电子技术课程设计的改革与实践

刘曼玲+陈丽萍+毛先柏

摘 要 电子技术课程设计是高等院校工科专业的一门综合性的实践课，对于巩固学生理论知识，实现创新与创造具有重要的意义。本文结合我校实际，对电子技术课程设计进行探索，从精选课题内容、优化教学手段、完善评价机制和延伸课程空间等方面入手改革，激发了学生的學习热情，培养了学生的综合能力，结果表明：效果良好。

关键词 课程设计 教学改革 综合能力

中图分类号：G642 文献标识码：A

0引言

电子技术课程设计是我校为电类专业（自动化、电气、测控、信息、安全）和一部分非电专业（机电、交通设备等）单独设置的一门综合性的实践课，学分2分、时间2周。课程设计一般安排在大二和期末进行，此时学生已学完电路、模拟电子技术、数字电子技术等课程，同时也完成了相关的实验与电子实习，具备了一定的理论基础和实际动手能力，结果表明：合理的单独设课和时间安排才能达到良好的效果。

课程设计是工科实践教学中的一个重要环节，其目的是学生在教师指导下，能综合运用所学过的理论知识分析和解决实际问题，实现由知识向能力的转化。学生通过二人组对某一课题的设计、安装和调试，能更好地了解一个电子小系统的方案比较与优选过程；熟悉一般的设计方法和常用仿真软件；掌握电工电子技术中的各种器件（分立元件、集成电路）的计算、选择、检测与使用、实际安装中的合理布局和模块调试方法等，以激发学生的学习热情，加强工程意识，为将来从事电子产品的研制和科学研究奠定基础。

为了搞好电子技术课程设计，我们主要采用了精选课题内容、优化教学手段、完善评价机制，延伸课程空间等改革措施，激发创新思维，培养学生的综合能力。

1精选课题内容

电子技术飞速发展，新器件、新工具、新方法不断涌现，老师只有不断学习，才能紧跟时代步伐、站在科技前沿。因此，我校选派参与电子技术课程讲授并且带学生参加电子竞赛的老师作为该课程的指导老师，做好学生的引路人。为了让课程设计获得预期的效果，课题的选择也非常重要，既要与学生的知识结构和水平相匹配，又要具有一定的先进性和趣味性，便于发挥和拓展，激发同学们的学习主动性，克服畏难情绪。例如常用的一些小型实用电子系统有彩灯控制器、数字竞赛抢答器、交通灯控制、多功能数字钟、温度测试仪、电容测试仪等。在这些题目中，所学过的分立元件、集成芯片、仿真和编程方法都在电工电子实验中接触过，但实验相对比较简单，都是零散的知识点，而课程设计则要需要化零为整，综合考虑。为了更好的指导学生课程设计，由我校出版和主编的电子技术课程设计实用教程（第三版），几经修改，多次印刷，为学生实践提供了比较好的参考教材。

2优化教学手段

在课程设计的实际操作中，采用了老师授课—学生选题—查找资料—确定方案—设计仿真—完善设计—安装调试—检查验收—总结报告—公正评价的流程。

（1）首先老师讲述课程设计的要求、标准、学生常见问题及注意事项，展示上届学生优秀设计图片作品。

（2）学生2人一组，自由组合，合理搭配，选择课程设计题目，要求同一个题目一个班选的人数不能超过3组，也有利于比较和评判。

（3）学生选好题后，需收集、整理、筛选和归纳各种信息，除了会利用百度、谷歌常用的搜索方法之外，还要学会从中国知网、万方数据库中查找中外资料、硕士论文等，学生更要会利用好图书馆中的藏书资源。由于网上的某些信息没有经过审核，不一定能保证其正确性，最好是查相关的官网或多方比对，相对来说图书资料的出错率会要少许多。

（4）每一个题目老师只给出基本功能和技术指标要求，扩展功能不限制，由学生自己想象与发挥，供学有余力的学生自由选择，挖掘他们的潜质与创新才能。由于设计方案不唯一，学生须自行分析各方案的可行性与优缺点，比较后确定最优方案。

（5）在确定方案后，下一步就是要对电路进行实际的设计，其中包含总体设计、单元电路设计、元器件的选择与参数计算等。而设计是否正确、可行，则需要学生采用电子软件Multisim 、Proteus对电路进行仿真和验证。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具；Proteus是英国Lab Center Electronics公司开发的电子设计自动化软件，它还是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。这2款软件均具有界面直观、操作简易、功能强大的特点，可实现数字电路、模拟电路与混合电路的仿真与调试。它采用图形输入方式输入和创建电路，元器件库丰富且易生成，测试仪器（电压表、电流表、示波器等）的外形与实际仪器基本相似，电压源、电流源与信号源可随意设置不同的参数。由于在实验中已用过Multisim仿真，故不必单独开课，Proteus虽未学过，但其方法与Multisim大同小异，也不难掌握，只是它的元件库更齐全些。总之，仿真软件不但提高了设计效率，还能将所学的理论知识融会贯通并付诸于实际中。

为了更好地与每年的电子大赛衔接，在完成全部的课程设计后，要求学生自学软件Altium Designer，画一个电子版的课题原理图上交并作为成绩的一部分。Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，这套软件可以进行原理图设计、电路仿真、PCB绘制等，而会用Altium Designer设计PCB电路板，了解PCB板布线的原则是电子大赛必须具备的一项基本技能。

（6）在学生通过一周的时间完成理论设计与仿真后，安排第一周的周末进行师生沟通与交流。学生以组为单位，自带手提电脑，展示他们的设计方案和仿真结果；老师指出其中问题，提出修改思路，把握主题方向，并且要二人组轮流回答部分设计理念和操作实际仿真步骤，杜绝学生抄袭或一人努力、另一人偷懒的现象，真正使每一个学生都能动脑、动手，参与到课程设计中，并将方案选择、设计仿真、扩展功能等作为成绩的一部分计入到总成绩中。endprint

（7）只有完成设计并仿真成功后的课题才能进实验室进行实际操作，学生按组提交所需元件清单，交给实验室的老师提前准备好，保证安装调试的顺利进行。全部完成后，按原清单收回器件，不浪费公共财物。

仿真的实现是电子系统安装调试的前提和保障，但从虚拟到现实还是有距离的，若线接错或接触不良、元器件损坏或参数不准等，都有可能导致系统不能正常工作。学生只有对电路合理布局、正确连续并对各种可能出现的故障进行分析、判断和纠错，才能收获最后成功的喜悦，同时也需要学生的耐心细致和团结合作。因此，一般要求学生在安装调试前先检查所有集成芯片、元器件的好坏；根据所设计的图纸，合理布局集成芯片与器件，做到疏密有致，方便连线；线要横平竖直，不能交叉和飞线，还要注意线的颜色，便于检查，如所有电源的正极用红线，而负极用黑线。

在安装时，采用分块调试→系统联调的方法顺序进行，尽可能将故障点缩小，保证整个系统的正常运行，以交通灯的秒脉冲和计数器为例说明其具体操作步骤。

（a）计数器的CP源。它可以用2种方法实现：第一种方法是用555定时器构成多谐振荡器产生秒脉冲供给计数器作为CP源（如图1所示），需要根据计算公式合理选择电阻和电容的大小使f=1HZ。第二种方法是用石英晶振的方法。由于石英晶体的振荡频率为32768HZ，它须经过15位二进制计数器分频（215=32768 HZ）后才能得到1HZ的秒脉冲。在实际中，可以用14位二进制计数器芯片CD4060分频得到2Hz后，再用D触发器或JK触发器构成的计数器得到1Hz的秒脉冲，它比555定时器构成多谐振荡器产生的秒脉冲的精度更高，常作为要求时钟准确的数字钟的CP源。采用这2种方法是否产生了秒脉冲，也可以用2种方法检测，一是采用示波器观察波形；二是接到一个发光二极管上，看它是不是一亮一灭的闪烁。

（b）在图中，与2个数码管相连的两片计数器，采用的是可预置同步十进制加/减计数器74LS190，用它进行减计数（如30～0），与实际相符，当CP源供给这两片74LS190时，看它是不是能正常的从30秒倒计数到0秒。

（c）再将计数器连到数码管上，看其是不是能正常的显示从30～0的变化。

依此方法可以对图中的其他模块进行调试，最后将各功能模塊组成一个系统联调。

当遇到电路不能正常工作时，在排除接线错误、接触不良和元器件损坏等情况下，要会用测试仪器查找故障点并纠错，如常用的电压寻迹法，就是用万用表检查各点电位，即先检查电源，再根据输入→输出的正确电位，找出问题所在。

（8）在第二周的周五为统一检查验收的时间，老师将检查学生的基本功能或扩展功能，记录布局、连线、工艺美观等情况作为评分的依据，还会就一些典型问题向学生提问，考察学生综合运用知识的能力。

（9）电子系统的实现实际上是一个从理论指导实践，再从实践上升到理论的螺旋式的升华过程。因此，书写设计报告的过程也是学生归纳、总结与提炼的过程，除了书写设计理论外，在实际中遇到了什么问题、如何解决的经验也是老师十分看重的一点，它从侧面反映了一个学生分析问题的能力。报告还要求附手工绘制的系统原理图与作品彩色图各一张，2人一组的报告除了图相同外，各自写自己的，反对抄袭（见图1）。

3完善评价机制

将课程的要求和成绩登记表提前发给学生，也让学生明确努力的方向，表格中的各项内容涉及两周实践的全过程：考勤、方案、设计、仿真、问答、修改、布局、连线、功能（基本。扩展）、报告、原理图（Altium designe软件）。课程设计成绩分优秀、良好、中等、及格与不及格5个等级，优秀率控制在20%左右。

第二周是实际安装调试，为了真正让一人组的二位同学分工合作、同心协力，老师会不定期的到实验室进行巡视与指导，将态度和纪律记录在册。对同一个题目的不同组反复比较，挑选优秀；对同一组的同学综合表中各项表现也有可能给出不同的成绩，力求公平公正。特别是优秀的给定既要反映学生的真实水平，又要保护同学们的积极性，让大家心悦诚服，也让严谨踏实的作风口口相传、继承和发扬！事实证明，采用这种考核机制，同学们的积极性高涨，课程设计成功率到达95%以上。

4延伸课程空间

湖南省与全国大学生电子设计竞赛每年交叉进行，具有一定的权威性和影响力，也吸引了许多的电子爱好者、优秀大学生参赛。为了更好地搞好电子竞赛，中南大学一般从成绩好的大学二年级的学生中选拔，同时创建电子创客空间，给予竞赛场地，电子爱好者可以利用业余时间到实验室学习实践。因此，按电子大赛的要求搞好电子课程设计，无疑是为每年的电子设计竞赛储备优秀人才，中南大学也因此在省赛和国赛中屡获大奖，学生查找资料、学习能力都有较大的提高，在软件调试、硬件制作与排除故障等方面尤为突出，受到了保研高校与用人单位的欢迎。

5结语

搞好电子技术课程设计，优化实践过程，不仅提高了学生的创新意识、工程实践能力和团队协作精神，而且也激发了他们学习的主动性与积极性，其综合素质也得到了较大的升华，为做一个合格的工程技术人员和服务于现代化打下了良好的基础。

参考文献

[1] 侯素芳，任艳频.电子技术课程设计内容改革的研究与实践[J].实验室研究与探索，2012（1）：108-110.

[2] 陈明义等.电子技术课程设计实用教程（第三版）[M]..长沙：中南大学出版社，2015.

[3] 聂曲等. Multisim 12仿真设计[M].北京：电子工业出版社，2014.endprint