摘要：在開放式電子工程訓(xùn)練的教學(xué)實(shí)踐中，我們逐步改變了以往的教學(xué)方法。例如：在繪制印制電路板、制作單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板和開發(fā)板的電子工程訓(xùn)練中，為了充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研能力，我們采用以學(xué)生為主體，教師只起輔助的指導(dǎo)作用。具體而言，學(xué)生可以參考視頻軟件、網(wǎng)絡(luò)資料和相關(guān)書籍來學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)印制電路板和單片機(jī)應(yīng)用電路板的制作步驟和操作方法。教師則可根據(jù)需要采用多媒體課件講解protel99等繪圖軟件的使用方法、單片機(jī)硬件電路的知識(shí)、C語言的編程方法、killc51集成開發(fā)軟件的應(yīng)用等，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)訓(xùn)練內(nèi)容的需要主動(dòng)學(xué)習(xí)各種基本技能，解決單片機(jī)應(yīng)用電路板設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中容易出現(xiàn)的問題。在單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生則可以根據(jù)個(gè)人的興趣和用途，采用不同的單片機(jī)芯片獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成實(shí)驗(yàn)板的制作、調(diào)試。這樣，才能使學(xué)生的創(chuàng)新思維和個(gè)性得到充分發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力。

　　關(guān)鍵詞：電子工程,教學(xué)發(fā)展,機(jī)械工程

　　由于開放式電子工程訓(xùn)練一般都是貼近工程實(shí)際的訓(xùn)練項(xiàng)目，因此涉及到的知識(shí)領(lǐng)域也非常廣泛，要在有限的時(shí)間內(nèi)完成這些內(nèi)容，需要采取有效的教學(xué)組織。以“單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板的制作”為例，這項(xiàng)訓(xùn)練包括以下幾個(gè)主要環(huán)節(jié)：繪制電路原理圖和印制電路板圖(PCB圖)、制作印制電路板、安裝和焊接電路板、調(diào)試軟硬件等。

　　通常情況下，參與“單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板的制作”工程訓(xùn)練的學(xué)生在此之前并沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過單片機(jī)的知識(shí)，因此在該環(huán)節(jié)的教學(xué)組織中以教師講解單片機(jī)應(yīng)用電路原理和元器件知識(shí)為主，學(xué)生借助視頻教學(xué)課件、網(wǎng)絡(luò)教材，以及相關(guān)教材自主學(xué)習(xí)為輔，并且通過實(shí)踐制作逐步應(yīng)用和理解單片機(jī)的知識(shí)。在上述理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生能夠發(fā)揮主觀能動(dòng)性，自主設(shè)計(jì)出具有某些特定功能的單片機(jī)應(yīng)用電路。在這個(gè)從理論到實(shí)踐、實(shí)踐到認(rèn)識(shí)、再從認(rèn)識(shí)回到實(shí)踐的學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和利用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的興趣，從而為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

　　繪制單片機(jī)應(yīng)用電路原理圖。應(yīng)用繪圖軟件繪制單片機(jī)應(yīng)用電路原理圖、印制電路板圖，是進(jìn)行電子產(chǎn)品開發(fā)必備的基本技能，也是需要經(jīng)過多次實(shí)踐才能掌握的一項(xiàng)技術(shù)。其基本步驟為：1)學(xué)生通過自學(xué)掌握繪圖軟件的功能和基本用法;2)利用原理圖元件庫編輯器制作元件;3)編輯元件參數(shù);4)掌握在原理圖中放置元件、布線的方法和要求;5)用表格編輯器檢查元件的屬性遺漏;6)對(duì)原理圖進(jìn)行電氣法則測(cè)試;7)教師講解原理圖的編輯和調(diào)整、元器件的封裝等步驟，用具體實(shí)例來講解電路圖常見錯(cuò)誤，以盡可能減少原理圖中出現(xiàn)的錯(cuò)誤：如漏畫導(dǎo)線和元件、元件參數(shù)不全、導(dǎo)線沒有連通等，最終形成完好的單片機(jī)應(yīng)用電路原理圖。這一環(huán)節(jié)需要參與的學(xué)生既要有專業(yè)知識(shí)做基礎(chǔ)，也要有對(duì)待工程設(shè)計(jì)一絲不茍的責(zé)任心，才能圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

　　內(nèi)容是工程訓(xùn)練的靈魂。選擇能滿足市場(chǎng)需要的實(shí)用性工程項(xiàng)目和產(chǎn)品、引進(jìn)科研項(xiàng)目、培養(yǎng)電子產(chǎn)品研發(fā)的基本技能等，都可以作為開放式電子工程訓(xùn)練的內(nèi)容。在我校開展開放式工程訓(xùn)練的過程中，設(shè)置了豐富的訓(xùn)練題目，如：印刷電路板(PCB)的制作、電子產(chǎn)品的安裝和調(diào)試、單片機(jī)多種信號(hào)發(fā)生器的制作、單片機(jī)溫、濕度控制器的制作、可編程序控制器聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐、可編程序控制器與組態(tài)軟件相結(jié)合的組態(tài)監(jiān)控綜合應(yīng)用、智能車控制、交流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)等等。這些訓(xùn)練內(nèi)容涵蓋了電子工程訓(xùn)練的大部分內(nèi)容，既有基礎(chǔ)性的技能訓(xùn)練，也有提高性的創(chuàng)新訓(xùn)練，有的還結(jié)合了電子、電工、控制等綜合知識(shí)的應(yīng)用，適合不同層次的學(xué)生根據(jù)自身的特點(diǎn)選作。

　　這種多層次、綜合性、應(yīng)用性、趣味性的教學(xué)內(nèi)容，可以使學(xué)生在訓(xùn)練過程中逐步掌握現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工技術(shù)以及工程應(yīng)用技能，初步具有電子產(chǎn)品研發(fā)和工程制作能力，從而為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維方法的高素質(zhì)人才提供了重要平臺(tái)。

　　傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方法是教師系統(tǒng)講解實(shí)驗(yàn)原理，詳細(xì)安排實(shí)驗(yàn)方法和步驟，學(xué)生按照固定的模式去做。這樣不僅耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且缺少學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，實(shí)驗(yàn)的效果也不好。

　　繪制印制電路板圖。在印制電路板圖的繪制過程中，首先需要利用protel繪制軟件的網(wǎng)絡(luò)表和自動(dòng)布局功能將疊加的元件分開，并手工調(diào)整元件的位置，使電路板整體布局合理;然后再利用自動(dòng)布線功能布置導(dǎo)線的寬度、焊盤的尺寸、通孔孔徑等。具體來講，繪制印制電路板圖的一般原則為：1)元間放置位置要緊湊、距離要短、元件間連線盡量短、盡可能縮小印制電路板的尺寸;2)導(dǎo)線間距大于4mil;3)電源線、地線盡量要粗，以提高電路板帶負(fù)載的能力;4)焊盤盡量大，采用橢圓型焊盤，防止鉆孔時(shí)損壞焊盤;5)導(dǎo)線與焊盤間距離應(yīng)盡量拉大，以防止產(chǎn)生干擾信號(hào)。

　　在工程訓(xùn)練項(xiàng)目中，學(xué)生獨(dú)立制作的單片機(jī)應(yīng)用電路印制電路板圖如圖1所示。通過印制電路板的制作，學(xué)生還可以學(xué)習(xí)掌握轉(zhuǎn)印機(jī)、雕刻機(jī)、高速視頻鉆等設(shè)備的使用方法，進(jìn)一步了解印制電路板的制作工藝方法和過程。顯然，了解現(xiàn)代電子工業(yè)的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備等，也是積累工程制造經(jīng)驗(yàn)的過程。

　　元器件的選擇。單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板是集編程器、仿真器、ISP下載線、實(shí)驗(yàn)電路為一體的電路板，它利用單片機(jī)自身的資源，外加電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路，構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本次工程訓(xùn)練中，單片機(jī)采用應(yīng)用廣泛的AT89S52芯片(兼容STC89C系列芯片)，與其他電路包括RS232串行通信接口、數(shù)碼管顯示、LED顯示、蜂鳴器、中斷控制、繼電器控制等，共同構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用電路。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以根據(jù)控制需要選擇加單片機(jī)片外存儲(chǔ)器RAM(6264)、ROM(2764)，來擴(kuò)展單片機(jī)存儲(chǔ)空間;或者加模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC0804)和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(DAC0800)，來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制等。

　　電路板的安裝。元器件選定之后，學(xué)生就可以自行安裝并焊接電路板。在此環(huán)節(jié)要注意：1)焊接之前，應(yīng)檢測(cè)印制電路板，防止出現(xiàn)斷路、短路、焊盤脫落的問題，以減少故障;2)電路板焊接重點(diǎn)是集成芯片，其管腳易出現(xiàn)焊接短路的故障，因此要提前練習(xí)焊接芯片管腳;3)焊接完成后，要用數(shù)字萬用表檢查焊點(diǎn)之間有無短路故障，以確保電路板的焊接質(zhì)量。焊接好的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板如圖2所示。

　　(3)聯(lián)機(jī)調(diào)試。單片機(jī)應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)板硬件部分制作完成以后，需要對(duì)其進(jìn)行軟件編程并進(jìn)行調(diào)試以實(shí)現(xiàn)特定的功能。步驟如下：1)將通信電纜接入裝有kill C51集成開發(fā)軟件的PC機(jī)串口和單片機(jī)電路板串口;2)為實(shí)驗(yàn)板接入9V直流電源;3)使用數(shù)字示波器檢測(cè)硬件電路各點(diǎn)信號(hào)(如復(fù)位信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、I/O輸出信號(hào));4)用C語言編寫源程序;5)使用kill C51集成開發(fā)軟件內(nèi)嵌的仿真調(diào)試軟件進(jìn)行模擬仿真;6)將調(diào)試好的源程序燒錄到單片機(jī)內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)輸入輸出實(shí)驗(yàn)。

　　通過反復(fù)的調(diào)試，學(xué)生能夠掌握源程序的編輯、編譯、仿真、在線下載、在線調(diào)試方法和過程，并且學(xué)會(huì)自行解決調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤，最終實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)有的功能，圓滿完成工程訓(xùn)練的任務(wù)。

　　實(shí)踐證明，開放式工程訓(xùn)練在高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中所發(fā)揮的作用是十分重要的。通過典型工程項(xiàng)目和電子產(chǎn)品制作工程訓(xùn)練，學(xué)生的工程制作能力不僅有了顯著的提高，而且可以通過自主學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型項(xiàng)目的開發(fā)，進(jìn)一步培養(yǎng)綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。我校參加過電子工程訓(xùn)練的學(xué)生在電子設(shè)計(jì)大賽中已經(jīng)初步展現(xiàn)了自己的工程實(shí)踐能力，取得了很好的成績(jī)。此外，開放式電子工程訓(xùn)練也為實(shí)踐教學(xué)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，有利于提高實(shí)踐教學(xué)的效果，由此引發(fā)的實(shí)踐教學(xué)模式的改革將更加適合現(xiàn)代人才的培養(yǎng)要求。