1研究現狀、不足及意義
 

1.1研究現狀及不足分析
 

重慶大學通信工程專業的電子技術實驗精品課構建了一套電子技術綜合實驗教學體系，該體系包含基礎性的電子技術實驗教學和提高性的實驗教學，并在后者中引入了EDA綜合設計。成都電子科技大學電子工程學院專門設立了名為“電子技術綜合實驗”的基礎實驗課程，重點培養學生模電、數電、電路與系統、數字信號處理、單片機控制、EDA技術等多門課程的綜合應用與綜合設計能力。通信、電子等硬件類專業都在著手構建電子技術綜合教學體系，而目前國內眾多的軟件學院中，還沒有一所提出構建“軟件學院電子技術綜合實驗教學體系”的教學改革活動。北京大學將軟件工程與微電子兩個專業放在同一學院辦學，但也沒有面向軟件工程、網絡工程、嵌入式等多專業的模擬與數字電路實驗課程。因此，大連理工大學軟件學院構建“軟件學院電子技術綜合實驗教學體系”的教學改革實踐能夠起到“示范性”的作用。
 

1.2研究意義
 

軟件學院的辦學宗旨基于“精英型軟件人才”的培養目標，因此一般軟件學院通常開設軟件工程和網絡工程兩個專業方向，大連理工大學軟件學院為了強化“精英型軟件人才”的培養目標，在本科二年級開設了嵌入式和物聯網兩個專業方向，學生要學習這兩個方向必須具備很好的硬件基礎，這也是我們面向本科學生開設電子技術綜合實驗課程的原因之一。很多人認為，軟件學院的學生只要學好軟件即可，學習硬件沒什么用處，因此建議從培養計劃中取消電子技術基礎教學。但根據以往的經驗，硬件知識扎實的學生畢業后很容易自學軟件開發，而僅會軟件開發的學生很難靠自學熟練掌握底層硬件知識。很多軟件學院在培養計劃中取締電子技術綜合實驗教學但保留了計算機組成原理這一硬件課程。組成原理的知識很抽象，作為計算機組成原理前導課程的電子技術基礎如果沒有學好，會影響后續課程的學習。在軟件學院的教學建設中普遍存在硬件綜合實踐環境建設不足、教師引導不夠等現象，導致學生僅對開發工具、數據庫、計算機網絡等課程感興趣，而對硬件技術及其應用研究望而生畏，這對培養高水平、高素質、應用性示范性軟件人才是極為不利的。
 

2構建課程體系教學模型
 

根據現代教育理念和創新要求，學院電子技術實驗教學課題組積極探索實驗教學的新技術、新方法和新手段，采取分層次、分階段、循序漸進的模式，由淺入深、從簡單到綜合，以基礎實驗教學為主，輔以開放式提高性實驗教學；通過開放式教學，鼓勵學生自主立項，充分調動學生的積極性和主動性，并激發學生的創造性。構建電子技術綜合實驗教學體系如圖1所示。新構建的電子技術綜合實驗教學體系以基礎模擬實驗教學和基礎數字電路實驗教學為主，以開放式實驗課程為輔，其中3門開放式實驗課程（單片機硬件電路實驗、通信原理硬件實驗、FPGA編程實驗）作為提高性、綜合性實驗來培養高水平硬件人才。實驗園地建設能夠為開放式實驗課程提供更多的教學素材，豐富課堂內容，激發學生學習硬件的興趣。虛擬實驗儀器教學響應全球各大高校提出的“足不出戶上大學”的號召，借助虛擬實驗儀器，讓學生通過網絡完成理論學習和實驗操作，這是軟件學院電子技術綜合實驗體系獨有的特點。開放式電路實驗教學由單片機硬件原理實驗、FPGA編程和通信原理實驗3門課程構成，主要從組織形式、實驗內容以及考核方式等方面進行改革創新，體現了辦學的靈活性，有益于培養學生的創新能力。
 

3課程體系建設
 

構建電子技術綜合實驗課程體系主要從教學內容、教學手段和考核方式等方面入手，具體體現在實驗園地建設、虛擬實驗教學平臺建設、開放式實驗教學建設和實驗考核方式探索建設等。
 

3.1實驗園地建設
 

建設電子技術綜合實驗園地是本課題要實現的基礎目標，是構建學院電子技術綜合實驗教學體系的基礎。實驗園地的所有素材由實驗教師承擔建設，素材建設應針對不同水平的學生，形成驗證性、設計性、綜合性等層次化實驗教學。實驗園地建設分為以下幾大組成部分。
 

1)實驗基本技能訓練園地。實驗基本技能訓練園地主要包括：查找參考資料完成實驗預習；總結實驗報告的書寫要求；電路設計仿真軟件的使用方法；單片機原理硬件實驗中嵌入式C、匯編語言集成開發環境的使用；FPGA設計中VHDL、Verilog的ISE集成開發環境的使用；電路板原理圖、PCB板圖的設計；電路焊接的基本技能等。
 

2)專用儀器設備園地。參考設備使用說明書和設備介紹課件指導學生學習如何使用示波器、萬用表、函數信號發生器、電子技術實驗箱等設備。
 

3)基礎模擬與數字電子技術實驗園地。按照基礎模擬與數字電子技術通用的理論教學，實驗園地可分為常用電子元器件、模擬電路模塊、數字邏輯和數字電路模塊以及可編程邏輯器件模塊四大模塊。
 

4)演示實驗教學園地。演示實驗教學園地分為實物演示實驗教學、虛擬儀器實驗和電路仿真實驗三大模塊。演示教學園地由各個模塊的演示視頻組成，虛擬儀器實驗教學演示介紹虛擬實驗儀器的使用；仿真實驗教學演示展示采用EDA仿真實驗結果，并與實際電路結果進行比對，驗證正確性。
 

5)提高性實驗園地。提高性實驗園地的建設是構建“電子技術綜合實驗教學體系”的關鍵，是將電子技術綜合實驗教學與軟件學院的教學體系和培養目標聯系起來的重要環節，體現硬件實驗教學的重要性和關聯性。
 

3.2虛擬實驗教學儀器研發
 

虛擬實驗教學儀器的研發響應教育部提出的積極推廣大規模開放式網絡教學平臺的號召，實現“足不出戶上大學”的遠程在線教育模式。虛擬實驗教學平臺采用C/S架構，用戶可通過本地客戶端選擇登錄的角色（包括學生、教師和管理員），輸入學號、姓名和密碼連接遠程服務器。連接遠程服務器之后，用戶可以根據自己的電路設計進行電路搭建。每一個電子元器件都被設計成控件，可采用拖拽的方式搭建電路。該軟件支持視圖的切換，點擊元器件圖標可以從電路整體視圖切換到該元器件的單獨視圖。
 

3.3開放式實驗教學
 

開放式實驗教學主要包含單片機硬件實驗、FPGA編程硬件實驗和通信原理硬件實驗3門課程。3門實驗課以“開放式”實驗為依托，以項目驅動模式進行，學生自行分組，根據興趣自選題目，然后上報任課教師；通過教師審核后，學生開始實施項目，根據項目需求購買相關的電子元器件實現項目設計。開放式課程的教學方式不拘泥于“先理論教學，然后實驗驗證”的傳統模式，而是采用“先實驗，后理論”的方式，讓學生帶著實驗驗證的結果和實驗中遇到的問題去聽理論課。開放式課程的考核采用分組答辯的形式，學生借助PPT講解自己的設計，配合實物演示，任課教師對整個過程進行綜合評分。
 

3.4實驗考核方式
 

針對目前電子技術課程考核方式存在的不足，該實驗教學采取考試考核方式。題目采用A、B卷形式，考試題目是六路流水燈的設計與實現，A卷和B卷的實驗結果是一樣的，但采用了不同的芯片組，核心芯片74HC161、74HC154、74HC00、74HC106和CD4050都一樣，而與非門芯片分別采用74HC10和74HC20。考試總共分為兩個階段，第一階段學生閱讀試卷，并根據實驗要求和提供的芯片組進行設計，第二階段學生參考設計好的電路圖，借助導線將元器件搭建起來，使用示波器觀察現象，并在實驗箱的八位邏輯電平顯示區域觀察實驗結果。考試的最終成績包括設計和實驗操作兩部分：設計按點評分，每個設計點都事先規定具體的分數；實驗操作根據完成實驗的快慢分等級，而未完成實驗的同學，則根據完成電路的部分給分，電路的每一部分都事先規定具體分數。
 

4結語
 

目前，實驗園地已經基本建設完成，隨著課程的進行將不斷完善，學生借助實驗園地更快地進入狀態，大大縮短了實驗課堂上的講課時間；學生通過虛擬平臺提前在PC上模擬搭建實驗電路，提高了預習效果，加快了完成規定實驗內容的速度，留有更多時間深入研究選做內容；在電子技術開放實驗課中，學生自己選題，設計、制作實現時鐘、電子琴等，培養了操作能力和創新能力；考試考核方式提高了評估學生能力的準確性。不過，在具體實施過程中我們發現，初期方案存在一定的不足，虛擬實驗教學儀器功能仍需完善，許多實施細節將是下一步的研究探索重點。
 

作者：遲宗正 于成 高新巖 劉旸 李大奎 單位：大連理工大學軟件學院