“电子系统综合设计”课程建设探索

吴大鹏，黄沛昱

(重庆邮电大学1.通信与信息工程学院，2.光电工程学院，重庆400065)

0 引言

当今，我国许多用人单位对电子类相关专业的学生提出了更高的要求:第一，要有扎实的专业基础知识，如“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“单片机原理”和“可编程逻辑器件”等主要课程知识[1];第二，要具有能够设计完成综合性、工程性项目的能力，能够综合运用知识，能够分析解决工程实际问题;第三，能紧跟电子产业的发展，使用各类先进软硬件，具有快速自学的能力。

我们发现许多学生虽然参与了电子类科技文化活动，特别是全国大学生电子设计竞赛，但是他们的基本能力还有待提升。大多数学生还不具备将所学知识综合运用、分析解决问题的能力[2]。而针对少部分学生的竞赛短期培训既不能快速有效地提高其能力，也不能使大面积学生受益[3]。

我们项目组以电子设计竞赛为契机，结合在教学、竞赛培训中发现的问题及经验，从2010年开始实行多项改革，以培养学生综合实践能力为目标，构建了现代电子技术课程体系，重点建设“电子系统综合设计”课程。

1 建立现代电子技术课程体系

我校从研究涉及现代电子技术的各课程间关联出发，调整了课程教学内容;既考虑课程间前后的衔接，重视专业基础课程;又考虑电子信息技术飞速发展的大环境，引入新技术，构建的多层次现代电子技术课程体系如图1所示。

图1 电子技术课程体系

课程体系以先修课程“电子电路”和“数字电路”为基础，以EDA、单片机、DSP及嵌入式系统为骨架，以电子系统综合设计为目标。

(1)EDA基础阶段对应的课程是“可编程逻辑器件与应用”，要求学生熟练掌握原理图设计方法和VHDL语言程序设计;EDA提高阶段对应的课程“电子设计自动化”，在学生已学习基本可编程逻辑器件设计的基础上，一方面增加其在通信领域、DSP领域的应用，使课程知识向专业延伸，另一方面，增加PCB制板等知识，完善EDA广义定义;

(2)单片机硬件准备阶段对应第3学期单片机最小系统板制作的课程设计，在此基础上第4学期利用该板进行模块实践，第5学期完成小系统设计;

(3)“DSP原理与应用”课程讲授DSP处理器的结构、编程、开发软件及其基本应用开发，培养学生运用DSP解决实际问题的能力;

(4)“嵌入式系统开发与设计”课程要求学生掌握嵌入式系统的分析与设计方法，嵌入式操作系统开发应用和嵌入式网络技术，培养学生能够进行实际系统的设计与分析。

在综合上述各门课程的基础上，我校新开设了面向全校的“电子系统综合设计”实践性课程，其目的是使学生能将已学过的模拟电路、数字电路、单片机以及可编程逻辑器件等知识综合运用于电子系统的设计中，从而培养他们具有综合应用及电子系统设计分析的能力。该课程是对现有课程体系的完善和补充，能够帮助学生扩展视野，提升他们综合动手实践能力。

2 “电子系统综合设计”课程建设

2.1 构建分层式教学内容

“电子系统综合设计”课程教学内容分为基础和提高两个层次，具体教学内容见表1所示。基础层面向全校学生开放，目的在于拓宽学生视野，提升综合运用知识的能力。提高层针对部分有兴趣、有能力的学生开放，主要围绕两个先进控制技术展开:片上系统PSoC和低功耗单片机MSP430，并以此为核心串接模电和数电等其它主要知识，进一步提升学生电子系统的设计能力。

表1 “电子系统综合设计”课程教学章节内容

2.2 打破传统理论和实验授课的界限

“电子系统综合设计”课程打破了传统理论课程与实践课程的授课形式，不再将其狭义的定义为单纯的理论或实验课，而是一门研讨型实践课程。它融合了如下多种教学方法。

(1)对于重要知识点，电子系统的组成与结构、电子系统的设计方法、常用电子元器件和常用微控制器等采用教师授课的形式;

(2)对于电源设计、信号源设计、信号的获取与调理等采用课题讲座与自主学习、设计实践相结合的形式;

(3)对于课题作业则采用设计实践、演讲讨论和答辩验收的形式进行。

我们在此基础上，还开设了课程设计“电子系统综合实训”。采取自主选择课题、教师批准的形式，完成电子系统的设计与制作，充分发挥学生的自主性，提升其综合实践动手能力。

科学的教学内容，有效的教学手段能够保证学生能力的培养，提升知识综合运用能力、系统设计能力、分析能力、工程实践能力、创新能力、自学能力和团队协作能力等。

2.3 将PSoC引入本科教学

我们结合现代企业的需要，紧跟电子技术发展，自制PSoC实验开发平台，将其引入本课程及至全校本科教学。采用PSoC系统，能够快速让学生建立起系统的概念，然后采用逐级细化的方法，将系统设计过程中遇到的问题分化出来逐一解决[4]。PSoC实验平台采用核心板和母板分离式的结构，配置PSoC3和PSoC5两块核心板。核心板可以根据需求更换，也可以取下用于二次实验开发或者产品生产。母板如图2所示。

图2 PSoC实验系统母板

同时，我们还编写了配套实验教材，积极开发新颖、实用的各类实验项目。通过PSoC实验开发平台和指导教材的建设，既有利于促进师资队伍的成长，又有利于学生能力的培养。

2.4 与电子设计竞赛结合

全国大学生电子设计竞赛的各类试题是既有理论分析，又有综合性的实践，已成为指导高校教学改革，检验学生能力的有效手段[5]。

“电子系统综合设计”课程与这项竞赛紧密结合，旨在实现课赛结合和以赛促教的目的。一方面，由于电子设计竞赛的试题反映了电子技术的先进水平，可根据试题变化了解最新发展趋势，及时总结更新课程教学内容。另一方面，将课程考核结果作为选拔校级竞赛队伍的条件之一。本课程基础阶段面向全校学生开放，考核合格者可获得学分，其中优秀者可进入提高阶段继续学习。提高阶段考核合格者具有进入校级竞赛队伍的条件。

虽然竞赛集中培训只能针对少数优秀学生，但是通过课赛结合和以赛促教的方式，既能够保证教学内容的科学性和前沿性;又能够提升广大学生的综合实践动手能力，扩大学生视野，帮助优秀学生脱颖而出;还能够有效解决竞赛短期集训不能大幅提升能力的问题。

3 结语

“电子系统综合设计”课程作为我校现代电子技术课程体系的完善，已写入培养方案，其目标是培养学生综合实践能力。经过两年的建设探索，目前已初有成效，能够较好地提升学生能力。良好的训练使得学生具备基本的工程实践能力，学生已在各项科技活动中频频获奖。

[1]冯月芹，宗慧.电子系统综合设计能力培养的创新与实践[J].北京，中国电力教育，2012，(11):31-32.

[2]姚有峰，张斌，聂丽.从电子设计竞赛谈实践教学改革与创新能力的培养[J].上海，实验室研究与探索，2009，28(9):140-142.

[3]刘乔寿，黄沛昱.电子信息类开放实验教学模式探索与实践[J].上海，实验室研究与探索，2013，32(7):157-160，201.

[4]丁仁伟，邢冰冰，王继业.基于PSoC技术的实践教学探索[J].北京，实验技术与管理，2013，30(6):105-106，128.

[5]王越，韩力等.大学生电子设计竞赛的开展与学生创新能力的培养[J].北京，中国大学教学，2005(10):4-6.