袁東明 史曉東 孫丹丹

摘? 要：通過(guò)電子工藝實(shí)習(xí)課程的教學(xué)改革與研究，探索電子信息類創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)實(shí)踐能力的提升。在教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、課程評(píng)價(jià)和教學(xué)裝置等多方面進(jìn)行課程整體設(shè)計(jì)，全面提升學(xué)生的動(dòng)手能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)，為培養(yǎng)電子信息類創(chuàng)新人才積極探索。

關(guān)鍵詞：電子工藝實(shí)習(xí)；創(chuàng)新人才；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革；啟發(fā)式教學(xué)

中圖分類號(hào)：C961? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）25-0164-04

Abstract： Through the teaching reform and research of Electronic Technology Exercitation， this paper explores the improvement of the basic practical ability of innovative talents in electronic information，carries out the overall design of the course in many aspects such as teaching philosophy， teaching methods， teaching content， course evaluation， teaching devices， etc.， comprehensively improves students' practical ability， engineering quality and innovation consciousness， and actively explores the cultivation of innovative talents in electronic information.

Keywords： Electronic Technology Exercitation; innovative talents; practical teaching; teaching reform; heuristic teaching

實(shí)踐教學(xué)在電子信息類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中具有非常重要的作用，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，是創(chuàng)新意識(shí)和工程素質(zhì)培養(yǎng)中必不可少的一環(huán)。特別是在“新工科”和工程教育專業(yè)認(rèn)證等背景下，如何激發(fā)學(xué)生的好奇心、如何引領(lǐng)學(xué)生探索未知的領(lǐng)域是高校電子信息類人才培養(yǎng)過(guò)程中面臨的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。電子工藝實(shí)習(xí)課程（以下簡(jiǎn)稱“本課程”）主要面向電子信息類專業(yè)的學(xué)生，針對(duì)基礎(chǔ)階段學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力水平，以工程訓(xùn)練為基礎(chǔ)、能力提升為核心、創(chuàng)新培養(yǎng)為重點(diǎn)，通過(guò)引入前沿技術(shù)，激發(fā)學(xué)生對(duì)未知領(lǐng)域的好奇心，提高學(xué)習(xí)興趣，發(fā)掘?qū)W生潛能，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。同時(shí)課程通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)，化難為簡(jiǎn)，仔細(xì)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，達(dá)到全員參與、重點(diǎn)提高、合作協(xié)同，實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力的提升。

一? 電子信息類創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求和實(shí)踐能力提升

電子信息類涵蓋的專業(yè)范圍很廣，包括電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程、光電信息科學(xué)與工程及信息工程等。電子信息類人才培養(yǎng)應(yīng)該遵循電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，根據(jù)國(guó)家發(fā)展、社會(huì)需求、高校人才培養(yǎng)目標(biāo)確定培養(yǎng)方向，緊跟行業(yè)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)及新動(dòng)向，培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)結(jié)構(gòu)全面、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、創(chuàng)新思維突出和能夠解決復(fù)雜工程問(wèn)題的高素質(zhì)人才。電子信息類創(chuàng)新人才的培養(yǎng)內(nèi)容涉及電路與系統(tǒng)、微電子學(xué)、電子科學(xué)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與光電子及光信息處理等多方面知識(shí)板塊。學(xué)生主要學(xué)習(xí)電子信息科學(xué)的基本理論和技術(shù)，接受科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維的訓(xùn)練，具有本學(xué)科及跨學(xué)科的應(yīng)用研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)的基本能力。培養(yǎng)過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持夯實(shí)基礎(chǔ)，拓展能力，注重新知識(shí)和高新技術(shù)的引入，使學(xué)生具有深厚的數(shù)理基礎(chǔ)和寬廣的知識(shí)領(lǐng)域，既能從事較高層次的研究工作，又能適應(yīng)和滿足國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展和民眾高質(zhì)量便捷電子信息服務(wù)的需要。

實(shí)踐教學(xué)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，可以分為以下幾個(gè)層次和階段。基礎(chǔ)的物理類觀察驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和電子類設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)作為第一階段，讓學(xué)生了解操作規(guī)程，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和數(shù)據(jù)的記錄分析及處理，驗(yàn)證理論教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。這個(gè)階段偏重基礎(chǔ)，因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較獨(dú)立，相對(duì)單一，重點(diǎn)在于復(fù)現(xiàn)經(jīng)典理論，培養(yǎng)操作規(guī)范。第二階段是綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐，包括電子電路綜合實(shí)驗(yàn)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、電子工藝實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程都屬于這一階段，主要是讓學(xué)生能夠掌握系統(tǒng)的概念，融合多個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到承上啟下的作用，為第三階段的高年級(jí)專業(yè)實(shí)踐類課程奠定良好基礎(chǔ)，同時(shí)進(jìn)一步支持第四階段，也是本科階段最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)——本科畢業(yè)設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，實(shí)踐教學(xué)是一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生由淺入深、逐步分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，是電子信息類創(chuàng)新人才培養(yǎng)過(guò)程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，要達(dá)到通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，就需要不斷優(yōu)化與完善實(shí)踐教學(xué)體系、不斷改進(jìn)和提升教學(xué)方法及不斷更新和改革教學(xué)內(nèi)容。

二? 電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)實(shí)踐改革

電子工藝實(shí)習(xí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程是一個(gè)相對(duì)完整的工程實(shí)踐項(xiàng)目，每個(gè)環(huán)節(jié)都體現(xiàn)出對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、交流表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。課程通過(guò)完成一個(gè)電子產(chǎn)品的焊接、組裝、調(diào)試，初步培養(yǎng)學(xué)生具備系統(tǒng)的概念，掌握多種軟硬件工具的使用，從單元模塊到綜合系統(tǒng)，從單一學(xué)科知識(shí)到多學(xué)科融合，電子工藝實(shí)習(xí)起到了非常重要的銜接作用。但是傳統(tǒng)的電子工藝實(shí)習(xí)課程內(nèi)容單一，教學(xué)模式和方法相對(duì)固化，成績(jī)?cè)u(píng)定往往只看結(jié)果，教學(xué)裝置老舊，學(xué)生很難進(jìn)行創(chuàng)新和深入研究，因此針對(duì)以上問(wèn)題，我們通過(guò)長(zhǎng)期的探索和研究，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)裝置等多方面對(duì)該課程進(jìn)行了持續(xù)改進(jìn)，取得了良好的教學(xué)效果。

（一）? 精心設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)理念創(chuàng)新，教學(xué)方法多樣

電子工藝實(shí)習(xí)是以工藝性和實(shí)踐性為主的實(shí)踐教學(xué)課程，是高等學(xué)校電子信息類相關(guān)專業(yè)工程訓(xùn)練的重要內(nèi)容，因此本課程設(shè)計(jì)了電路焊接、產(chǎn)品組裝、軟件編程、硬件調(diào)試、外觀設(shè)計(jì)、交流答辯和報(bào)告撰寫(xiě)等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，全方位提升學(xué)生的能力。

課程遵循“授人以魚(yú)，更要授人以漁”的啟發(fā)式教學(xué)理念，以此指導(dǎo)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。教學(xué)模式從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，教學(xué)方法從“灌輸式”向“互動(dòng)式、探究式”轉(zhuǎn)變，教師的角色從“知識(shí)傳播者”向“引導(dǎo)者”轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。在教學(xué)方法上采取教師講授、分組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等多種方式（各教學(xué)環(huán)節(jié)采用的教學(xué)方法見(jiàn)表1），提高學(xué)生的參與度，培養(yǎng)學(xué)生積極鉆研、自主研究的學(xué)習(xí)習(xí)慣。通過(guò)集中理論授課，介紹基礎(chǔ)原理，激發(fā)學(xué)生好奇心；通過(guò)提供全套基礎(chǔ)解決方案，使學(xué)生能夠盡快入門，具有成就感；通過(guò)個(gè)性化要求，使得有能力的學(xué)生進(jìn)一步思考、研究，達(dá)到融會(huì)貫通。除了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室面對(duì)面教學(xué)指導(dǎo)，課程采用雨課堂、騰訊會(huì)議等網(wǎng)絡(luò)授課模式，為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，同時(shí)還利用QQ群、微信群等對(duì)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)與答疑。在教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為中心，學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，教師作為教學(xué)輔助，采用多種互動(dòng)模式，注重啟發(fā)式教學(xué)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行引領(lǐng)，使學(xué)生明白做什么、為什么做和怎么做，不斷加強(qiáng)學(xué)生的理解，實(shí)現(xiàn)整體能力的提升。

（二）? 教學(xué)內(nèi)容上不斷引入新的知識(shí)點(diǎn)，有效組合、整體設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的電子工藝實(shí)習(xí)課程以組裝調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)、黑白電視機(jī)作為主要內(nèi)容，主要訓(xùn)練焊接和基本電路調(diào)試能力，從學(xué)生反饋來(lái)看，學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際工作、創(chuàng)新需求等相差較遠(yuǎn)，并且對(duì)于低年級(jí)的同學(xué)來(lái)說(shuō)，理解電路的工作原理有難度，整體教學(xué)效果不是很明顯。為了解決這些問(wèn)題，我們對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革和創(chuàng)新，從國(guó)家發(fā)展、社會(huì)需求、人才培養(yǎng)三個(gè)方面考慮教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和實(shí)施，基本思路是結(jié)合各種新型傳感器和現(xiàn)代通信技術(shù)及自動(dòng)化控制技術(shù)，根據(jù)大部分學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，從傳統(tǒng)電子產(chǎn)品組裝實(shí)踐教學(xué)轉(zhuǎn)向機(jī)電一體化自動(dòng)控制類實(shí)踐教學(xué)，既重視學(xué)生的焊接、組裝、電路調(diào)試等基本能力培訓(xùn)，同時(shí)不斷引入新技術(shù)、新知識(shí)，注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在教學(xué)內(nèi)容上，采用機(jī)電一體化智能小車作為新的實(shí)踐教學(xué)主體，以單片機(jī)作為處理平臺(tái)，設(shè)計(jì)多種先進(jìn)的傳感器（紅外、超聲波、陀螺儀、加速度計(jì)和霍爾測(cè)速等），并且引導(dǎo)學(xué)生自主研究倒立擺基礎(chǔ)知識(shí)、陀螺儀/加速度計(jì)基本工作原理、角度測(cè)量基本原理、平衡控制的基本PID算法和濾波算法等。從傳統(tǒng)的焊接+裝配轉(zhuǎn)為焊接+原理+算法+裝配+程序，進(jìn)一步開(kāi)闊學(xué)生眼界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)的交叉融合，擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面。通過(guò)紅外循跡、超聲波避障、兩輪平衡車等應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提高了學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)。

（三）? 教學(xué)過(guò)程中引入合作和競(jìng)爭(zhēng)，評(píng)價(jià)體系兼顧整體，突出優(yōu)秀

合理的課程評(píng)價(jià)體系能夠充分、有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，本課程通過(guò)多元化的課程評(píng)價(jià)方式引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，逐步完成課程的各項(xiàng)學(xué)習(xí)目標(biāo)。課程采用過(guò)程評(píng)價(jià)、基本功能實(shí)測(cè)評(píng)價(jià)、開(kāi)放式設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和競(jìng)賽評(píng)價(jià)等分層次評(píng)價(jià)體系，引入合作和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了全面參與、突出優(yōu)秀的教學(xué)目標(biāo)。

本課程在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，按照兩人一組進(jìn)行自由組合，每人都要獨(dú)立完成基礎(chǔ)焊接工作，合作組裝、調(diào)試智能小車，獨(dú)立撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分工合作、任務(wù)明確，在完成課程任務(wù)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，并鍛煉領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)作和交流能力。另外課程還增加了外觀設(shè)計(jì)這樣彰顯個(gè)性的環(huán)節(jié)，使得每個(gè)學(xué)生的作品都是獨(dú)一無(wú)二的（圖1）。

在驗(yàn)收考核環(huán)節(jié)，除了基本的電路驗(yàn)收和交流答辯，還增加了比賽環(huán)節(jié)，從設(shè)計(jì)理念、行進(jìn)速度和穩(wěn)定性、外觀工藝設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行綜合評(píng)分。比賽從班內(nèi)到年級(jí)進(jìn)行層層選拔，決出多種獎(jiǎng)項(xiàng)，并頒發(fā)獎(jiǎng)品。這些不僅增強(qiáng)了課程的趣味性，同時(shí)很好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情、鉆研精神、創(chuàng)新能力，給學(xué)生更多的發(fā)揮空間，從而實(shí)現(xiàn)因材施教，既讓大多數(shù)同學(xué)能夠達(dá)到基本要求，又能讓優(yōu)秀同學(xué)脫穎而出的目的。

（四）? 自主研制全套教學(xué)裝置、講義及完整的控制代碼

教學(xué)裝置不同于普通電子產(chǎn)品，完全依賴外部采購(gòu)不能滿足快速變化的教學(xué)和技術(shù)需求，必須緊密結(jié)合課程上的使用反饋進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和教師的技術(shù)儲(chǔ)備循序推進(jìn)，在保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的前提下，實(shí)現(xiàn)教學(xué)裝置的逐步升級(jí)換代。本課程從2012年起開(kāi)始自主研制相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置，在多年的教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)演進(jìn)、迭代，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之能夠更好地滿足教學(xué)需求。

2012年，我們?cè)谡n程中采用了自主研制的基于51單片機(jī)的智能小車（圖2），通過(guò)單片機(jī)和不同傳感器的控制，可以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)循跡和走迷宮等功能。2016年，對(duì)單片機(jī)核心板進(jìn)行了升級(jí)，采用基于ARM的STM32F103RCT6芯片，并增加了陀螺儀和加速度傳感器，在課程中創(chuàng)新采用了智能平衡車（圖3），之后不斷提升核心控制板功能和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊性能，并增加藍(lán)牙控制模塊，設(shè)計(jì)相應(yīng)的手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)手機(jī)和智能平衡車之間的藍(lán)牙連接和控制，使教學(xué)工作能夠緊密結(jié)合新技術(shù)、新器件的發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)裝置不僅要滿足教學(xué)需求，還要從可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可更換性等各個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。例如，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊這一易損部件，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們前后測(cè)試了十幾種電路，不斷降低驅(qū)動(dòng)損壞率。對(duì)于供電模塊，我們將鋰電池供電改為充電寶供電，更加環(huán)保安全。這些改進(jìn)不僅提升了教學(xué)裝置的穩(wěn)定性和創(chuàng)新性，也在潛移默化中讓學(xué)生了解了電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分考慮技術(shù)、用戶體驗(yàn)、環(huán)境及社會(huì)效應(yīng)等各種因素，培養(yǎng)工程技術(shù)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感。

另外課程根據(jù)教學(xué)裝置和教學(xué)內(nèi)容編寫(xiě)了詳細(xì)的教學(xué)講義，從焊接、組裝、原理、算法和實(shí)現(xiàn)等多方面講解課程內(nèi)容，同時(shí)編寫(xiě)了完整的基礎(chǔ)控制代碼，便于學(xué)生快速理解原理和上手實(shí)踐，并可以自主進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。

三? 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐，電子工藝實(shí)習(xí)課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)形式和教學(xué)裝置等多方面都已逐步完善，形成了一套完整的、能夠反映實(shí)踐教學(xué)基本規(guī)律、具有創(chuàng)新性、實(shí)用性和推廣性的實(shí)踐教學(xué)方案。在教學(xué)反饋和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，學(xué)生廣泛認(rèn)為“課程將知識(shí)與實(shí)踐充分結(jié)合，具有很強(qiáng)的趣味性與挑戰(zhàn)性”“能夠?qū)W以致用，學(xué)會(huì)如何利用已有的各種資源”“收獲了獨(dú)立自主思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、與他人有效溝通交流的能力”“動(dòng)手能力得到了提升，激發(fā)了對(duì)于新知識(shí)新領(lǐng)域的濃厚興趣”“了解到了自動(dòng)化、電子、計(jì)算機(jī)方向的各種知識(shí)，體會(huì)到各學(xué)科的交叉融合”……通過(guò)學(xué)生的感受，可以看到課程對(duì)學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)起到了積極的啟發(fā)引導(dǎo)作用，這也契合了工程教育專業(yè)認(rèn)證要求中所提出的畢業(yè)生要達(dá)到的各種能力培養(yǎng)要求，即解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論的能力、綜合考慮人文社會(huì)環(huán)境等因素的能力、使用現(xiàn)代工程工具的能力、遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范、在團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)和履行責(zé)任的能力及有效溝通和交流等多方面的綜合素質(zhì)需求。

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