电子技术应用设计实践概述

作者：孟凡宇 单位：中国民航大学基础实验中心

引言

我国经济发展步伐的加快与战略性新兴产业规划的实施，对技术领域与经济领域均带来了机遇与挑战。为了适应新技术发展要求，满足相关行业对人才的大量需求，不少工科重点高等院校都已经开设了电子技术应用设计课程。对于战略性新兴产业而言，该课程是电子信息工程和通信工程领域的实践教学环节，是电子技术基础实验课程的深化和提高。课程设计目的是培养学生综合应用所学基础理论知识指导工程实践的能力，提高学生的创新能力［1］。从电子技术类人才的培养趋势看，随着现代电子信息业逐步迈向网络化与全球化，电子业务在不断创新，新的电子产品不断出现，电子产品市场日益国际化，整个电子业的技术更新也面临着前所未有的挑战。适应这一形势变化，经济社会发展对高等教育电子技术专业人才的培养也提出了新的更高的要求。其需要人才熟悉现代电子业务、电子产品设计与运作机制，具备运用数理分析方法和现代电子技术手段分析和解决复杂电子行业类问题的素质和能力，同时还要能够与国际对接［2］。但现实情况是，国内高校所培养出的此领域高级创新型和应用型技术人才仍相对匮乏，表现为大部分学生对于传统设备的运作较为熟悉，但对实务领域前沿技术较为陌生，甚至对一些新型设备闻所未闻，接受过系统理论熏陶且了解融合前沿技术的新型设备运作的高级应用型人才凤毛麟角。在上述人才需求约束下，我国现有的“电子技术应用设计课程”教学内容能否保证人才培养目标的实现，如何使教学内容的设计更有益于目标的实现，则是值得研究的问题。本文拟在回顾国内外高校“电子技术应用设计课程”内容特点的基础上，结合我国市场发展特色，提出基于动态分层设计与持续创新理念的“电子技术应用设计课程”本科教学内容改革思路。

1国内外电子技术应用设计课程教学内容特点的梳理与比较

对国内外电子技术应用设计课程教学内容特点的梳理，有助于在形成清晰对比后，挖掘出国内电子技术应用设计教学内容结构设计上的优势与不足。在梳理的过程中，不仅针对电子技术应用设计课程，而且借助电子信息技术专业所开设课程对人才培养目标产生的影响进行分析。

1．1国内电子技术应用设计教学内容特点梳理调研结果显示，近年来国内高校的电子技术应用设计课程主要围绕功率放大器(简称功放)展开，但在具体的教学上大多停留于对电路图的讲解和简单的试验。这导致学生没有能够真正独立地参与到设计、制作中去，头脑里仅有一个笼统的概念，学习兴趣不高;且仅按照经典电路图进行设计、安装、调试的设计步骤已和电子应用技术不断创新与发展下的市场需求发生脱节。为此，部分重点高校开始着手于结合功放制造领域的前沿技术，对电子技术应用设计课程的教学内容进行改革，其直接表现是加入一些融和前沿技术的功放设计内容(表略)。整合上述高校所加入的融和前沿技术的功放设计内容的特点发现，各高校在设计课中对于前沿技术的引入各有侧重(如清华大学侧重于磁悬浮应用方向，北航侧重于仿真技术方向，南航侧重于宽带高效E类功放设计方向，哈尔滨工业大学侧重于D类音频功放设计方向)，但未能使学生的设计内容形成一个循序渐进，由浅入深的体系［3］。

1．2国外电子设计教学内容的特点美国大学的电子设计课程主要设置在工程学院和理学院。开设电子设计课程的代表学校有哥伦比亚大学和麻省理工学院。它是7门必修课程之一的，要求学生必须掌握其教学内容，目的在于希望培养学生熟练地把工学知识统一起来解决电子类实际问题的能力。在增加课程设置的难度的同时，他们对数学的要求非常高，如融入FokkerPlanck方程解分布、格林函数、偏微分方程的数值方法等。试图在实践的同时也注重对学生学术理论的培养。而在设计实验的教学中，融入了企业案例讨论，设计创新成败案例，发散性电子产品设计，强调实践中自主创新能力所占比重也是非常之大的［4］。不容忽视的是，国外代表性大学在引导学生动手创新的过程中是有一条主线贯穿的，并有天降奇想，或头脑风暴式的思考创新。

2国内传统电子技术应用设计

课程教学所面对的尴尬对比国外发展情况，可以发现，虽然改革开放后电子技术应用设计课程在我国得到了较快发展，但不乏发现其中存在着不容忽视的问题。从目前国内高校工程教学的侧重点来看，其在教学过程中普遍以呆板的设计为主要内容，教材和教法都是围绕这个层次展开的。但目前国内低端市场并不发达，所授内容缺乏实践意义，因此许多学生辛苦学习之后却难以在市场环境中得到应用，出现空中楼阁式教学的尴尬。具体表现为:(1)选材范围狭窄、体系繁琐。目前国内的电子技术应用设计教材，大多为传统教材，涉及内容新颖性不强。而如果加入新型功放设计，只作简要介绍就内容太少;如要详细介绍，因为是新兴知识，铺垫知识较多，因此罗列介绍需要费墨不少，浪费了课程的时间。(2)教学内容抽象空泛。由于没有实际的市场交易为对应参照，教师教的时候只能以虚拟情景来模拟，学的一方则只能依靠强记硬背，由此得到的结果及分析技巧难以与现实印证，优劣难知，也就难以唤起学生共鸣［5］。(3)现代电子设计技术凸显不足。从科学发展逻辑来讲，以复杂功放为代表的理念与技术是对传统电子设计的一大突破。目前的教材和教法都只集中于传统技术分析这一较窄的领域，未能抓住设计技术演进这条主线，也就不能凸显电子技术应用设计在电子类学科发展中的重要地位。(4)教学方法单一。传统实验教学通常采取一刀切式的教学方式，无论实验难易都必须完成，这使得部分学生产生畏惧心理，甚至对造成对简单实验都没有勇气去完成的情况;而实践能力较强的学生，做完实验后无所事事，对其他学生还会产生干扰。电子技术设计是电子专业学习的较高层次产物，有着深厚的理论基础支撑，同时在企业活动中又有着广泛的用途，因此一直受到广泛的关注［6］。为此我们需要对传统的电子技术应用设计课程的教学进行改革。既不能学习与市场现状脱节的空中楼阁式的高难度技术，也不能仅仅满足市场实践现状而忽视高难度技术的学习，需要在两者之间形成动态权衡，更紧密地与中国技术市场实践创新相结合，以充分发挥这门课程的理论魅力与技术威力［7］。

3电子技术应用设计课程教学内容的动态分层设计

3．1持续创新理念与动态分层设计创新是在原有资源的基础上，通过资源的再配置，再整合(改进)，进而提高(增加)现有价值的一种手段。创新也是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。持续创新是持续永久地拓发新思维，新想法，不断地总结改善和提高标准。动态分层设计在于以动态发展的眼光看问题，将整个研究的课题视为一个动态发展的过程，分步骤完成，按照上一步骤的结果选择下一步骤的行动，逐步推进不同难度层次的创新的实现［8］。

3．2电子技术应用设计课程教学内容改革设计通过梳理国内外电子技术应用设计类课程特色和教学特色，提出在当前教学中以动态分层设计与持续创新理念为主线的、能应用于中国技术经济增长实践的教授策略，配以案例法和实践式的教学方法，使学生学以致用，培养学生掌握基本理论的同时具有动态前瞻性分析问题和技术创新持续性的能力。电子技术应用设计课程内容改革的重点是立足市场需求，减少验证型实验设计，增设分析型或研究型设计题目，培养学生创新能力和应用能力并能掌握前沿技术。课程内容设置应体现基础性、系统性和前沿性［9］。围绕功率放大器是当前国内高校电子技术应用设计类课程的主要内容，而前置放大器、功率放大器、频率均衡器又是三位一体的功放设计的事实，结合市场前沿，笔者认为，可以构筑6个层次的实验教学内容［9］。(1)第一层次———功放设计基础内容。这个层次是本设计课的基础部分，要求学生按照经典电路图对功放进行设计、安装和调试，且要求全体学生独立完成，且完成期限较短。通过这一层次的设计主要实现学生从实务操作角度对功放设计基本内容的掌握［10］。(2)第二层次———实用前置放大器设计。基于第一层次的设计基础，从器件原理出发，结合实际问题，联系市场普遍使用状况，设计前置放大器。(3)第三层次———设计难度较低的频率均衡器。频率均衡器是一种可以分别调节从前置放大器过来的各种频率成分电信号放大量的电子设备。通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器的缺陷，补偿和修饰各种声源及其他特殊作用，通常的频率均衡器是对高频、中频、低频三段频率电信号分别进行调节，然后将调节好的信号送给功率放大器进行放大，最后将放大好的信号送给扬声器发出悦耳的声响［11］。在这一层次中，主要实现学生对不同高、中、低频段的总体设计，是初级设计与中级设计的一个接口。(4)第四层次———学生独立完成上述三种设备三位一体的一整套完整音响系统。通过这一层次的设计主要实现学生从实务角度对理论的深入分析，提高学生分析问题和解决实际问题的能力。本部分是中级设计与高级设计的一个接口。主导设计思路如（图略）(5)第五层次—对频率均衡器不同频段内的具体设计与学习。这一层次的设计内容改革是要将新技术和新型设计的方法充实到教学中去，以体现前沿性。为了使学生能够更好地完成设计［12］，教师要在其设计之前加入前沿知识讲座，并带领学生进入相关企业进行实际调研。(6)第六层次———学生自选独立完成一个完整音响系统设计。这一层次的设计要求学生试探性的对比国内外前沿技术差距，针对所调研企业的现实问题或企业要求进行设计。通过这一层次的设计力图激发学生的创新精神，进一步实现产学研的紧密结合。上述各层次设计内容的构建思路是动态演进的，后两个层次的实现可依据学生理解程度进行筛选。借鉴动态分层设计与持续创新理念的整体思路如（图略）所示。

4教学内容改革实施现状

本文研究内容获得了教改立项。项目组所在的基础实验中心多年来一直从事电子通信科学与技术方面的教学及科研工作，积累了大量的实践经验，对电子、电气、通信等实践类的教学的方向把握的比较准确;另外实验中心具良好的实验实习环境，有许多先进的仪器设备，为本文内容的研究提供了良好的条件［14］。对应校内该课程实际，基于教学层次性的延展，培养学生的创新能力并能提高其学习兴趣同时增加与目前课程设计相关联的内容，此3个加一起相当于一套完整的教学方案同时又具有各自的独立性。学生可以选择完成，同时在这方面有兴趣的同学可以3个都做。3套设备最后组合到一起是一整套完整的音响系统［15］此项改革在两年多的实际教学应用中体现出了教学效果，使同学们在学习中拓宽了视野，逐步解放了枯燥的理论学习所禁锢的思维，并能联系到实际达到学以致用的目的，培养了学生掌握基本理论的同时具有动态前瞻性分析问题和技术创新持续性的能力。