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电子设计大赛对电子技术的启示

发布时间:2020-03-12   |  所属分类:应用电子:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  电子设计大赛是面向在校大学生的赛事,目的在于鼓励大学生积极参与科技创新活动,培养他们的动手能力和把理论应用于实践的能力。此竞赛也是对高校教学成果的一次检验。通过大赛可以发现教学过程中的不足,以便提出相关课程的教学改革方向和改进措施。

电子设计大赛对电子技术的启示

  关键词:电子设计大赛;科技创新;电子技术;教学改革

  1.引言

  全国大学生电子设计大赛是教育部倡导的大学生学科竞赛活动之一,是面向大学生的群众性科技活动,它的命题紧紧结合高校相关专业的课程内容,是对高校相关专业课程教学改革成果的一次检验[1-3]。电子设计大赛的成绩某种意义上反映了参与学校的相关专业课的教学水平,在推动相关专业课的教学改革方面有着重要的意义和作用。大赛的题目涉及的专业课主要有:电路基础、模拟电子技术、数字逻辑、单片机原理及应用等课程,其中涉及最多的是电路基础和模拟电子技术的内容。我校计算机专业将这两门课合并为一门课“电子技术”来讲授,在课时减少的同时还要保证其教学质量是我们面临的挑战之一。本文以2019年全国电子设计大赛中的H题“模拟电磁曲射炮”为例,说明大赛对这门课程教学改革的启发与导引作用。

  2.题目“模拟电磁曲射炮”涉及的知识点

  曲射炮涉及的是物理学中运动学的内容,电磁炮涉及的是电磁学和电路与模拟电子技术课程中的内容。本文着重讨论大赛对电路与模拟电子技术课程教学改革的作用。下面只讨论电磁炮这个题目中涉及的相关电路与模拟电子技术方面的知识点。由于题目中要求的是直流稳压电源供电,对于电磁炮来说要求发射到2-3米的距离,就需要先把低压的直流升高到高压直流,直流升压的原理是先把直流变成交流,然后通过变压器把低压交流升到高压交流,最后通过整流、滤波变成高压直流。图1是直流升压电路,在图中U2A、U2B、R1、R4、R5和C2组成了一个方波产生电路,由频率计算公式可知当R1可变电阻取值0.83K时在P1点可得到频率为50HZ的方波信号。由于此方波的电平值为5V不足以推动后面由场效应管组成的电路,所以需要通过Q1和Q2把电平值提高到12V。当方波为高电平时Q4和Q5导通,在变压器的初级端电流从下向上流,当方波为低电平时Q3和Q6导通,在变压器的初级端电流从上向下流,这样方波的一个周期正好对应变压器初级端口的一个周期,即在变压器的初级线圈上可以得到一个频率为50HZ,峰值为12V的交流电压,通过合适的次级线圈可以在次级端口得到一个100V的交流电压。此交流电通过桥式整流和电容滤波在电路的输出端口可以得到一个110-120V的直流电压。因为电磁炮的初速可以通过电容的充电电压来控制,所以后面可以加一个直流调压电路来控制电压,从而控制电磁炮的弹丸出口初速,最后得到控制射程的目的。线圈电路如图2所示。为了加大电容储存的能量可以在电容C1的旁边再并联电容。线圈L1就是电磁炮上的发射线圈,它的作用是当电容放电时将电能转变成磁场能量将炮管里的弹丸推送出去,整个过程就是电容的储能和释放的过程。开关按下是发射,放开开关后其自动弹回完成新一轮的充电,为下一次发射做电能存储的准备。

  3.对电子技术教学改革的启发

  在参加大赛的过程中发现如下问题:(1)不知道如何将低压直流电升压为高压直流。学生普遍知道交流电的变压原理,但是对于直流电的升压束手无策。这其中涉及信号发生器、交流升压和整流滤波的内容。分开来讲这些内容在课程中都是讲过的,也做过相应的实验,学生缺乏的是把这些内容结合在一起的能力。这就反映出我们的教学过程中只注重每个单元内容的讲解,相应的实验课也是对每个单元内容的验证,没有安排比较大的项目对这些知识点进行综合,掌握的知识凌乱,缺乏系统集成的概念与能力。(2)不明白电容量C、电压U和电容储能的关系。这个知识点在电路分析部分的第一章“电路的基本概念和基本定律”中的第3小节“电阻、电感、电容元件”,其公式如下:(1)从这个公式可以看到电容的储能Wc受参数c和u的影响,电容c的影响对于Wc来说是线性关系,电压u的影响是幂函数关系,很明显电压对电容储能的影响更大,还考虑到在电路里调整电压比改变电容量更加方便可靠,所以在电磁炮出口初速的控制上应该选用调整电压来实现。(3)对于电容放电过程不清楚。电容的放电曲线有如下公式:(2)其中τ=RC,称为时间常数。从图2中可以看到时间常数越小电容的充放电就越快,线圈就越容易快速地将电能转化成磁场能量。在本例中的线圈的电阻就是时间常数中的电阻R.要想加快放电速度就要设法减小线圈电阻值,导线的电阻公式如下:(3)从公式(3)可以看到电阻值R与导线长度L成正比,与导线横截面积S成反比,所以选用粗的漆包线可以使得放电速度加快从而提高电磁炮的出口弹丸的初速,加大射程。从上面三个方面可以基本理清楚电磁炮这个题目中应该注意的知识点,如果这些知识点是清楚的,那么接下来就是电路制作和调试方面的事情。总之,在电子设计大赛中同学们对基础知识的掌握和理解是影响成绩的主要因素,没有扎实的理论基础不可能在大赛中取得好的成绩。电子设计大赛作为检验教学改革的一个窗口,从中可以看到教学中存在的问题。一个是理论掌握不扎实,同学们没有真正理解理论课上的内容,第二个是知识点的碎片化,同学们普遍缺乏将所学知识连贯起来的能力,第三是我们的实验教学缺乏创新,在具体的教学过程中存在“有什么设备、做什么实验”的问题,实验内容是以实验室条件来定而不是以教学需求来定。第四个问题是我们的实验内容固化,实验教学模式从属于理论教学,以验证性实验为主[4-5]。第五个问题是实验成绩的考核不能真正体现学生的掌握程度,实验能否达到预期目的,一定程度上取决于实验前的准备工作是否充分[6],在考核的手段上没有体现学生实验前的准备预习工作。

  4.结论

  针对存在的问题,应从以下几方面进行教改:首先,要对现行的教学模式进行改革,注重引导学生兴趣,改变学生的被动学习为主动学习。其次,对实验教学的内容进行改革。参考历年的电子设计大赛题目增加一些综合性的实验项目,目前的按章节安排的实验过于分散,不利于学生形成一个系统的概念。在教学的过程中要注意知识点的连接贯通,要体现整体性概念。再次,在实验成绩的考核上改变以前只看实验报告的做法,采取更科学的实验成绩考核方法,客观地反映学生的实际水平;重视预习成绩,将网络实验预习成绩纳入考核[7-8]范围,让实验成绩真正体现学生对本实验的真实掌60握情况。最后,在实验课的教学过程中改变以前在统一的实验台上按规定的步骤进行连线、测试、记录,然后写报告的做法,鼓励学生按自己的设想进行设计实验,体现学生的主观能动性[9-10]。总体来说,电子设计大赛对电子技术这门课程的教学改革来说,既是一个检验的过程又是一个推动的过程,如何利用好赛事来推动我们的教学改革,是一个值得研究的问题。

  参考文献:

  [1]李纯.从电子设计大赛谈教学改革[J].重庆航天职业技术学院学报,2011(12).

  [2]杨静,魏伟,任艳.电子设计大赛在电气信息类实践教学改革中的应用[J].产业与科技论坛,2016(22).

  [3]孟显娇,王赛男.以电子设计大赛为导向的《模拟电子技术》课程教学改革探索[J].产业与科技论坛,2017(8).

  [4]刘艳,朱昌平,宋凤琴.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].实验技术与管理,2010(2).

  [5]段福斌,朱建华.模拟电子技术实验项目化教学改革[J].实验室研究与探索,2017(6).

  [6]陈媛媛.电工电子实验预习环节的控制[J].实验技术与管理,2012(4).

  [7]王世勇,董玮,郑俊生.基于工程教育专业认证标准的毕业生毕业要求达成度评估方法研究与实践[J].人才培养和机制创新,2016(3).

  [8]张学文.电工电子实验学生成绩考核评价体系初探[J].湖北师范学院学报(自然科学版),2010(4).

  [9]晏湧.模拟电子技术实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理,2012(4).

  [10]邢晓濬.“模拟电子技术实验”教学的探索与实践[J].电气电子教学学报,2013(1).

  作者:上官晋太 单位:长治学院计算机系

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