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高校通信電子線路課程的質量控制

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  這篇電子高級工程師職稱論文發表了高校通信電子線路課程的質量控制,論文首先介紹了通信電子線路課程是電子信息類重要的主干課程,探討了項目式過程質量控制方法和項目式過程質量控制的實施,構建了一個標準化的課程設計教學模式,提高了學生工程實踐能力,教學效果良好。

信息與控制

  關鍵詞:電子高級工程師職稱論文,通信電子線路,高頻電子線路,卓越工程師

  哈爾濱工程大學通信電子線路課程是電子信息類重要的主干課程,理論課56學時,實踐性環節32學時,其中基礎實驗16學時,課程設計16學時,均為獨立設課一人一組。課程的主要目的是:通過實驗使學生深入掌握通信系統中發送設備和接收設備的結構及電路組成,培養學生通信電路的設計、調試技能,增強學生的工程實踐能力,培養學生的創新意識,提高分析問題和解決問題的能力。該課程重要主要有以下3個原因:

  1)通信電路涉及的工作頻率高和電路的非線性,增加了實驗難度和抽象性,工藝要求高,工程上難以實現;

  2)通信技術和芯片的迅速發展,為實驗提出新要求,要不斷跟蹤技術發展,更新實驗內容;

  3)歷年大學生電子設計競賽都有通信類賽題,影響或引導著該課程的教學改革。

  因此射頻電路設計與制作是人們普遍感到棘手的難題,射頻工程師也受到用人單位的青睞,通常都是高薪聘用。但是該課程實驗卻不盡人意,課程實驗都習慣于使用實驗箱[1-2],開設驗證性實驗,不能破解上述面臨的3個難題。隨著“卓越工程師教育培養計劃”[3-5]在全國的實施與推廣,很多高校都在進行實驗教學的改革[6-9],增設綜合設計性實驗和創新實驗,這類實驗對于學生來說既有綜合性又有探索性,主要側重于所學理論知識的靈活運用,對于提高學生的工程實踐能力非常有益,這是當前電子線路實驗發展的趨勢。哈爾濱工程大學通信電子線路教學課程組一直致力推進實驗教學改革[10-12],與時俱進地探索“卓越工程師”培養導向下如何更有效開展研究性實驗教學,提升人才質量。通過4年的改革實踐,基于“一提二指導三牽引”思路,提出了課程設計“項目式過程質量控制方法”,教學效果良好,切實提升了課程設計的人才培養質量。

  1項目式過程質量控制方法

  哈爾濱工程大學通信電子線路課程設計是在修完16學時的基礎實驗之后,在第6學期開設。基礎實驗側重于單元電路級電路,而課程設計注重培養學生系統電路的設計、調試技能,包含5個綜合設計性實驗選題,分別為調幅發射系統的設計、調頻發射系統的設計、調幅接收系統的設計、調頻接收系統的設計、自定義實驗項目。

  每個實驗項目均安排16學時,根據難易程度分為3個等級A、B、C,3個等級分別賦予1.0、0.9、0.8的權重,學生可根據自身情況自由選擇其中的一個項目。其中自定義實驗項目(A級)是學生自擬題目、自選實驗方案,通常都是采用先進的芯片,針對電子設計競賽開展的專題模塊設計與制作,如集成調頻接收機的設計、高頻鎖相信號源的設計等,具有一定的挑戰性,為能力強的學生提供了一個高端出口,這類題目通常得到支持。

  為充分保證課程設計的培養目標得到實施,基于“一提二指導三牽引”思路,課題組2012年提出“項目式過程質量控制方法”,如圖1所示。“一提”是指對課程設計提出明確的技術指標要求,如對發射機提出發射功率、整機效率、調制指數等技術指標要求,對接收機提出接收機靈敏度、接收機選擇性等技術指標要求;“二指導”是指課內指導和課外指導,課內指導多在前導課和計劃內學時實施,課外指導是學生課外科技活動指導,可能涉及“超綱”問題,涉及學生感興趣的問題,可以挖掘學生的潛能;“三牽引”是指“科研項目”思維牽引、工程實踐能力牽引、創新研究能力牽引。

  2項目式過程質量控制的實施

  2.1“項目”立題

  “項目”立題是引導學生進行“項目式”研究的第一環,立題必須科學嚴謹,要提出明確的“項目”技術指標要求。技術指標的提出不應僅僅局限于理論教學范疇,還應貼近工業實踐,與實際應用接軌。課程設計提供的4個綜合設計性實驗項目,分別為調幅發射系統的設計、調頻發射系統的設計、調幅接收系統的設計、調頻接收系統的設計,內容已基本覆蓋了理論課程知識點,發射系統提出發射頻率、發射功率、整機效率等技術指標,接收系統提出接收頻率、選擇性、靈敏度等技術指標。

  實驗立題時,就定位于將通信電子線路課程設計建設成真正意義上的系統設計型實驗,實驗中碰到的問題都是實際項目所面臨的問題,實驗內容不僅僅涉及通信電子線路課程,還涉及模擬電子技術及射頻技術,有的問題甚至超越了理論課程范疇,對教師的教學科研能力提出了很高的要求。

  2.2前導課

  由于課程設計是要求學生自主完成“項目”(一人一組),學生面對“項目”時會難以入手,因此設置前導課(不占學時)就顯得必要了。所謂前導課是在開課之前集中講授60~90分鐘,有兩個意義,一是講設計概論,教給學生設計思路;二是講自主式項目學生要做好哪些準備工作。前導課內容重要,要求每個學生必須到位。開學之初,課程組教師分別為16個班480名學生集中講授前導課,學生都如約而至,認真聽課做記錄,課后還和教師展開交流與咨詢。通過前導課向學生引入系統的概念,分析一個項目完成的思維方法,引導學生培養科學的“科研項目”思維,首先根據技術指標要求,設計電路,并采用EDA軟件論證設計的合理性,然后焊接、調試電路,進而改進電路,提高系統的技術指標要求。在前導課中要求學生應該根據個人情況選擇適合自己難度的選題,獨立完成項目,鍛煉個人實踐能力。

  2.3“項目”設計

  1)確定選題。按照實驗分級化的思路,每次實驗至少會有A、B、C難度不同的選題,學生可根據自己的實際情況選擇。2)制定設計方案。根據選題要求的技術指標,完成電路原理圖的設計和元件參數的計算。3)EDA仿真論證設計的合理性。對設計完成的電路原理圖,利用Multisim軟件進行仿真,驗證所設計電路是否夠滿足設計要求,進一步優化設計[9];同時也使學生熟悉EDA工具軟件。這一點很重要,因為有些用人單位很看重學生是否會使用仿真工具,因此仿真成為學生需要掌握的一項基本技能。4)撰寫完成設計報告,自擬實驗步驟,設計實驗測試表格,完成預習思考題,列出元件表等。課程提出明確要求,沒有仿真電路、設計報告不能上實驗課。

  2.4實驗操作

  進入實驗室焊接、調試電路是鍛煉學生實踐能力的重要一環。指導教師要嚴格要求,鼓勵學生獨立自主完成實驗,對于實驗過程中學生碰到的問題給予啟發式指導,引導學生自己分析問題、解決問題。技術指標是評價學生完成情況的重要依據,因此針對學生測試數據及技術指標完成情況,指導教師可探究性提出一些改進方案,引導學生進一步改進設計,研究如何提升系統技術指標。這個過程可促使學生理論結合實踐,對學生能力提升有很大意義。學生完成實驗操作后,實驗數據須交指導教師當場簽字。由于是一人一組獨立完成實驗項目,學生在期間很少出現隨便走動、交頭接耳的情況,現場秩序井然。當然,由于題目難度較大,或者學生自愿選擇指標更高的項目,我們不要求一定在16學時完成,超學時不影響成績,實驗室開放運行,學生可隨時進入實驗室,創造了自主實驗、研究問題的氛圍。

  2.5成績評定

  如何對學生的實驗情況進行很好的評定,如何對每個學生給出客觀、公正的實驗成績,從而保證實驗教學效果,一直是實驗課程的難題。目前課程設計成績評定由設計報告(25)、實驗操作(60)、總結報告(15)3部分組成。2.5.1實驗報告實驗報告整體包含設計報告和總結報告兩部分。針對設計報告和總結報告,課程組已提出統一格式要求和評分標準,實驗電路參數設計、實驗數據處理、實驗結果分析3部分在報告成績占較大比值。

  2.5.2“項目”驗收統一教學考核指標,嚴把“項目式”驗收關,通過考核“逼迫”學生進行研究性實驗,是項目式過程質量的關鍵。目前課程組有5位教師,如何避免教師個人差異對教學效果造成的影響一直是課程組思考的問題。基于課程組情況,嚴把實驗出口關(實驗考核)是最為可行的方式,即不論實驗教師是誰,對學生考核要求是統一的,達到基本要求才能過關(教學“合格品”把關,底線),根據技術指標情況比拼優秀(教學“高質量品”把關,提升),激發優秀學生開展真正“項目式”研究。

  針對實驗操作考核,課程組提出研制一體化通信測試平臺,可以快速、標準化地測量學生實驗完成的技術指標情況,可明顯提高實驗效率,為實驗成績的評定提供一個客觀、統一標準。另外,課程組在實驗成果的驗收手段上進行了改革,制作了相應的發射機和接收機用來檢驗學生的實驗成果,不論是做發射系統的學生還是做接收系統的學生,不僅有實驗數據和波形,還可親耳聽到自己制作的接收機或發射機所收發的音樂,使學生有了實驗的成就感,提高了學生實驗的興趣,這種教學方法在學生中受到了好評。

  2.6競賽“項目”延伸學習

  由于課程設計學時有限,通過計劃內學時只能向學生引入“科研項目”思維,讓學生對科研項目過程有一定認識和感受。為了充分培養學生工程實踐能力,學校建設了全開放自助式實驗室,實驗室提供必要的儀器及基本元器件,學生可以進入實驗室完成科研立項及競賽項目。課題組教師非常重視學生的后續培養,積極鼓勵和支持學生參與大學生電子設計競賽。在電子設計競賽準備期,課題組教師指導學生制作低噪聲放大器、寬帶放大器、混頻器、直接頻率合成信號發生器等通信電路模塊,設計完成更高性能指標的發射接收系統。通過參與電子設計競賽,學生的工程實踐能力、創新能力都有了很大的提高。在歷年的大學生電子設計競賽中,課題組教師指導學生完成通信電路方向的選題,競賽成績都穩居黑龍江省第一,多次獲全國大學生電子設計競賽一等獎和二等獎。

  3結束語

  課程組以培養“卓越工程師”為導向深化課程內容和教學模式建設,經過4年教學實踐,基于“一提二指導三牽引”理念,提出“項目式過程質量控制方法”,構建了一個標準化的課程設計教學模式。通信電子線路課程設計的開設培養了學生項目研究思維,切實提高了學生工程實踐能力、創新能力,受到了學生一致好評。學生馬春華在課程總結中寫到“高頻電子線路課程設計讓我體驗了一個項目的開展過程,整個過程下來自己學會了很多東西,特別是開拓了自己思維,收獲很大”。

  學生王巨震在課程總結中寫到“課程設計的項目式要求激發了我的實驗欲望,通過一步步提高技術指標,讓我體會到了實驗的成就感,讓我知道以后如何開展科研項目,希望實驗課程都能這樣”。通信電子線路實驗課程在2013年和2015年都獲評為“哈爾濱工程大學實驗示范課程”,給我校其他課程設計類課程的開設提供了一個很好的借鑒。希望課程建設成果也能為全國其他高校課程改革提供一定借鑒和幫助!

  參考文獻

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  [2]馬英.高頻電子線路實驗箱利弊的思考[J].實驗科學與技術,2007,5(2):87.

  [3]王冬霞,周軍,謝文閣,等.以培養“卓越工程師”為目標創新電子信息類人才培養模式之課程體系建設[J].遼寧工業大學學報,2014,16(6):90-91.

  [4]于衛,張正華,胡學龍.面向卓越工程師培養的電子技術教學研究與實踐[J].武漢大學學報,2015,58(s2):21-24.

  [5]趙同剛,劉樂.以卓越工程師為目標驅動人才培養方式的改革[J].實驗技術與管理,2015,32(1):164-166.

  [6]李厚杰,劉巖川,趙繼印,等.通信電子線路“滲透式”立體化實驗教學模式的構建[J].實驗技術與管理,2011,28(1):134-136.

  [7]廖宇,郭黎.通信電子線路實踐教學改革的研究與探索[J].通信與信息技術,2012(6):80-81.

  [8]毛紅艷.“通信電子線路”實踐教學改革的思考與實踐[J].中國電力教育,2012(14):97.

  [9]唐路,苗澎,田玲.Multisim在“通信電子線路”實驗教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2012,34(5):64-66.

  [10]宮芳.高頻電子線路實驗教學模式的探索[J].實驗室科學,2005(1):18-19.

  [11]宮芳,高敬鵬.“高頻電子線路”研究性教學的探索與實踐[J].中國電力教育,2010(25):106-107.

  [12]宮芳.高頻電子線路實驗課程研究性教學的探索[J].北華航天工業學院學報,2009(19):11-12.

  作者:侯長波 蔣良茂 單位:哈爾濱工程大學信息與通信工程學院

  推薦閱讀:《信息與控制》(雙月刊)曾用刊名:(自動化)1972年創刊,主要報道信息、控制與系統技術的開發性研究成果及其在我國各個領域的應用成果。

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