發布時間：2023-05-18 16:58:42
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隨著科學技術的迅猛發展，汽車盜竊技術與日俱增，已成為全世界汽車領域包括我國在內的重要問題。所以，汽車防盜設計研究不管是對汽車生產商來說，還是對社會保險業以及個人來說都具有非常重要的意義與價值，怎樣研制出更為安全、有效以及可靠性極高的汽車防盜設備，最大程度地降低車主的財產損失是當前汽車領域應該加以解決的迫切問題。針對當前世界性的汽車盜竊發展趨勢，所有的汽車生產商都在努力研發、改進汽車防盜技術，特別是微電子技術的大踏步前進，更是推動著汽車防盜技術的自動化與智能化發展。截至目前，汽車防盜設備從最初的機械控制，發展到現在運用電子密碼、使用遙控呼救、利用信息報警，早期階段的防盜設備主要是應用在門鎖、窗戶、啟動器、供油、制動器等聯鎖器件的控制，同時還有專為預防盜竊而設計出的專用型套筒扳手。伴隨著科學技術的發展，汽車防盜設備可以說是日益進步與完善，最主要功能就是防護車輛，并持續推出全新的產品。現代化高科技的快速發展促使產品的各個功能不斷強大，產品的設計過程與生產過程也更為復雜，這就促使產品的專業性更為重要，汽車電子防盜報警器當然也包含在內。另外，產品的可靠性已經成為當前測量產品性能及質量的核心標準之一，這主要是由于可靠性不但是產品質量的反映，更是產品安全性與維護性等多種性能的代表，因此提升汽車電子防盜報警器可靠性是增強產品市場競爭力與擴大產品市場占有率的重要手段與途徑。
二、汽車電子防盜報警器電路可靠性設計的必要性
汽車電子防盜報警器對于保護汽車安全起著至關重要的作用，其可靠性直接決定著汽車的安全性能。因此，針對汽車防盜報警器電路的可靠性設計研究，可以降低汽車電子防盜報警器出現問題的幾率，整體提升汽車自身的安全性。下面從五方面具體分析汽車電子防盜報警器電路可靠性設計的必要性:一是能夠預防發生故障，特別是降低了誤報或者被盜等特殊故障發生的幾率，從而確保汽車的安全與長期的使用時間。二是能夠從整體上減少電子防盜器的費用成本，因為提升產品的可靠性，就需要質量更有保證的元部件，對一些多余功能的部件調整以及其他部件的可靠性設計、研究、實驗等，都需要大量的經費支撐，因此首先就是在費用方面得到保證。但是，產品一旦可靠性得到提升，就能將花費在修費與停機檢查費用方面的費用降到最低。根據美國某相關公司的實際調查發現，在提升汽車可靠性和維修性研制階段所花費的每一美元，將會在之后的使用與后勤方面節省至少30美元，即產生30:1的實際效益。同時，可靠性所產生的直接經濟效益不但表現在未來實際運用方面，而且在研制過程中還會降低樣機研制的所需次數，每減少一個樣機，不僅僅能夠節省很多資金，而且可以節約大量時間。三是能夠大大縮減停機時間，提升產品的可用率，降低汽車發生故障或者被盜的概率。四是可以大幅提升產品的可靠性，增強企業的信譽，提高市場競爭力，拓展產品的銷路，實現經濟效益的提升。五是可靠性的提升能夠直接降低汽車發生其他事故的幾率，這樣就能降低因多種事故所造成的費用支出，從而避免其他不必要的損失。提升產品的可靠性需要從生產的每個環節著手，但最為重要的是產品設計階段，因為缺乏合理性的設計，如果想在之后的環節中加以維修并達到預期的可靠性，其幾率微乎其微。所以，產品設計者必須具備扎實的可靠性設計基礎知識與技能，并能夠運用多種方法與手段進行設計，從多個途徑尋求產品可靠性的突破。
三、汽車電子電路系統可靠性的設計方案
預計、分析、分配以及改進等一系列產品可靠性研發活動就是所謂的汽車電子電路系統可靠性研發設計，結合產品技術文件與圖樣，對汽車某個電子電路系統的可靠性進行定量設計，進而促進產品的可靠性更加穩固。這一過程包括確定的可靠性指標、構建的可靠性模型、預計法加速檢驗可靠性指標、分配的可靠性、分析檢驗電路的可靠性、篩選元器件等。
(一)建立可靠性指標。
我國在1997年加以修訂的《汽車報廢標準》，規定凡是非營運類轎車大于等于10年(經過申請通過最多研制15年)或者達到50萬公里之后要進行強制性報廢，這一規定可以說是汽車電子電路系統可靠性指標的確定范圍。盡管當前新出臺的汽車報廢標準有所改動，但是此規定依然是檢測機車各個部件功能可靠性指標的主要參考。依據報廢指定標準的15年計算，汽車報廢的時間長度約為129，600個小時(按照24小時/天計算)，與轎車共計行駛里程達到50萬公里的報廢標準，把這兩種汽車報廢標準的大約值視為同等效率，同國軍標準規定的不能低于5，000千米的汽車電子系統故障發生的平均間隔里程數，計算得出汽車電子系統的可靠性指標即MTBF是1，296小時。
(二)確定可靠性模型。
在設計產品的最初時期，通常要依據產品的可靠性指標與其功能，確定具體的可靠性模型，從而為分配可靠性指標作準備。汽車系統一般包括貯備系統、復雜系統與非貯備系統。其中，貯備系統又分為工作貯備系統與非工作貯備系統，而工作貯備系統又分為并聯、混聯與表決這三個系統，非工作貯備系統又稱之為旁聯系統;而貯備系統就是串聯系統。對于普通的電子電氣系統，又可分為并聯系統、串聯系統與混聯系統。并根據具體系統的模塊功能確定框圖與可靠性模型。構建汽車電氣系統的可靠性模型的常規條件是:在整個汽車電氣系統之中，除去電子的元器件之外，還包括其他部件部分(例如機械元件、系統軟件、同電子的元器件相關的PCB板和連線等)的可靠性都是徹底可靠的;而所有電子元器件的使用時間則是服從分布的指數與故障形式的相互獨立。
(三)分配可靠性指標。
分配可靠性指標就是把各個系統中的可靠性指標依照原有的規則分配給各個單元，并把分配所得的結果當做各個單元可靠性的定量要求通過設計加以實現。實際操作中的分配可靠性的方法多種多樣，例如評分型的分配閥、層次型分析法以及工程加權型的分配法等，就當前而言，最為簡單且容易操作的方法就是工程加權型的分配法，并且涵蓋的面積比較廣，因此應用愈來愈廣泛。所以，針對汽車電子電路系統的可靠性指標分配也是采用工程加權型的分配法進行的。
四、結語
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關鍵詞：Multisim 汽車尾燈 仿真軟件
中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）04-0000-00
本文設計的汽車尾燈控制電路，使得車輛在進行轉彎或者急剎車時能及時對其他車輛發出信號進行預警，可有效減少交通事故的發生。通過Multisim仿真軟件對電路進行仿真設計，Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，它秉承了其前身虛擬電子工作臺軟件易學易用、形象直觀等優點，擴充了元件庫，支持VHDL和Verilog HDL語言及單片機應用電路仿真與設計，增強了軟件的仿真測試和分析功能，廣泛應用于電子電路的教學與設計中。在電子設計中可以利用該軟件實現計算機仿真設計與虛擬實驗，驗證電路是否達到設計的要求，設計與仿真實驗可以同步進行，一邊設計一邊實驗，不符合要求時可以隨時進行修改、調試，實驗中不需要消耗任何元器件，根據仿真實驗的結果再進行實際電路的制作，大大節約了成本，縮短了產品的開發周期，是現代電子設計的有效方法。
1 電路設計要求
要求設計一個控制汽車尾燈的電路，用六個指示燈模擬六個尾燈（汽車尾部左右兩側各三個燈），并用兩個開關來控制汽車的運行狀態，其中一個開關用于指示右轉彎，另一個開關用于指示左轉彎，如果兩個開關都未接通，表示汽車處于正常行駛狀態，如果兩個開關都被接通，表示駕駛員遇到緊急情況，此時需要臨時剎車，緊急閃爍車燈警示其他車輛和行人。電路的具體設計要求如下：
（1）當汽車正常行駛時，汽車尾燈全部熄滅。（2）當汽車向左轉彎時，汽車左側三個尾燈按順序循環點亮。（3）當汽車向右轉彎時，汽車右側三個尾燈按順序循環點亮。（4）當汽車臨時剎車時，汽車后面六個尾燈一起明、暗閃爍。
2 電路設計分析
根據以上電路的設計要求可知，汽車尾燈有正常運行、左轉彎、右轉彎和臨時剎車四種運行狀態，需要用兩個邏輯開關組合構成開關的控制端（此處用K1、K0表示），左側的三個尾燈用D0、D1、D2表示，右側的三個尾燈用D3、D4、D5表示，可以列出汽車尾燈運行狀態關系表，如表1所示。
3 單元電路仿真設計
3.1 開關控制電路的仿真設計
開關控制電路通過開關K1、K0控制，選取異或門芯片74LS86N和與非門芯片74LS00N組成組合邏輯電路來實現對尾燈電路的整體控制；在電源庫中選取100HZ/5V的脈沖作為電路的輸入信號，用指示燈G、A表示譯碼控制和驅動控制兩種輸出狀態。由此可以構建開關控制電路，如圖2所示。
圖2 開關控制電路
通過對開關K1、K2控制，可以仿真分析得出譯碼控制端G和驅動控制端A的現象，從圖2可以看出：當開關K1低電平，K0高電平時，指示燈G和A均點亮，當開關斷開、閉合的情況不同，則G和A的亮暗情況也有所變化，具體關系如表2所示。
3.2 尾燈電路的仿真設計
尾燈電路主要由計數器、譯碼器和顯示驅動電路三部分組成。其中，計數器按三進制計數，用于左轉彎、右轉彎時控制三個尾燈按周期規律點亮，選取JK觸發器74LS112N構成三進制計數器；譯碼器是對運行的狀態進行譯碼，產生節拍脈沖輸出，控制尾燈按循環順序點亮，選取3線―8線譯碼器74LS138N構成譯碼電路；顯示驅動電路用于驅動LED，選取與非門74LS00N構成顯示驅動電路。尾燈電路中 JK觸發器的時鐘脈沖信號設定為100HZ/5V。由此可以構建尾燈電路，如圖3所示。
根據表3的邏輯功能可以分析得出下面的結論。
（1）當K1=0，G=0，A=1，左側尾燈和右側尾燈均不亮，即汽車正常行駛。（2）當K1=0，G=1，A=1，左側尾燈循環點亮，右側尾燈不亮。（3）當K1=1，G=1，A=1，右側尾燈循環點亮，左側尾燈不亮。（4）當K1=1，G=0，A=CP，指示燈隨CP的頻率閃爍。
3.3 時鐘脈沖信號
時鐘脈沖信號源選用的是軟件中的時鐘電壓源，其振蕩頻率設置在100HZ左右。也可以用555定時器外接電阻、電容元件構成多諧振蕩器或用石英晶體多諧振蕩器產生所要求的時鐘脈沖信號。
3.4 總體電路的仿真設計
將前面設計好的開關控制電路和尾燈電路連接在一起后，就可以構成了完整的汽車尾燈控制電路系統。
4 結語
本文所設計的汽車尾燈電路結構簡單、可靠性高、操作方便、成本低。應用Multisim13.0進行電子電路設計和仿真，可利用大量豐富的元器件庫和實用的虛擬儀器，可改變電路元器件參數來調整電路，使之更好地接近設計要求，且操作簡單、構建電路方便快捷、電路修改比較方便。在電路仿真設計完成后再去構建實際電路，從而大大的降低了使用成本，提高了電路設計的效率。
參考文獻
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收稿日期：2016-03-03
關鍵詞：地方；本科院校；開放實驗室；管理
中圖分類號：TM1-4 文獻標識碼：B 收稿日期：2016-01-20
1.前言
實驗教學是高等學校教學體系的重要組成部分，它對學生科學精神和創新思維的培養以及實際動手能力的提高都起著重要的作用。利用開放實驗室的契機，充分整合與創造性地應用實驗教學資源，可以提高地方本科院校電子類專業教師的實驗教學能力，豐富實驗教學內容，拓展實驗領域，降低成本和風險。
通過開放實驗室，建立新型的實驗管理模式，可以充分發揮地方本科學校電子類專業實驗室資源，為更多的學生提供可靠、安全和經濟的實驗項目，為地方本科院校電子類專業“知識、能力、素質”三位一體應用型人才培養提供優質、高效、豐富的實踐教學環境。
2.實驗室全面開放的具體步驟
（1）開放模式。實驗室應該根據其性質不同，在開放時間、空間以及實驗內容方面有所側重：基礎實驗室采取半開放時間，實驗內容、項目相對固定；創新實驗室條件允許時在時間、空間以及實驗內容上全面開放。
（2）開放的具體內容。①原則上對于電路、模電、數電、高頻等基礎課教學實驗室，全面實現時間上及部分內容上的開放。內容開放主要包括：第一，保留部分必開的實驗教學項目，可占該實驗課程總學時的20%～50%。第二，增加并改造一批綜合性實驗項目，每學期開學根據學生人數列出足夠的綜合性實驗項目供學生選擇，綜合性實驗項目占該實驗課程總學時的30%～50%。第三，適當增加具有設計新穎性和創新性且由學生自主選題的實驗項目，給學生留有一定的時間和學時空間，占該實驗課程總學時的20%～30%。②專業實驗室定期向學生一定數量的綜合性、設計性的項目供學生選擇，項目以各級電子設計競賽題目、分解指導教師的科研課題為主，逐步鍛煉學生掌握電子電路設計方法、電路故障檢測方法、工程應用方法，以提高學生分析問題和解決問題的能力。③以“挑戰杯”“科技文化周”活動為依托，引導、鼓勵學生開展創新實驗。創新實驗項目以團隊形式進行，參與學生不限年級，可自由組合；開放實驗室時可結合實際條件， 安排實驗場地和教師指導，培養學生的創新思維和團結協作精神，并通過高低年級學生的傳幫帶機制創新技術成果。④開發虛擬實驗系統，遇到一些高成本、高消耗、大型或綜合訓練以及現有實驗實訓條件不足或學生自主開展實驗與創新訓練等情況時，采用虛擬實驗，可以使學生獲得大型和綜合訓練經驗。
（3）開放實驗項目課時分配。①電子電路綜合實驗，開設時間為第三學期。本課程中學生要求修讀2項第一級實驗項目（必修）；要求修讀1項第二級實驗項目和1項第二級或第三級實驗項目。②電子電路綜合實驗，開設時間為第四學期。本課程中學生要求修讀2項第一級實驗項目、1項第二級實驗項目和1項第二級或第三級實驗項目。③電子電路綜合實驗，開設時間為第五學期。本課程中學生要求修讀1項第二級實驗項目、1項第三級實驗項目和1項第三級或第四級實驗項目。
（4）管理模式及運行機制。①學生管理。在開放實驗中重點突出學生的自主性。從方案設計、操作、實驗結果的分析處理方面最大限度地發揮學生的作用，擴大學生獨立思考、操作、分析的空間，充分調動學生的學習積極性和自主性。 ②成績管理。第一，對于驗證性實驗成績的評定，以學生的預習報告、實驗報告和實驗操作為評分依據。第二，對于綜合性、設計性、創新型實驗，以實驗成果（包括實物、論文或實驗報告）和指導教師評價或通過答辯的形式進行評價，作為學生成績和學分的評定依據。③實驗室人員管理。實驗指導教師負責開放實驗項目的建設與更新，負責指定開放實驗項目的開題、過程指導、實物驗收與答辯、成績評定等全過程，并負責選取開放實驗優秀項目，推薦參加各種比賽和申報評獎。
開放實驗教學將逐漸成為實驗教學的主流， 地方本科院校電子類專業要不斷探索開放實驗教學模式，深化實驗教學內容改革，利用現代技術，探索實驗管理方法，結合學校實際，走出一條實驗室開放高效運行的新途徑。
參考文獻：
1993年，由教育部倡導在全國高校中組織開展大學生電子設計競賽，1994年成功舉辦了第一屆全國大學生電子設計競賽，緊隨其后的1995年至2009年間，由教育部、工業與信息化部聯手舉辦了九屆大學生電子設計賽。隨著競賽的知名度及其在我國高校創新型人才培養工作中產生的影響力的不斷提升，已逐漸發展成為全國高等教育領域的四大學科競賽之一，同時也為各高校之間的認識、了解提供了機會，并為各校間從政策措施、人才保有程度、實驗設施及實驗手段和財力等各個因素的融合后的實力展示，提供了一個綜合性的競技平臺[1]。江蘇技術師范學院電氣信息工程學院在學校領導和相關職能部門的支持下，于2007年首次組隊參加了第八屆全國大學生電子設計競賽，并取得了江蘇省賽區一等獎1項和二等獎3項的不錯成績。隨后又于2009年組隊參加第九屆全國大學業生電子設計競賽，取得了國家二等獎2項、江蘇省賽區一等獎4項的佳績。兩次參賽都有所斬獲，賽事輔導教學團隊的教師們結合輔導過程及參賽的實際情況進行總結分析，明確成功的主要亮點和工作過程中的不足之處，力爭在以后的輔導過程中有針對性地開展輔導工作，以便在比賽中獲得更好的成績，同時也為在本科教學工作中培養大量的創新型高級技術應用人才奠定基礎。
1簡析電子設計競賽，明確其輔導重點和難點
古人云：知己知彼，方能百戰不殆。對于組隊參加全國大學生電子設計競賽，也同樣需要對這一賽事的難點和重點有所了解。縱觀前九屆的賽事，全國大學生電子設計競賽系統而全面地檢驗了學生的綜合素質及協同工作的能力。通過對歷屆賽題的歸納大致可分為電源類、信號源類、放大器類、數據采集與處理類、無線電技術類、測量儀器儀表類和自動控制類等。既有以完成功能性設計內容為目的，又有以完成指標性設計內容為目的的題目。競賽中的基本部分、發揮部分、設計與總結報告三部分內容是有機結合的，在注重考察學生的基礎理論知識的情況下，大力推廣新技術、新器件的應用，同時其涉及的領域越來越廣，對學生解決工程實際的應用能力也越來越強，能全面考察學生的理論知識、實踐能力及創新能力。競賽既有一定的普遍性，同時還有其發揮部分的深度，能使最為優秀的學生脫穎而出。根據電子設計競賽的命題及內容，可以看出電子設計競賽的特點是任務重、時間短、要求高。根據組委會的規定，競賽必須在四天三夜內完成從方案設計到電路制作，再到軟件編程和最后的設計報告工作。這是對參賽學生能力的檢驗，要求學生必須熟練掌握計算機編程、電路分析、設計與開發等基礎知識，同時還要非常熟悉誤差、指標、系統等工程概念，熟練使用測試儀器、儀表，快速找出故障及調試電路的能力。在賽題完成過程中，問題解決的途徑并不是單一的，在不斷探索過程中激發了學生的思維能力，更提高了他們的創新能力。
2做好參賽選手的選拔工作，發現并引導優秀學生參與
通過對電子設計競賽內容和比賽要求等的全面剖析，可以了解到競賽對學生的知識面、動手能力以及個人品質等方面都提出了一定的要求：在能力方面要求學生具備基本的實踐操作能力，如快速準確焊接電路、分析問題的能力、能夠使用科學系統的方法排查故障的能力及文獻及資料查問的能力。在品質方面要求學生要有吃苦耐勞及刻苦鉆研的精神、要有團隊意識、要勇于創新，敢于采用新方法，新思路，開拓進取，堅韌不拔[2]。
2.1廣泛開展競賽宣傳活動，引導學生積極報名參賽
對于高等學校來說，選拔優秀學生組隊參加全國大學生電子設計競賽是獲取好成績的前提。因此，參賽選手的選拔是整個訓練與比賽過程中非常重要的一個環節，它是整項活動的基礎，參賽選手選拔的成敗直接影響到整個訓練的質量與競賽的成績。江蘇技術師范學院對這項工作給予了格外重視，于每年9月份新生入學后，電氣信息工程學院通過學工辦、分團委發動、組織賽事的宣傳工作，讓大學生們通過多種形式走進全國大學生設計電子競賽，了解其性質、了解本校參賽人員以往的獲獎情況以及獲獎學生的個人發展等情況，明白參加全國大學生電子設計競賽對提高個人創新意識、強化動手能力、提升就業競爭力等方面的幫助。通過全面的組織和宣傳，可以讓感興趣和有潛質的大一新生在入學初始就有了明確的專業方向感及奮斗目標。
2.2選拔有潛質的學生參賽，提升選手的整體水平
通過對全國大學生電子設計競賽的宣傳與動員，在每年的秋季學期開始，就組織大二、大三的學生報名，通過各種形式進行選拔。首先對學生進行基礎理論考試（電工、電子技術方面），以實現考查報名學生的電子基礎知識、個人學習能力和理解能力，從中確定參加實際操作測試的學生人選。在實踐操作測試中給出一個簡單的電子產品（如溫度測控系統）的線路圖和元器件，要求學生在規定時間內完成產品的電路分析、安裝與調試，考查學生的元器件識別、電路分析、焊接、安裝、調試等方面的動手能力與分析能力。綜合前兩輪考核的成績來確定參加面試學生的名單（優先考慮在高中階段參加過科技競賽，動手能力強，有創新意識的學生）。挑選出有扎實的電子類及計算機編程等基礎知識、身體健康、實踐動手能力強、具有團隊意識的優秀學生參加賽前集訓隊，并在集訓過程中執行嚴格的淘汰制度，最后確定參賽選手。經過如此的層層選拔才能使那些真正具有潛質的學生脫穎而出，這樣的選手組成集訓隊可以提升參賽隊伍的整體水平，為取得好成績奠定基礎[3]。
3系統科學的賽前輔導，提升學生解決實際問題的能力
有了好的隊伍不等于就可以一勞永逸了，系統科學的賽前輔導才是成功的重要保證。賽前系統科學的輔導決定著整個競賽的最終成敗，所以需要組織好競賽輔導教學團隊全身心地投入到賽前的輔導工作中。競賽輔導教學團隊系統科學的賽前輔導注重知識與技能的統合梳理、理論與實踐充分整合，實現全面提升參賽選手解決實際問題的能力[4]。在這一過程中可以實現對參賽的隊員進行更為嚴格的甄選，推動選手與帶隊的輔導教師進行磨合，因材施教，以期在獲獎的質量與數量上達到最優化。為使整個的賽前輔導工作有序有效進行，可以將賽前輔導分為春季學期主題式課程輔導和暑期集訓兩個階段，同時在人力、財力、場地、設施等各方面都給予相應的支持與配套[5]。成立并開放創新實驗室為參賽團隊的師生提供良好的實踐環境，建立并不斷擴充電子元器件庫，以解決師生在實踐訓練過程中元件難以配齊的問題。
3.1春季學期主題式課程輔導
春季學期課程輔導主要是以主題式課程輔導的方式進行，每周安排一個主題，圍繞著基礎知識培訓、設計開發培訓、綜合系統訓練三大類14個主題（見表1）展開輔導，歷時十四周。大多在春季學期末結束，并在學期末對參訓學生進行綜合考核，再次選拔并確定進入暑期集訓的參賽隊員名單。從表1中可以看出，整個春季電子設計競賽輔導課程主要分為基礎知識與基本能力訓練、設計開發能力訓練和綜合系統設計訓練等3大類14個主題式訓練課程。其基礎知識與基本能力的訓練類課程主要作用是培養學生電子電路設計方面的基本知識，讓學生掌握常用的電子電路模塊、傳感器模塊等設計與使用。通過7個主題式課程對學生進行訓練，使其達到能熟練使用與運用常用的電源模塊、鍵盤顯示模塊、傳感器模塊以及信號發生器模塊等目的。在對學生進行基礎知識與基本能力培訓的基礎上，為了進一步培養學生自主創新設計能力和動手能力，開設了設計開發能力訓練類課程。在該類課程的訓練中，教師給學生講解系統架構與框圖原理，學生根據教師講解的系統組成原理，來進行相應課題的設計與測試。它主要是通過5個設計型開發課題對學生自主創新設計能力與動手能力進行培養與訓練，主要培養學生對基本電子電路的設計思維。經過前兩類課程12個主題式課程的訓練，已培養了學生一定的獨立分析問題能力，使其具備按課題任務要求設計電子電路的基本能力。最后在高速信號的采集與處理和高頻頻率計的設計這2個綜合性主題式課程的系統訓練中，教師只給出系統設計任務要求，學生根據任務來獨立完成系統實現方案分析、完全自主電路硬件設計與焊接、軟件程序編寫、系統綜合調試等訓練科目。通過綜合式系統設計訓練，學生在電子技術電路設計方面形成自主創新設計能力。從整個輔導內容來看，在周期較長的春季學期課程輔導中，由輔導教師負責一個或若干主題的課程，主要是以打基礎，進行初步的電路設計開發，以此來拓展學生的知識面和自主創新設計能力的培養。
3.2暑期集訓
暑期集訓的終極目的是在提升個人技能的同時，訓練小組成員之間的相互配合、協作的能力和意識，并對參賽選手進行適當的賽前適應性訓練。由于全國大學生電子競賽要求參賽學生以三人為一組，在四天三夜內，設計、制作、調試出一個電子控制系統，并完成報告書。而成績也主要是由測試作品的結果和形成的報告式論文兩部分組成，比重各占50%。所以針對競賽時間緊、任務重、設計、開發、調試，文獻閱讀及撰寫并重等特點，暑期集訓過程中的輔導教學工作更注重對學生實踐動手能力、團結協作等方面進行專門訓練。
（1）模擬實際競賽的進度，使其在規定時間內完成任務。將競賽訓練的任務進行分解；第一天，確定選題、提出至少一種以上解決方案，并對各方案進行論證、最后確定最優方案；第二天，必須完成與硬件相關的一切工作，包括制板、焊接、調試等;第三天要完成軟件部分的工作，比如程序的編寫與系統調試等；在最后一天，要完成作品的測試、裝箱、論文報告的撰寫等工作。
（2）在選定題目后，設計方案的提出是最關鍵的一步，也是起著方向性作用的一步，所以要求選擇簡潔新穎、正確可行的設計方案，為后續工作的開展奠定基礎。
（3）為了確保競賽的質量，在具體的輔導教學中，對單元電路的制作與調試這一過程給予充分的重視并開展針對性的訓練。
（4）訓練期間根據每位學生的特長做好分工。硬件、軟件和文字三部分的工作各由一位同學主要負責。這就要求參賽選手在競賽過程中既要完成好自己的工作，又要與小組其它成員相互配合，團結一致，在順境時要相互提醒保持冷靜，逆境時要相互鼓勵共度難關以期取得最好的成績。在學生參賽的輔導過程中，輔導教學團隊教師互相配合，緊扣不同階段訓練的主題，進行兩階段系統而科學的賽前輔導，不僅使學生獲得了實踐創新意識、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的良好學風，還培養了學生工程實踐素質、提高學生針對實際問題進行電子系統設計與調試的能力。經過參賽師生的不懈努力，在第九屆全國大學生電子設計競賽中，由筆者所指導的程輝、鄭強、陳杰同學團隊取得了我校該賽事有史以來首次國家二等獎的好成績。
【關鍵詞】Proteus 電子 虛擬實驗 EDA
一、引言
在電子技術理論和實驗教學中，經常需要設計出電路，并連接實物進行原理分析和驗證，在電子線路設計過程中，不僅需要考慮各種元器件的參數、性能、功耗、封裝等多種因素，而且在電路的實現過程中還需要經過大量多次的電路焊接、調試和實驗，費時費力，這種傳統的設計方法很難適應現代電子電路設計的規模化、低成本、短周期的設計要求，當然，也不能很好的適應現代化電子技術的教學。隨著EDA（電子設計自動化）技術的發展，電子線路設計過程可以通過計算機軟件，搭建仿真實驗電路，靈活調整元件參數進行動態仿真，進而能顯著提高設計效率，降低成本，縮短設計周期。
Proteus是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。可以從原理圖布圖、代碼調試到單片機與電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。不僅對科研開發，而且對于電子技術課程教學、學生實驗、課程設計、畢業論文設計、電子技能競賽等都提供便捷的輔助功能，對培養電子技術創新型復合人才提供了最便捷的實驗條件。
二、Proteus在電子技術虛擬實驗教學中的優勢
（一）Proteus軟件的資源豐富
1.Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30多個元件庫。
2.Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發生器、模式發生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。
3.除了現實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。
4.Proteus可提供的調試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。
（二）Proteus支持電路仿真
1.Proteus不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程通過多媒體展示，這在相當程度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能。
2.Proteus提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、創造精神的平臺。
（三）Proteus應用領域廣泛
Proteus軟件是一個巨大的教學、仿真、開發資源庫，不僅可以用于：模擬電路與數字電路、單片機、嵌入系統、微控制器系統的教學、實驗與考評，也可以用于真實的項目設計與產品開發過程。
三、Proteus在電子技術虛擬實驗教學中的應用案例分析
（一）Proteus在電路分析課程中應用案例
應用Proteus進行電路分析時，通過如下設置：點擊system――set Animation options――在對話框的Animation options 區域選擇show wire current with Arrows，即可以箭頭的方向表示電流的流向，幫助學生理解。同時，可以將電流表、電壓表、功率表等連接到電路中，對電路參數進行測試，快速得到仿真結果。
（二）Proteus在數字、模擬電子技術課程中應用案例
應用Proteus還可以進行數字、模擬電路的仿真分析，例如用譯碼器74LS138搭建的仿真電路，當控制信號E1接電源，E2、E3接地時，通過單刀雙擲開關選擇ABC三個輸入端子的不同組合，即可在八路輸出端子產生相對應的譯碼輸出，控制相應的發光二極管點亮。將抽象的高低電平用發光二極管和單刀雙擲開關形象的表示出來，從而更好地幫助學生理解數字邏輯器件74LS138的譯碼功能，同時也使枯燥的理論內容變得生動形象。
（三）Proteus在單片機技術課程中應用案例
單片機技術作為電子專業課程，一直以來都是學生們反映較難理解的課程，因為其內容綜合性強、實踐性強、且比較抽象。單片機課程的實踐教學以往多采用驗證性實驗，學生按照實驗指導書，將所需的器件在單片機實驗箱上進行連線，下載程序并調試。但是這種方法必須在實驗室內依托硬件完成，對實驗室的設備數量要求較高，且對于一些綜合性實驗，需要較多的元器件支撐。為了提高實踐教學效率、改善教學效果、降低教學成本，在單片機理論、實踐教學過程中引入Proteus軟件。例如在矩陣按鍵控制實驗中，就只需將元器件從元器件庫中拖放到圖紙上，按照電路圖將元件連接，再將keil編譯好的程序下載到單片機中，按下play鍵即可進行仿真。需要修改電路只需在圖紙上進行，快捷方便。
四、結語
在電子技術課程教學中，利用仿真軟件將理論教學、實驗和課程設計有機結合，提高了電子技術課程的教學效果，開發了學生自主學習的潛在能力，激發了學生的學習興趣和創新意識，開拓了學生的視野，增強了學生綜合運用知識的能力和實際動手能力，為后續高頻電路、單片機等專業課程的學習以及參加電子設計競賽等奠定了夯實的基礎。
參考文獻：
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關鍵詞 大學生電子競賽；競賽培訓課程體系；實踐創新能力
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2014）02-0092-02
1 引言
全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一，中國石油大學（華東）自1997年參加大學生電子設計競賽以來，成績斐然，先后獲得國家一等獎、國家二等獎多項，山東省獎勵若干。電子設計競賽的舉行豐富了學生的課外科技活動，營造了良好的校園氛圍，鍛煉了學生的工程實踐能力，有助于學生創新意識的培養。以電子競賽為契機，完善當前競賽培訓課程體系，加強指導教師隊伍的建設，積極探索教學模式的改革，切實提高學生的實踐創新能力。
2 完善競賽培訓體系
賽前選拔 首先，根據競賽的時間，由學校教育處擬定競賽通知，在全校二、三年級的電子類專業及其他相關專業的學生中進行選拔。首輪選拔由學生自行填寫個人情況表并參加面試考核。該過程主要考核學生的專業基礎、實踐能力并是否參與過類似科技活動或工程訓練項目等方面。對于此次選拔未能通過的學生，根據個人時間與興趣，也可參加暑期的課程培訓，由此既可激發學生的學習熱情，提高專業知識水平，也可為今后的競賽提供后備力量。二次選拔在暑期課程培訓后進行，根據具體情況確定參加競賽學生名單，并由學生每三人一組，根據個人專業特長自由組隊，并上報組委會。
題目講座培訓
1）競賽題目解析。培訓之前要對歷年競賽題目進行解析、歸納。近幾年的競賽題目主要可分為以下四大類：通信類、測量類、控制類、電源類。細分的話則包含運動控制類題目，高精度、高速度的儀器制作類題目，電源制作類題目，射頻收發系統類題目，信號采集類題目，信號放大類題目等。對于儀器制作類題目運用到的知識點有振蕩器、濾波器、放大器、CPLD、TTL電路、單片機等；電源制作類題目運用到的知識點有A/D、D/A、DDS、穩壓電路、單片機等；射頻收發類題目包含調制解調電路、射頻功放電路、濾波電路等；信號類題目包含運算放大電路、波形產生電路、濾波電路等。
2）完善培訓課程。根據對競賽題目的解析以及歸納所能運用到的知識點，建立競賽課程培訓體系。題目所涉及課程廣泛，包含模擬電子技術、數字邏輯設計、單片機原理、信號與系統、自動控制原理、電子測量技術、EDA等課程。根據所涉及課程及知識點開展專題講座培訓，主要包含單片機系統設計與實訓、FPGA系統設計與實訓、PCB印制電路板設計開發培訓、模擬電路設計實訓、常用儀器儀表系統設計與實訓、小車及運動控制系統設計與實訓、電源系統設計與實訓，以及射頻傳輸、SOPC、嵌入式及操作系統培訓等相關專題。競賽培訓課程內容必須與實際應用相結合，并以最新器件的功能應用為前提，著重培養學生對最新知識、最新器件的獲取能力。
實訓項目模擬 以3人為一組隊進行實訓模擬，為競賽作提前的檢驗。指導教師以歷年競賽題目為參考，給出實訓項目，對學生進行項目模擬。本隊成員集中討論，分工協作。
1）制定方案。首先根據題目和參考器件或芯片，上網查閱相關資料，了解芯片以及器件的功能、使用方法，制定出相關方案。
2）制作PCB印制板電路。在印制電路板的設計中，元器件布局和電路連接的布線是關鍵的兩個環節。布局是否合理不僅影響后面的布線工作，而且對整個電路板的性能也有重要影響。要求元件應均勻、整齊、緊湊地布放在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。
3）焊接、調試電路。調試電路是關鍵的環節，通過調試發現和糾正設計方案的不足和安裝的不合理，然后采取措施加以改進，使電子電路達到預定的技術指標。調試的方法首先是不通電檢查，檢查焊接的連線有沒有“虛短虛斷”，焊接器件的引腳有沒有錯誤；接下來通電觀察，觀察電路有無異常現象，集成芯片有無發燙現象，如有異常應立即斷電；然后進行靜態調試，在不加入輸入信號的情況下使用萬用表測量電路中各點的電位，觀察直流工作狀態是否正常；最后在此基礎上進行動態調試，在輸入端加入合適信號，測量動態指標，如果發現不正常現象，分析原因，排除故障再進行調試。
4）撰寫論文。論文的撰寫應包含方案設計、電路設計、測試方法、測試結果等。方案設計是指對該題目設計的可行性方案，提出選擇方案的理由以及方案的優缺點。電路的設計主要指電路原理的敘述和主要參數的計算。測試方法和測試結果包含測試用的的儀器、測試的步驟和結果的記錄。
3 注重學生素質教育
培養創新能力與團隊精神
1）培養創新能力。當前教育的方式多數是填鴨式教育，忽視了學生的批判性思維訓練，人文教育薄弱，學生缺乏積極的思維活動。大學生電子競賽對培養大學生的創新能力提供了一個良好的平臺。在競賽過程中，面對難題要不斷鉆研、敢于克服、勇于創新。在這個過程中鍛煉了學生分析和解決問題的實踐能力，激發了學生的創造潛能，同時也在培養學生嚴謹的科學態度。實踐證明，參加過競賽的學生在創新思維與動手能力上要明顯具有優勢，越來越受到用人單位的青睞[1]。
2）培養團隊精神。在競賽過程中注重團隊精神的培養，注重與別人討論和分享成果。優異成績的取得靠的是隊員的協同合作、優勢互補，是團隊共同努力的結果。電子競賽是一項團體的比賽，試題往往有一定的難度，各組成員內部必須充分交流、集思廣益，才有可能克服種種困難，取得佳績[2]。
樹立正確的參賽觀 在競賽中取得佳績是件令人歡欣鼓舞的幸事，但參加競賽的目的不是盲目追求獎項。國家舉辦電子競賽旨在推動教學改革，培養學生的實踐創新能力以及團隊協作的人文精神。有些學校一味追求獎項，以獎項來衡量教學，并以高額獎金作為激勵，這與舉辦電子競賽的目的是背道而馳的。通過參加電子競賽來鞏固課堂知識，將理論運用于實踐，而不以追求獎項為目的。培養學生樹立正確的參賽觀，參與競賽拓寬了學生的知識面，提升了知識結構，鍛煉了實踐動手能力和對新技術、新知識的運用能力。這些能力的培養對學生來講，將來無論是就業還是考研都是一種優勢。
4 競賽后工作總結
后備力量培養 在國家的大力支持下，面向學生的科技類活動日益增多，“全國大學生電子競賽”每兩年舉行一次，此外還有“山東省大學生電子競賽”“嵌入式電子設計競賽”“大學生機器人大賽”等多項賽事。每年在各項賽事如火如荼開展期間，學校需更注重后備力量的培養，鼓勵學生參加科技創新計劃活動，營造濃厚的學習氛圍，推進校園科技文化建設。在課堂教學之外，學校的創新實驗室、工程訓練中心、實驗中心等實踐教學區為學生開放，為學生提供一個能切實鍛煉實踐能力和創新能力的訓練場所。
加快資源共享 利用虛擬網絡平臺，建立資源庫。將歷年來學生參賽作品及項目論文等納入資源庫，實現資源共享。在日常學習、科研與教學中注意相關資料的積累，將科研課題和學生創新實驗、創業訓練項目進行匯總納入題庫，以備競賽之前學生使用。將開設的培訓課程及相關專題建立網絡共享，帶動優質課程資源的建設。
加強與兄弟院校的交流，以利于指導隊伍建設 競賽結束后總結分析，與兄弟院校間進行交流，借鑒汲取其他院校在競賽培訓中的經驗。組織兄弟院校間的科研活動或專題講座，了解不同的文化氛圍，為科研注入新的活力。加強指導教師隊伍建設，注重青年教師的培養，競賽指導教師要在知識水平、實踐經驗、科研能力上實現自我提高[3]，了解新技術、新器件的應用及發展，開闊眼界，拓展知識層面。加強教師之間相互學習、相互補充，積累更豐富的經驗，為實現多元化、開放性、多層次的人才培養模式提供一支優秀的生力軍。
參考文獻
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針對硬件課程實踐環節在提高學生解決實際問題能力上效果不理想、課程之間銜接不好等問題，基于CDIO工程教育理念，結合“try”教學方法，基于數字電路設計課程的實踐環節，提出一種新的教學模式。
關鍵詞：
CDIO；教學模式；實踐環節；課程銜接
由麻省理工學院等4所大學創立的CDIO工程教育理念，是繼承和發展歐美工程教育改革的一種新的教育理念。該理念包括12條標準，涵蓋了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評。它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習工程的理論、技術與經驗[1-2]。數字電路設計是計算機組成原理、接口與通信以及嵌入式類課程的先修課程。如果在數字電路設計的教學中沒有考慮好與后續課程在理論教學與實踐教學內容上的銜接，則容易導致學生在后繼課程的學習中遇到困難[3]。
1數字電路設計課程實踐環節的教學條件和教學現狀
（1）社會對軟件人才的需求量遠大于對硬件人才的需求量，學生出于就業考慮，容易形成重軟件輕硬件的觀念。（2）硬件課程入門較難，實踐環節大都是驗證性的，缺乏探索性，不利于培養學生解決實際問題的能力，從而打擊了學生學習硬件課程的積極性，導致學生形成“好軟怕硬”的思想。（3）傳統教學模式是教師課堂講授，適當結合驗證性實驗，不能激發學生的學習積極性。學生學完理論、做完實驗后，仍然缺乏解決實際問題的綜合能力、工程實踐能力及創新能力[4]。傳統教學模式的弊端導致在與計算機組成原理等后繼課程的銜接中，學生不能從系統的高度認識數字邏輯[3-5]。（4）計算機學院開設的數字電路設計和計算機組成原理等課程，采用同一套實驗設備，在一定程度上能讓學生的學習具有連續性。（5）自創的“try”教學方法可適用于數字電路設計課程及實踐環節的教學[6-8]，但由于算機組成原理和數字電路設計兩門課程的內容和要求不同，“try”教學方法在應用于后者時，應有所調整。
2數字電路設計課程實踐環節改革方案
2.1實踐環節的層次設計為了獲得更好的教學效果，教師探索了各種方法，其中有案例法、項目驅動法、任務驅動法等[9-12]。從實驗室建設、實驗手法、課程整合等不同角度來提高實踐環節質量[13-14]也能夠有效提高教學效果。比較上述方法后，考慮與后續課程的銜接等因素，根據CDIO標準3、5、7的要求，結合自創的“try”教學方法，我們將數字電路設計課程的實踐環節分成兩個層次，從最簡單的門級電路編程開始，難度由低到高、循序漸進，最終讓學生完成源于實際案例的綜合實驗，初步具備實際工程能力。表1從實驗項目設計、教學方法等7方面對基本實驗和綜合實驗進行了對比。在教學中，學生學習的主要障礙不是掌握理論方法，而是缺乏理論知識和實踐問題認知的溝通[11]。因此，我們在理論教材中選擇15個知識點，設計成相關的任務和實驗內容，如全加器、表決器等，采用“try”教學方法并結合任務驅動法，鼓勵學生多動手多嘗試，通過任務、查資料、仿真、實物驗證、教師驗收、撰寫實驗報告和總結這7個步驟完成對15個理論知識點的學習。為了進一步提高學生的實際工程能力，基于科研項目，貼近實際生活，我們編寫了自動售貨機、出租車計費器、電梯控制器等6個綜合實驗。實驗采用分組方式，每組學生自行選擇一個題目，在規定時間內完成該綜合實驗。綜合實驗的教學過程一般包括：教師項目及要求、學生分組并認領項目、組內分工、查資料、設計方案、論證可行性、學生在宿舍仿真、學生在實驗室的硬件開發板上實物驗證、教師驗收、提交實驗報告、實驗答辯、成績評定等13個環節。教師在項目要求的時候，只給出最基本的要求，學生在設計的過程中可以自行擴充，也就是說，同一個綜合實驗題目，其設計可繁可簡，不同學生設計的電路可能會不一樣。
2.2實踐環節評價體系的構建根據CDIO標準11，構建了實踐環節的評價體系。
2.2.1基本實驗評價方法基本實驗評價指標是：①時限；②工作量；③完成質量；④驗收程序；⑤實驗報告。其中①、②、④、⑤考核了學生的個人能力和表達能力，指標③、④、⑤考核了學生的專業知識、建造產品和系統的能力。對這5項指標加權平均得到該基本實驗項目分數，如式1所示，其中Sj表示某個基本實驗的得分，Ki表示某個考查指標的系數，Mi表示在某個考查指標上的得分。由15個基本實驗的得分累加后除以15，得到基本實驗項目的總得分，如式2所示，其中BS表示基本實驗的總得分，Sj表示某一個基本實驗的得分。
2.2.2綜合實驗評價方法綜合實驗評價指標是：①時限；②查資料的能力；③實驗方案；④創新性；⑤設計說明書；⑥完成質量；⑦團隊合作能力；⑧工作量；⑨驗收；⑩實驗報告；實驗答辯。其中①、②、⑤、⑦、⑧、⑨、⑩、項考核了學生的個人自身能力、探究能力、團隊合作能力和表達能力，指標③、④、⑤、⑥、⑨、⑩、考核了學生的專業知識、建造產品和系統的能力。修改式1可對這11項指標的得分加權平均，從而得到綜合實驗的分數。
2.2.3實踐環節最終成績評定辦法及選優措施實踐環節總評成績由基本實驗成績和綜合實驗成績兩部分加權平均得到,從工作量及投入時間方面考慮，一般建議兩者各占50%。綜合實驗結束后，根據學生在實踐環節的學習情況和成績，特別是綜合實驗中的表現，向各相關學科實驗室推薦優秀本科生，使他們有機會加入科研項目組，參與教師的科研工作。
3實施效果及分析
為檢驗課改成果，我們設計了一套課程評價系統，包括一套具有反向題的學生調查問卷、學評教的數據、學生的理論課成績單、實踐環節成績單、一套后繼課程教師評價學生掌握先修課程知識的調查問卷、一套學生所在學科實驗室評價該生的調查問卷等。評價系統還包括對這些數據的統計和分析。統計數據顯示，在CDIO模式基本實驗和綜合實驗實驗項目設計上，學生滿意度達到81.6%，在教學內容、教學方法、實驗環節考核方法等方面，學生滿意度達到97.4%，比傳統模式提高了20幾個百分點。這些數據表明，新教學模式比傳統模式更能激發學生的實驗興趣，促進他們較大幅度地提高項目設計能力、動手編程能力、團隊合作能力。我們將2013級計算機科學與技術專業的學生分成兩組，采用相同的教學資源和不同的教學方式分別授課，一組采用新模式教學，另一組采用傳統模式教學。經過一個學期的學習，2015年1月數字電路設計課程理論考試中，在試卷相同的情況下，新模式組成績優良率達到52.9%，比傳統模式組高24個百分點；新模式組不及格率為15.7%，比傳統模式組低15個百分點；新模式組平均卷面成績為78分，比傳統模式組高6.1分。由此可知，基于新標準并結合“try”方法的新教學模式能夠提高實踐環節的教學質量，切實促進學生深入理解理論課的相關知識點，有助于學生更好地完成課程銜接，為學生后繼課程的學習打下堅實的基礎。追蹤這些學生后繼課程的學習情況，統計2015年6月計算機組成原理課程設計期末考試成績后發現：原新模式組優良率達到80.3%，比傳統模式組高25個百分點；原新模式組不及格率為0，比傳統模式組低21個百分點。計算機組成原理課程理論考試中，原新模式組平均卷面成績為68分，比傳統模式組高5分；原新模式組不及格率為17.4%，比傳統模式組低5個百分點。此數據表明，數字電路設計課程實踐環節采用新教學模式教學有助于學生對后繼課程的學習，特別是實踐環節成績有了大幅提升，不及格率也明顯下降。
4結語
新教學模式基于CDIO理論，結合“try”教學理念，將數字電路設計課程實踐環節分為基礎實驗和綜合實驗兩個層次,并包含了配套的成績評定方法和課程評價系統。實踐證明，新教學模式能夠更好地促進課程銜接，有利于培養學生自主學習、主動探索的精神和能力，培養學生的工程實踐能力、溝通交流能力及團隊協作能力。改革的下一步，是根據每一門課的特點，把基于CDIO理念的教學模式推廣到課程群其他課程的教學中去，以期從課程層次化、課程間網絡化等多角度、多層面地把學生培養成為優秀的工程技術人才。
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