数字电路实验报告范文 -ag尊龙app

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实践课程改革是应用型大学整体教学改革工作的一个重要环节。以数字电子技术课程设计为例，围绕充分激发学生自主创新能力、培养应用型人才，针对课程设计题目的选定、设计过程、考核等教学环节进行了改革与细化，通过课题自拟、实践操作多样化等方式，解决了传统教学模式对学生思维的禁锢、实验设备资源紧张等问题。

关键词：

数字电子技术课程设计；应用型；创新

数字电子技术课程设计是电气、电子、通信等专业共同具备的一个重要实践环节。学生在查阅文献的基础上，根据数字电路的特点，自行分析、设计和搭建一个实用电子产品雏形，撰写相关技术文件资料，巩固并加深在数字电子技术课程中的理论基础和实践基本操作技能；同时通过方案比较、电路制作、调试等过程，培养学生实现理论到实践的综合应用能力，为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研及开发奠定基础，因此，要求担任该课程的指导教师需具备一套完整的、针对性强的教学方案。本文结合应用技术型大学以培养生产服务一线的高层次技术技能人才为目标的特点，从课程内容、教学模式等方面对数字电子技术课程设计进行了一些改革和尝试，取得了较好的教学效果。

一、数字电子技术课程设计的教学现状分析

(一)教学内容陈旧单调目前，数字电子技术课程设计在电气、电子、通信等专业的教学内容上，通常存在以下几个问题：第一，应用类型的经典案例类型少，设计题目单一，多数教学内容大同小异，无法完全激发学生的求知欲与好奇心；第二，教学内容通用性不强，对某一具体设计题目，未采用多种设计方法设计，不能很好地培养学生打破常规思维，利用多种方法解决问题的能力；第三，教学内容层次划分不够清晰，难以实现因材施教，实施最优化的弹性教学方案。

(二)课程设计环境条件受限由于实验室设备偏向于验证型实验，可开设的创新类综合设计型实验项目较少，同时受实验室设备仪器种类少、数量不足、机房与实践操作平台分离等多种因素的制约，使得实验室资源分配紧张。另外，由于实验室仅在白天开放，使得学生能够利用实验室的时间大受限制，在培养学生动手能力方面上，难以提供充裕的时间和空间作为基础保证，也不利于学生在设计过程中保持思路的连贯性。

二、数字电子技术课程设计教学方法改革

(一)课题的选定在进行课程设计之前，教师可通过学习国内外教学资源，结合现今前沿技术，引导学生形成对该课程的感性认识，激发学习兴趣，充分调动创造创新的积极性与主动性。认真教授学生资料查询的方式，以便能快速获取有用信息。在此基础上，改革传统题目给定方式，不再由教师统一规定课程设计题目，而由学生根据自己查阅的相关资料，以围绕生活或行业企业的一线需要作为课程设计选题来源，并自主列出设计目标、预期效果及创新点。指导教师则根据学生自拟课题的难易程度、是否切实围绕实际需求进行打分，并要求学生在设计过程中必须有属于自己的创新点，以避免雷同设计的出现。学生根据课题的分值，结合自身情况，选择其中一个课题进行设计。通过这种自拟课题的方式，学生不仅学会了资料查阅方法，提高了自主学习的能力，同时解除了传统教学方式对学生思维的禁锢，使学生能够不受限制的自由发挥，提高创新能力。

(二)设计的进行由于实际生产与仿真验证之间往往存在较大的差异性，仅从理论上设计出来的电路可能在实际中存在很多问题。因此，在完成仿真设计以后，还需通过实践操作来检验所设计的电路的合格程度。学生可利用实验室现有仪器设备、面包板或万用板等多种方式，完成设计电路的实际组装与调试。该教学方式扩大了学习范围，让学生不再局限于某一种固定的方式进行思考。根据课题难易程度，学生可以通过成立小组的方式进行研究，也可以以个人的兴趣为主独立完成设计。另外，实践操作多样化，不仅可以缓解实验室资源紧张的问题，同时，学生还可以在课下利用可移动资源(面包板、万用板等)进行连续性设计，有助于保持设计思路的连贯性。

(三)细化数字电子技术课程设计考核标准数字电子技术课程设计的考核采用提交报告加答辩的形式综合评价学生的学习效果。以下是考核标准：1.报告要求：设计报告必须有统一的格式及模板，需在规定限期内完成。报告的主要内容包括课程设计名称、设计任务要求、方案的制定与选择、方案具体内容(设计原理图、电路图、布线图及其说明；元器件清单；单元电路功能描述及相关参数计算说明等)、电路调试分析以及整体设计的全面总结。2.答辩要求：答辩环节包含口试和演示操作两部分，口试部分首先要求学生对自己完成的设计内容做一个简单概述，指导教师则针对学生所设计的原理、性能、元器件选择依据、整体设计思路创新点提出问题，学生单独作答；然后进行演示操作，展示出所设计电路的功能及特点。3.成绩评定：课程设计结束以后，教师根据设计报告的质量，结合答辩情况(课题论述和问题回答情况；演示操作过程中的安装工艺水平以及调试时分析解决问题的能力)，综合给出评分，其中课题自拟占总成绩的20%，设计报告占40%，答辩环节占40%。报告及答辩部分评分标准如下:及格：能够遵循实践课程的相关纪律，设计报告符合基本要求；答辩过程中对电路工作原理论述清晰，电路组装连接正确，能实现设计基本目标。中等：在及格的基础上，设计报告内容充实准确，报告撰写思路清晰，框架合理；电路板组装调试成功。良好：在中等的基础上，设计方案创新点突出；答辩演示时电路板工作稳定、可靠。优秀：在良好的基础上，电路布局布线美观大方，实现功能完善，容易操作，整体设计性价比高，调试方便。

三、教学效果评价

通过对整个数字电子技术课程设计教学环节的改革，使得学生在学习过程从各个方面得到了充分的自由发挥：命题的自主设计与创新点相结合，可以有效地启发学生进行创新思考，同时避免个别学生不动手、不思考的现象，也可有效预防雷同设计报告的出现；实践操作多样化，丰富了学生实现课程设计的手段及方法，不再局限于单一设计模式，扩大了学生接触的知识面，同时为缓解实验室设备紧张提供了一种有效的方法，学生实践时间更加自由化，为顺利完成课程设计奠定基础；细化考核方式，则为提高课程设计质量提供了有力的保障，有助于提高学生的工程素质和综合能力，为以后课程的学习打下良好的基础。

四、总结

实践培训是应用型大学最基本的育人方式之一。不断改革传统教学，优化教学模式，注重应用型、创新型人才培养，是目前多数学校教学改革中至关重要的核心内容。为实现培养应用型人才的目标，针对数字电子技术课程设计课题的选定、实践操作多样化、考核方法的细化等方面进行了一系列的改革，同时验证了该方法实施的可行性及教学效果，对于实践类课程建设的研究与探索具有重要意义。

参考文献：

[1]孙晓艳.《数字电子技术》课程设计的改革[j].机械职业教育,2007(7):59-60.

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1教学体系构建

实验教学示范中心坚持课程建设与人才培养相结合、教学与科研相结合、理论教学与实验教学相结合、虚拟仿真与真实实验相结合的原则，构建了“123456”虚拟仿真实验教学体系，如图1所示。“123456”虚拟仿真实验教学体系包括：1个目标——以创新创业能力培养为目标；2个融合——通过第一课堂和第二课堂之间知识互补、机制互动的融合，优化整合优质教育资源；3个集成——着力打造数字逻辑理论课程、实验课程和特色拓展实践课程之间系统集成，从单元学习和设计、再到系统学习和综合设计的全过程教学；4个导向——引导学生通过研发或设计成果展现其成功自信、专业能力、为学情操和绩效责任等能力和素质；5个模式——通过探究式演示、观察和验证、反设计推论、网络学习和创新创业项目训练5种自主学习模式，完成知识学习、运用和能力训练；6个能力——培养学生的工程知识运用、方案设计开发、现代工具使用、工程社会分析（工程中的社会因素及工程对社会的影响分析）、团队沟通表达、项目工程管理6个方面工程实践和创新能力。依托省部级实验教学示范中心打造高起点教学平台，在教材建设、设备研发、项目开发、考核评价方面，开发高水平、高质量的优质共享教学资源，保证虚拟仿真实验教学体系高质量、高效率的运行，从而在专业技能、研究潜能、合作交流、项目管理方面能够实现全方位培养创新人才。

2教学资源平台设计

2.1设计原则。坚持以学生为中心、以实践为中心、以能力培养为中心的设计原则，以解决复杂工程问题为主线，引导科学思维为目的，把理论知识、实验技能以及创新意识融入到“计算机逻辑设计综合实验”课程的理论学习与工程创新实践教学当中，既要体现知识的综合性与工程创新性，又要体现能力与素质培养，遵循认识理解消化实践提升创新的循序渐进认知流程。学生可根据已有的知识、技能、爱好以及工程创新意识进行理论知识学习与工程创新实践。通过以做带学、以学促做，激励自主科技创新学习，充分发挥自身探究能力特长，创造性地解决教师提出的复杂工程问题。2.2技术架构。计算机逻辑设计虚拟仿真实验网络平台（以下简称“平台”）包括理论学习、虚拟仿真实验、辅助功能和系统管理4个部分，如图2所示。平台基于web技术构建，采用b/s架构.net框架开发，插件为multisim，选择sqlserver作为服务器后台数据库，托管校园网数据中心。客户端既可以在校内通过校园网直接访问仿真平台，也可以在校外通过internet访问，支持500个并发用户。平台基于全局的实践教学观设计。在设计中，注重学生设计的规范性，如系统结构与模块构成，模块间的接口方式与参数要求；在调试中，注重电路工作的稳定性与可靠性；在测试分析中，注重分析系统的误差来源并加以验证；在学习中，注重对学生引导，加强学生对知识的理解、吸收、拓展和提升。2.3虚拟仿真实验项目。以急需的实验教学信息化教学内容为指向，将复杂工程问题和教研成果转化成示范性虚拟仿真实验项目。深入融合教研成果，依托信息技术，研发数量众多、内容丰富、类型齐全的虚拟仿真实验项目，与企业的真实案例和实用技术相当，提供工程氛围的实验教学条件，具有模块化、层次化、多元化、系列化特色，引导学生探索工程创新项目研发过程，掌握科学研究基本方法，强调人人都能成功，激发学生内在的学习动力，使学生由被动式学习变成主动式学习，以便加快工程创新人才培养。（1）逻辑测试实验。让学生熟练掌握逻辑门、编码器、加法器、寄存器、计数器等常用数字集成电路使用和测试，相比实物操作，可达到事半功倍的效果。（2）数字单元实验。让学生熟练使用逻辑门、编码器、译码器、触发器、寄存器、计数器、ram、rom、dac、adc等，进行简单应用电路的设计、理论计算、电路图绘制、仿真分析以及调试等全过程，具备分析和解决一般性工程问题的能力，养成实事求是的科学作风和认真严谨的科学态度。（3）数字系统实验。让学生熟练掌握常用数字系统、数字式控制器、数字式电子仪器、接口与数据通信等系列工程项目所涉及的学习研究、方案论证、系统设计、仿真分析、设计修改、实验样机制作、设计总结等全过程，具备利用数字逻辑技术知识构成数字逻辑系统的意识，能够应用数字逻辑技术的基本原理对工程复杂问题进行分析和设计，熟悉和掌握科学研究的基本过程及方法。2.4教材编写。为了拓展教学内容的广度与深度，编写与课程相关的工程教育系列教材，如《数字逻辑与仿真设计》《数字系统实验设计与指导》《数字电路实验与实践教程》等。新教材具有可读性、实用性和技术性，让学生感到学有所值、学有所用，无论是在课堂上学习，还是在课外自学，都能在一定程度上帮助学生学习掌握工程基本要素、工程技术设计方法和分析方法。2.5服务方式。（1）在实验的时间、空间、内容和仪器设备方面为学生全面开放。互动可视化操作贯穿于全过程中，实现自主学习、自主实践、自主创新。（2）为课堂教学、远程教学、学术交流提供有力支持。（3）让其他高校学生和社会上的学习者分享学习机会。（4）为各种竞赛培训、个性化培养提供便利，打下坚实基础。

3运行机制

平台提供的虚拟实验环境近乎真实情境，与实际工作相似，能够激发学生实验兴趣和学习动力。学生能够亲自动手接触电路，边学习、边设计、边实践，完全沉浸在现实的学习、工作情境中。虚拟仿真实验教学整体实施过程包括实验准备、实验仿真、实验总结和自我评价4个阶段，经过21个具体环节和步骤。3.1实验准备阶段。（1）实验需求分析：通过在线教材或者互联网自学，查阅与实验题目相关的背景资料，进行理论知识、实践技能等方面准备。（2）方案设计与论证：学习教材的相关内容，还可以查阅其他设计方案资料。（3）技术性能参数设计：选用教材中给出的数据，还可以自行调整数据。（4）电路结构设计及理由：按照教材中指定的去做，还可发挥自身创造力。（5）理论推导：按照教材指定步骤，进行公式推导及理论计算。（6）实验设计报告编写：归纳整理步骤（1）—（5）所形成技术资料，完成实验设计报告编写工作。3.2实验仿真阶段。（7）电路下载：在线浏览、下载虚拟仿真电路，进入虚拟仿真实验环境。（8）电路检查：按照设计报告或教材，严格仔细检查电路及线路连接。（9）仪器仿真数据测量：参照教材，选择合适的测试点，接入相应的仪器仪表，仪器参数设置，运行电路，观察测试点波形和状态变化，记录测量数据。（10）实验分析：对实验数据、波形、曲线进行认真仔细分析、研究，判断设计的合理性、正确性以及存在的问题等。（11）设计修改：以达到电路性能指标要求为目的，或适当提高技术性能参数。（12）电路布局调整与子模块电路生成：规范或完善电路设计，并为进一步设计提供便利。3.3实验总结阶段。（13）实验过程描述：主要包括设计方面、操作方面、分析方面等环节。（14）实验数据整理：整理实验数据，输出波形，绘制曲线，要求实验数据表格规范，波形、曲线图清晰、全面，且大小适中。（15）实验结论：利用数据、波形、曲线，阐述设计的技术性、改进性、创新性等。（16）技术讨论：围绕实验过程、改进性、建议等展开讨论。（17）实验收获：阐述宏观知识、技能等方面的收获、水平和提高。（18）实验情况报告编写：归纳整理步骤（7）—（17）所形成技术资料，完成实验情况报告编写工作。实验报告=实验设计报告 实验情况报告。3.4自我评价阶段。（19）实验报告成绩：参照实验报告评分指标体系，自行估算得分情况。（20）实验操作成绩：参照实际操作评分指标体系，自行估算得分情况。（21）实验成绩：实验报告分值100分，实验操作分值100分。实验总分=报告分数×40% 操作分数×60%。成绩等级：90~100分为优秀，80~89分为良好，70~79分为中等，70~69分为及格。

4结语

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生物医学工程（biomedical engineering， bme）始于20世纪60年代，是一门理、工、医高度交叉融合的新兴边缘学科，是电子、计算机、通信、智能仪器、传感检测、医学仪器以及生物学、现代医学等在生命科学中的应用与融合。基于医疗器械新兴产业对于医学工程人员的巨大市场需求，湖北科技学院生物医学工程专业主要培养医疗仪器的质控、维护与研发及生物医学信息采集、传输、处理、分析、存储等方面的“厚基础、多口径、强能力、高素质”的复合应用型人才。为了让学生具备医学仪器的原理与构造知识，具有进行操作、管理、质量保证及医学仪器初步设计与开发的能力，且能在生物医学工程、电子技术、计算机与信息科学等领域从事教学、科研与开发工作，则要求学生必须具有扎实的电子技术基础知识及较强的综合运用能力和研究创新能力。为此，构建以实验、实训课程教学为主体的电子技术实验教学中心，开展电子技术类实验课程，培养学生电路分析、设计及应用的能力是实现生物医学工程专业人才培养目标的必备环节[1]。

电子技术实验分为数字电子技术实验和模拟电子技术实验两大类，本文针对本院数字电子技术实验教学中曾经存在的问题，从实验内容的设置、实验教学方式方法的改进等方面进行了教学改革，以达到巩固学生所学理论知识，培养学生综合运用知识、发现问题及解决问题的能力，且更大程度上提高学生电路设计、创新和实践动手能力，从而提高教学质量的目的。

1 数字电子技术实验教学曾存在的问题

在过去的几年中，本院生物医学工程专业的数字电子技术实验教学曾存在以下几个主要方面的问题。

（1）实验内容设置简单。

数字电子技术实验总学时为24学时，每2学时（90min）为一次课，设置了12个实验项目。为了保证在2学时时间里顺利完成实验，实验内容大多过于简单，且大部分为基础验证性实验，缺乏综合性设计性实验项目，导致对学生的综合能力锻炼得不到显著效果。且在后面的实验过程中，由于学生已掌握基本实验操作方法且实验内容过于简单，实验完成时间非常短，导致学生对实验的重视程度降低，对教师的教学水平和态度表示质疑。

（2）实验教学方式方法传统。

教师在实验教学过程中过于依赖实验指导书，按部就班的讲解书上的实验内容，缺少启发学生思考的行为。可采用什么方法、什么芯片来实现电路，优缺点有哪些；当电路出现问题而得不到理想结果时，问题出现在哪里，如何测试电路，如何找出问题并解决问题；这些问题式、思考式的教学方法在以往的教学中体现较少。在实验操作过程中，教师往往把一个实验项目从头到尾演示一遍，学生依葫芦画瓢，对实验一知半解，不主动思考为什么这样连接线路，出现问题更是无从下手，更谈不上对实验结果的分析与总结。这样的教学方式不仅使理论知识得不到巩固，动手能力也得不到提高，从而使得开展实验课的意义得不到体现，与专业人才培养目标要求相处甚远。

（3）实验室教学管理沉闷。

实验是个科学及严谨的行为，一般情况下要求学生独立完成实验，但是很多教师在实验室的管理上过于严格，不允许学生之间进行相互沟通与交流，实验氛围死气沉沉。这样虽然可以保证独立性，但是在一定程度上也影响了实验效果。有些学生甚至也不敢和任课教师进行交流，电路出现问题也无法解决，课后抄袭别人的实验数据来完成实验报告。

（4）考核方式不合理。

实验教学考核方式不够客观，传统的实验考核以实验报告为主要依据。由于实验教学时，老师不可能同时监督所有的实验学生，所以抄袭的实验数据及实验报告的情况时有发生，致使一些学生养成了对别人的依赖心理及学习懒惰的坏习惯[2]。

数字电子技术实验是一门逻辑性、实践性、应用性很强的课程，要求学生具备应用系统分析、设计及制作的能力[3]。基于以上曾出现的主要问题，在现阶段的数字电子技术实验教学中，该研究者进行了以下方面的教学改革与实践。

2 实验内容改革

在实验教学内容上，从专业培养目标出发，全面修订了实验教学大纲，优化实验知识结构，形成梯次的教学内容体系，即基础性实验、综合性实验和创新设计性实验。在实验总学时保持不变的前提下，减少验证性实验项目，增加了综合性、设计性实验项目，并且注重实验项目课程内综合更新、课程间重组以及跨学科交叉融合，尤其重视医学和生物医学工程专业知识综合运用能力和研究创新能力的培养。近两年，面向本院生物医学工程专业本科生所开设的数字电子技术实验项目及学时分配如表1所示。

从表1可知：实验项目从12个减少到9个，但是总学时保持未变；从实验内容设置来看，实验难度成梯度；实验类型分为基础验证性、设计性和综合创新设计性三种。纯粹的验证性实验只有2个，分别为实验一逻辑门测试和实验四触发器功能测试。实验一为第一次实验课，先要教会学生使用实验箱和认识芯片实物，向学生传授实验技巧，所需时间较多，因此设置的内容稍简单，让学生的实验过程既顺利又充实而有成就感，从而激起学生的实验兴趣。实验五分为两个部分：先验证计数器及寄存器逻辑功能，随后重点完成常用计数器芯片74ls161和寄存器芯片74ls194的扩展应用设计，如果只是单纯的芯片功能测试，就缺乏应用训练，不利于后面相关设计性实验的开展。实验二和实验三为组合逻辑电路设计，分为小规模和中规模，内容上不重复，电路的实现从采用逻辑门升级到采用中规模集成芯片。实验六为经典的时序逻辑电路设计，考虑到难度稍难及根据往届实验情况，将其学时调为3学时，通过该实验项目，学生对时序逻辑电路的设计流程、动作特点及测试方式有了更深刻的理解。实验七为综合性实验，主要进行综合实践训练，培养学生综合运用知识的能力。时钟脉冲信号在数字电路的工作中起控制作用，因此，特设置了一个采用经典的模数综合器件555定时器来构建简易时钟脉冲信号源的实验项目。前八个实验基本涵盖了数字电路理论内容，且按照理论课章节顺序来设置。在实验课程的最后，为了综合考查学生知识运用、创新、动手操作及团队合作能力，特设置了一个系统设计性实验项目，如《交通灯控制电路设计》。该设计任务涉及到多个功能模块，由于电路较复杂，设定学时为6学时，需要学生综合运用所学知识来实现，作为实验课程考核部分之一。

综上，整个实验教学分为四个阶段：基础训练实验阶段、基础设计实验阶段、综合应用训练阶段和系统设计实验阶段。使学生从基本的实验设备和器件的使用、实验数据的处理、知识的综合运用、电路设计调试到实践创新能力都得到了训练。

3 实验方式方法改革

在学生掌握了常用的实验仪器如数字电路实验箱、万用表、信号发生器等的使用方法，熟识了常用的集成电路芯片的基础上，结合各实验项目的要求及特点，采用多种实验方式来完成实验。验证性实验可只用数字电路实验箱来实现，多个芯片同时在实验箱上连接，连线方便，费时较短，一次实验课中可以完成多个任务。较简单设计性实验采用分立元件连接来构建电路，既可以锻炼学生动手能力，又可以在规定时间内完成实验。综合设计性实验由于难度最高，可让学生用软件仿真出电路原理图，然后制作pcb板，实现电路实物。

课程开始时教师讲授的时间不易超过15min，主要帮助学生完成对实验的理解，思路的建立。实验方案的设计、实验电路的搭建及问题的排解，要有学生自主完成。在实验进行中，教师和学生各自的定位要准确，教师主指导，注重培养学生的实验兴趣。在整堂实验课中，要让学生体现主动性，感受到“做中学”的乐趣。

由于实验内容大部分为设计性实验，如果纯粹依赖实验指导书进行教学，较难达到培养学生电路设计能力的目的。因此在现阶段，采用项目驱动法[4]来开展实验教学，具体做法为：开学初把数字电子技术实验的所有实验项目以电子文档的形式发送给学生，每个设计性实验只提供设计任务、设计要求和可供参考使用的芯片种类，设计方案和电路原理图由学生自主完成。这样既可以改善学生的懒惰思想，又可以实现课前预习、培养学生查阅参考文献的和初步设计的能力。对于学时较长和难度较大的实验项目，2～3名学生可组成小团队，团队成员在参阅大量参考文献后进行小组讨论，多次讨论后确定设计方案。在电路构建及测试过程中，每个成员都必须积极参与，教师也给予一些必要性的指导。经过两年的实践发现，该实验教学方法有效增强了学生的自主学习能力、分析问题及解决问题能力、自我管理能力、团队合作能力和创新实践能力。每次实验完成之后，学生不仅对相关知识有了更深刻的理解，也获得了满足感，极大提高了学生参与实验的兴趣。

4 实验室教学管理改革

对于任何一个实验项目，都允许并鼓励学生之间相互交流，教师作为引导者虽不过多干预学生的实验过程，但是也积极关注他们的实验进度，认真聆听他们的实验想法，适时给出建议，甚至和学生进行热烈讨论，帮助他们构建更正确的实验方案。当学生搭建的电路不能正常工作时，不过多责备，反而是启发他们自己寻找问题的所在，鼓励学生多思路分析问题。因此，实验室的氛围既严谨又活跃，绝大部分学生都非常专注的投入到实验中，实验效果理想率可达到95%以上，实验数据抄袭的现象非常少。

5 实验考核方式改革

很多学生不重视数字电子技术实验教学的原因之一就是其考核方式不太合理，实验成绩要么只占数字电路课程成绩的百分之二十，要么只由实验报告的成绩和平时考勤成绩组成，导致有些学生认为只要期末考试卷面成绩高就行，实验做不做问题不大，有些学生虽然每次实验都出勤，但是在实验室并不认真做实验，实验报告抄袭他人。

基于这些现象，近两年本院生物医学工程专业开展的数字电子技术实验考核方式做了如下改革。

（1）电子技术实验单独为一门课程。该课程成绩中模拟电子技术实验成绩占50%，数字电子技术实验成绩占50%。就数字电子技术实验成绩而言，平时出勤率仅占10%，实验过程中的表现占40%，系统设计实验考核成绩占30%，实验报告成绩占20%。因此，学生的实验态度与实验能力最大程度上决定了其课程成绩。这就使得绝大部分学生能以正确、积极的态度来对待实验课程，并尽量通过自主努力完成实验。

（2）系统设计实验项目考核时，分模块考核。比如在《交通灯控制电路设计》实验项目中，总分100分，完成时钟信号源电路模块，得10分；完成定时器模块，得25分；完成控制器模块，得40分；完成译码驱动器模块，得15分；设计方案阐述和回答教师提问部分完成，得10分。这样不仅避免由于电路硬件原因导致电路系统最终实验效果不理想而得零分，打击学生信心的情况出现，又可以让学生在实验过程中能逐级测试电路，保证最后的电路系统效果理想，且对学生的团队合作能力和答辩能力进行了培养。

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关键词：课程设计；实验教学；工程应用能力

作者简介：莫琳（1969-），女，广西玉林人，广西大学计算机与电子信息学院，实验师。

基金项目：本文系广西大学实验室建设与实验教学改革项目（项目编号：2100702）的研究成果。

中图分类号：g642 文献标识码：a 文章编号：1007-0079（2013）14-0122-02

eda（electronic design automation，简称“eda”）是电子设计的主潮流和方向，它的发展推动了电子行业电子技术的快速发展，也促使了高校电子技术课程必须进行相关教改。eda的引入对数字电路课程设计的教学改革、系统设计、技术应用、方法、思路具有重要意义；把理论综合地运用到一些实际的较复杂的电子电路系统工程中去，锻炼了学生的实践基本技能，培养了学生的工程应用能力及创新能力。本文结合广西大学数字电路课程设计实验教学的现状、存在的问题，重新研制了实验教学平台，探讨了数字电路课程设计教学改革的措施及取得的成效。

一、数字电子技术实验室现状及存在的问题

目前，数字电子技术实验所使用的设备主要是以装有74系列芯片为主的实验设备，[1]其实验结果显示于实验箱上的发光二级管及数码管，主要能满足单纯的验证性实验，但也存在实验内容受限、扩展性不足等诸多问题。

在教学过程中，首先向学生布置题目，学生对题目进行系统设计，然后使用multisim进行仿真测试，最后用硬件实现电路。[2]通过仿真检测学生的设计方案是否可行，只是模拟实现，没有真正实现设计结果，要看到结果只有通过实验箱连线，用万能板搭建，或用pcb制板等方式。这些方法存在着诸多弊端：对于学生设计出来的复杂的电路，需要多块芯片、多条导线才能接出；电路接好后容易出现接错线、电路接触不良、损坏芯片、排查电路困难，以及pcb制板过程繁琐等问题，这些问题花费了学生大量的时间和精力。

二、实验平台的设计与功能特点

随着数字电子技术的发展，现场可编程器件（fpga）的出现，给数字电路的设计带来了很大的便利，设计更为灵活。考虑到数字技术的发展、实验教学的需求和任务，决定采用以fpga芯片为核心的实验平台，这样不仅能够满足现今的教学需求，同时能够向学生展示最新技术的发展，激发学生学习数字技术的兴趣。[3，4]

实验平台采用核心板 功能扩展板的方式，系统方框图见图1。

1.主要功能

（1）输入模块。输入模块包括usb供电模块、下载模块、独立按键和八位矩阵按键。其中供电模块采用常见的mini usb接口，可从电脑或者usb充电设备中获得 5v的电源。下载模块提供jtag和as两种下载模式，jtag模式通常用于程序代码的测试和验证部分，as模式则适用于程序代码的应用环节。输入按键是控制设备必不可少的部分，在核心板上提供了四位独立按键，在功能扩展板上提供了八位矩阵按键，为满足教学和创新实践应用提供了有力保证。

（2）输出模块。输出模块主要集中在功能扩展板上，集合目前教学任务的该功能扩展板包含了七段数码管、路口红绿灯模块、蜂鸣器和led指示灯等。根据不同的教学任务将原理图或代码和实验平台相结合，系统就可以根据不同的实验操作指令向相应设备传送信号，并显示不同的实验结果。同时可以根据不同要求更换和升级功能扩展板，达到充分利用资源的效果。

（3）核心模块fpga芯片。选用altera ep1c6t144c8作为核心单元，实验平台的集成开发环境为quartusⅱ，其中设计输入主要有原理图输入和hdl输入两种方式。学生已经学习了数字电子技术的相关课程，对各种基本的数字电路单元有了比较深入的了解和认识，在进行实验的过程中主要是通过原理图输入，经过仿真和综合后配置到fpga芯片中，然后在实验平台上直接观察实验结果。教学流程如图2所示。

使用原理图输入的方式适合刚学完数字电子技术的学生，该方式非常直观、形象。同时鼓励学生学习verilog hdl或vhdl，基于可移植性和规范化方面的考虑，绝大部分fpga设计和asic设计最终都将统一到hdl（硬件描述语言）平台上，为以后进入fpga的开发领域打好基础。

2.实验平台的特点

设计开发板体积小，便于携带。学生可借出在宿舍或在开放实验室完成设计，设计灵活方便，学生可随意安排自己的时间。quartusⅱ软件中，提供的元件基本满足设计的需求，减少了购买元件的成本。真实性强，学生在仿真设计过程中，可直接看到设计与实际是否相符，对出现的错误可随时修改。将设计—仿真—实现连成一体，提高了学生的学习热情。

三、数字电路课程设计实验平台在课程设计中的实施

1.优化设计内容

新的数字电路课程设计实验平台设计好后，对课程设计的实验内容做了调整。

首先在选题时扩大了范围，其次适当增加了难度。对于较复杂的设计电路，都可通过软硬件结合的实验平台实现。允许两人一组，鼓励一人一组。让学生在做课题时重在设计。学生根据自己的知识水平采取不同的设计方法实现，选出最佳方案。把设计好的电路下载到试验平台上就可直接看出设计成功与否。

2.注重实验过程

（1）理论指导，布置设计。在理论教学阶段，让学生掌握数字电路系统的一般设计方法。对于复杂的数字电路系统，由整体到局部进行组合，再由局部到整体进行设计，要求学生学会模块化的设计方法；然后布置设计任务及题目要实现的具体功能。

（2）学生查阅资料。学生根据题目要求，到图书管、网络、资料室了解相关技术应用，参考相关方案，根据自己的能力选定题目、制定设计方案。在这个阶段，教师只是起引导作用，要求学生对设计的课题要充分理解并掌握其原理，这样才能为后续的仿真设计、电路板调试打下良好的理论基础。

（3）系统仿真设计及软硬件系统调试。在数字电路课程设计中引入eda仿真软件教学，把eda技术应用于数字电路课程设计，让多数学生能在短时间内掌握其使用方法，并运用自如。

学生们在校期间如能熟练掌握eda技术，对提高自己的工程应用能力，适应社会需求，找到合适自己发展的工作非常有利。

（4）撰写实验报告。撰写课程设计报告。课程设计报告是一份严谨的科研报告，要求学生提交设计方案、设计过程、元器件的选择、逻辑算法、调试方案、调试中处理问题与解决问题的方式，以及实验结果、数据分析、报告总结等。[5]严格的要求对培养学生实事求是的工作作风有积极的促进作用，为今后撰写毕业设计打下了坚实的基础。

3.完善的考核制度

合理给出成绩是培养学生工程应用能力的动力。[6]它不仅反映了学生的真实水平，还能激发学生的学习热情和创造欲望。

考核方式采用小组答辩的形式，同样题型的学生组成同一小组，在小组会上学生介绍自己的设计方案、实现方式，并当场演示实验结果。教师和其他学生对其设计进行提问和讨论，并在同一题型中选出最佳方案，每组最佳方案在全班总结会上展示，让学生了解自己的不足，取长补短。

实践教学表明，学生们通过数字电路课程设计这门和实践紧密联系的课程的训练，工程应用能力得到了大大提高。

四、结束语

目前电子行业人才竞争激烈，不但要求学生理论基础扎实，而且要有较强的自学能力及实践动手能力。通过使用新的实验平台，学生们了解、接触了电子行业最新的技术方法及制作过程，开阔了设计思路，扩展了学生实验设计的范围。数字电路课程设计的训练为后续课程中更为复杂的电路设计、电子制作打下了良好基础，每年都有不少大三、大四的学生，在全国、全区的大学生电子设计竞赛中获奖，这些成就都得益于数字电路课程设计的训练。

参考文献：

[1]周建国，王小兰.虚拟实验系统在“数字逻辑”实验教学中的应用[j].实验室研究与探索，2011，（10）：78-80.

[2]高辉.多功能综合性实验方法研究[j].计算机教育，2010，（2）：154-140.

[3]刘英，李佳，徐兆君，等.工程素质与创新精神的培养与实践[j].化工高等教育，2011，（2）：25-27.

[4]温显斌，王法玉.构筑实践教学体系，强化应用能力培养[j].计算机教育，2010，（10）：126-128.

篇5

关键词：eda；开放实验室；设计性实验

中图分类号：g642.3文献标识码：a 文章编号：1002-4107（2014）06-0043-02

eda技术及应用课程是理工科高等院校电子信息工程专业的一门重要的专业基础课程[1]。目前，国内很多高校都更注重理论课教学而忽略实验课程的教学，甚至理论课和实验分别由不同教师完成。这样的安排会使学生感觉理论和实践相脱节，理论课往往枯燥无味，而实验课又照葫芦画瓢地完成验证性实验，和实际应用脱钩，收获不大。因此，对像eda技术及应用这样直接面向应用的专业课程，不但要协调好理论教学和实验实践的关系，并且实验教学还应该高于理论教学的深度和广度，尤其是对理论教学中没有涉及的与实际应用密切相关的知识运用与掌握，成为教学改革的重点和难点部分。

为了解决以上的教学难点，黑龙江大学电子工程学院eda教研室的几位教师通过总结自己以往的教学工作以及项目开发经验，并结合教学计划和学生的学习能力，提出了将eda技术设计性实验作为eda技术及应用课程的主要教学手段，并且通过教学实践摸索总结出一套行之有效的教学方法和教学内容以及教学考核手段。

一、eda技术课程设计性实验的教学目标与内容

eda技术及应用课程设计性实验的主要教学目标是，通过实验教学使学生快速形成资料查询，资料整理，自主思考和设计实验方案等自主学习的能力。如通过fpga实验平台，学生可以掌握以fpga芯片为核心的可编程数字系统学习方法。具体内容涵盖分频器的设计，序列检测器的设计，同步整形电路设计，基于fpga的单片机电路设计，nios的设计及应用，fpga开发平台软硬件系统开发设计等内容。

二、以设计性实验为引导的eda技术课程教

学改革思路

因为此次课程教学改革以设计性实验为eda技术及应用课程教学的主体，并且以设计性实验为重点内容，所以理论课的教学内容也紧密地围绕实验题目进行。

改变传统的以教师为教学主体的教学方法，增强学生自主学习能力；实验平台选择上以alter公司的flex10k芯片作为核心处理器，并且扩展其应用芯片，可以方便开展涉及底层硬件的数字接口实验和数字设计实验。同时补充数字信号处理方面的应用实验，完善课程的知识体系结构。

不同于以往的先上理论课再上实验课，我们把实验课的安排提前，即理论课先讲部分基础知识，然后就立即上实验课。这样安排对比传统方式的好处在于，学生通过查找资料（互联网、图书馆）自主完成实验题目的主体设计，后期再由教师补充完善，这样做提高了学生的自主学习能力，在理解基础知识的基础上，帮助其形成完整的知识体系。

增加eda原理及应用实验设计性实验题目，设计性实验不给出具体实现步骤和实现方法，只是给出设计指标和设计参数，由学生自己设计实验方案并完成。这样既锻炼了学生的创新能力，也更加激发了学生的学习兴趣。实践证明，通过增加对实验结果在课堂上进行分析、讨论和总结的教学环节，能够充分地激发学生学习动力和学习兴趣，同时也使理论知识得到了加深理解和知识的巩固扩展[2]。

三、合理安排教学进程

实验的安排是以循序渐进地完成一个完整的设计项目的顺序来安排的。第一步基础实验部分，主要目的是让学生熟悉开发环境，掌握vhdl语言。主要包括：基本组合逻辑电路设计、时序电路设计、数字时钟设计、状态机设计等实验内容，为下一步工作打下坚实的基础。第二步，要求学生完成fpga最小系统的pcb设计，元件采购、电路的焊接调试等步骤，最后完成设计报告。第三步，要求学生利用数字信号处理里的知识，按照指定的参数设计一个低通数字滤波器，并用fpga系统在硬件上实现，这一步有助于使学生加深对整个知识体系的理解、贯穿[3]。

表1eda原理及应用实验安排

表1是eda原理及应用的实验安排，其中前五个实验是基础实验内容，实验6-8是设计性实验内容，所有的实验题目的设置都是围绕着完成数字滤波器设计实验展开的[4]。

四、确定多择化的考核方式

如果想要取得好的教学效果就要有一套行之有效的考核及奖励激励机制[5]。与以往教师仅凭借实验报告和学生在实验课上的表现给实验成绩的方式不同，在设计性实验的考核中，教师更加注重对学生学习能力、创新精神和团队协作能力的考核，以及对设计报告的完整性、规范性和严谨性的考核，

教师在学生的设计手册、调试手册、设计答辩等方面对学生的成绩进行评价。杜绝了以往实验报告的抄袭现象，同时考核的重点并不是学生是否能够通过考核，而在于区分每个学生的学习情况。

综上所述，通过参加设计性实验教学的学习使学生了解了做“科学研究”的一般步骤和方法，并且锻炼了查找资料、筛选资料、撰写设计报告以及对报告进行解说的能力。更重要的是通过一系列能力的锻炼和提高培养了学生们对待科学的严谨态度[6]。

五、加强实验指导教师队伍建设

结构合理、素质优良的教师队伍是实验室开放和可持续发展的决定性因素。学生在进行综合设计性实验的时候会引发出更深和更加广泛的问题，同时这些实验还要涉及大量的新知识，这些都对实验指导教师提出了更高的要求。

利用学校的开放实验室项目培养学生科技团队。一般是由大四或者大三的学生作为项目负责人，大一、大二学生作为项目参与人的形式进行申报。在指导教师的指导下并通过老生带新生的传帮带模式建立学生开发团队。以此为基础，对学生实行差别化的培养，有利于发现人才和培养人才，同时也为学生参加各类电子设计大赛打下良好的基础。

通过三个学期对两个班级的教学实践经验的总结，证明这种以实验为主的教学模式能够激发学生主观能动性，并取得更好的教学效果。已经完成的eda技术及应用设计性实验课程的教学获得了学生很高的评价和诸多好评，受到了学生的欢迎。

参考文献：

[1]钟国辉.以设计性实验为牵引的微机原理课程教学[j].高等工程教育研究，2013，（3）.

[2]林连冬.eda技术开放实验室研究型实验的教学探索与实践[j].实验室研究与探索，2013，（5）.

[3]林连冬，于翔.eda原理及应用实验教程[m].北京：国防工业出版社，2011：56-59.

[4]林连冬，马慧珠，温少波.基于fpga技术的rc6改进算法研究[j].电测与仪表，2008，（11）.

[5]王勇，宋万年.改进综合性、设计性实验考核办法提高学生实验能力[j].实验技术与管理，2006，（4）.

[6]孙艳丽，胡欣敏.实践教学：创新人才培养的路径[j].黑龙江教育：高教研究与评估，2013，（6）.

收稿日期：2013-10-22

篇6

【关键词】智能变电站 调试技术 过程层 间隔层 站控层

1 前言

智能变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，实现站内外信息共享和互操作，实现测量监视、智能状态监测等自动化功能的变电站。其数字化、网络化的特点使全站设备之间的联系更加紧密，集中测试的调试模式应运而生。

2调试前准备

收集相关厂家资料，核对相关设备容量、型号、回路，根据设计院图纸设计要求结合现场情况制定调试工作步骤，严格执行国家及地方局制定的反措要求。在工作前，试验专责工程师对调试人员要进行技术交底，做好试验方案编写和报审，调试资质和人员资质的报审，执行工作票制度，认真填写好原始记录，准备好调试表格。认真审核设计图纸，并熟悉设计理念。根据各设备屏柜实际位置及线缆沟槽管井的排布，结合现场实际，配合二次班，做好光缆及电缆的敷设策划准备工作。

3过程层调试

3.1过程层网络结构

过程层 goose信息单独组网，按双重化配置，保护跳闸采用点对点方式，保护之间的联闭锁信息、失灵启动等信息采用goose网络传输方式；保护装置采样值采用点对点方式， smv网单独组网，按双重化配置，供录波、pmu、计量的网络采样值用。母线配置2台冗余goose交换机，并按继电器小室集中组柜。测控装置出两个goose口分别接到两套网络的交换机，组成星形双网结构； goose、smv交换机均支持iec61588网络对时方式。

3.2合并单元调试

1、oemu-702a电流合并单元主要测试项目包括：环境影响测试、电源检查、光功率裕度检查、合并单元装置测试、电磁兼容测试、互联测试。

2、oemu-702a-pt电压合并单元主要测试项目：环境影响测试、电源检查、光功率裕度检查、电压并列功能、异常告警功能、合并单元装置测试、电磁兼容测试、互联测试。

4间隔层调试

4.1主变保护调试及母线差动保护调试

主变保护调试需主变高中低三侧模拟量输入，其中主变三侧采用转换模块将继电保护测试仪输出的模拟量转换为数字量，再经合并单元处理后输入主变保护。调试项目：1） 外观及接线检查；2） 绝缘电阻检测 ；3） 直流电源检查 ；4） 通电初步检验 ；5） 开关量输入、输出回路检验 ；6） 模数变换系统检验 （ 零漂检查 、 电压回路检查、电流回路检查 ）；7） 保护定值和功能检验（差动速断保护 、差动保护 、二次谐波制动 、高压侧复合电压过流保护、高压侧复合电压方向过流保护 、高压侧零序方向过流、高压侧零序过流、高压侧间隙零序过流、高压侧零序过压、高压侧失灵联跳、高压侧过负荷、中压侧复合电压过流保护、中压侧复合电压方向过流保护、中压侧限时速断过流、中压侧零序方向过流、中压侧零序过流、中压侧间隙零序过流、中压侧零序过压、中压侧过负荷、低压侧复合电压过流保护、低压侧过流保护、低压侧过负荷、公共绕组零序过流 、公共绕组过负荷 、pt断线试验、ct断线试验 ）；8）二次回路检查 ；9） pt、ct通流通压检查 ；10）整组实验（主保护整组试验、后备保护整组试验）；11） 传动断路器试验 ；12） 80%直流传动试验 ；13） 带负荷试验 ；14） 差动保护回路六角图测量 ；15） 异常处理情况 。

4.2线路保护调试

保护调试需电流、电压模拟量输入，采用转换模块将继电保护测试仪的模拟量转换为数字量，在经合并单元处理后输入线路保护。线路保护调试项目：采样值报文传送、goose报文传送、保护装置开出测试、保护装置goose开入测试、goose跳闸性能测试、采样值整组测试、sv品质测试、异常情况下的smv/goose测试、数据同步检测、合并单元延时测试、通信异常情况下的smv/goose测试goose整组测试（基于数字化测试仪）、保护试验：

5 站控层设备调试

网络报文分析仪是通过在线分析自动化所有通信报文，实时地在线监测自动化系统运行状况并及时对异常进行报警，并可根据所记录的系统通信报文进行离线分析，从而查找系统存在的隐患和异常，分析系统异常和错误原因，指导相关人员定位排除系统隐患和故障。主要功能如下：1）在线通信监视；a）goose信息。对goose信息的帧结构、组播地址与源地址匹配关系、stnum和sqnum组合方式、帧时序、频率进行监视，对异常进行告警和记录。b）sv采用值信息。对sv采用值信息的帧结构、组播地址与源地址匹配关系、序号、帧时序、频率进行监视，对异常进行告警和记录。2）通信信息记录；a）对各网段通信过程进行持续完整的记录。数据按照指定的时间间隔和长度保存为记录文件，记录文件按时间存放在硬盘中。b）所有网络数据都包含接受时间标记，并按照不同网段分开保存。3）分析工具a）链路分析。解析各以太报文，分析所有链路通信过程，对异常报文、异常过程进行分析和提示。b）mms分析。mms报文解析、mms过程分析，对异常报文、异常过程进行分析和提示。c）goose分析。goose报文解析、goose过程分析，详细分析报文和过程各层信息，可快速准确的查找特殊信息和定位各种故障点。

6 监控及远动系统整组调试

带开关整组传动之前 ，应对整个直流及交流部分进行绝缘检查，通过保护来验证保护与开关之间配合，从开关动作情况到保护动作准确无误，灯光、音响、信号回路正确。通讯远动专业与继电保护专业配合，调通全站网络，实现全站所有接口通讯正确无延迟，并应调通与省调及网调的数字及模拟通道，配合调度将整站相关遥测遥信信息上传至相关调度及集控站。网络记录分析系统调试：对网络分析仪的调试应在整组传动时进行，实时监视、捕捉、存储、分析和统计全站各种网络报文，并能实时检测全站网络通信状态并正确评估。辅助智能设施功能调试：视频监控、安防系统、事故照明切换系统、站用交流系统应根据各自所承担功能的不同，按设计要求调试以实现其优化管理变电站的功能并与各级远控系统通讯良好。保护定值要认真核对，确认与调度定值相一致后方可投产试运行。

7 结语

随着生产厂家的调试设备不断改进，智能化程度越来越高，集成调试对数据的分析处理能力得到增强，更加高效； 调试软件的不断升级，以及新测试软件的开发，为以后的 。集成调试提供了更有效的方法和手段，使每个调试环节的正确性验证变得更简单、准确。

参考文献：

1. 《智能变电站技术导则》q/gdw 383-2009；

2. 《智能变电站继电保护技术规范》q/gdw 441-2010；

3. 《330kv～750kv智能变电站设计规范》q/gdw 394-2009；

4. 《iec 61850工程继电保护应用模型》q/gdw 396-2009；

5. 《智能变电站自动化系统现场调试导则》q/gdw 431-2010；

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1.1设计理念与目的

设想以电子实验报告取代纸质实验报告,但这并不是简单地要求学生将纸质的实验报告输入word文档提交给老师,而是由教师构建一个互动的多媒体平台,提供实践内容、视频给学生预习复习用,附带的作业提交功能要求学生将实践结果照片、文字材料提交,教师在后台批改评分后再订正。这是以电子实验报告评价学生生物化学实践效果的总体思路。

1.2系统架构

以dreamweaver、photoshop、flash开发构建了实验平台。平台总容量1500m其中:视频800m、动画100m、图片20m、文字20m。系统运行所需的服务器端采用pc服务器或小型机,采用4路cpu,内存推荐为2g以上;硬盘为320g及以上。系统运行所需软件为windowsserver2003,数据库软件为access2003及以上版本。平台网址:6678/test/in-dex_shijian.asp。设置学生学号为用户名和初始密码,要求学生及时修改密码。:6678/test/admin/为教师后台,提供实践多媒体内容的录入和学生作业批改功能。

1.3内容建设

平台架构完成后,我们拍摄了教师示教的视频剪辑合成,共13个视频,结合文字图片素材,在教师界面上传后,呈现于学生界面。学生以学号为用户名和密码登录,选择相应的项目(图1),点击后提交电子档实验报告。教师随时在后台进行批改(图2)。教师可以根据实验项目统一批改报告,也可以根据学生姓名筛选某一学生的所有报告批改,统计成绩。

2平台应用及初步成效

系统架构完成后,我们以2011级临床专业30名学生为教学对象。要求学生在实验课上课之前,登陆实践平台观看视频,做好预习。在课堂实验结束时将实验结果拍照。实验室提供有供登陆实践平台的电脑,学生可将照片上传添加对实验结果的分析后提交。针对7个定性实验,在教师没有强制要求提交电子档实验报告的前提下,提交率达88.1%,说明学生对这一作业形式还是很感兴趣的。而作业提交过程中涉及的文字输入、图表编辑、图片上传等操作对学生而言也没有太大的难度。在提交的作业当中,约21.2%的作业被退回要求重做。主要原因是作为定性实验,学生没有提交实验结果照片。作业被退回后,100%的学生都补交了结果照片。在批改过的作业中,主要发现存在实验结果与讨论不一致的现象。对/酪蛋白等电点的测定0实验报告进行统计,结果有2位学生(6.7%)学生提交的实验结果图上ph4.3溶液环境下,蛋白的沉淀多于ph4.6,但学生学生提交的实验报告却迁就正确答案,写成pi=4.6。教师通过网络平台及时发现了学生实验中的错误,并予以纠正。自2011年平台架构完成至今,面向临床医学、临床医学(社区定向)、护理学、口腔医学专业学生开放。3年的使用过程中,共计2000余位学生提交了近15000份电子档实验报告。

3讨论

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关键词：测量不确定度，低压电器

 

0引言

iso/iec 17025:2005《general requirements for the competence oftesting and calibration laboratories》（检测和校准实验室能力的通用要求）中指出“检测实验室应具有并应用评定测量不确定度的程序”，“实验室至少应牡蛎找出不确定度的所有分量且作出合理评定，并确保结果的报告方式不会对不确定度造成错觉，合理的评定应依据对方法特性的理解和测量范围，并利用诸如过去的经验和确认的数据。”这一要求不仅被iecee cb体系下cb检测实验室（cbtl）所广泛认可；在我国，中国合格评定国家认可委员会也把其作为对检测和校准实验室能力认可准则中的要求之一。。

测量不确定度的评定不仅可作为评定测量结果质量的参数和反映检测报告质量水平的一个工具，它可以使不同实验室或同一实验室对同一量的测量结果作比较，或者使测量结果与技术规范或标准中所给出的参考值作比较。这样，不仅可以反映实验室检测技术能力水平，更能够使同行业实验室通过相互比对来共同去寻求检测技术的不断提升。

1测量不确定度

测量不确定度的定义是与测量结果相联系参数，表征合理地赋予被测量量值的分散性。不确定度是以测量结果本身为研究对象，其含义不是“与真值之差”或“误差限”、“极

限误差”，而是表示由于随机影响和系统影响的存在而对测量结果不能肯定的程度，表征出

被测量值可能出现的范围。它是以测量结果为中心，以标准差或其倍数，或某置信区间半宽度确定的被测量的取值范围。确保真值以一定概率落于其中。

2测量不确定度的评定

测量不确定度的评定过程本身体现了对测量不确定度主要来源确定过程，并通过数学模型的建立和采用相应的修正方法来确定最终的测量不确定度。测量结果的不确定度一般来源于：被测对象、测量设备、测量环境、测量人员和测量方法，这些来源反映出随机影响和系统影响。由此，也导出了两类不确定度评定方法：①用统计方法评定的a类不确定度; ②用非统计方法评定的b类不确定度。

不确定的a类评定是针对随机影响的存在，对同一量进行多次重复测量，对这些不同的测量值进行统计分析以实验标准偏差来表征的方法。a类不确定度为:

ua=s（）=式中——第i次测量结果，——数列的算术平均值

不确定的b类评定是一种非统计的方法，其根据以往测量数据、校准证书数据、对仪器性能经验等估计的。发表论文。其由估计的标准偏差来表征，且用灵敏系数对其加权。。b类不确定度为：

ub=b/kj

式中b——误差源的误差限，kj——与误差分布和误差限取值概率有关的因数

在此基础上，把所有一是别的标准不确定度分量进行合成得出与测量结果相关联的不确定度总值，成为合成不确定度。其数学公式为：

uc（x）=[u2(x1) u2(x2) …]1/2

而在实际触觉的检测测量结果的报告中，一般要给出在特定置信概率下的扩展不确定度，以此表明被测量的真值以所指的置信概率处于置信区间内。发表论文。其数学公式为：

u=kuc（x），其中k为包含因子，能反映所要求的置信概率。。

3示例

3.1试验方法：在对低压断路器进行脱扣特性和极限试验项目中，会要求判定瞬时脱扣器是否会在试验电流为短路整定电流的120%条件下，在0.2s内动作。以额定电流100a，短路整定电流是10in为例，此试验电流值为1200a，其获得是在断路器在合位状态下的试验回路里，通过调节多磁路调变成套设备输出小电流120a，电流未定后断开断路器，用数字荧光示波器测得此时的电压值u1；由i=u/r公式可得，在试验回路电阻r不变的条件下，i与u成正比关系。发表论文。因此，继续调节多磁路调变成套设备到示波器显示10 u1，然后断开试验回路电源；把断路器恢复至合位，再次开启试验电源，即可得到要求的试验电流；同时，当断路器断开后，数字荧光示波器可记录动作时间和试验电流值。

3.2数学模型：被测电流可以直接由数字荧光示波器的刻度直接读取。

i=i, 式中i——被测电流值，i——数字荧光示波器示值。

3.3方差与传播系数：由于被测电流是直接由数字荧光示波器直接读取，故被测电流的不确定度就是数字荧光示波器示值的不确定度，uc2=u2（i）。

3.4评定分量标准不确定度: 根据本实验的的实际情况，不存在重复观测，因而采用b类评定方法

(1) 示值不确定度分量u1:

根据检定证书，数字荧光示波器的最大允差是±1%，均匀分布，估计其相对不确定度10%。

u1=1%/ =0.58%

v1=(1/2)（10/100）-2=50

(2)不同人员或不同时间读数引起的不确定度分量u2:

由于每次测量时所用时间不同，通过试验，我们认为偏差不超过±2%，均匀分布，估计其相对不确定度为50%。

u2=2%/ =1.15%

v2=(1/2)（50/100）-2=2

3.5合成标准不确定度uc=(u21 u22 u23)1/2：

uc=(u21 u22 u23)1/2=（0.582 1.152）1/2%=1.29%

3.6有效自由度的计算及包含因子的确定：

vcff== =3.16≈3

kp=tp（vcff）=t0.95（3）=3.18

3.7扩展不确定度:up=kp×uc=3.18×1.29%=4.1%

3.8不确定度的最后报告：

扩展不确定度up =3.9%

（ up由合成标准不确定度uc =1.29%，按置信水准p=0.95，自由度v =3所得t 分布

临界值——包含因子kp =3.18而得。）

4结论

不确定度是国际公认的用来评定测量结果质量的参数。通过测量不确定度在实际检测过程中的应用，可以帮助检测机构重视对产生不确定的各个因素的分析研究，也为不断提升检测技术、完善检测设备和数据处理提供参考。

参考文献

[1]iso/iec 17025（2005）， general requirementsfor the competence of testing and calibration laboratories

[2]邱军，陈建兵. 低压电器质量检验及其不确定度分析[j]. 低压电器，2006，（3）：51-53,57

[3]中国合格评定国家认可委员会 cnas—gl08：2006，电器领域不确定度的评估指南[z]. 2006

[4]施昌彦,刘　风. 测量不确定度评定与表示指南[m ]. 北京:中国计量出版社, 2003.

[5]jjf1059 - 1999,测量不确定度评定与表示[ s].

篇9

【关键词】 电气信息；信号处理；课程体系

近年来，随着以语言处理、图像处理、大数据分析处理等为核心技术的人工智能技术的发展，数字信号获取与处理的技术从制造业领域扩大到农业、医疗、教育、能源、国防等诸多领域，不断给人类社会带来更多发展。由此，随着信号处理理论与方法应用的范围的扩大，信号处理系列课程也成为国内外各个工科专业的核心课程，除了电子类专业，光电、机电、计算机、生物医学等各专业也均已开设信号处理系列课程。由于存在着与原有课程体系的衔接，其在教学体系建设和教学内容安排上存在各种问题。

一、课程群建设思路

面向国内外高等教育的发展，跟踪学科发展，借鉴cdio 理念，以信号处理课群为背景，拓宽电气信息类专业知识模块为突破口，体现“厚基础，重应用”的特点，构建信号处理系列课程体系，及时引入高等工程教育的教研与科研成果，强化基本方法、基本技能，提高综合素养，实现具有普适性的学科大类工程基础教育的目标，并建立可持续发展的良好机制。

由于信号处理系列课程均以数学为主要工具，其理论性和应用性都很强，体系内课程之间及与相关课程之间在内容上具有一定的重叠性，需要分析各门课程内容的侧重点，理清课程之间的相互关系以保证课程内容的有效衔接，将其作为一个整体进行优化整合，以形成模块化的理论教学体系，并在大类知识平台上建立层次化的实践教学体系。在该体系下，注重理论与实验教学的有机融合，注重工程应用能力的培养。

二、理论课程体系构建

1、构建专业相关基础课程map

通过深入研究信号处理系列课程在各专业中与前开、后续课程的知识相关性，按照国家“卓越工程师计划”的要求，按照知识领域、知识点构造知识能力矩阵，理顺各知识点的衔接关系，进一步理清对应课程的学期设置，为使其在培养计划中的设置更为合理奠定基础。

在电气信息大类学科中，通识教育的核心课程中，信号处理类课程主要包括信号与系统、数字信号处理两门核心课程，根据专业需求还有信号分析与处理、dsp 技术及应用以及系列实验课程等核心课程。结合各专业的开课情况，构建电工电子类专业基础课程体系map，如d1所示，可供开设专业选择参考。对信号处理类课程整体要求较高的专业可以采用（a），要求较低的专业可以采用（b） 图结构。各专业可根据实际需要选择开设的课程及学期学时。

电气信息类专业的首要专业基础课程为“电路”（非电专业为“电路分析”）课程，它也是“自动控制原理”以及信号处理系列课程的理论基础，一般课程群中的基础课程“信号与系统”需设置在“电路”开课后的学期。“自动控制原理”课程一般可以与“信号与系统”同时开设。若有些专业对信号处理类课程要求不高，建议开设“信号分析与处理”课程，建议学时为64学时（至少48学时），由教学经验，开设在“自动控制原理”课程之后授课效果较好。

2、建立课程群体系结构

按照信号分析系统分析信号的数字处理系统的实现作为教学体系的组织结构，实现原理、方法和应用的有机结合，构建课群内课程的知识能力矩阵。各专业可选择与本专业相适应的教学内容及学时，以形成适合本专业的教学内容完善、分工合理的教学体系。建立信号处理课程群内课程的体系结构，如图2 所示。

课程群中，信号与系统、数字信号处理两门课程为核心基础，以连续时间信号与系统的分析和处理为基础，以离散时间信号与系统的分析和处理为目的。按照目前的技术发展，信号处理的核心概念应主要放在离散域的频域（即ω域）的分析和处理。

图2 信号处理课程群体系结构

三、课程群教学内容的整体优化设计

1、“信号与系统”

“信号与系统”课程的传统内容包括信号分析与线性系统分析两部分内容。按照研究对象所在时间域分为连续时间和离散时间信号与系统两种系统；按照处理方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类方法。变换域的方法主要概括为频域（ω域）、复频域（s域）和z变换（z域）。课程中重要的运算方法是卷积积分/卷积和的概念。当今由于计算机技术及各类工程软件的普及，从变换域的角度，课程重点应放在信号的频谱分析以及系统的频率响应上；从时间域的角度，课程重点应放在离散域分析。电路的时域方程求解，逆变换的求解应弱化。

2、“电路”与“信号与系统”

电路课程应主要介绍电路的基本概念和电路定律，其线性电阻电路、线性动态电路时域分析的方法与定理是所有后续课程的基础。其传统内容中，除电气工程专业外，均可适当进行削减，傅里叶级数、复频域分析等均可放至后续“信号与系统”课程。

3、“信号与系统”与“自动控制原理”

这两门课程分别是弱电、强电专业的基础核心课程。主要内容均包含对线性系统进行分析的内容，除了频域外，其他变换域两者均有涉及，内容上不可避免存在有重叠，区别仅在涉及的深度与广度。“自动控制原理”重点在对系统的分析，主要掌握控制系统的基本原理、分析方法，如控制系统的稳定性，可控性等，关注系统的建模、分析和综合。“信号与系统”课程更为关注信号的分析，尤其是信号的频域分析，从频谱分析角度掌握信号和系统之间的关系。

4、“信号与系统”与“数字信号处理”

“信号与系统”是“数字信号处理”的理论基础，两者从理论上来说，是同一个理论体系细分后的结果，内容本身并不存在重复，只是由于大多数“数字信号处理”教材，为了保证教学内容的系统性和完整性，往往将抽样定理、离散信号与系统的时、频域分析方法等内容再次进行了阐述。

“数字信号处理”的教学内容注重面向工程实际，主要突出数字化方法与技术，其重点内容应放在dft、fft算法、数字滤波器有关原理与设计方法。可以将离散时间傅里叶变换、离散傅里叶级数等基础概念下移，适当增加现代信号处理的内容。

5、“信号分析与处理”

“信号分析与处理”课程为“信号与系统”与“数字信号处理”两门课程的综合体，适用于有信号处理知识需求但学时要求无法满足的专业。实际运行中，若专业开设了“自动控制理论”，建议作为其后续课程开设。该课程由于学时有限，一般只能涉及信号分析与处理的基本原理与分析方法：信号的傅里叶频谱、抽样定理、信号的传输与滤波、dtft、dft、fft、数字滤波器的基本设计方法等内容。

四、实验课程体系构建

1、分层次设计实践教学

整体规划内容，体现从原理到工程应用，构建与“厚基础，重应用”培养目标相一致的“软硬结合，循序渐进，培养创新意识”的信号处理实践教学培养体系。

仍然按照“信号分析系统分析信号的数字处理系统的实现”组织整个课程群实验体系的内容，改革实验方式，注重基础性实验，增加综合性、设计性实验，其层次结构如图3所示。

随着信号处理学科技术的发展，海量存储器的出现使得用c语言等高级语言在dsp上实现变得更为容易，从而我们可以在实验室中以更接近于实际工程开发的过程，

用软硬件结合的方式实现信号处理的设计过程。基于信号处理课程体系整体规划实验教学内容，不同专业可以采用不同的实现方案。在整个系列课程的实验设计中，我们按照同一个内容的基于matlab软件平台的基础软件仿真实验到dsp或arm硬件实现的对应关系进行实验设计，并构造基于实际系统的综合、设计性实验，从而让实验更接近于实际的数字信号处理系统。

2、基于cdio理念中的二、三级项目原则来设计实验内容

将科研项目中的以心电信号处理、汽轮机震动信号处理、语音信号处理等实际数字信号处理系统规划为二级项目内容（通过综合课程设计实施），从工程应用的角度出发设计题目，规划设计课内的三级项目内容，且实验内容具有从基础到提高的层次性。

基础实验主要包括基本信号运算、典型信号的实现、卷积与相关的实现、连续信号的频谱分析、离散信号的频谱分析、时域/频域抽样、系统分析等内容；综合设计性实验的内容主要是将信号处理系统的各子系统构建的系列的滤波实验；软硬结合实验及综合设计部分主要放在fft分析连续信号的频谱及滤波处理、信号的采样与滤波，以及用dsp/arm实现语音、心电信号等信号压缩、实时滤波、频谱分析等内容。

3、探索新的实践教学实施方式

我们在设计的信号分析与处理实验中，设计了信号分析、系统分析、信号处理综合实验三个板块。由于每个板块中的实验内容都具有对应地层次性，各专业可根据教学的深广度需求灵活选择与教学配套的内容。如在信号分析板块实验中，信号的频域分析包括周期信号的频谱、非周期信号的频谱、信号的时域采样等内容，可在其中选择部分内容作为实验内容，也可以作为课后作业进行练习。对实验学时较少的专业，还可以将信号处理综合实验板块的内容变更为开放性实验或大型程序作业环节。

在具体实施中，我们将其作为大型程序设计作业进行了尝试，有意识培养学生的工程创新、团队协作意识。具体实施步骤如下：

（1）制定了以二级项目驱动的程序设计任务书。任务书仅提供工程项目背景介绍及需要的设计指标，不提供设计方案，设计需要处理的信号也由学生自行采集。

（2）实施时间：开课中期～课程结束后一周。

（3）实施方式：由教师指定学生成立3人小组，由学生自由分工。采取指定组合的形式是为了更接近实际工作中，个人无法选择凯时k66会员登录的合作伙伴的情况，以锻炼学生的协作能力。

（4）项目考核：采取撰写设计报告的方式评定成绩。学生需设计报告、源程序。项目组按照规范撰写项目报告，并在指定时间内提交报告、有关数据、源程序及运行结果，并进行结果分析。学生提交报告时，同时提交自评成绩与互评成绩，最终学生的个人成绩由项目组成绩与自互评成绩加权进行评定。

从实施效果来看，学生以超乎预料的热情按时完成了设计任务，并在实施过程中提出了很多建设性意见，收到良好效果。

五、结语

课程体系的内容应是随着技术的发展不断更新的，如何面向工程实际构建符合电气信息各专业要求的信号处理课程体系，优化教学和实践教学内容，需要我们持续研究探索。我们希望通过信号处理理论与实验教学体系的研究和构建，使学生熟悉理论知识，掌握从软件仿真到硬件处理的系统设计方法和基本技能，培养学生在实践中发现问题、提出问题并解决问题的能力。

【参考文献】

[1] 刘翠响等.电子信息专业信号处理系列课程实践教学研究[j].中国电力教育，2014.5.170-171.

[2] 陈后金，胡 健等.信号处理系列课程的改革与探索[j].中国大学教学，2008.9.36-39.

[3] 聂文艳，王仲根，廖晓纬.“电路分析”、“信号与系统”和“数字信号处理”课程优化的探讨[j].科技信息，2012.5.24-25.

[4] 陈立伟.面向新版人才培养方案的信号处理实践教学体系的研究与构建[j].创新教育，2013.5.55-56.

[5] 徐科军，黄云志.自动化专业“信号分析与处理”课程的教学研究[j].电气电子教学学报，2007.6.103-104.107.

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【关键词】：数字图像处理；实验；创新

【引言】：数字图像处理是一门迅速发展的新兴学科，发展的历史并不长。由于图像是视觉的基础，而视觉又是人类重要的感知手段，故数字图像成为心理学、生理学、计算机科学等诸多方面学者研究视觉感知的有效工具【1】。“数字图像处理”是高校电子信息类本科生的重要专业课，在信号处理系列课程中扮演重要角色，它的任务是为相关硕士博士点培养专业研究人才打下坚实基础，它是一门理论性和实践性都很强的课程，如何培养学生扎实的专业理论基础和实践创新能力，成为一个亟待研究的课题。

1 “数字图像处理”课程的教学体系结构

“数字图像处理”课程的前置课程除了“高等数学”等公共基础课，还包括信息与通信工程学科方向的“信号与系统”、“数字信号处理”、“信息论与编码”等专业基础课。瑞典布莱金格理工学院对这些前置课程与学生的接受能力之间的关系m行了研究[2]。通过本课程数字图像及成像基础、二维数字信号处理基本理论、灰度及彩色图像压缩、增强、分割等基本处理算法的学习，学生熟悉并掌握数字图像处理方面的基本知识、基本理论和基本技能，重点掌握基于图像变换理论的图像增强、图像压缩和图像分割等处理算法，它为深入学习数字图像处理及其在专业中的应用打下了基础。在教学实践中，我们将“数字图像处理”的教学体系结构分为三个模块[5-6]：1）绪论部分：这一部分主要介绍数字图像处理的发展历史、研究内容和基本概念，力争帮助同学把握学科发展沿革和应用方向，了解整体架构，建立研究和实践的兴趣。2）理论部分：按照空域处理（包括直方图、点处理、代数处理、几何处理）、频域处理（傅立叶等离散正交变换、滤波器处理）、统计模型方法的顺序进行讲解。在这一部分，我们遵循系统深入的原则，基于图像处理的例子，帮助学生系统复结并领会各种理论方法之间的逻辑顺序与本质。由于图像处理具有理论性和可视化强的特点，在这个部分教学中，我们希望加强学生对前置课程所学基本理论和方法的深入理解，使其充分认识理论知识在实际应用中的指导意

义，并体会理论本身的魅力。3）应用部分：在这一部分教学中，我们充分发挥图像处理应用性强的特点，选择基础性和典型性强的图像压缩、图像增强、边缘提取与图像分割、图像特征提取等应用，重点讲述应用基础理论和方法解决实际问题的常用系统与方法，进一步训练同学的动手实践能力，激发学生学习兴趣【3】。

2、实验实践教学体系特点：

2.1从基础的电子电路和集成电路的分析、设计和测试等“微观”视角入手，不断递进推广到包含完整的通信网络等“宏观”视角，使得学生可以建立起完整的信息与通信知识体系，了解本学科领域的最新前沿技术【4】。

2.2从相对独立的电路、器件、芯片等“点”入手，到电磁场与微波、无线、光纤和卫星等“线”为脉络，再推广网络与交换、多媒体通信、广播电视和传感网等“面”的体系，构建了完整的“点-线-面”结构和具有“全程全网”特色现代信息通信网络实验环境【5】。

3、分组实验

实验是数字图像处理课程必修的环节，实验阶段学生要完成两个内容： 综述报告和编程实验。在综述报告部分，教师根据图像处理的发展前沿和应用领域给出综述报告的题目，学生也可根据自己感兴趣的领域自拟题目；对于编程实验，各组根据实验任务书的内容完成相应的任务要求【6】。这两个实验内容学生是以组为单位完成的，各组由组长负责根据各自的情况完成实验任务的分工。由于实验课时数的限制，大部分实验任务是学生在课下时间完成的。

结语

实验教学在具体实施过程中仍有诸多问题有待解决，如指导老师工作量的认定，学生提交作品创新程度的鉴定等。开展创新型实验对于学生和老师都是一个新的挑战，只有对教学实践进行改革，选择适当的实验内容，有组织地执行预定实验计划，才能探索出一条适合从教学向教学研究过渡的实践教学体系。

【参考文献】：

[1]于猛，单亦先. 构建完善的实践教学体系[j]. 实验室研究与探索，2009， 28（ 5） ： 126-128， 139.

[2]潘清林，黄继武，徐国富，等.材料科学与工程实验教学中心的改革与实践[j].实验室研究与探索，2009，28（1）：108-111.

[3]叶国荣，陈达强. 高校本科生教育中研究型教学模式探讨[j]. 中国高教研究， 2009（ 3） ： 90-91.

[4] 卢德馨. 关于研究型教学的进一步探讨[j]. 中国高等教育， 2004（ 21） ： 24-24.