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關鍵詞:電鍍流水線行車避撞終端超聲波測距
引言
現代電鍍企業大量采用自動化掛鍍流水線,在這些流水線中大多采用2噸左右的小型行車在各鍍槽中轉移掛具架。行車的行走、停止、吊具升降、停留等動作完全由PLC控制,可實現較高精度。行車運行質量直接關系到產量和產品質量參數的實現。在實際生產中,行車運行并不是特別理想。在生產線調試階段,由于調試者技術水平和觀測能力等主客觀限制,行車與實際生產所需要的走位點之間往往存在微小的誤差。通過長時間生產,這些原始誤差會逐步積累放大,最終導致行車走位與實際需要之間出現比較明顯的偏差,從而引起行車間的碰撞,造成掛具架倒掛等事故。一旦發生倒掛,整條生產線就必須停止,同時還需要人工處理掉落在渡槽中的鍍件,每次處理時間至少在20分鐘以上,對正常生產影響極大。為解決碰撞問題,有必要為行車設計和安裝一種特殊的避撞終端。
一、避撞原理
行車一般都安裝于特定軌道上并直線運行,要實現避撞,只要能及時檢測兩部行車之間的距離,在小于安全距離時暫停運行即可。在測距時,通常可使用四種方法:即無線電測距、激光測距、紅外線測距和超聲波測距。在電鍍流水線上,渡槽通常需要蒸汽加熱,很多原料比如出光劑(硝酸)、除脂劑(LH-303)等會出現揮發,在渡槽上空形成大量的白色霧氣,所以紅外線測距和激光測距均不適合。同時在電鍍車間中存在大量的電力設備,無線電也會受到很大干擾,因而選擇超聲波測距作為實現手段。
超聲波測距是一種非接觸式測量方式,主要原理是:發射器定期發射超聲波,遇到障礙物產生反射,由接收器接收回波信號,采用單片機進行監控,記錄發射與接收的時間差Δt,然后可用以下公式得到準確的液位高度:L1=L-Δt*C/2
其中L是預先輸入的罐體高度,C是超聲波傳播速度。不過超聲波在空氣中的傳播速度受溫度影響較大,與溫度的關系大致可用下式來表示:
C=331.45+0.61φ(米/秒)φ為當地氣溫。
二、電路設計
避撞終端的結構框圖如圖1所示,主要由控制電路(ATmega8)、溫度補償電路、超聲波發射驅動電路、發射換能器(T)、超聲波接收檢測電路和接收換能器(R)、輸出接口和電源組成。超聲波的發射頻率決定采用諧振頻率為40KHz超聲波換能器TCT40-10F1(發射)和TCT40-10S1(接收),該器件工作距離約10m,盲區約30cm。
超聲波發射驅動電路(如圖2所示)采用以74HC04為核心的推挽式驅動電路,單片機PC3口輸出40KHz的方波一路通過一級反向后加入換能器的一端,另一路通過兩級反向后加入換能器的另一端,這樣可以提高超聲波的發射功率,繼而增加最大測量距離。
超聲波接收檢測電路采用LM324兩級反相比例放大電路和LM393比較電路組成。放大電路用于接收并放大信號,兩級增益分別控制在40dB和20dB,LM393用于信號整形,整形后的信號將輸入PC2口。
溫度補償電路采用美國Dallas公司的DS18B20芯片,其精度可以達到0.5℃。數據通過PC2口送入單片機。
三、軟件設計
本次設計采用模塊化方式,主要包括主程序、發射子程序、計算子程序、定時子程序、溫度測量子程序、比較子程序等7個單元模塊。
四、結束語
避撞終端可安裝于行車行走裝置導軌上方前端,測量范圍約為0.3-10m,誤差范圍約±1cm,實際使用時控制的安全間距大致在50cm左右。在程序處理時需要引入數字濾波技術,根據多次測量計算出平均值,以提高測量精度。
在實際安裝使用過程中,由于電鍍生產環境較為惡劣,需要特別注意在終端外殼應用工程塑料等抗腐蝕材料,以增強對腐蝕性氣體的抵抗能力。
參考文獻:
[1]馬潮.AVR單片機嵌入式系統原理與應用實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社.2007.
關鍵詞:電力電子;教學方法;教學改革;考核方式
作者簡介:姚志壘(1981-),男,江蘇溧陽人,鹽城工學院電氣工程學院,副教授。(江蘇 鹽城 224051)
基金項目:本文系鹽城工學院2013年度校級教改研究項目(項目編號:32)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)23-0052-02
“電力電子裝置及技術”是電類專業的一門專業選修課。[1]該課程是在“電力電子技術”課程的基礎上,進一步介紹變流電路的結構、工作原理、功能指標,電力電子實用裝置的構成、基本電量的計算方法和所有裝置需解決的共同技術問題。[2-3]該課程涵蓋知識的內容多、面廣、難度大、實用性強,能培養學生將知識融會貫通,提高學生綜合應用知識解決實際問題的能力。因此,如何從教學內容、教學方法和手段以及考核方式等方面進行改革值得探討。
一、教學內容的改革
1.理論教學內容的改革
該課程的課時數為40學時。由于它是一門應用性課程,因此需要在書本內容的基礎上,緊跟時代前沿,增加一些當今熱門課題的內容,如:電力電子裝置在新能源發電系統和節能環保中的應用等,以便為學生找工作或讀研找課題提供參考。
選用楊蔭福等編寫的《電力電子裝置及系統》作為本課程的教材。[3]由于該教材第1章中半導體電力電子開關器件和第2章高頻開關電源的內容已分別在“電力電子技術”和“開關電源及技術”課程中詳細講述,因此該課程不再贅述。
所選教學內容具體如下:
(1)電力電子裝置及系統概述(2學時):電力電子裝置及系統的概念;電力電子裝置的主要類型;電力電子裝置的應用概況;電力電子裝置的發展前景。
(2)逆變器(4學時):逆變器概論;單相和三相恒頻恒壓正弦波逆變器;感應加熱電源。
(3)不間斷電源UPS(6學時):UPS的功能及原理;UPS的組成和設計(包括蓄電池組、整流器和PFC電路、逆變器、切換電路、濾波電路、旁路控制電源和系統輔助電源、接地裝置、保護和報警系統);UPS輸出電壓控制。
(4)晶閘管變流裝置(6學時):晶閘管交流變換器;交流凈化型穩壓電源;晶閘管諧振型逆變器。
(5)電力系統用電力電子裝置(6學時):電力系統無功補償;電力系統有源濾波裝置;電力系統諧波與無功功率綜合補償;遠距離直流輸電。
(6)電力電子裝置的研制與試驗(14學時):電力電子裝置研制流程;研究對象的方案論證;主電路設計(包括輸出濾波器、輸出變壓器、緩沖電路、直流濾波電路和主開關器件設計);控制系統及輔助電源設計(包括抗沖擊負荷電路、調壓環節、過溫保護、輔助電源和驅動電路的設計);電磁兼容技術和措施;電路仿真;整機調試與電性能試驗;結構設計和例行試驗。
(7)電力電子裝置在當今熱門課題中的應用(2學時):選擇應用于當今熱門課題的某個電力電子裝置作為教學內容,如:直直變換器在光伏發電系統中的應用、并網逆變器在新能源發電系統中的應用等內容。
2.開設實驗教學內容
為了進一步驗證理論分析,提高學生的實踐能力,應開設一定的實驗教學內容。該課程的實驗教學可以充分利用江蘇省電氣與新能源實驗教學示范中心的新能源實驗室和電力系統無功補償實驗室,完成一些高頻電力電子裝置實驗項目,如:電力系統無功補償、電力系統有源濾波、升壓變換器在光伏發電系統中的應用和并網逆變器在風力發電系統中的應用等實驗項目。
二、教學方法和手段的改革
1.興趣教學,激發學生學習積極性
緊貼社會的要求進行學前教育,把社會的需求和學生學習的需求有機統一,從而激發學生的學習積極性。
學生從高中進入大學后,學習的目標改變了,如果說學生在中小學時是以升學作為他們的目標,那么,進入大學后他們的目標已經轉向了就業。因此,要使學生了解社會對人才知識結構的需求及其變化,使學生意識到該課程作為大四的專業選修課對今后工作以及再深造的重要性,從而使他們一開始就認識到該課程必須學,而且要學得非常好。
第一次上課,在講完電力電子裝置的應用概況后,了解每個學生對電力電子裝置感興趣的應用領域,布置學生通過網絡搜索或圖書館查找其感興趣應用領域的相關資料,并做成PPT,以備上該應用領域課時做報告。此后,每次上課時,先讓對該節課教學內容感興趣的學生用PPT做報告(每個學生報告5分鐘,學生提問2分鐘),講述相應應用領域的研究背景和國內外研究現狀,然后由教師講解具體教學內容。通過該興趣教學的方法,可以激發學生的學習積極性,培養學生做科技報告的能力,為學生畢業設計選題和答辯奠定良好的基礎。
2.提高多媒體教學質量
隨著現代化水平的不斷提高,上課基本都已采用多媒體進行教學。但多媒體課件也不能是黑板板書的簡單復制,最好配以一定的動畫和聲音,以便吸引學生的注意力,調動學生學習的積極性。如:在講解電路工作模態時,采用“動作路徑”的動畫格式,讓學生清楚地看到電流在電路中的流通路徑,更深刻地理解所學知識;學生在下半節課時往往會開小差,注意力不集中,可通過在切換幻燈片時配以一定的聲音,吸引學生的注意力;在講解習題或舉例時,先以某個習題為例進行講解,解題步驟逐步顯示,而不是一下子顯示所有答案,保留了板書的優點,然后總結歸納解題方法,最后再以習題對所述方法進行鞏固。
3.采用仿真輔助教學
用仿真的方法不僅可以初步驗證電路原理和參數設計的正確性,還能仿真試驗極限條件下的特殊情況,從而有效地減少電力電子裝置的設計費用,縮短電力電子裝置的設計周期,優化參數設計,提高裝置的可靠性。常用的電力電子仿真軟件有:Saber、Pspice和Matlab中的Simulink等。以其中的Saber仿真軟件為例對所設計4kW、400Hz的中頻電源進行仿真驗證。學生可以通過仿真進一步加深對理論知識的理解,此外,對較復雜或不易懂的電路可以通過仿真查看電路各點的波形反推電路工作過程,從而掌握電路的工作原理。
三、考核方式的改革
該課程采用小論文的考核方式。考核的總成績包括平時成績(20%)、平時PPT報告成績(30%)和小論文考核成績(50%)。其中,平時成績包括學生的出勤和平時作業;平時PPT報告成績主要是檢查學生對電力電子裝置感興趣應用領域相關知識的預習情況,考核學生運用Powerpoint軟件制作PPT的能力、口頭表達能力和回答同學提問時的應變能力;小論文考核成績主要包括測試學生書寫小論文的能力(包括中英文摘要、引言、正文、結論和參考文獻)、利用word軟件書寫小論文和排版的能力。小論文要求學生從電源設計領域、電機調速用電力電子裝置、電力系統領域、汽車電子領域、綠色照明領域、新能源開發領域和其他與電力電子裝置相關的領域中選擇1種領域撰寫。此外,要求寫相同領域小論文的學生相互商量各自研究方向,確保每個學生的小論文題目和內容不雷同。通過上述小論文考核,杜絕了學生相互抄襲小論文的現象,學生在選題上發揮了主觀能動性,選題范圍比較寬。學生在查閱資料完成小論文的過程中,了解了國內外電力電子裝置相關領域的國內外研究現狀,初步掌握了電力電子裝置主電路設計、控制系統設計、仿真及結果分析這一流程。
四、結束語
近年來,我們緊跟時代前沿,及時更新“電力電子裝置及技術”課程的教學內容,在實際教學中采用興趣教學、高質量的多媒體教學和仿真輔助教學的教學方法,采用“一人一題”的小論文考核方式,對“電力電子裝置及技術”課程進行了一系列改革,取得了良好的教學效果,得到了學院領導和學生的一致好評。
參考文獻:
[1]陳仲.“電力電子裝置及控制”課程教學設計的研究與探索[J].電氣電子教學學報,2008,(S1).
論文摘要:在RC電路中,當電容兩端有電壓時,關閉開關,通過計算機觀察電流通過電阻,在RC電路中電壓隨時間的變化規律與理論情況比較。實驗以RC電路為基礎,通過聲卡使計算機與實驗結合,用CoolEdit軟件進行錄音,最后通過數學軟件MATLAB對圖形進行分析,將理論計算值與實際測量值進行比較,結果證實了RC放電的電壓隨時間的變化趨勢。
1引言
本論文主要證明在RC電路放電時電壓隨時間的變化關系實驗.
在RC電路中,當電容兩端有電壓時,關閉開關,電流通過電阻,此時電路中電壓隨時間的變化成何種規律。作者在一本教科書中發現前人已經得出結論,電壓與時間的關系式是.作者通過實驗測量出5個時間點的電壓值與在相同時間點的理論值相比較,看兩者是否接近或相等。
2設計原理及方法:
2.1RC電路放電原理:
電路的過渡過程是指從一種穩定狀態轉到另一種穩定狀態所經歷的變化過程,其變化十分短暫而且是單次變化過程。對時間常數τ較大的電路,可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。對時間常數τ較小的電路,必須使這種單次變化的過程重復出現。為此,我們利用NE555方波發生電路輸出的方波來模擬階躍激勵信號,即令方波輸出的上升沿作為零狀態響應的正階躍激勵信號;方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號,選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數τ,就可以觀測電路的過渡過程.
在階躍信號下,RC-階電路的零輸入響應和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長,其變化的快慢決定于電路的時間常數τ.
2.2時間常數τ的測定方法:
⑴根據-階微分方程的求解得知
(1)
方程⑴為電容放電過程方程,其中U是放電前電容兩端的電壓.
當t=τ時,U0=0.368U.此時所對應的時間就等于τ。其零輸入響應的波形如圖1測試電路如圖2⑴所示.
⑵由零狀態響應波形增長到0.632U所對應的時間就等于τ。其測試電路及波形如圖2⑵和圖3所示.
⑶微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的應用電路,它對電路時間常數τ和輸入信號的周期T有著特定的要求.
RC串聯電路,如果滿足τ=RC<<T/2(T為方波脈沖中的重復周期),且由R端作為響應輸出,這就成了一個微分電路.
(2)
由式(2)可知:電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比,電路如圖4⑴.
將圖4⑴中的R與C位置調換一下,即由C端作為響應輸出,且當電路參數的選擇滿足τ=RC>>T/2條件時,則稱為積分電路.
(3)
由式(3)可知:電路的輸出電壓與輸入電壓的積分成正比,電路如圖4⑵.
2.3實驗儀器與軟件介紹
聲卡是多媒體技術中最基本的組成部分,是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件.在一塊聲卡上有晶振,AD/DA轉換芯片和數字處理芯片及其他輔助電路.因此,它可以作為數據采集卡使用,不過被采集號的頻率被限制在音頻范圍之內.設定了采集頻率,采樣位數,緩沖區大小之后,再利用聲卡的DMA方式進行數據采集工作。利用LabWindows/CVI環境下,借助硬件驅動程序對聲卡的采集頻率,采樣位數,緩沖區大小等分別進行控制,根據用戶的需要調整波形顯示,進行波形分析,從而構成功能強大的虛擬存儲示波器.
CoolEdit軟件與外電路是通過聲卡的連接,當外電路的開關關閉再打開,在CoolEdit軟件的界面會顯示出電壓與時間的關系圖形.將圖形剪切下來,與.mav的文件形式儲存起來.
MATLAB是數學軟件,主要用于對圖象的研究,精確度較高.
2.4實驗設計方法
(1)設置聲卡
①打開聲音高級控制.
圖5
②選擇錄音屬性,打開錄音音量控制面板,將輸入方式選成Line。
③關閉不必要的聲音特效,以免左右聲道互相干擾。
④如果無信號時背景噪聲較大,可以嘗試將一些選項靜音,特別是CD音頻。
⑤調整輸入和輸出的平衡,可借助示波器部分和信號發生器部分實現。
這時信號是從LineIn口輸入的.在輸出音頻信號時,輸入口是沒有信號的.
如果使用其他聲卡,可參照以上步驟設置.注意使用萬能聲卡驅動程序或自帶驅動程序,不要使用Windows帶的驅動程序.如果仍無法正確工作,可換一個驅動程序試試.可能出現的情況:
a聲卡上沒有LineIn口,只有MIC口,在一些廉價主板集成的聲卡上會有這種情況,因為MIC口通常是聲道,也就是示波器只能單蹤工作.
b打開信號發生器,示波器上同時顯示波形,這是輸出反饋到輸入端造成的,可修改各項設置.
(2)在實驗線路板上選取R=5kΩ,C=10μF組成如圖2所示的RC充放電電路.NE555信號發生器輸出的方波信號電壓U=1.5V,頻率f=1kHz,將自制電纜線Φ3.5立體聲插頭插入聲卡的LineIn,另一邊接到實驗線路板上的激勵端口所在位置.
(3)在虛擬示波器上觀察激勵與響應的變化規律,來測時間常數τ,通過調整虛擬示波器界面上的增益、時基和網格按鈕,可清晰地觀測RC的響應曲線,并可計算出時間常數τ.對于R=5kΩ,C=10μF的RC響應曲線如圖6所示.
圖6
(4)適當地改變電容或電阻值,觀察波形變化情況,記錄觀察到的現象.
①選取R=10kΩ,C=10μF,觀察并繪制響應的波形,繼續增大C之值,定性地觀察響應的影響.
②選取R=15kΩ,C=20μF,組成如圖4(1)所示的微分電路,在同樣的方波激勵信號作用下,觀測并繪制激勵與響應的波形.
3數據分析電壓時間
實驗所測得電壓隨時間變化曲線如圖7
4實驗結果分析
①通過計算在相同時間點電壓理論計算值與電壓實際測量的結果的比例進行比較,我們可以發現相同時間的電壓比值幾乎相等,作者在通過改變R與C的值發現相似的結論,由此可以證實前人研究.
②本實驗精確度較高,但難免有誤差的出現,首先在截圖時,很難從電壓最大值開始截取;其次在用MATLAB對圖形進行處理時,很難在特定時間內找到所對應的電壓值點,作者因此選取在此附近的點,由此產生的誤差可達到萬分之一.而且用聲卡測試儀器時,難免有噪音的的影響.
③聲卡測試儀器的優點:可以將電路與計算機連接在一起,并截取錄音,傳送給計算機處理.
聲卡測試儀器的局限性:容易受外界環境及本身其他的功能影響.
5結束語
本實驗室屬于計算機應用實驗,難度較高。實驗要求會使用CoolEditPro2.0,MATLAB6.1等軟件,熟悉聲卡的原理,計算機基本知識及物理原理等等.在此應該特別感謝魯曉東老師,胡依杰同學及費芬同學對我的幫助,他們幫助我找到很多關于這方面的資料.在此次實驗中證實前人已經得出的RC電路放電電壓變化規律,即電壓與時間的關系式結論.
參考文獻
無論進行何種教學改革,應該明確,課程教學仍是教學的主線,在教學過程中,必須樹立課程的重要地位,加大學生學習的主動性。堅持經常的學習價值觀的教育來啟發學生的認知內驅力。正確地引導學生的求知欲,適時激發他們的學習動機和興趣,勢必產生學習的原動力。在第一次課堂上要明確“通信電子電路”在通信工程專業以及工作中的重要地位。介紹與“通信電子電路”相關的廣播、電視、導航、雷達等相關專業,強調該課程對于這些相關專業的重要性;然后從應用角度出發介紹該課程在社會工作中的廣泛應用,激發學生學習“通信電子電路”的強烈愿望;最后以實際電路為例,以信號傳輸為主線,簡單介紹其工作原理。使學生對通信電子電路的認識由抽象變為形象,由原理轉化為實際應用。
2教學方法改革
2.1以多媒體技術進行輔助教學,以形象代替抽象
近年來,射頻電路應用的頻率越來越高,為適應現代通信技術發展的需要,讓學生了解高頻電子通信技術在工業生產領域的應用現狀和發展趨勢。教學過程中,使用多媒體手段進行輔助教學,將教材中的圖形、文字、公式及推導過程形象的展示在課堂上,以取得更好的教學效果,同時,對重點、難點部分設計生動的Flas演示,便于學生對內容的理解和提高學習興趣。在課堂上使用ADS等軟件,對相關章節涉及的實驗進行現場演示,直觀地反映電路的工作原理,讓學生更加形象地掌握電路的工作原理和工作過程,使學生對整個電路有更加深刻的認識。以形象代替抽象,提高了傳統教學方法及手段難以達到的教學效果。
2.2通信電子電路課程設計
課程設計是繼理論教學和實驗教學之后的又一個重要的實踐性教學環節,它的任務是在學生掌握電子技術基礎知識與單元電路的設計能力之后,利用Multisim、ADS等EDA軟件讓學生綜合應用通信電子電路知識進行高頻通信系統電路的仿真設計、安裝和調測,提高綜合應用知識的能力。在理論課程教學期中考試完成以后,引導學生在教師的指導下,自主選題、自主設計來完成,設計過程中要進行數據分析處理和撰寫總結報告等工作,不斷提高同學的自我學習能力、團結協作能力和組織實施能力。具體做法是:(1)自主選題(3名學生自由組合為小組),利用Multisim、ADS等EDA軟件對選題進行調研、分析和設計,并利用軟件仿真得出較為合理的參數和結果;并用實驗完成選題的設計要求,形成創新性作品。(2)學生根據選題任務書撰寫論文。(3)教師根據創新性作品完成情況、論文評定給出成績,成績計入學期總成績。(4)選拔部分能力較強的學生設計制作實際電路,為參加課外科技創新活動做準備。
3理論課程中軟件實驗環節建設
通信電子電路理論課程配有相應的硬件實驗課程,該課程傳統開設的實驗內容以單元電路的驗證為主,且實驗條件有限,學生的主觀能動性沒有充分發揮。鑒于目前射頻電路的應用越來越廣泛,我們對課程進行改革,加入軟件實驗環節,讓學生利用ADS等軟件完成射頻通信電路的設計、仿真和測試,對一些新技術、新器件,及硬件實驗無法進行的實驗內容,可以利用仿真軟件及時的跟蹤、了解、學習使用。提高其綜合應用和動手實踐的能力。如軟件實驗之一“射頻寬帶放大器的設計與仿真”,我們進行了直流分析、設計偏置電路、電路穩定性設計、輸入匹配設計、匹配網絡的實現和原理圖仿真等內容。在2.45GHz處,增益為14dB,噪聲系數小于0.7dB,整個電路無條件穩定,實現射頻寬帶放大器的設計。通過射頻寬帶放大器的實驗,使學生對理論知識有了更深刻的認識,并鍛煉學生的實踐動手能力,達到了預期的效果。
4促進教學團隊的建設
通過“通信電子電路”課程改革與實踐教改項目的實施,不斷吸引教師加入,形成教師團隊,建設一支結構合理、學術水平高、教學能力強的教師梯隊。在完成“通信電子電路”、“通信電子電路實驗”課程的教學、指導電子設計競賽,形成團隊互動,優勢互補、資源共享,提高指導教師的綜合實踐能力,提升競賽成績。
5結語
【關鍵詞】電子制作 作用 融合課程 實踐性教學
目前,中等職業學校的電子技術應用專業課程的特點是實踐教學少,理論課程多。經過多年的理論實踐教學,筆者認為目前電子應用專業的課程有必要進行改革,在教學過程中應采用先實踐、后理論的策略,大幅增加實踐教學的課時,讓學生在動手過程中學習理論和技能。具體的做法是設置《電子制作》這門課程,這門課程宗旨就是通過電子電路的制作過程,學習電子技術應用專業應掌握的知識與技能,它能夠通過具體的電路制作有效地取代《電子工藝基礎》,《電子測量儀器》,《電子傳感器》等理論課程的教學,并且能作為《低頻電子電路》、《高頻電子電路》、《數字與脈沖電路》等理論課程的實踐教學課程,相互補充,使學生能更好地運用理論知識完成實踐技能,以及從實踐教學中獲得理論知識,培養學生的創新精神和實踐能力。在中等職業教學的改革中,《電子電路制作》這門課程的運用可以起到重要作用。
一、通過科學合理的設計可以取代《電子工藝基礎》,《電子測量儀器》,《電子傳感器》相關課程,壓縮了大量的理論課,減輕了學生學習負擔,提高了學生學習興趣
1.取代《電子測量儀器》、《電子工藝基礎》、《電子傳感器》的可行性
《電子工藝基礎》課程主要是學習基本的電子元件的識別,測量,常用工具的使用,焊接的理論基礎,焊接的工藝知識,電子產品的防護等。《電子測量儀器》這門課程主要是介紹電子應用中常見的電子測量儀器儀表的構成原理及使用。《電子傳感器》介紹了電子各種傳感器,如溫度、聲音、電壓、壓力、濕度、光傳感器,理論知識并不詳實,而且比較抽象。
《電子工藝基礎》可以說這門課程是實踐性操作性相當強的學科,我們都知道,單純的焊接練習、元器件的測量及相關理論的教學是枯燥無味的。對目前中職生來說,他們希望具體的,感性認識。從而調動他們的學習積極性,增加他們的學習興趣。而電子電路的制作就是將元件的測量,焊接組合成具有一定功能的電路,學生能夠通過制作的過程中學習相關理論知識,培養技能。
我們在《電子測量儀器》中要傳授的知識主要是了解、使用電子儀器,學生通過學習使用各種電子測量儀器為未來就業儲備知識。傳統教學中只是將儀器給學生使用,沒有具體測量的目的,由于教學比較枯燥,目的性不強,而且操作課時不多,學生學完即忘,所以把《電子測量儀器》這門操作性相當強的課程單獨設置效果并不好。而在電子制作的過程中學習電子測量儀器的使用,運用測量儀器進行調試、維修等具體的操作,針對性、目的性強,能收到事半功倍的效果。
同樣,在電子制作中安排有關傳感器的內容的制作來達到學習《電子傳感器》課程內容的目的。
我們通過科學合理的設置電子制作的課題可以較好地取代上述三門課程,節省出了大量學習的時間,使得中職學生有時間進行電子制作這門實踐性強的課程,并且能夠配合其它課程的教學的學習,提高學生學習的興趣。通過大量的實踐動手操作,強化學生的理論知識,提高學生的專業實踐技能。最主要的是這門課可以通過大量的實例,通過光、聲、機械的介入,使學習更加形象化,具體化,加深學生對相關原理的記憶,讓學生學出“味道”來。
2.《電子電路制作》課程內容設置的基本原則
(1)能夠學習電子工藝基礎,電子測量儀器中的工具、儀器儀表的使用,并通過大量的實踐操作,反復運用,使學生熟練的掌握相關的技能。
(2)《電子制作》課程中電路要求
①有趣性,能引起學生的學習興趣。可以通過聲、光的現象是學生有一個直觀的感受。
②科學性,能反映中等職業教育所需學習的內容。
③適合性,能根據學生的水平制定出水平適當的電路,從簡單到復雜的過程。
④新穎性,電路及元器件的使用能跟上時代的步伐,反映出目前電子技術的最新成果,使學生能夠學習到新知識。
3.《電子制作》課程理論與實踐課程安排
(1)對于每一項的制作課題必須安排理論講解。在實踐操作前進行簡單的理論講解,讓學生對制作課題的理論有一個初步的了解。講解的理論包括電路的原理知識,制作工藝,必要的元件的介紹。理論的講解要簡單,易懂,不要復雜的計算,公式,符合學生的知識水平。
(2)實踐課的安排學生從滿足電子制作工藝要求的排版繪圖,制作過程的焊接,元件的布局要求,連接工藝知識,元器件的測量,制作后的檢修調試,探討調試工藝。 轉貼于
二、可以通過實踐性強的電子制作課程培養學生的動手操作和解決問題的能力
電子電路的制作是一門實踐性很強的學科,通過不同的電路的制作可以學習電子技術的技能水平和理論知識。根據《電子制作》課程的內容設置的原則,我們在實踐中選用了串聯穩壓電路,音頻放大電路,RC橋式正弦波振蕩器,聲光控節能電路,自激多諧振蕩器,組合邏輯電路,555定時器,叮咚門鈴電子電路,水位控制器,熱釋紅外報警器,溫度控制器,調幅中波收音機。每個電子制作都要求學習電子電路原理,原理圖的識別,其中一些電子制作要求用萬能板來制作,目的是加強學生在焊接技術及焊接工藝上得到訓練。一些電子制作要求運用電子仿真軟件進行電路仿真,并制作PCB印刷電路板,學習印刷電路板的制作。在電路制作過程中學習電烙鐵,鑷子、斜口鉗、尖嘴鉗、電鉆、吸錫器等常用工具的使用,運用萬用表、示波器、信號發生器、晶體管特性儀等儀器儀表對元器件進行檢測和對電路進行測量,維修時學習維修方法,訓練維修技能。
如在制作分立元件的推挽功率放大器的過程,首先對元件進行測量,包括運用萬用表測量電阻,電容,運用晶體管特性儀對功率對管的特性曲線的測量,使學生學習三極管的篩選方法,制作完成進行電路調試時,用萬用表測量電路的靜態電流,中點電壓。再利用信號發生器產生不同頻率的音頻信號并運用示波器對波形進行觀察,對整個電路調試。使學生在一個電路的制作過程中,有目的的學習了大量的技能。又如在教學過程中,出現了電烙鐵失效,打火等現象,針對這一情況,及時調整教學內容,組織學生分析原因,結合有關工藝知識,分析出現問題的原因,并引導學生提出解決問題的方法,使學生在探討中學習電子產品工藝知識和電烙鐵的維修技能。
在制作過程別注重對學生的維修技能的培養。針對制作時出現的故障現象,指導、引導學生發揮創造性思維來解決實踐中出現的問題,努力培養學生的理論分析能力和維修技能。每次制作中對于一次裝好的電路還要人為設置一些故障,讓每個學生能學習維修技能。
制作一個電路,學生能夠學習焊接,PCB板圖的設計,調試,儀表的運用,電路的原理即電路理論,學習電路的維修。
每個電路的制作中反復訓練,最終學生通過大量的技能訓練,可以成為企業需要的電子應用的熟練工人。
三、通過《電子制作》課程培養提高學生的綜合素質
1.制定針對學生的嚴格管理制度,將企業的嚴格管理與操作規章規范引入到電子制作的實踐課堂中,使實訓場所與未來的就業環境接軌,使在校的學生能夠感受到未來就業的環境,內容為:課堂紀律(相當于企業的紀律),安全規范操作,制作工藝要求及敬業精神。培養學生自覺遵守紀律的能力。
2.對每個電路制作的課題都要求寫出實訓報告。針對制作中出現的問題,引導學生寫出技術論文,提高學生的寫作水平。同時要求學生會利用所學的計算機基礎知識處理簡單的文檔,為以后走上工作崗位奠定了一定的基礎。這樣一來,學生的寫作能力,利用計算機處理文檔的能力在不斷的電路制作過程中得到了鍛煉和加強。
3.在教學中可以加強專業科技英語的教學,如在學習元件基礎知識時,對電阻電容等元件可以標注相應英語單詞,這樣的方式貫穿在整個教學中,使學生在潛移默化中學會了電子專業方面的英語知識,可以提高學生閱讀相關專業外文簡單科技論文的能力,使學生在電子制作實踐同時又豐富了英語知識。
4.將專業知識和計算機應用基礎知識完美地有機地結合在一起。利用多媒體教學教會學生如何使用電子線路仿真軟件(MULTISIN9.0)對制作的電路進行自行分析,理解枯燥無味的電路原理,起到培養同學們的學習興趣的作用。
這次教學改革的目的就是利用電子制作課程這個平臺,通過長期的反復的訓練掌握一定操作技能知識,實踐證明切實可行,中職教育的發展要求我們不斷努力創新,改革教學方法和教學課程,使得我們的中職學生學習到應對未來就業和可持續發展的相應技能和知識,為就業和發展創造有力條件。
參考文獻:
[1]孟貴華.電子技術工藝基礎.
[2]肖曉萍.電子測量儀器.
關鍵詞:模擬電子技術,多媒體課件,EDA,教學網站
《電子技術》是我院機電與電子專業的一門重要的專業基礎必修課,也是較能整合新科學、新技術、新知識的一門重要的技術性綜合課程, 是與實踐聯系緊密, 培養創新能力和實施創新教育的重要課程。在課程教學中發現, 學員往往陷入繁雜而較抽象的理論中不能自拔, 在課程學習的理解上存在較大的偏差, 即不知道學什么, 怎么學, 如何做到理論應用于實踐,更談不上理論與實踐的有機結合。隨著電子時代的快速發展, 以多媒體計算機輔助教學、EDA 技術為主的現代教學方法應運而生, 正如火如荼地應用于教育教學之中,《電子技術》的教學也不例外。這些教學形式的應用是對傳統教學的挑戰, 也是對傳統教學的革新, 更是對傳統教學的繼承和發展。
1 多媒體課件在教學中的應用多媒體課件是計算機輔助教學應用最廣泛的形式之一。教學中遇到學員難以理解的概念、規律等重點知識或不便攻克的難點,利用多媒體技術的優勢,通過圖形、動畫、視頻、文本、聲音等方式加以表現。教師邊演示邊講解,將抽象問題形象化,復雜問題簡單化,既縮短了教學時間,又使得教學過程生動有趣、易于理解,這是傳統的教學方法所無法比擬的。論文參考。論文參考。例如講PN 結的形成過程和三極管電流分配和放大規律時, 都用到載流子的定向移動, 學員對載流子沒有感性認識。若利用動畫課件, 自由電子用黑色, 空穴用紅色, 像小蝌蚪游動, 相遇時消失表示復合運動等, 這樣既能把枯燥無味、難以理解的規律形象化, 也培養了學員的學習興趣, 提高了課堂教學效果。再如放大電路的圖解分析,一直是學員學習中的難點,教員費很大勁講解,學員還是感覺抽象,難以理解。通過動畫方式加以表現,使學員對放大電路中工作點的變化及輸入對輸出的控制過程都有了清楚的認識,花費較少的時間即可將此難點問題學懂。
2 EDA技術在教學中的應用近年來,隨著計算機技術的發展,電子設計自動化( EDA) 技術越來越成為電子業的重要開發工具,使得電子線路的設計、開發、制造過程更快更好。論文參考。EWB是90年代初推出的專用于電子線路仿真的虛擬“電子工作臺”。 它可以對模擬、數字和混合電路進行電路的性能仿真和分析。它采用圖形界面,創建電路、選用元器件和測試儀器均可直接從屏幕圖形中選取,且測試儀器的圖形與實物外型基本相似,與其它電路仿真軟件相比較,具有界面直觀,操作方便等優點。利用EWB作為電子技術課程的輔助教學手段,不僅解決了場地、設備、經費等因素的限制,避免了因誤操作而對儀器造成的損壞,而且對于某些實驗中不易觀察到的現象,也可以仿真得出。另外,通過仿真,還能加深學員對課程內容的理解,幫助他們掌握常用儀器的使用方法和測量方法,提高學習興趣,培養分析問題、解決問題的能力。
實例 工作點穩定問題
在講解工作點穩定問題時,我們只能通過原理分析溫度變化對工作點產生的影響,要從實驗中觀察此現象,就比較困難了。而在EWB中,則非常容易辦到。方法如下:
(1)輸入固定偏置電路,調節RB的參數,使Ic=1mA。方法為:
在Analysis欄中選擇Parameter Sweep(參數掃描)選項,輸入各參數如下:
元件:R1起始值:100KΩ終止值:2000KΩ
掃描類型:線性步長:10KΩ輸出節點:3
并選擇對 DC Operating Point 進行掃描 。
按下Simulate按鈕,得到集電極電壓與基極電阻之間的關系曲線。見圖1。分析可知,Ic=1mA時,Vc=9V。選取Toggle Cursors 按鈕,彈出電壓窗口,用鼠標拖動曲線上的豎條光標,并調整光標位置使Y1=9V,則對應的X1值就是Ic=1mA時的RB值,RB=1.14×103 KΩ。
論文摘 要:根據高職機械類專業電工電子技術課程教學中出現的問題,針對高職學生的特點,從教學內容的選取,教學方法、教學手段、考核方法的改革,理論與實踐更好的融合等方面進行了分析、總結。
電工電子自問世以來,已經延伸到社會的各個領域,機械類產品也慢慢的過度為機電一體化產品的方向發展,社會對機械工人的要求也從機械類單一工種,轉變為機電類復合人才的要求。因此,電工電子已經成為機械類專業的一門重要的基礎課程,而且是一門理論性和實踐性都非常強的基礎課程,本文針對應如何使非電類機械類專業的高職學生在學習“電工電子技術”上,既能夠滿足專業和職業能力的需求,又不是像本科教育那樣,立足打好深厚基礎。根據高職學生的特點,重點以實踐、應用為主線來進行教學改革。
1 存在的問題
(1)理論與實踐脫節。傳統的教學方式是理論教學與實踐教學是分開的,而且理論知識往往過分追求教學內容的系統性與完整性,這就忽視了“電工電子學”作為應用學科的實用價值,使學生缺乏明確的學習目標,難以理解課程的目的和意義,不但給學生的學習造成很大困難,也影響了教學質量的提高和應用性、技能型人才的培養。
(2)教學方法陳舊古板。教學方法基本上采用“老師講,學生聽”的灌輸方式,有些教師對新的教學方法和手段不熟悉不適應,課堂教學講得過多過細,缺乏新意,沒有留出足夠的時間供學生思考回味。此外,課后作業過多也使學生無暇思考,這樣導致學生始終處于被動狀態,無法激起學習的興趣和熱情。
(3)考核方式單一,內容片面。電工電子學”課程的考試方式采用閉卷筆試,內容主要是理論知識。這樣既不利于學生對知識的全面掌握,又不符合高職學生的特點。
2 改進措施
(1)課程整合和優化。
打破學科體系,改革課程設置,實施課程內容的簡約、集成與重組,體現出高職教育的特色。以實際應用能力培養為主線,精減教學內容,去除理論推導、證明、驗證內容,注重技術重現和技術實現。
實現做中學,弱化過深、偏難的理論,突出知識在專業中的實際應用。以適用、實用為原則,優化知識技能結構,形成與應職崗位相一致的教學內容。從應職崗位需要出發,將各課程的知識與技能有機地結合起來,增加實用性和針對性,刪去一些與今后工作關系不大的枝節。例如,很多教材大篇幅講解二極管如何形成單向導電性,三極管內部載流子的傳輸情況。而在實踐中,只有從事專門研究的人員,才可能用到這些原理知識,對于以培養應用型人才為主的高職學生,重點應該放在二極管、三極管的作用,如何判斷二極管正負極,三極管的標號及管腳判別鑒定,如何通過參數來選擇二極管、三極管的型號等內容上。對于電子電路應強化集成電路方面的內容,特別是集成電路的應用。對難度較大,求解過程復雜的例題、習題進行刪減。
(2)加強與專業方向的對接。
大部分機械類專業均開展了電工電子課程,但專業方向不同,學生所需知識的側重點也有所不同。電工電子是專業基礎課程,一般在大一第一學期就開設了此課,學生對專業的認識還不夠了解,教師給不同專業的學生上課時,授課內容既要注意與各學科專業基礎知識的銜接,又要兼顧與后續課程的聯系。并且課程內容按不同專業編排,采用靈活的組合方式,以適應不同學科、不同學時和各層次學生對課程深度和廣度的要求。比如,針對數控類專業,教師可以結合數控機床的定位系統,講解數字電路中數模、模數的轉換;針對汽車專業,教師可以結合汽車測速裝置的工作原理,講解計算器的功能。
(3)課堂教學方式靈活多樣。
高職學生基礎相對薄弱,教師應根據學生的實際水平,對基礎知識、基本內容和重點內容精心組織,運用多種多樣的教學方法,如比喻法、類比法、啟發質疑法、講練法、實驗演示法,使學生能克服厭學心理,鼓勵幫助學生樹立自信心,提高學生的學習興趣,促進求知欲。對于理論性較強的內容,教師要耐心對待學生,引入各種案例,多講多練,反復強化重要的知識,不講則已,講的就務必使學生掌握。
(4)充分利用現代科技,拓寬教學手段。
抽象的電工原理講解起來容易覺得枯燥乏味且生澀難懂,如電介質的極化、電容的充放電等,若能合理巧妙使用輔助教具,往往能收到事半功倍的效果。教師可以通過教學錄像,直觀的實物模型和幻燈片、投影,生動詳盡、圖文并茂的教學課件,讓學生學習起來興趣盎然,使教學過程縮短時間,盡可能增加信息量,開拓學生視野,進一步深化了對基礎理論的掌握。為了適應目前既要減少教學時數,又要增加課堂信息量的教改形勢,同時培養學生學習主動性,提高自學能力,充分利用網絡資源教學是最有效可行的方法之一。在校園網絡上向學生提供電子教案、網絡課件等網絡教學資源,利用網絡進行答疑,接收學生反饋意見,更好地與學生交流。學生可以利用網上試題庫,在網上隨時進行自檢自測。我們目前已具備的資源有:電子教案、多媒體課件,網上實驗室、精品試卷、習題庫等,極大地提高了學生的學習興趣。在理論教學中引入eda技術,來改善教學質量,使理論分析得以驗證。對于一些比較抽象的內容,教師用語言不易描述,學生也難以理解,還有許多電工電子的概念需要通過實驗以闡述和驗證。在課堂講解內容涉及需要實驗演示電路時,調用事先建立的eda電路文件進行現場演示,不但提高了教學效率,而且降低了教學難度。例如,在講解基本放大電路的靜態工作點對輸出波形的影響時,要通過實驗來加以驗證。實驗教學中引入eda技術,可以解決三個方面的問題:一是實驗信號存在時間過短,用常規儀器往往很難觀察得到,借助eda技術,可以方便觀察;二是在電工電子實驗中,將實驗任務布置給學生,讓學生先進行理論設計,然后按照設計要求進行計算機仿真設計,完成仿真設計后,再在實驗室按照仿真電路裝配實際電路進行測量;三是可以進行虛擬的仿真實驗,根據教學內容和專業要求,聯系生產實際提出簡單的設計題目,讓學生進行理論設計,然后在計算機上完成仿真實驗,檢驗和完善自己的設計作品。
(5)理論教學與實踐教學相結合。
電工電子技術是一門基礎學科,也是一門應用學科,學生不僅要掌握必要的理論知識,而且還要把這些理論靈活應用于實踐中。但是學生到工業、企業中實踐的機會很少,從而無法了解工業、企業中是如何進行具體工作的。
為此,在教學中,每章都從最基本的應用實例出發,由實際問題入手通過技能訓練引入相關知識和理論,由實訓引出相關概念及相關電路。首先是教師提出學習的內容、目的、要求及其他相關事項,學生自主學習有關內容,再通過自己動手做的方式來加深對所學知識的理解,同時獲得相關技能的訓練。這種在教師指導下,感性認識與理性認識交互進行,對學生自主學習起到良好的促進作用。教學所選實訓項目應與機械專業建立聯系,這樣的學習方式會極大地激發學生學習理論的動機。
此外,實踐教學場所按照職業活動環境來布置,突出其職業性的特點,同時,實踐教學嚴格按照生產、建設、管理、服務第一線的現場有關規定,來強化學生職業技能訓練和職業素質訓導,著重要求學生要有一絲不茍、嚴格認真的工作作風。
(6)建立以能力為中心的課程考核體系。
改變傳統的考核方式,強調考核學生的能力,實現課程考核向過程考核的轉變。學生學習效果的好壞,主要取決于整個教學過程,與之相適應,考核也貫穿整個教學過程。提高學生的素質為考核中心,考試不再局限于閉卷一種形式,而是采用開放靈活的考試方法,包括開卷考試、課程論文、口試、實際操作、調查報告、綜合考查等形式。不同內容采用不同的考核形式,如考基本理論采用閉卷的形式;考實訓采用項目制作的形式,根據學生態度和動手操作能力,現場綜合評定學生的實驗實訓成績;對于綜合分析和電路設計采用開卷的形式;平時的作業可以結合生產實際寫課程論文和調查報告;使評分方式科學化。課程結業成績由平時成績、實驗實訓成績、期末成績(試卷)組成,為了充分調動學生全程參與學習,使學生把注意力轉移到日常學習中,擴大平時成績和課程測驗的比例,具體是平時成績占20%,課程測驗成績占40%,期末成績占40%。另外,在平時測試和實驗考核中,改革記分方式,實行實質性評價,一些考核按照abcd級制度評分,淡化分數,促進學生的全面發展。
注重考核反饋,現在我們在教學中往往注重考核,不注重反饋,其實考核的目的是要重視反饋,通過反饋來是學生了解自己的不足,使老師反省在以后的教學中如何講解來是學生能夠更好的減少錯誤,學生在反省中找到原因,改正錯誤。
3 結語
機械類專業的電工電子課程教學改革是一項長期的工作,經過多年的思考與經驗積累已初有成果,在以后的改革中,是該課程更加的理論與實踐相結合,更具有鮮明的特色,真正的實現做中學,快樂學習。切實減輕學生學習負擔,提高學生的學習興趣。
參考文獻
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