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1光电检测电路的基本构成
光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱,而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中,因此,要对这样的微弱信号进行处理,一般都要先进行预处理,以将大部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样,就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。其光电检测模块的组成框图如图1所示。
2光电二极管的工作模式与等效模型
2.1光电二极管的工作模式
光电二极管一般有两种模式工作:零偏置工作和反偏置工作,图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。图中,在光伏模式时,光电二极管可非常精确的线性工作;而在光导模式时,光电二极管可实现较高的切换速度,但要牺牲一定的线性。事实上,在反偏置条件下,即使无光照,仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。而在零偏置时则没有暗电流,这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声;在反偏置时,由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。因此,在设计光电二极管电路的过程中,通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计,而不是对两种模式都进行最优化设计[4]。
一般来说,在光电精密测量中,被测信号都比较微弱,因此,暗电流的影响一般都非常明显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号,所以,尽量避免噪声干扰是首要任务,所以,设计时采用光伏模式。
2.2光电二极管的等效电路模型
工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示,它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。图中,IL为二极管的漏电流;ISC为二极管的电流;RPD为寄生电阻;CPD为光电二极管的寄生电容;ePD为噪声源;Rs为串联电阻。
由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降,故为零偏置。在这种方式中,影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD,它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。CPD是由光电二极管的P型和N型材料间的耗尽层宽度产生的。耗尽层越窄,结电容的值越大。相反,较宽的耗尽层(如PIN光电二极管)会表现出较宽的频谱响应。硅二极管结电容的数值范围大约在20或25pF到几千pF以上。而光电二极管的寄生电阻RPD(也称作"分流"电阻或"暗"电阻),则与光电二极管的偏置有关。
与光伏电压方式相反,光导方式中的光电二极管则有一个反向偏置电压加至光传感元件的两端。当此电压加至光检测器件时,耗尽层的宽度会增加,从而大幅度地减小寄生电容CPD的值。寄生电容值的减小有利于高速工作,然而,线性度和失调误差尚未最优化。这个问题的折衷设计将增加二极管的漏电流IL和线性误差。
3电路设计
3.1主放大器设计
众多需要检浏的微弱光信号通常都是通过各种传感器来进行非电量的转换,从而使检测对象转变为电量(电流或电压)。由于所测对象本身为微弱量,同时受各种不同传感器灵敏度的限制,因而所得到的电量自然是小信号,一般不能直接用于采样处理。本设计中的光电二极管前置放大电路主要起到电流转电压的作用,但后续电路一般为A/D转换电路,所需电压幅值一般为2V。然而,即使是这样,而输出的电压信号一般还需要继续放大几百倍,因此还需应用主放大电路。其典型放大电路如图4所示。
该主放大器的放大倍数为A=l+R2/R3,其中R2为反馈电阻。为了后续电路的正常工作,设计时需要设定合理的R2和R1值,以便得到所需幅值的输出电压。即有
3.2滤波器设计
为使电路设计简洁并具有良好的信噪比,设计时还需要用带通滤波器对信号进行处理。为保证测量的精确性,本设计在前置放大电路之后加人二阶带通滤波电路,以除去有用信号频带以外的噪声,包括环境噪声及由前置放大器引人的噪声。这里采用的有源带通滤波器可选通某一频段内的信号,而抑制该频段以外的信号。该滤波器的幅频特性如图5所示。图5中,f1、f2分别为上下限截止频率,f0为中心频率,其频带宽度为:
B=f2-f1=f0/Q
式中,Q为品质因数,Q值越大,则随着频率的变化,增益衰减越快。这是因为中心频率一定时,Q值越大,所通过的频带越窄,滤波器的选择性好。
有源滤波器是一种含有半导体三极管、集成运算放大器等有源器件的滤波电路。这种滤波器相对于无源滤波器的特点是体积小、重量轻、价格低、结构牢固、可以集成。由于运算放大器具有输人阻抗高、输出阻抗低、高的开环增益和良好的稳定性,且构成简单而且性能优良。本设计选用了去处放大器来进行设计。
本设计选用了去处放大器来进行设计。
图6所示的二阶带通滤波器是一种二阶压控电压源(VCVS)带通滤波器,其滤波电路采用有源滤波器完成,并由二阶压控电压源(VCVS)低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器串接组成带通滤波器。
对于第一部分,即低通滤波器,系统要求的低通截止频率为fc,其传递函数为:
第二部分为高通滤波器,系统要求的高通截止频率为fc,其传递函数如下:
4完整的检测电路设计
2.注重学生演示实验
演示实验最能激发学生的兴趣,可以让学生积极动脑。在演示实验中,可以不拘束于教材的安排,由自己动手。比如:学生可以自主选择器材,自主决定设计实验方案,在实验中,学生发现的问题可以自主寻找解决的办法,有助于学生对实验和知识记忆。让学生充分运用大脑进行大胆的猜想和独立的实验,使学生产生积极的态度学习,并通过实验得到正确的理论,从而让学生有解决问题的勇气与信念。
3.充分利用多媒体,形成多元模拟课件
电子电工基础内容作为进一步研究电能技术的专门课程,更是一项十分抽象的学科。因此,在教学过程需要对学生进行复杂图像以及相关电路路线的思维运转培养。如果学生缺少抽象思维能力,将不能更好地进行实验,在对专业相关的内容进行理解的时候,也就十分困难了。与此同时,一些实验需要进行演示,但是演示的过程中无法进行观察,变化情况也相对较小,学生很难在这种情况下对其进行直观感受,也就不能深入理解。例如,学生在整流电路的过程中,实验现象可以通过肉眼观察到,但是波形失真比较久很难进行观察。利用Flssh制作教程动画,将实验教学内容整体进行模拟演示,就能够将教学当中抽象化的部分以更加直观的方式展现给学生,使学生接受起来更加容易。同时,也更能够提升学生的学习兴趣与积极性。
2.调整授课方式、加入实践演示
提升教学效果针对上述现状,建议教师采用多媒体教学手段,通过直观的演示实践让学生感受到视觉的成像效果,这一途径会使课堂更加活色生香;建议教师在备课的时候准备出几种方案,相互对比后选择一个最适合学生的演示实践来完成教学任务。在科学实践的过程中提升学生的学习兴趣,让学生保持高度的热情,拓展学生的思维,鼓励学生的创新和探索精神,同时也促进学生的学习兴趣,寓教于乐,学生在感知和认知的过程中大大提升学习兴趣和教学效果。
3.改变师资队伍,完善实验设备
改变传统的教学模式,有利于学生在真正意义上了解世界、认识世界。该阶段学生的特点就是初步形成了世界观,对事物充满了好奇。教师在进行实际教学的时候,要将以往的教学方式加以转变,将学生放在主置,将学生当作课堂的主体来进行教学工作。教师在设计课程的过程中尽量以班级学生的学习特点为主线,设计并创新每一个实验鼓励学生动手操作,在实践的基础上让学生充分了解电子元件的用途以此提升能力。在教师营造的教学氛围中,引领着学生投入实践,通过实践让学生对学习内容产生浓厚的兴趣。例如:教师在实践演示中组装日光灯,给学生展示各种元件,仅仅一会功夫一堆细碎的小零件拼拼凑凑而成一个完整的灯。通过实验不仅淋漓尽致地展示出教师娴熟的手法,同时更引得学生想亲手制作一盏灯的欲望,让学生对枯燥的学科产生浓厚的兴趣。
4.教师应适应新型教学改革
在新型的教学改革体制中教师要做到文武皆通的全能型选手。教师除了自身提高文化素养,把自己本专业的各种技艺、技能传授给学生,并且帮助学生解决各种实际问题,从而增进师生融洽的关系。建立建设综合型的教师队伍,是提升一个学校整体面貌的关键所在,也是改革教师队伍的一个重要前提。在学校的教育改革之中,学校应该提倡并鼓励教职人员,到各个企业和工厂去亲身体验作业,教师可以自己设计和安装、调试各种教具。例如:可以组装一个小的电子产品,如手机或者手表,在组装中发现各类问题然后解决各种问题;然后将自己的切身感受带回到课堂上,和学生分享一切体验过程。实现理想化教学,教师应注意每一个细致的教授环节,切实地指导学生掌握好各个知识点。当今的职业院校需要的是全能型的人才,另外教师自身的刻苦精神起到很大的作用,学生会在教师的身上看到一种精神,教师不断进取的言传身教直接影响着学生的进取过程。
二、在线测试方法
在线电流的测试,在电子电路中,任一条线路都存在或大或小的内阻,当电流通过它们时将会产生相应的压降。若知道内阻的大小,并测出内阻上的压降值,则电流就可以知道了。但事实并非如此简单,由于很小电阻上的微弱的压降用普通的仪表是难以准确测试的,故只能应用其中的基本原理,由相应的电子电路来测试导线上的压降,并直接转换成电流值指示出来,这就是常用的“抵消电流测试法”。
三、参数法
参数法是利用不同仪器仪表对电路测量的数据,与电器生产厂家所给用电器正常工作时的各个数据进行比较,经过对比分析推导后得出故障所在部位进而对故障进行针对性维修,此法推理性比较强。
四、温度法
加温烘烤的顺序应该是先晶体管、集成电路、后电阻、电容等,加热要适当。第二种是降温法,在日常情况下,人们有时候发现有的家用电器一经电风扇的吹动就好了,降温法便是由此而得到启发的一种修理方法。最简单的方法是在家用电器出现故障时用镊子夹一块蘸有酒精的棉球靠近被怀疑的元器件,冷却降温,若故障消失则说明该元件有故障对其更换。
五、并联法
并联法是一种比较简便的故障判断方法,它是用一元件并联与已损坏元器件上。这是一种辅判断方法,即经过其他方法的检查,已经大致知道故障的部位,甚至确定损坏的元器件之后,再采用这种方法。
六、调整法
家用电器的故障中很大一部分是使用不当造成的,其中有一部分是由于不正确的调整引起的,还有一些电器故障是由于工作时间常,电子元件电性能发生变化引起工作参数变化,造成工作不正常出现故障。
七、比较法
通常是利用同种正常机器对故障机进行比较,判断,或利用其他类型正常机器对故障机进行检验、判断,还有一种情况是利用家用电器直接作为测试仪器,通过对各种现象的比较来判断故障部位。
2电工电子教学改革的主要措施
2.1转换教学思想,改革电工教学方法,建立连贯的教学体系
从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变。要以“启发式、讨论式、引导式”等多种教学方法来改变传统的“灌入式”教学方式,充分显现学生的主体作,调动学生学习的积极性与主动性,培养学生的兴趣和能力。本着“以学生发展为本”的理念,实施以学生为主体、教师为主导、强调学生主动“学”+主动“思”+主动“用”的思想。教师重点讲解思路、思想、方法,注重启发式、讨论式、引导式的相互结合和运用,主要激发学生爱思、爱问、爱动手实践的良性循环。
2.2充分利用现代化的教学手段
以板书、多媒体、动画以及实验操作方式、以及时下流行的名校的MOOCs等多种方式相结合,采用多元化手段丰富教育教学方法。采取“设趣与展演”的方式引导和激发学生善学、乐学、会学。电工电子课程的教学应将理论与实验相结合,通过实验教学深化对理论知识的强化和理解。更增强学生的理论应用能力。加入实验教学,能使学生从“被动、封闭、受约束的状态”变为“主动、开放、自由”的状态。使学生真正成为主体和主人。在实验中,学生通过设计方案、制作电路、测试数据和分析数据等一系列过程,知道如何学,如何用。教师在教学过程不仅是讲授知识,更要着眼于对学生学习能力的培养。
2.3突出学生的主体地位、激发学生的主观能动性
对于学生,要想带动学习的热情,可以采用高(年级)带低(年级),优(学生)带差(学生)的团体学习与讨论的氛围,不仅强化高年级的理论和实践技能,低年级的同学也能得到迅速提高。即能深化理论知识、强化动手能力、又能培养同学们的团队意识,还可以锻炼学生的语言沟通与协调的能力,一举多得。在知识创新的过程中,隐性知识逐渐向显性知识转化需要学生间积极地交流和沟通,集思广益通常比个人冥思苦想具有更多的收获和更好的效果“。研讨与回顾”是夯实与深化知识的重要保障,“训练与总结”是知识提升与转化为能力的实践检验。各环节互相依存又相对独立、是一个有机的整体。要以引导学生自主探索为重点,以问题为导向的现代教学理念。
2.4面向过程,突出创新,实施多元化的学生考核体系
学生学习效果的考核是人才培养的重要环节,考核方法直接影响教学效果。传统的考核方式,主要是依据一张试卷来评定学生的总评成绩,导致学生只关注考试的结果,而忽视学习过程,制约了学生自主学习、自由探索的积极性,不利于实践创新能力的培养。因此,我们把学生考核体系建设作为深化电工电子技术课程教学改革的一项重要内容,按照“面向教学过程,重平时表现,重实践能力,重创新思维”的原则,建立和实施过程性考查(随堂测试+实验操作)与总结性考试相结合的考评体系。根据理论课程的目标要求,全面评价学生的学习效果。
二、通过实训培养学生对理论知识的学习兴趣
目前各个高职院校的学生都普遍存在一个问题:“学生的学习水平参差不齐,自主学习能力差,自我的控制能力也差”。如果把所有的课程知识都放在教室里,以课堂板书的模式来学习书本上的理论知识,对学生来说是比较枯燥的。而针对于《电工电子》课程的学习显然不能只在教室里进行,需要配合大量的实训内容来达到实践检验理论正确与否的标准。充分的利用实训教学实际上是一个很好培养学生学习兴趣的过程,如果能利适当的运用项目式的实训教学,利用一个个的设计项目把学生引入到学习中来,让每一个学生都力争完成每一个项目,增强他们的动手能力。途中遇到问题的地方也会相应增多,这就让学生求知欲望增强,从而提高他们学习的兴趣,一旦知道答案是如此简单,必然会提高他们的学习兴趣,增强他们学习知识的信心。在以后的教学中就会认真学习专业知识,为以后走入社会奠定一定的理论和实践基础。
三、实训能够有效的训练操作技能
就是引导学生运用理论知识生产实践,是生产实习教学的基本任务之一。学生在掌握本工种(专业)所需的技术理论基础知识和文化知识的基础上,应用与实践操作时,都必须在实习教师的知道下,通过有计划、有目的地练习,由易到难,由简到繁,由生到熟,由不准确到准确而逐步获得的,并能够运用知识,独立的去发现问题,分析问题和解决实践问题,也培养了学生理论练习实践的学风,因此,学生的实践实习是技能训练的核心并对培养学生独立操作能力,克服困难的意志和一丝不苟的作风,提出了更高的要求。实习教学是提高培训质量的一个极为有效的手段,也是不断提高学生操作技能的条件。
2.理论联系实际,提高学生学习兴趣电工电子技术涉及的一些内容较为抽象,学生理解起来比较困难,在具体讲解时可以理论联系实际,提高学生学习兴趣,更好地掌握所学知识点。例如在学习电路的结点和支路时,可以把结点和支路用日常生活中常见的马路和十字路口作比喻,一条马路就是一条支路,十字路口或丁字路口就是一个结点等等,简单明了,学生很容易理解。在讲到功率时可以联系家用电器,每个家用电器用电功率是多少,再联系到所在教室空调功率是多少,根据空调功率的大小让学生计算上两节课的耗电量,由于有实际例子,所以对于用电量的计算公式很容易记忆,再根据当前电价计算出上两节课所需支付的电费,进而鼓励学生要认真学习,节约用电,做到下课关灯关空调的好习惯。在讲到RC电路的应用时,RC电路可作为滤波器,在教学过程中可联系实际生活。先抛出一个问题:现在学生都有手机,他们手机有的用中国移动网络、有的用中国联通网络、还有的用中国电信网络,并且每个运营商又有2G网络、3G网络,但为什么打电话没有出现彼此相互干扰呢?这样可以提高学生的兴趣,先让他们思考一会,然后请学生回答一下原因,再结合实际回答情况给出答案,即滤波器起了作用。国家给每个网络运营商都分配了固定的频带范围,每个网络都有自己的基站,基站有滤波器,会自动滤除不属于自己频带范围的信号。而讲到三相电路时,可以联系具体家庭用电知识,更好地掌握星形联结和三角形联结特点及计算方法,尤其对于星形联结方式还分为有中线(也称作地线或零线)即三相四线制和没有中线即三相三线制的情况,结合我们照明电路,让学生思考照明电路能否去掉中线?再根据理论分析,可以从理论上完全得出结论:照明电路是不能去掉中线的,也就是说我们实际民用负载一定要采用三相四线制,这样才能保证负载都能正常工作;在学习用电常识时可以联系当前由于用电不当引起的火灾事故或触电事故,和同学一起学习一些基本用电常识,甚至可以延伸到一些自然灾害如地震的避难常识,这样既能提高学生的学习兴趣,又能让他们学到实际有用的知识。
3.创造良好的课堂情境有兴趣的问题,可使学生对学习产生浓厚的兴趣,并产生强烈的求知欲,从而进一步调动学生学习的积极性和自觉性。例如在讲到暂态分析时,就可以从日常生活中的一个实例开始,先让学生思考白炽灯、日光灯打开和关闭时的特点,这时学生注意力就吸引过来了,开始回答问题,课堂气氛马上活跃起来。但课堂气氛活跃的同时,要注意课堂效果,不能让学生停留在新鲜好奇上,每一个教学情境的创设都要紧紧结合教学内容。几分钟时间后,教师就可以总结出白炽灯、日光灯打开和关闭时的特点,白炽灯开关一打开就马上亮起来,一关闭就马上熄灭;而日光灯不管在打开还是关闭时都有一个过程,那为什么同样是照明负载,他们现象会有这么大的区别呢?紧接着这个问题后就可以引出本次授课的知识点:暂态过程。
4.总结所学知识点,让学生更好更快地掌握所学新内容在讲解过程中,一定要善于总结所学知识点,让学生更快更好地掌握所学新内容。例如在讲到电路分析中的电源等效变换方法时就可总结出三要素法,可以强调等效变换过程中时刻注意三个要素:内阻不变、电压源的大小等于电流源的大小乘以电阻的大小、电压源的正方向为电流源电流流出的方向。而在讲到单一参数的交流电路时,电感元件和电容元件容易混淆,怎样分别记忆他们的电压和电流相位关系呢?引导学生只需要记住关于电感和电容电压电流的伏安关系式即可。从伏安关系式就可以看出,电容电流是电压的微分,所以电流超前电压90°;电感电压是电流的微分,所以电压超前电流90°。也就是说针对这两种单一参数元件,哪个电量是另一个电量的微分,哪个电量就超前另一个电量90°。通过总结知识点,让学生知道重点和难点,在课后复习时也能抓大放小,更快地掌握所学内容。
二、组织好实验教学,为更好地掌握课堂知识做铺垫
“电工电子技术”作为一门实践性很强的课程,实验是展示其教学魅力的有效手段,它化枯燥为生动,化抽象为具体,化平淡为神奇,为理解和掌握好新知识创造条件。所以一定要把握好实验教学的效果,为更好地掌握课堂知识做下铺垫。例如在学习电路分析方法中的叠加原理时,很多学生容易混淆不作用的电源处理方法,把恒压源和恒流源处理方法记反,通过实验可以掌握不作用的恒压源的处理方法,而恒流源处理方法则相反,这样就不会在学习中混淆,更好地掌握了该方法。
三、开展考试改革,提高学生平时学习的动力
“电工电子技术”课程是以现代电工电子技术的基本知识、基本理论为主线,以应用为目的,在保证科学性的前提下,删繁就简,使理论分析重点突出、概念清楚、实用性强。通过本课程的学习,使学生掌握近代电工电子技术的基础知识,以及进行电工实验研究的基本技能,为后续课程的学习及今后从事电类各学科领域的学习和工作打下坚实的基础。但针对目前大学现状,再加上该门课程有关知识点比较抽象,使得学生学习积极性普遍不是很高。除了在课堂上提高效率之外,还要从纪律上约束学生,提高平时考核所占的分数比重。例如增加平时练习的机会,把练习成绩计入平时成绩;另外,对于课堂发言积极的学生、勇于上台练习的学生还可以进行奖励平时成绩的政策。这样,双管齐下,一定能提高学生学习兴趣,让学生把这门课程学好。
1.1重视理论教学,轻视实践教学理论与实践不相适应,所讲理论知识与现场应用中的实际问题有一定的距离,不利于调动学生的积极性。许多学生理论基础尚可而动手能力较差,参与意识较强而工程素养不足,这反映出这些学生平时重理论而轻实践、重软件而轻硬件,理论设计正确却无法在工程上实现。
1.2教学方法和能力培养要求不相适应主要体现在我们的教学方式仍然是以教师讲为中心,学生的内在动力没有充分发挥出来。它注重了完整的教学体系和规格化的培养模式,忽略了学生的个性培养。教育学家多年来提倡的因材施教没有得到应有的重视,不利于学生能力的培养。
1.3考核方法和素质提高不相适应目前我们实行的考试方法仍然是以课本理论知识为主,以闭卷笔试为主,注重死记硬背,不利于培养学生的动手能力和创新能力。
1.4实验教学内容陈旧由于长期使用传统的电子技术实验教学内容,形式单一,实验安排过多过细,重复性实验、验证性实验太多而自主设计的实验少,单科性实验多而综合性实验少,采用传统的方法多而应用最新的技术少。这样的教学模式削弱了学生学习的主动性,阻碍了学生创新思维的发挥和实践能力的提高。1.6缺乏实践经验丰富的高水平教师竞赛的成绩是学校教师的教学水平和科研能力的综合表现,不同学校学生实践能力之间的差别,反映出教师教学水平之间的差距。而西部地区高校面临的一个共同问题就是缺乏高水平的师资。
2以电子设计竞赛促进教学改革
电子设计竞赛的举办为电子信息教学的改革指明了方向和提供了契机,下面就从教学计划调整、课堂教学改革、实验教学改革、课外活动安排、师资队伍建设等方面探讨电子信息教学改革。
2.1重新制订教学计划重构课程体系,以培养学生的创新精神和发挥个性特长以及协作能力为重要依据修订专业教学计划。教学计划修订的主要内容有:调整理论教学学时,加强实践教学环节。压缩课内学时数,减小必修课程数量,增大实验学时数,加强实验环节,从而减轻学生负担,让学生有更多的时间参与实践,提高其动手能力。
2.2改进教学内容,适应电子时代要求首先应调整电子技术课程内容。随着集成技术的飞速发展,集成器件的广泛应用,对课程内容必须不断充实和更新。在教学中,在强调基本原理、基本分析方法的同时,应注意增讲新器件,增加有应用前景的专用集成电路,使基本原理与实际应用相结合。例如,在功率放大电路部分可以增加介绍应用广泛的LA4100~LA4102集成功放,从连接方式说明如何根据要求将芯片分别构成OCL和OTL功放。在电源部分增加介绍三端直流稳压电源CW78、CW79系列,可调式三端稳压电源CW317系列,以及扩展输出电压、电流的方法。通过对新器件和专用集成电路的介绍,提高了学生的学习兴趣,并为将来从事本专业的工作打下了坚实的基础。
2.3改革实验课程体系、内容和方法注重提高实践教学环节的教学质量,激发大学生主动参与实践教学的积极性,尽可能多地安排设计性、综合性和开放性的实验,修订实验大纲,将单一验证性实验逐步转向科学验证、分析设计、系统综合相结合。(1)改进基础实验教学,加强应用实验环节。基础实验主要由模拟电子技术、数字电子技术、电路分析等专业基础课的配套实验组成,以基本电子器件的验证实验为主,实验内容覆盖理论教学课程中的重要知识点。整个实验过程学生处于被动的验证实验原理的状态,尽管有些收获,但成效不显著。因此,以电子设计竞赛为契机,改革传统的验证性实验教学模式,让学生在掌握了验证性实验方法的基础上,在应用实验环节中增设应用性实验、集成电路实验,让学生通过安装调试,学会在实验中调试元件参数,以满足实验要求。通过简单的设计使学生熟悉常用元器件,并掌握快速查阅元器件手册及通过网络搜寻所需资料的方法,使他们能正确选择所需器件,并能进行器件之间的参数匹配。并通过电子实习,安排学生装配收音机,使他们熟练使用电烙铁和万用表等工具和仪器仪表,对电路的制作、安装和调试有一定的了解和掌握。(2)增加设计性实验。设计性实验由老师拟定设计题目,提出设计要求,给出主要参考器件,由学生设计电路原理图、焊接实际电路、测试电路数据、绘制电路波形、撰写设计报告,这些设计性的实验的完成,能促使学生实现由知识到技能,再由技能到素质的跃变,从而培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,可以锻炼学生的系统思维能力,建立一定的工程意识,培养创新意识,提高动手能力。(3)在实验教学中引入一些新器件(如CPLD、FPGA等)和新技术(如EDA、电子电路软件仿真、虚拟仪器技术等),从而丰富实验内容和手段,提高实验课的技术含量。EDA是电子器件与电子设计发展的技术潮流,由此掌握EDA技术是对当今电子工程师的最基本要求。学院建立了EDA实验室,积极开展EDA的教学,提高了学生电子设计自动化的水平。(4)在实验教学中使用计算机仿真系统,推动教学改革。随着电子技术的迅速发展,教学中知识点在大量增加,教学时数要求压缩,课时资源紧张是一大难题。计算机仿真系统弥补了传统硬件实验的不足,解决了上述矛盾。另外也解决了经费紧张、器件品种和数量少等现实问题,有些不能实现的复杂实验,则可以用仿真软件进行实验仿真。
2.4改革考试方式采用理论闭卷考试、实验开卷考试、实物设计考试等综合考核方法。例如让学生独立完成一个规模不太大的电子系统,让他们在课下先设计好,然后来实验室安装调试或用有关电子虚拟软件进行仿真,根据所设计的系统能否达到题目要求、电路是否合理、花费时间长短来确定成绩。
2.5加强学生的课外实践活动(第二课堂)学院所有的实验课都对学生课外开放。另外建立专门的电子创新设计实验室,在开放实验室里除了配备信号源、示波器、万用表等常规实验设备外,还应配备单片机开发器,DSP实验板,计算机等实验设备,为学生课外科技活动提供实验场地和仪器设备,为部分优秀学生创造自主学习、独立思考的环境,提供发挥创新思维、展现创造力的广阔空间。
在维修电子教学过程中,教师一般会根据实际情况设置一些障碍,然后让学生进行专业分析、排除风险、诊断故障、整合维修。但是,在这种情况下,中职学生的主导地位不突出,根本无法培养学生面对维修电子的独立判断能力和深入检修能力,而且还很容易降低中职学生的实践操作能力。
1.2理论与实践脱节
很多维修电子课程的专业教师不注重培养学生的实践操作能力,进而造成了理论知识与实践能力严重脱节的局面。对中职学生来说,仅注重理论知识的学习已经不能满足社会的发展需求;再加上很多中职院校的师资力量出现断层,不利于中职院校培养社会所需要的高素质应用型人才。
1.3无法及时反馈相关信息并做专业测评
无法实时测评和反馈学生学习维修电子课程的进度。在实践操作的过程中,学生是否真正掌握了维修电子的专业知识,并具有独立操作能力,这些都是无法专业测评的。而学生对维修电子的反馈信息也无法及时传递给教师,这种单项沟通也在一定程度上制约了维修电子教学的发展。
1.4维修电子教学实验设备不足
维修电子的教学实践活动往往会受实验设备不足的影响。选择以班级为单位的整体演示性操作模式,学生只是单纯地看老师做实验,自己很难进行专业操作,而教师也很难在维修电子教学过程中预测学生在操作时可能遇到的情况,无法有针对性的讲解,无法让学生深入了解维修电子的相关专业知识。
2理论与实践相结合
中职教育与普通教学工作不同,它具有较强的职业性和针对性。它要求学生在学习课程期间,要具备相应的实践能力,这样进入社会后才能胜任岗位要求,进行专业操作。
2.1采用一体化的教学模式
一体化教学模式是以电子维修课堂教学为主轴,辅助教学设施设备为载体,把电子维修的理论知识与实践能力充分结合在一起,集视觉、听觉、行动能力、较强的心理素质于一体,让中职学生及时发现问题,及时提问、沟通,实现良好的双向沟通,将实践教学活动贯穿于整个电子维修过程中,形成全方位的教学模式。这种教学模式的出发点是让中职学生的实践能力得到提升,以实践能力为主线,遵循客观的教学规律,采取一体化的教学模式,充分利用各项教学资源,深入学习,提高中职学生维修电子的专业能力。
2.2实行“理论+实践”的考核模式
中职院校的传统考核模式侧重于维修电子理论知识的培养,常常忽略了学生的实践能力,这样不利于提高学生的综合素质,更不利于提高维修电子的教学质量,所以,这种新型的“理论+实践”对等的培养,激发了中职学生学习维修电子的兴趣,也为学生树立了学习的信心。在维修电子课程的考核过程中,“理论+实践”的考核模式——用专业知识引导实践,用实践操作能力巩固理论知识,不仅可以激发学生的学习热情,还提高了学生的维修电子实践操作能力,更提高了学生的综合素质。
2.3注重协作学习的培养
协作学习是以学生之间的团队协作能力为宗旨,根据学生的日常表现、学习成绩、兴趣爱好和技能水平,随机将其分成专业的维修电子小组。教师可以以小组的实践情况作为综合测评,及时发现学生在操作过程中存在的不足,积极引导,正面回应。这样不仅可以提高维修电子的教学质量,还提高了学生学习的积极性。
2完善和改革现有的实验教学大纲和教学计划
和理论课程一样,专业实验课程也必须具有教学大纲和教学计划,所有的专业实验教学必须按照教学大纲和教学计划进行开展。随着我国国民经济的快速发展和教育经费的不断投入,近年来教学改革方面不断推进。教学改革的推进和科学技术的发展,为了确保实验教学体系不会与整个教学体系脱节,专业实验课程的教学大纲和教学计划也必须进行适度的完善和改革,比如:增加综合性实验项目或者设计性实验项目,或者是不断增加教师的科研课题在专业实验中的比重,培养学生思考问题、解决问题的能力,促使他们创新能力的形成。另外,在完善和改革实验教学大纲和教学计划的过程中,可以根据当前社会对毕业生的需求专业方向进行调整教学教学大纲和教学计划,从而体现专业实验的多样性和应用性,紧跟学科前沿,提高学生对专业知识的了解,激发他们的好奇心,培养他们的创新精神。
3改革专业实验考核方法
专业实验教学的主要目的是培养学生能够正确分析实验现象、解决实验过程中的问题,设计实验,培养专业技能和创新思维,提高动手和创新能力。随着实验教学条件和资源的改善,专业实验多半体现出综合性、设计性和专业应用性的特色,实验最终考核也应该体现出多样性,利用考核来刺激学生创新思维的培养。因此,对于专业实验教学,其考核中的平时成绩和期末成绩可以灵活掌握,平时成绩主要侧重于考勤、预习、仪器操作、实验报告以及对实验现象的分析或者是对实验内容新的建议等方面,期末成绩可以采取综合性实验或者设计性实验现场考核的方式,或者是对该实验进行答辩式的考核,但是这项考核工作量大,需要有学校相应的规定配合。另外,期末考核的综合性实验或设计性实验题目可由学生自由选择。在平时的实验教学过程中,也可以适当增加综合性、设计性实验项目,并且给学生提供较大的学习空间,促使学生试图寻找各种方法去完成实验,培养学生既动脑又动手的习惯。
4鼓励学生完善专业实验教学平台
不同于具有电子科学与技术专业国家一级重点学科的清华大学等重点高校,一般本科院校的电子科学与技术专业,其实验条件和专业实验教学环境远远不如清华大学等重点院校,专业实验条件需要不断完善。由于电子科学与技术专业包含的内容非常广泛,随着科学技术的快速发展,在高年级的创新能力培养方面的专业实验内容需要经常更新,激发学生学习的浓厚兴趣,掌握科技的前沿方向,提升创新能力。因此,在实验教学经费有限的情况下,需要不断完善或更新的专业实验平台还是不少的。在不影响本专业培养方案计划中的既定任务前提下,出台相关规定鼓励有追求、有能力的学生完善专业实验教学平台,让他们能够经历较完整的实验平台建设和完善,从而提高学生实践能力,培养学生创新思维和创新能力的形成。
5建设和完善开放的专业实验室
开放的专业实验室包括开放对象、开放内容和时间,是专业实验教学改革和创新人才培养的需要。当然,开放实验室不是简单的扩大开放对象和延长开放时间,其重点是开放内容,即改革现有的实验教学方式和实验内容,使其有利于创新人才的培养。开放实验室的内容是在满足既定人才培养方案中的基础上,使其符合创新人才的培养。因此,开放的实验内容及其要求必须具有探索性和创新性,以综合性、设计性的专业实验为主,而非验证性等实验,老师在实验过程中主要作用是启发性的指导,然后学生根据老师的指导以及实验要求查找专业知识和相关的文献资料、完成实验方案的设计和实验结果预设,自由讨论、大胆创新、不怕失败,并且在获得实验结果以后对实验方案或理论设计提出合理的改进方案,从而实现学生创新思维的形成和创新能力的培养。开放对象可以是电子科学与技术专业高年级的学生或者是跨年纪的学生,由高年级的学生带着低年级的学生一起实验,让他们更早地进入创新能力培养的训练,也可以是学校跨专业的学生一起组合成实验团队,鼓励他们在不同学科之间进行一些创新性的实验内容或者是不同学科之间的思想进行嫁接。开放时间可以是既定的实验教学时间,也可以是课余时间,由学生提出申请并制定自己的实验方案。对于开放性的专业实验,学校可以制定相关的规定,激励更多的学生参与到开放性的专业实验中去,以及激发相关老师参与到指导工作中,拓宽学生的知识面,从而创造一个更好的激发学生创新思维形成和创新能力培养的条件,更好地提高学生的综合素质。
2.电子专业入学教育是本专业学生找准自己的人生定位,进行职业生涯规划的需要职业学校的学生正处于从依赖走向独立,从学校走向社会的过渡期,对职业生活倍感兴奋与好奇,却缺乏理性思考和完整设计。他们有的理想主义色彩过浓,对未来期盼很高,有的自暴自弃,认为到职校无非就是混日子。在专业入学教育过程中教师要在学生入学的初期指导学生结合自身条件,明确在校时期的努力方向,做到知识和能力共进,找到职业成长的最佳途径。
3.电子专业入学教育是更好地在本专业内开展项目教学法的需要项目教学法的开展有利于学生对工作岗位任务真实性、整体性的理解,有利于实现理论教学和实践教学的一体化,能够促进教学相长、师生互动,使教师成为学生学习过程的策划者、组织者和咨询者,真正突出学生学习的主体地位,提高学生的综合职业能力。项目教学法的第一步是项目的选择和优化,这就需要专业教师与企业进行合作,通过社会调查、走访企业根据毕业生的需求及社会和企业对人才的需求制订教学计划,教师与企业一线技术人员共同设置与优化项目确定教学目标。可以这么说,专业入学教育是项目教学法实施的预热阶段,是奠定基础阶段。
二、实施策略
对于如何搞好专业入学教育,笔者有几点不成熟的思考。
1.专业入学教育过程中应该给学生重新选择专业的机会部分初中毕业生及其家长对社会的了解不够,对专业的认知不深,在选择专业时并没有充分考虑孩子的兴趣和自身的特点,带有盲目性,最后会导致学生自身条件明显不适应于所报专业或者学生对所报专业毫无兴趣等一些不利于学生今后发展的情况出现。因此,在专业入学教育过程中,学校应偕同专业教师做好两步:第一步,让学生充分了解各个专业情况和将来从事工作的特点;第二步,每个专业任职教师的一个主要任务就是熟悉和了解每个学生,掌握他们的特点和兴趣爱好,帮助他们了解并挑选适合自己的专业,从而避免他们走错路、走弯路、走回头路。