以成为一个秒表。

  这极大的调动了学生学习的兴趣和积极性。

  在好奇心的驱使下,学生反复演示和对照开发系统的各部分硬件组成,完成对开发系统的熟悉和了解。

  之后还可以提供一些典型单元电路的设计,如七段数码管显示、按键输入、2N分频器等,让学生自己完成引脚锁定和编程下载,为后续完整的独立设计奠定基础。

  这一过程中给学生以持续的、正向的激励非常重要,可以促使他们克服恐惧和畏难情绪。

  5、小试牛刀――秀出自我

  至此学生已基本掌握开发一个完整系统的所有关键技能和知识,后续任务是通过一个简单但完整的设计案例向学生介绍从设计选题、方案论证到完成设计验证、写出设计报告的FPGA设计的全过程。

  最后提供若干不同的设计题目让学生自由选择,比较典型的题目有:频率计、数字钟、密码锁、交通灯控制器及彩灯控制器设计等。

  学生选题自由度较大,能力较强且自信的学生可以单独一人一题,独立完成;不太自信或能力较差的学生可以自由组团,3-4人一组共同完成,每人根据自己的.长项完成设计的一部分,不擅长的项目或模块可通过小组合作,请其他同学帮助完成,但要在最后的报告中明确表明自己完成的部分。

  这一做法有效避免了抄袭和因任务太过艰巨而使学生丧失动力和信心的情况发生,最大程度保护了学生的激情和接受挑战的勇气。

  6、追求卓越――更上一层楼

  上一过程的每个题目都按难易程度分层给出,有基本功能和附加功能。

  对于能力较强又积极进取的学生来说,会自觉完成所有设计,实现所有功能,比如吕某同学,表现非常出色;而对于另一部分学生来讲,悟性很高,能较快且较好完成基本功能,但自己不会主动完成附加功能,这时我就会对他们进行一些积极的引导和鼓励,促使他们接受更大的挑战,而且大部分同学在鼓励下还是很乐意做到更好,比如薛某就是典型代表;当然也有个别同学,只满足于完成基本功能,任你怎么说,就是不动,说自己不会也不愿意学,指导教师也就只好放弃。

  整个教学过程通过教师精心组织和实施,教师并不事无巨细地告诉学生如何去做,而是以答疑为主。

  学生遇到问题不是简单地帮助其排除,而是提出产生故障的各种可能,由学生自行排除,鼓励学生提问和发表不同见解.设计验收采用提问和讨论方式检查学生对知识的掌握程度,让学生在学习过程中将理论和实践真正结合起来,为以后的工作打下坚实的基础。

  四、结束语

  在教学过程中通过上述尝试和探索,得到一些启示和收获:

  1、尽可能多提供不同的设计题目,让学生有更多机会选择真正感兴趣并愿为之付出辛苦和努力去完成的题目。

  同时题目也应有一定实用性和先进性,学生完成后真正有所收获。

  教师也需要长期和深厚的积累,并随时关注业界最新技术动态,及时、恰当的将其引入课程设计的任务规划和安排中。

  2、让学生深刻地理解原理。

  只有理解原理才能有效进行模块划分,同时学生完成设计的过程中才能减少困惑和盲目,目标更加清晰,而且从中习得的知识和技能才更容易内化为自己的综合实力。

  对每个课设题目,都鼓励学生从不同途径寻找和获得与课题相关的各种文献资料,从而达到对课题原理和背景知识的全方位和透彻理解。