“電子系統綜合設計”課程建設探索

吳大鵬，黃沛昱

(重慶郵電大學1.通信與信息工程學院，2.光電工程學院，重慶400065)

0 引言

當今，我國許多用人單位對電子類相關專業的學生提出了更高的要求:第一，要有扎實的專業基礎知識，如“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“單片機原理”和“可編程邏輯器件”等主要課程知識[1];第二，要具有能夠設計完成綜合性、工程性項目的能力，能夠綜合運用知識，能夠分析解決工程實際問題;第三，能緊跟電子產業的發展，使用各類先進軟硬件，具有快速自學的能力。

我們發現許多學生雖然參與了電子類科技文化活動，特別是全國大學生電子設計競賽，但是他們的基本能力還有待提升。大多數學生還不具備將所學知識綜合運用、分析解決問題的能力[2]。而針對少部分學生的競賽短期培訓既不能快速有效地提高其能力，也不能使大面積學生受益[3]。

我們項目組以電子設計競賽為契機，結合在教學、競賽培訓中發現的問題及經驗，從2010年開始實行多項改革，以培養學生綜合實踐能力為目標，構建了現代電子技術課程體系，重點建設“電子系統綜合設計”課程。

1 建立現代電子技術課程體系

我校從研究涉及現代電子技術的各課程間關聯出發，調整了課程教學內容;既考慮課程間前后的銜接，重視專業基礎課程;又考慮電子信息技術飛速發展的大環境，引入新技術，構建的多層次現代電子技術課程體系如圖1所示。

圖1 電子技術課程體系

課程體系以先修課程“電子電路”和“數字電路”為基礎，以EDA、單片機、DSP及嵌入式系統為骨架，以電子系統綜合設計為目標。

(1)EDA基礎階段對應的課程是“可編程邏輯器件與應用”，要求學生熟練掌握原理圖設計方法和VHDL語言程序設計;EDA提高階段對應的課程“電子設計自動化”，在學生已學習基本可編程邏輯器件設計的基礎上，一方面增加其在通信領域、DSP領域的應用，使課程知識向專業延伸，另一方面，增加PCB制板等知識，完善EDA廣義定義;

(2)單片機硬件準備階段對應第3學期單片機最小系統板制作的課程設計，在此基礎上第4學期利用該板進行模塊實踐，第5學期完成小系統設計;

(3)“DSP原理與應用”課程講授DSP處理器的結構、編程、開發軟件及其基本應用開發，培養學生運用DSP解決實際問題的能力;

(4)“嵌入式系統開發與設計”課程要求學生掌握嵌入式系統的分析與設計方法，嵌入式操作系統開發應用和嵌入式網絡技術，培養學生能夠進行實際系統的設計與分析。

在綜合上述各門課程的基礎上，我校新開設了面向全校的“電子系統綜合設計”實踐性課程，其目的是使學生能將已學過的模擬電路、數字電路、單片機以及可編程邏輯器件等知識綜合運用于電子系統的設計中，從而培養他們具有綜合應用及電子系統設計分析的能力。該課程是對現有課程體系的完善和補充，能夠幫助學生擴展視野，提升他們綜合動手實踐能力。

2 “電子系統綜合設計”課程建設

2.1 構建分層式教學內容

“電子系統綜合設計”課程教學內容分為基礎和提高兩個層次，具體教學內容見表1所示?；A層面向全校學生開放，目的在于拓寬學生視野，提升綜合運用知識的能力。提高層針對部分有興趣、有能力的學生開放，主要圍繞兩個先進控制技術展開:片上系統PSoC和低功耗單片機MSP430，并以此為核心串接模電和數電等其它主要知識，進一步提升學生電子系統的設計能力。

表1 “電子系統綜合設計”課程教學章節內容

2.2 打破傳統理論和實驗授課的界限

“電子系統綜合設計”課程打破了傳統理論課程與實踐課程的授課形式，不再將其狹義的定義為單純的理論或實驗課，而是一門研討型實踐課程。它融合了如下多種教學方法。

(1)對于重要知識點，電子系統的組成與結構、電子系統的設計方法、常用電子元器件和常用微控制器等采用教師授課的形式;

(2)對于電源設計、信號源設計、信號的獲取與調理等采用課題講座與自主學習、設計實踐相結合的形式;

(3)對于課題作業則采用設計實踐、演講討論和答辯驗收的形式進行。

我們在此基礎上，還開設了課程設計“電子系統綜合實訓”。采取自主選擇課題、教師批準的形式，完成電子系統的設計與制作，充分發揮學生的自主性，提升其綜合實踐動手能力。

科學的教學內容，有效的教學手段能夠保證學生能力的培養，提升知識綜合運用能力、系統設計能力、分析能力、工程實踐能力、創新能力、自學能力和團隊協作能力等。

2.3 將PSoC引入本科教學

我們結合現代企業的需要，緊跟電子技術發展，自制PSoC實驗開發平臺，將其引入本課程及至全校本科教學。采用PSoC系統，能夠快速讓學生建立起系統的概念，然后采用逐級細化的方法，將系統設計過程中遇到的問題分化出來逐一解決[4]。PSoC實驗平臺采用核心板和母板分離式的結構，配置PSoC3和PSoC5兩塊核心板。核心板可以根據需求更換，也可以取下用于二次實驗開發或者產品生產。母板如圖2所示。

圖2 PSoC實驗系統母板

同時，我們還編寫了配套實驗教材，積極開發新穎、實用的各類實驗項目。通過PSoC實驗開發平臺和指導教材的建設，既有利于促進師資隊伍的成長，又有利于學生能力的培養。

2.4 與電子設計競賽結合

全國大學生電子設計競賽的各類試題是既有理論分析，又有綜合性的實踐，已成為指導高校教學改革，檢驗學生能力的有效手段[5]。

“電子系統綜合設計”課程與這項競賽緊密結合，旨在實現課賽結合和以賽促教的目的。一方面，由于電子設計競賽的試題反映了電子技術的先進水平，可根據試題變化了解最新發展趨勢，及時總結更新課程教學內容。另一方面，將課程考核結果作為選拔校級競賽隊伍的條件之一。本課程基礎階段面向全校學生開放，考核合格者可獲得學分，其中優秀者可進入提高階段繼續學習。提高階段考核合格者具有進入校級競賽隊伍的條件。

雖然競賽集中培訓只能針對少數優秀學生，但是通過課賽結合和以賽促教的方式，既能夠保證教學內容的科學性和前沿性;又能夠提升廣大學生的綜合實踐動手能力，擴大學生視野，幫助優秀學生脫穎而出;還能夠有效解決競賽短期集訓不能大幅提升能力的問題。

3 結語

“電子系統綜合設計”課程作為我?，F代電子技術課程體系的完善，已寫入培養方案，其目標是培養學生綜合實踐能力。經過兩年的建設探索，目前已初有成效，能夠較好地提升學生能力。良好的訓練使得學生具備基本的工程實踐能力，學生已在各項科技活動中頻頻獲獎。

[1]馮月芹，宗慧.電子系統綜合設計能力培養的創新與實踐[J].北京，中國電力教育，2012，(11):31-32.

[2]姚有峰，張斌，聶麗.從電子設計競賽談實踐教學改革與創新能力的培養[J].上海，實驗室研究與探索，2009，28(9):140-142.

[3]劉喬壽，黃沛昱.電子信息類開放實驗教學模式探索與實踐[J].上海，實驗室研究與探索，2013，32(7):157-160，201.

[4]丁仁偉，邢冰冰，王繼業.基于PSoC技術的實踐教學探索[J].北京，實驗技術與管理，2013，30(6):105-106，128.

[5]王越，韓力等.大學生電子設計競賽的開展與學生創新能力的培養[J].北京，中國大學教學，2005(10):4-6.