基于智能车竞赛的电子技术课程教学改革研究_王正刚

基于智能车竞赛的电子技术课程教学改革研究

王正刚*，王冠凌，顾 梅

（ 安徽工程大学 电气工程学院，安徽 芜湖 241000 ）

摘 要：大学生智能汽车竞赛是一项工科类大学生参与的重要学科竞赛。在总结学生参加智能车竞赛的经验基础上，建立了以项目化和模块化为核心的模拟电子技术课程教学体系和教学内容，提出了一种以PSpice 仿真计算和自制教学设备相融合的新型教学模式。实践表明，新的教学模式显著提高了模拟电子技术课程的教学质量、教学效果和学生的动手实践能力，提高了学生参加智能车竞赛的热情，取得了很好的成绩。

关键词： 智能车竞赛； 电子技术； 模块化； PSpice

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9639 (2017) 06-0028-04

大学生智能车竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向自动化、机械、电子、测控专业特色分明的学科竞赛。全国大学生智能汽车竞赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。比赛中组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高为获胜者[1]。其设计内容涵盖了电子技术、传感器、单片机等多个课程的知识，其中电子技术是后续课程的基础，没有扎实的电子技术知识，想要获得好的比赛成绩是不可能的。

1．传统教学存在的问题

模拟电子技术是一门应用型和实践性都很强的课程，其课程内容是数字电子技术和后续专业课程 学习的基础，是电子信息类专业重要的专业基础课程，也是电子类专业的必修课。传统模拟电子技术

教学往往重理论轻实践，只重视对教材上理论的讲

解，学习起来很枯燥，不能有效的激发学生的学习兴趣。在实验教学环节中，实验内容安排多为验证性实验，内容单一，技术含量低，不能有效地提高学生的综合能力[2-4]。近年来，由于专业课程体系的不断调整，模拟电子技术的学时数也在不断缩减，加上知识点比较抽象，造成学生在学习过程中出现囫囵吞枣的现象，很多知识点还没来得及消化，课程就已结束，使得电子技术课程的教学效果不容乐观。

安徽工程大学（以下简称“我校”）针对模拟电子技术教学过程中出现的问题，在总结自身及其他兄弟院校经验的基础上，结合实际情况，对模拟电子技术课程进行了全面的教学改革，利用PSpice 电子电路仿真软件的便携性，结合我校自制的智能车实验平台，形成了项目化、模块化的教学方式。经实践证明，这套教学模式效果显著，不仅提高了学生 学习的积极性，同时也使我校智能车竞赛的成绩上了一新台阶。

2．总结智能车竞赛经验，优化电子技术课程教学内容

收稿日期：2017-01-08

基金项目：安徽省教育厅重大教研项目（2015zdjy082）；安徽省省级质量工程项目大学生创客实验室建设计划（2016ckjh021）；

安徽工程大学校级教学团队（2016jxtd03）支持。

作者简介：王正刚（1982-），男，安徽全椒人，硕士，研究方向：信号与信息处理。 *通讯作者：王正刚，E-mail ：albb886@ 。

第19卷 第6期 铜仁学院学报 V ol. 19, No. 62017年 6 月 Journal of Tongren University Jun. 2017

2．1．依托智能车竞赛，教学任务项目化

大学生智能车竞赛分别设立光电组、摄像头组、电磁组、电轨组（2016年新增）、创意组等多个赛题组别。我校作为安徽赛区的一支传统强队，在各个组别都具有不俗的实力，其中电磁组实力最为突出。我校电气工程学院在总结多年参赛经验的基础上，结合模拟电子技术课程教学要求，将知识点融入到智能车实验平台中，开发了一系列实验模块，通过实践检验，取得了很好的教学效果。

电磁组小车的关键技术在于电磁信号的检测，智能车磁导航组电磁信号检测的原理框图如图1。根据实际需求，可使用电感和电容组成谐振电路来探测相应谐振频率的交变磁场信号。以此传感器的输出信号为待处理信号。通过放大与检波将磁信号转换为电信号供微控制器进行处理，实现小车的自主行驶。

图1 智能车磁导航组电磁信号检测的原理框图

2．2．依托项目设计，单元电路模块化

为了和课堂教学相结合，根据不同的功能，将项目划分为子单元电路模块，方便课堂教学。智能车磁导航组电磁信号检测电路基本上包括了模拟电子电路课程教学的所有内容[5-7]。电磁信号检测电路包含的子单元电路和模拟电子技术教学大纲的对应关系如表1。

表1电磁信号检测电路与模电教学大纲对应关系电磁信号检测电

路组成单元

教学大纲对应内容

常用半导体器件

基本放大电路

多级放大电路

集成运算放大电路

放大电路的频率响应集成运算放大器

电子电路中的反馈信号的放大与滤

波电路

信号的检波与转

换电路

信号的运算和处理直流电源电路直流电源

3．电路仿真计算

随着计算机技术的快速发展，计算机仿真技术得到了越来越广泛的应用。计算机仿真使人们在科学研究、生产实践中获得了诸多的便利，提高了系统的优化性和预测的可靠性，既节约了科研和生产的成本，降低了风险，也拓展了应用的领域。

目前，电子电路的仿真软件很多，例如Electronics Workbench 公司的Electronics Workbench (现在称为MultiSim)和Cadence软件的PSpice A/D组件等，每一种软件仿真都有各自的特点。美国的Cadence公司是在EDA行业里处于龙头地位，其产品Cadence软件拥有完整的电子设计解决方案，包含电路设计、功能验证与PCB布局，以及众多高效辅助设计工具。PSpice软件是Cadence软件中的一个功能部件，分为PSpice A/D和PSpice A/A。同时随着大学生个人电脑的普及，为利用仿真软件进行学习提供了非常大的便利，学生可利用课堂和实验之外的时间随时学习，提高了学生学习的效率。针对智能车实验平台的特点，我们利用PSpice A/D组件对智能车磁导航组电磁信号检测电路进行了仿真。图2是放大滤波电路和倍压检波电路的仿真计算，（a）放大滤波电路和倍压检波电路，（b）图为放大与滤波电路的输出，（c）图为倍压检波电路的输出。同样可利用PSpice 软件对整个电路其他单元电路进行仿真计算。

第6期 王正刚，王冠凌，顾 梅：基于智能车竞赛的电子技术课程教学改革研究 29