电子实验室创建与监管方法范文

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1电子设计创新实验室建设的时代背景

21世纪是知识经济的新时代,我国高等教育面临着人才培养模式的挑战。只有加强创新教育,培养具有创新意识、创新精神、创新能力的高素质人才,才能实现科教兴国的战略目标,才能适应社会经济与科技发展的需要[1]。由于企业的改制,高校学生的规模不断扩大,社会提供给学生实习的机会却越来越少,寻求在企业进行实习的难度越来越大,一年一度的学生实习越来越趋向形式化。据电子英才网的一份调查报告显示,当前中国IT企业最缺乏的两类人才是高端技术人才和复合型工程人才。高端技术人才是指掌握前沿技术或者具备综合素质的人才;复合型工程人才是指既懂技术又懂管理,或者既有很强的技术背景又具有敏锐市场意识的人才。在通讯行业,无线数据应用开发的人才和网络优化工程师将成为近年的热门人才。在研发领域,软硬件知识结合的综合型人才是最受欢迎的,很多公司的主设计师就是硬件工程师在进修软件设计后成长起来的复合型人才。企业对电子学科毕业生的要求也愈来愈高,不仅要求他们具备较扎实的理论功底,更要求他们具备常用软、硬件的应用与实际开发能力,能在激烈的市场竞争中发挥重要作用。

然而目前高校毕业生表现出的实践动手能力与用人单位要求存在较大差距,这种矛盾推动着高校教学模式的改革。这种改革必须以社会需求为导向,以专业技术应用能力和专业素质培养为主线,以优化专业教学内容和课程体系为重点,加强专业教材建设、教师队伍建设和实践教学基地建设,逐步形成特色鲜明的学校办学模式[2],通过理论和实践相结合,把学生培养成有扎实的专业知识、熟练的实践能力,能够适应电子、机电行业中各种技术岗位的创新应用型技术人才。创新的源头在于实践。各个高校需要努力创造条件,建设创新实验室,使学生能有更多的实验机会、更多的实验空间。近年来,浙江大学、南京理工大学、清华大学、华南理工大学等知名高校投入数百万资金建设“电子设计创新实验室”即是这种改革的一种尝试。创新性实验教学是我国教育改革发展史上一个新的里程碑,也是当今创新教育领域的一个新亮点。地处边远少数民族地区的兴义民族师范学院,是一所以师范教育为主,适当拓宽非师范专业的综合性学院。为了提高学生的综合素质和实践能力,在经费严重不足的情况下,学院利用现有的实验室条件和师资力量,把培养学生工程应用能力、实践动手能力、分析解决实际问题能力落到实处。学院物理与电子科学系通过探索与实践,按教师主导、学生自主、完全开放的模式进行了电子创新实验室的建设,为学生提供基本功训练和软硬件自主实践的条件,使学生在校期间能够不间断地获得创新实践的锻炼。

2电子设计创新实验室建设方案

2.1建设宗旨

创新实验室建设旨在培养学生的独立动手能力、综合分析问题并解决问题的能力、信息的收集和整理能力、团结协作能力和创造性思维能力。电子设计创新实验室的建设要符合综合性、新颖性、实用性的原则,实验设备既要能完成单一性质的实验,更要能够满足电子类的综合性、设计性实验项目的要求。创新实验室是自主性实验室,学生可以自己提出设计及实现方案,充分调动学生自主实验的积极性和创新性[3]。

2.2建设目标

电子设计创新实验室的建设,目的在于培养学生的工程实践能力,为他们的就业、创业打下坚实的基础。电子设计创新实验室的功能包括4方面,分别满足不同阶段、不同层次、不同对象、不同目的的实验需求。(1)电子工艺实践。不仅要将电子工艺实践基地建成一个基础性教学实习基地,而且要建成一个“学研产”一体化的新型实践教学联合体。电子实训重点是学生动手能力训练和基础电子工艺方面,结合电子产品的工艺设计和生产制造进行教学。电子工艺实习以学生自己动手、掌握一定操作技能并定做几种实用产品为特色,将基本技能训练、基础工艺知识和创新启蒙有机结合,为学生的实践能力与创新能力构筑一个基础扎实而又充满活力的实践平台。电子工艺实训包括手工焊接和装配为主的基本操作技能、电子元器件及其互连为主的工艺知识以及电路板设计制作的能力。(2)电子创新设计。满足电子竞赛、毕业设计、教师科研、教师培训的需要。创新实验室对全校师生开放,为全校师生提供电子制作服务,并组织学生开展电子竞赛等课外科技活动。(3)最新技术实训。满足“精英培养”中对实际工程中最新技术的学习需要。对于普通学生而言,“最新技术实训”以扩大视野为目的,使学生了解电子技术发展动态及前沿水平。(4)电子产品设计实践。以电子产品生产为工程背景,通过实践使学生学到电子产品的工艺设计知识,并通过实际制作电子产品,使学生了解电子产品制造过程、熟悉电子产品制造工艺,掌握制作电子产品的一些基本技能,为进一步学习和应用奠定基础。

2.3硬件建设

从电子创新设计流程(见图1)看出,电子设计创新实验室所配置的设备和仪器要能满足电子类综合实验、嵌入式系统的设计开发实验的要求。为了建设电子设计创新实验室,学校提供了250m2实验室专用房,实验室配置的实验设备、工具主要分为以下几类:(1)公用实验测试台。用电源、信号发生器、示波器、虚拟逻辑分析仪等专用测试仪器建成一个公用实验台,以供设计制作测试用。(2)万用表及常用工具。配置了许多万用表及工具,保证每位学生都能借用1套,可一直用到毕业时归还。(3)软件训练和电路仿真实验设备。利用计算机中心更新换下来的40台计算机,组建一个网络化的软件实验室,精心挑选了各类应用软件放在服务器上,还配置了EDA开发系统、DSP开发系统、单片机开发系统等供学生下载使用。(4)硬件实验。主要是采用凌阳SPCE061A精简板套件组装单片机。此板套件价格便宜,由学生自购,教师指导组装。装配过程对学生识别硬件以及学习焊接技术也是一次很好的实践。为了提高学生的硬件知识水平,还配置了DSP学习板、ARM学习板、AVR学习板、USB学习板和可编程逻辑器件学习板,指导学生自制一些模块(如LED灯模块)。(5)PCB板加工实验室。购置了一套东明DM2100B型制板系统,该系统具有制板精度高、成本低、速度快等特点,是一款价格低、性能可靠的制板设备,特别适合实验室开发用。(6)常用电子元器件。购置了一批电阻、电容、电感、三极管、二极管等常用元器件,对这些低值易耗品,实验室无偿提供或仅收取部分成本费。

3电子设计创新实验室的教学管理

创新实验室的教学注重开放和创新,通过综合性、设计性实验,引导学生独立思考、大胆动手,实行做错无过、成功有奖的激励机制来充分激发学生的主动性和创造性,给学生以充分施展个人才能的空间。创新设计就是让学生综合运用所学知识,进行系统分析、调试仪器、排除故障,在实验过程中不断总结积累经验。通过创新设计活动,培养学生实事求是的科学态度、一丝不苟的严谨作风以及面对失败和挫折勇于进取的精神,有利于学生综合素质及创新能力的培养。开放性实验中,学生会提出各种各样的问题,涉及许多新理论、新知识,如设计方案、仪器设备配套、器件选择、实验步骤以及实验数据的处理方案等,这些都要求实验指导教师学习掌握更多的知识和工程实践经验,以适应电子创新设计实验的要求。更为重要的是实验指导教师应有敏锐的观察力和科学的判断力,能够抓住学生的创新思维并给予支持和鼓励,有指导地让学生自己去做、去探索,为今后的创新打下基础[4]。

3.1开放性管理

为了把电子设计实验室建设成培养学生创新与科研能力的基地,给学生提供一个将理论运用到实践中去的舞台,我们采用了开放性的管理模式,不仅是时间和空间上的开放,更是教学内容和教学方式的开放[5-6]。实验室开放给实验室管理增加了许多困难,特别是增加了教师的工作量。我们提倡让学生自我管理,这就要求:(1)进实验室的学生对所使用的设备仪器编号进行登记注册,自己维护、管理;(2)高年级学生带低年级学生,并帮助低年级学生制定学习计划;(3)选取两名高年级学生作为室长,主要负责整个实验室硬件管理与调配、网络资源维护;(4)教师随时检查实验室的运行情况,解决实验室存在的一些问题。这样不但减轻了教师的工作量,也让学生增强了自我管理的意识。

3.2教学目标管理

电子设计创新实验室的教学目的在于提高学生的工程实践能力,真实地进行作品创作。为此,凡是进入创新实验室的学生都要经过以下几个层次的训练:(1)单片机编程训练。要求学生熟练掌握单片机的编程技巧,为嵌入式系统的设计开发打好基础。训练方式是:把单片机开发板和一些模块发给学生,由教师指定要实现的功能和完成时间,由学生自己编程。对不能实现指定功能的,由学生向学习组介绍思路(教师参加),大家讨论并给予帮助。(2)电路仿真软件的使用。这项训练主要要求学生熟练掌握1~2个仿真软件的使用(如multisim、TI-NA),利用这些软件来画原理图,并对原理图进行仿真模拟,以检验自己的设计是否正确。(3)PCB板的设计制作。学生用计算机把电路原理图绘制成线路板图,是实现电子设计制作的关键,PCB板图设计与PCB板的制作尤为重要。通过这样的训练,让学生熟练掌握EDA技术、制板机的使用以及制版工艺流程,为今后的电子设计制作和产品开发打下更好的基础。(4)工程项目的设计训练。主要训练学生如何完成科研项目的申报。首先,由教师给定一些题目,学生以3人为一组自由选题,各组根据选定的题目完成项目申报表。然后,学生把设计方案做成PPT文件,在实验室做演示讲解(答辩),由各小组交流讨论,最后提交给评审组评审。申报的项目通过评审后,由小组完成自己的设计方案,以成品评定成绩。(5)电子设计竞赛的赛前训练。电子设计竞赛要求学生按规定提出设计方案,选择器件、设计电路、调试电路、编写调试程序并进行指标测试,需要学生综合运用模拟电路、数字电路、单片机、接口技术、传感技术、计算机控制、电子测量等课程的知识,也需要使用多种仪器设备,运用多种软件工具[7]。这对于大多数学生来说,尽管在专业知识上没有太大的问题,但完成电子设计竞赛题目,还是有不小难度的。电子设计竞赛的题目是完整的工程项目,需要完整地体现理论和实践的结合,是对学生工程实践能力、创新能力的一次考验。赛前训练可以帮学生理清思路、明确重点、把握方向,即面对参赛题目知道该做什么,该怎么做,使他们能够把学习效果转化为学习成果。电子设计创新实验室的教学模式以开放性实验为主,学生利用空余时间到实验室自主学习,高年级学生帮助低年级学生。学生经过以上几个目标的训练,基本具备产品开发能力,为培养合格人才和学生参加电子设计竞赛奠定了基础。

3.3师资队伍建设措施

建立一支结构合理、素质优良、精干高效的实验指导教师队伍是创新实验室建设与管理的关键,是提高实验教学质量,实现创新实验室建设目标的根本保证[8-9]。由于创新实验室与传统实验室的教学模式不同,创新实验是自主性、开放性实验,每个学生或每个项目组提出的问题均有不同,这对指导教师的知识面以及学术水平、工程实践经验提出了更高的要求,迫使他们提高自己,更好地指导学生的创新实验。要充分发挥设计创新实验室的功能,就要采取有力措施,调动实验教学人员开展实验技术和实验方法研究的积极性、设备功能开发和设备研制的积极性。学院采取了若干激励措施:(1)设立教师“实验技术成果奖”,使优秀的实验技术成果在提高学生动手能力和创新意识方面,在科学研究工作中发挥重要作用;(2)设立“学生创作成果奖”,如果学生或项目组设计制作的作品获得国家级、省级表彰的,给予指导教师一定的奖励;(3)发放课时津贴,凡教师指导10名学生或3个课题组并按计划完成任务的,每学期给予36学时的课时津贴,记入教师业务档案;(4)设立“奖教奖学基金”,每学年进行总结评比,对表现突出的教师和学生给予一定的物质奖励,以鼓励教师、学生进行创新实验。

3.4学生能力的考核

创新设计实验室建立的初衷是要创造条件,调动学生参与的积极性,但是如果没有适当的激励机制和改革措施,不考虑作为实验主体的学生的因素,就很难调动学生参与的积极性。因此,学院把“电子创新设计”作为全校性的选修课,规定凡参加电子设计创新实验室目标训练的学生,经考核合格后给予5学分;参加课题设计的学生,如果所申请的项目经过评审后获得批准,给予2学分,如果按项目计划完成任务的再给予3学分;若项目具有较大的创新性,奖励5学分。电子设计创新实验的方案多种多样,实验结果因方案的不同而不同,因此不能只从结果给予考核,而需要从实验方案的合理性、实验方法的正确性、成果是否达到预期功能要求等多个方面考核。因此要求指导教师对各个实验方案和实验过程进行评判,综合考查各个实验环节后作出成绩评价。

3.5实施网络化管理

创新实验室面对的是全校学生,既有高年级学生,也有低年级学生,学生的专业也不同,使学生管理、教学管理、实验室管理等变得复杂,如果不使用现代化管理手段,很难维持教学秩序。利用校园网建立专门的网站,可以把创新实验室的计算机用网络联接在一起,把各种软件、资料、实验成果等资源放在服务器上,建立完整的开放和创新设计实验项目管理程序[10]。每学年初在网上公布开放和创新设计课题信息,学生可以利用终端,根据自身情况选择参加开放和创新实验项目,或自行申请到创新实验室开展自己提出的项目,实施网上报名和录取,根据预约情况安排指导教师等。

4结束语

通过电子设计创新实验室的教学目标训练,有效地培养了学生的创新能力和工程实践能力,同时也提升了他们自身的素质。这几年来,申请到电子设计创新实验室做实验的学生越来越多,实验室可选择的范围越来越大。经过2~3年的培养训练,优秀的学生可以通过电子设计竞赛这个平台脱颖而出,并影响更多的学生参与到电子设计创新实验室中来。经过电子设计创新实验室训练的学生均具备电子设计、产品开发的基本能力,许多学生被珠江三角洲地区的电子生产企业高薪招聘为电子设计工程师。可以看到,以培养学生创新精神和工程实践能力为目标的创新实验室的建设和创新实验室的使用,在培养学生综合素质和创新能力,以适应经济发展和科技进步等方面将发挥更加重要的作用。