電子創新設計課程改革探索

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1《電子創新設計》課程的現狀分析

1.1教學模式僵化。西安電子科技大學黨委書記、校長鄭曉靜院士認為，“要通過學校教育，激發全體學生的創新精神和創新意識”，在教育信息化和大數據的背景下，如何靈活的采用先進教學手段最大程度的激發學生創新意識顯得尤為重要，但是目前學院《電子創新設計》課程教學在很大程度上仍然局限于傳統的“理論講授”和“實訓操作”相結合模式，尤其在傳統的枯燥課堂講授過程中，由于沒有充分合理利用信息化手段教學，使得不少學生逐漸失去了對電子創新技能學習的興趣，就會在課堂上出現學生上課不注意聽講、甚至玩手機、睡覺等現象，導致了教師覺得教學效果不理想[2]，學生也認為自身的學習效果不盡人意的不良后果。那么如何改變這種僵化的《電子創新設計》課程的傳統教學模式，培養學生的創新精神、提升教學質量，就成了深化該課程改革的重點。1.2學習資源不充分。學習《電子創新設計》課程的大部分學生認為學校的教學資源除了課堂講解和教材之外，就只有圖書館的資料。然而，不少學生還希望在線下通過一個平臺也能得到教師的指導，與同學交流學習心得體會，或者通過視聽的方式進行隨時隨地的學習。為適應這種需求，選擇一種合適的教學平臺，借助信息技術手段，利用大數據時代下的龐大學習資源充實教學資源就顯得尤為重要。1.3實驗設備不足。在《電子創新設計》課程的實驗環節中，若要保證每人能夠動手操作，則需要采購很多儀器儀表和電子元器件以及相應的焊接工具等實驗器材。然而，不少高職院校的實驗設備資源不足，教育經費投入不夠，針對這些問題，學院在《電子創新設計》課程中采用虛擬仿真技術進行提前模擬實踐操作環節，利用虛擬儀器測試電路的可行性，避免了電路設計的錯誤，大大降低了焊接成本，提高教學質量；此外，不少電子電路的設計晦澀抽象，計算復雜，如果充分利用虛擬仿真軟件中的虛擬儀器則便于觀察波形和計算數據，節省時間，使原來枯燥無味的理論知識變得生動有趣，有利于提高學生學習興趣；同時，根據教學大綱的要求，《電子創新設計》課程只有32課時，如何在有限的課時條件下讓學生習得更多的知識技能，也是該課程亟待解決的問題；最后，針對《電子創新設計》實驗教學中難度成本高、危險性大、學生參與度低的一些電路，如果進行仿真模擬，就會更加形象具體地給學生演示分析電路的工作原理，增加了學生觀察、模仿和實踐的機會。可見，目前高職院校開設的《電子創新設計》課程教學中依然存在教學模式僵化、學習資源和設備不充足、實驗場所有限、耗材和維修成本較高等諸多問題，制約了對學生職業素養的培養和教學質量的提升。

2虛擬仿真技術在《電子創新設計》中的應用

2.1優化教學模式，提升教學質量。總理在2016年的第二屆中國質量獎頒獎大會上做出重要批示，強調要“弘揚工匠精神，勇攀質量高峰”。在“大眾創新、萬眾創業”時代主旋律的背景下，如何走以質量提升為核心的內涵式發展道路，圍繞“育人是根本，學生是主體，質量是生命”的中心繼續深化教育改革[3]，改變學生學習方式，培養良好學習習慣，實現由被動靜聽的機械學習到主動探索式的創造性學習的轉變，是當今教學改革的方向和客觀要求，也是提高教學質量的根本途徑，逐步成了我國教育改革發展最為緊迫的任務之一。《電子創新設計》是理論和實踐結合緊密的一門課程，著重培養電子類專業學生的綜合能力和創新能力。虛擬仿真技術也適用于“成本高”、“復雜度高”、“綜合性強”、“危險程度大”的實驗過程[4]，尤其對于《電子創新設計》課程中部分綜合性項目的設計可以利用軟件進行仿真，在實物制作之前直觀的看到電路實現的功能。通過引入虛擬仿真技術能夠實現形象化教學，并采用MOOC的教學方法，將重要的知識點“微視頻”進行互聯網授課，給學生呈現出多方位的視聽效果，達到豐富教學內容，提高教學效率，提升教學質量，培養學生知、情、意、技相統一的綜合能力的目的；同時，這種較短時間的“體驗式”學習方式，更能激發學生的學習熱情，開拓視野，從而引導學生進入更高的境88界，讓學生習得創新創業基本能力。2.2引入仿真教學，構建虛擬實驗室平臺。采用虛擬仿真技術進行實例演示，有助于明確概念，解決難點，增強教學生動性和直觀性，彌補實踐教學中硬件資源不足的缺陷，使學生加深對復雜抽象電路的理解，進一步優化了電子創新設計課程的教學設計。首先，虛擬仿真軟件不但提供了各種豐富的分立元件、集成電路、傳感器等元件庫，還提供了大量的調試測量工具，滿足了實驗仿真的要求；其次，仿真軟件能方便地調整電路參數，實時觀察到電路性能隨參數變化的過程，利于感性地理解電路的原理，使原來枯燥無味的理論知識變得生動有趣，有利于提高學生學習興趣；最后，采用仿真技術可以增加學習主觀能動性，提升自信心，尤其對于那些實踐經驗不足的學生而言，他們的主動性較差、信心不足、電路設計成功率低、焊接電路元器件損壞較多，但采用虛擬仿真軟件后，學生可先用虛擬仿真技術進行自主設計與仿真[5]。例如，可在Pro-teusISIS窗口中大膽進行電路設計、測量、調試和修改，在安裝焊接實物前就可以看到仿真結果，仿真調試成功后再焊接硬件電路，只要元器件安裝正確，焊接可靠，布線合理，實物電路就會呈現與仿真設計基本一致的效果。再利用云平臺將《電子創新設計》課程建設成為在線課程，方便線下教師的指導和學生之間的交流，凸顯課堂特色，豐富教學資源。如此，每個學生都將擁有一個幾乎完整的可移動的虛擬實驗室，使學生獨立操作能力和創造能力都得到充分發揮，有助于提高學生的工程應用能力。2.3開發虛擬實驗環境，節約實驗室資源。電子創新設計所涉及的實踐環節較多，且硬件投入較大，如果因為控制方案有誤而進行相應的開發設計，會浪費較多的時間和經費，在有限課時的條件下，會減少項目設計數目和內容，設計過程中也容易造成元器件和儀器儀表的損壞，增加實踐操作費用的開支[6]。為了縮短時間、降低成本、減少實物焊接調試的錯誤率，節約實驗室資源，引入虛擬仿真技術——Proteus軟件來解決這些問題，它可以像Protel一樣繪制硬件原理圖并進行電路調試，根據項目需求還可與Keil編程軟件進行聯調，實現對控制方案的驗證，再通過STC燒寫軟件下載到單片機開發板，最后進行較為復雜的實物制作。所以，通過聯合仿真平臺制作一個虛擬的綜合仿真實驗系統，此系統包括電路分析、模電、數電、電子測量和單片機等專業課程知識融合的仿真與設計，能夠有效代替傳統的開發設計，為電子創新設計的學習和開發提供了完整的虛擬實驗環境和開發平臺，可節省因方案不正確所造成硬件投入的浪費，有效解決實驗過程中元器件的損耗問題。

3采用虛擬仿真技術的課程改革成效

3.1提高了教師的信息化教學水平。只有教師具備相當的信息化應用能力，才能在《電子創新設計》課程和其他課程中游刃有余的開發虛擬實驗室平臺。學校電子工程學院為了提高教師在課程中應用信息技術的能力，也出臺了相應的系列措施鼓勵教師開發和應用仿真軟件以及職教云教學平臺，并將信息技術應用能力作為評價考核教師的重要依據，推薦經驗豐富的教師參加全國職業院校信息化教學大賽，并取得了優異的成績，提升了教師應用信息化教學的水平，深化了虛擬仿真技術在《電子創新設計》課程改革中的應用化。3.2提升了學生的創新能力。教育部編制的《高等職業教育創新發展行動計劃（2015-2018年）》明確提出，要“應用信息技術改造傳統教學，促進泛在、移動、個性化學習方式的形成。在現場實習安排困難或危險性高的專業領域，開發替代性虛擬仿真實訓系統；針對教學中難以理解的復雜結構復雜運動等，開發仿真教學軟件”。學院利用云平臺技術進行線上線下教學，學生在線上聽老師講授，分組討論問題；線下可以隨時隨地鞏固學習內容，提交作業，教師根據學生情況在課下對學生有針對性的指導，共性的疑點再拿到課堂中解決。這樣，對每個學生達到真正的因材施教，總結教學規律不斷優化教學設計，使教學方式和內容更好的滿足學生的需求。同時，教師可根據每個學生線下對課程資源的學習情況，對學生進行綜合評價，如此，可以將有限的課時進行線下衍生，學生將有機會利用平臺的虛擬實驗室資源深入學習創新性項目，構建出了教師指導性教授與學生主動性學習的教學模式，從而達到創新能力的提升[7]。通過對學院學生在《電子創新設計》課程中有無采用虛擬仿真技術的平行班級調研發現，采用虛擬仿真技術的班級學生對知識理解更透徹，學習興趣較傳統教學模式班級濃厚，而且在同等學時內進行的實驗項目有所增加，實物制作的成功率高，也有信心積極參加各類電子競賽并取得了優異的成績，例如在大學生電子競賽中獲得省一等獎，在“互聯網+”創業創新大賽中獲得院級一等獎等，為將來的就業創業積累了資本。3.3節約了實驗室的硬件成本。采用虛擬仿真實驗后，結合Proteus仿真軟件，對課程中難度較大的項目，特別是對于一些高消耗的電子類實驗室，例如“萬年歷”、“波形發生器”和“計算器”等項目采用仿真教學模式，將程序下載到仿真電路中進行調試，由于這些內容復雜，焊接操作難度較大，學生可以利用教師在云平臺上傳的資源進行線下學習，這樣，儀器設備損壞和耗材都會大幅度下降，有利于實驗室的維護，降低實驗和設計成本。同時，還能提高實驗的安全性，使學生能夠在人身安全和設備安全的前提下，根據設計要求最大程度地利用自己的知識去進行設計和擴展，有利于實行項目化教學模式，提高學生的學習興趣，推進課程內容的改革。

4結語

通過在《電子創新設計》課程中應用虛擬仿真技術，結合云平臺信息化教學手段，可以實現形象化教學，豐富教學內容，拓寬實驗教學模式，改善了由于硬件條件所限的教學環境，從課堂改變開始，幫助學生主動建構科學的知識體系，注重手腦并用，促進理實結合，培養學生分析解決問題能力，達到知識創新的目的，從而提高教學效率和教學質量，讓學生習得創新創業的基本能力。

參考文獻：

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[5]高雨，魯石．云教育背景下的“教、學”改革初探[J]．中國校外教育，2014，(12)：90-91．

[6]馬雪芬．虛擬仿真技術在電工電子實驗中的應用研究[J]．信息系統工程，2015，(9)：64-64．

[7]馬學條，陳龍．基于虛擬仿真技術的數字電路實驗教學探索[J]．實驗技術與管理，2016，33(10)：127-129．

作者:郭占苗 單位:西安航空職業技術學院