电子信息工程课程设计教学研究

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摘要：“专业课程设计”设置是高等教育教学实践环节的一项重要改革，为了能够培养出适应社会发展需要，具有兼顾软硬件基础、较强的工程实践和学习新事物能力的学生。文章从电子信息工程专业的“专业课程设计”的教学目标、教学内容、教学方法以及考核方式四个方面进行讨论，结合作者的虚拟仪器课程的实际教学经验，针对新工业形势下的需求，对该课程进行研究和探讨。总结出学生要了解企业需求，多动手，多实践，努力成为能适应“新工业”形势下的人才。

关键词：电子信息工程；教学研究；新工业；专业课程设计

高校扩招以来，我国高等教育得到了跨越式发展。同时,随着国际化进程的加快，在新工业时代的影响下，工科教育也在发生变化。经过近十年的教育建设，学校的学科、专业和学生规模都得到了较大的发展。但是另一方面，几乎所有高校教育都遇到了同样的新问题：培养出来的本科人才和社会需求的人才相差较远，特别是实践能力方面。过去我们主要强调对学生理论知识的培养，这已经不能满足培养具有竞争力的复合型人才这一需求。这体现了探索新工业形势下电子信息工程专业教学升级之路的必要性和迫切性[1-2]。在电子信息工程专业高年级设置“专业课程设计”课程，是基于“新工科”创新理念对电子信息类专业实践教学进行改革，主要从加强专业基础课认识、教学模式、理论课程和实践教学的连接等几个方面进行多学科交叉融合的创新尝试[3-5]。在本篇论文中，笔者结合自己在上海理工大学光电学院针对电子信息工程专业本科生“专业课程设计”课程的教学体会，从教学目标、教学内容、教学方法和考核方式等四个方面展开对该课程的教学研究与探索。

1教学目的

社会对于信息专业人才需求的多面性及现阶段学校专业基础课程设置的矛盾，针对电子信息工程类专业学生实践能力的培养提出了新的课题。即如何打破传统的培养模式，利用现有的教学资源，提出改进的教学方案，培养学生具有适应时代需要的知识结构和实践能力，是摆在我们面前急需解决的问题。信息获取、信息处理、信息传输和控制是信息技术及系统的重要组成部分[6-7]。虚拟仪器则是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物，电子信息工程专业的专业课程设计是在虚拟仪器的标准化、系列化、模块化的硬件和软件平台上，利用数字信号处理技术、传感器技术等基础理论及专业知识，指导学生完成建立一个具有信号采集、处理与分析数据采集回放系统，旨在训练和培养学生综合运用专业知识的基本技能及工程实践能力，巩固和进一步理解基础理论知识，初步形成和掌握信息系统的设计、应用和开发能力。

2教学内容

新工科教育建设背景下电子信息工程以电路与系统、信号与信息处理、传感器技术等理论为基础，“研究”各种信息如语音、文字、图像、遥感信息等处理和交换，以及无线、电缆、光缆等传输[8-10]。作为大三、大四学生的综合实践性的课程，旨在结合专业基础课程所学的理论知识，培养学生综合运用知识的能力和动手能力，在课程学习过程中建立系统集成的基本思维，提高学生分析问题解决问题的能力。本文专业课程设计的内容为设计一个双通道数据采集回放系统，内容如下。⑴首先是实现基本波形模拟发生、数据采集记录、其次是对记录数据进行回放、分析处理。以下就每一个部分进行原理介绍。一个虚拟的波形发生器，它能实现基本波形的发生，用循环来控制波形发生的频率。频谱分析是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大。虚拟频谱分析改变了原有频谱分析的整体设计思路，用软件代替了硬件。使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。⑵课程设计编程工具的掌握。LabVIEW(Labo-ratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是美国NI公司研制的一个功能强大的仪器系统开发平台，用来进行数据采集、数据分析和数据表达[11-12]。LabVIEW是一种图形程序设计语言，它采用了工程人员所熟悉的术语、图标等图形化符号来代替常规基于文字的程序语言，把复杂繁琐、费时的语言编程简化成简单、直观、易学的图形编程，同传统的程序语言相比，可以节省约80%的程序开发时间。这一特点也为那些不熟悉C、C++等计算机语言的开发者带来了很大的方便[13-14]。LabVIEW还提供了调用库函数及代码接口节点等功能，方便了用户直接调用由其他语言编制成的可执行程序，使得LabVIEW编程环境具有一定的开放性。快速学习一门新的编程语言同时运用开发系统，不但可以使学生在短期内掌握一门新的编程语言，也可以使学生提高自身学习新知识的能力，对自身的学习能力做个定位。⑶虚拟仪器技术基本概念的掌握。虚拟仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器的功能由用户自己定义，不强调每一个仪器功能模块就是一台仪器，而是强调选配一个或几个带共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。本课程需要学生设计一个双通道数据采集回放系统，需要学生综合运用前期知识，具有系统集成的概念，体验系统需求分析、系统方案确定、软硬件详细方案、硬件搭建、软件编程、调试等一个完整的系统开发过程，是对学生综合能力的一种培养。

3教学方法

首先，本课程的教学采用多媒体化的授课方式。跟传统的编程语言教学方式不同，直接在教学中用软件界面作为教学的主界面，课件PPT只是提纲挈领的作用，通过在课堂上讲解一个个实际的软件程序，来讲解编程语言中特色点和重点。比如在讲解LabVIEW语言的基本结构语句综合运用过程中，引用软件本身所带的例子库中的一个例子进行全面分析图如图1及图2所示。图2程序框图从人性化的交互软件界面、严密的逻辑结构、软件语句的正确选择及程序防错机制的设置等几个方面详细的讲解这个例子，让学生学习这个例子，不但掌握最基本的编程语言，而且了解系统整体架构的概念。其次，运用网络时代事物，建立专业课程设计群。课程群的建立，不但使得教师有一个资料存放的平台，把课堂上所讲的案例资料及课件及时的上传至群，上传相关资料对课堂讲解做一定补充，同时更给师生之间，同学之间建立一个课程学习交流的平台。学生可以在此平台上提出问题，教师判断学生的问题，如果问题具有普遍性，应及时在平台上解答，同时上传相关资料供学生查阅。这样可以增加学生对本课程学习的兴趣，学习氛围变得浓厚，课程学习效果得到很大提升。第三，本课程在上海理工大学光电信息与计算机学院开设为32学时（或在两周的短学期内完成）。每部分的教学安排如表1所示。编程语言授课的三天里，对传统理论教授方法做了一定改革：一个理论点，一个实践环节，即对每个理论点都开设一个相关的上机实践，让学生随时学习，及时通过实践环节消化理论知识，在实践环节中发现问题，带着问题上理论课，在课堂上自主的抓住老师上课的知识重点，加深对知识点的认识，很大程度上提高了对编程语言的学习的效率。第四，除由任课老师讲解课程内容和指导学生进行系统程序设计外，为了增加与学生之间的团队合作，专业课程设计的设置了小组讨论演示环节，具体形式为每3-4位学生分成一个小组，以小组为单位对系统设计中的某个程序算法方案进行讨论、资料和文献的查找、程序设计中的分工合作，同时需要以小组的形式对他们的工作向所有同学进行公开演示讲解，这种分组合作的方式可培养和锻炼学生的调研和表达能力，也可增强学生之间的团队合作精神。

4考核方式

具体的考核方式由三个方面来综合确定：①课堂表现；②系统程序及设计报告；③一对一验收答辩。这三个方面占最终考核成绩的比重分别为：30%、30%、40%。具体而言，课堂表现主要由出勤率和课堂及上机实践的表现。其中出勤率是学习时间的保证，因此是考核的最基本要素之一。作为实践类课程，课堂及上机实践中互动的表现反映了学生的学习态度和最终成果中的实际参与度。本专业课程设计最终需要学生提交系统的软件及设计报告的内容包括：设计目的和意义、设计任务分析、设计思路和程序结构分析（说明文字和程序设计报告的情况是对学生专业知识的理解能力、动手查找资料的能力、专业写作和总结能力的体现）。最后要进行师生一对一验收答辩，学生首先要对自己的设计进行演示及讲解，教师对学生的设计作品进行提问，教师能直观的看到学生的作品，同时通过与学生一对一交流，准确地掌握学生的设计思路，也能相对清楚学生完成设计的程度，一定程度上杜绝了以往设计类作业相互抄袭的现象，相对客观的反映学生的真实学习成果。这个过程虽然耗时比较多，教师花费的精力和投入也很大，却能给学生一个比较客观的评判，还能让教师在跟学生沟通的过程中及时获知教学的薄弱点，为以后教学积累参考数据，从而进一步改革课程教授，提高教学效率。通过上面三个方面的评估、打分、统计并加权，可得到学生该门课程的最终成绩。这种综合性的考核方式避免了传统仅以卷面成绩来评价的弊端，也避免了仅提交程序可能存在拷贝复制的问题，可较好地提高学生进行课程设计的积极性，也较为客观地反映了学生课程学习情况。

5结束语

与传统工科相比，本课强调学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重信息通讯、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合，是“新工科”典型特征。本文对“专业课程设计”的教学进行了深入的研究与探索。本文从教学目标、教学内容、教学方法和考核方式四个方面进行了研究，主要目标是培养学生适应社会发展需要，在电子信息领域掌握扎实的基础理论和基本技能；具有兼顾软硬件基础、较强的工程实践能力；具备学习新事物的能力，能够在信号与信息处理、信息获取与检测等领域从事设计与开发。今后将进一步深入探索该课程在教学中值得改进的方面，例如在该课程的学习和设计的内容中引入最新的人工智能和深度学习技术；将实际案例引入专业课程设计中来。真正的在专业课程设计这门课程上做到校企合作，最终培养出符合企业需求的新工业形势下的新兴人才。

作者:金晅宏 单位:上海理工大学光电信息与计算机工程学院