項(xiàng)目教學(xué)法在電子信息綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

何華光 莫琳 陳華

【摘 要】結(jié)合專業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，把項(xiàng)目教學(xué)法引入電子信息綜合實(shí)踐教學(xué)中，通過(guò)一個(gè)完整的項(xiàng)目教學(xué)，以“智能小車”為例，把各主干課程的知識(shí)點(diǎn)綜合聯(lián)系在一起，進(jìn)而提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目教學(xué)法 綜合設(shè)計(jì) 工程應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）05C-0140-03

當(dāng)今世界，電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)全球的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)文明有著深遠(yuǎn)影響，作為高科技產(chǎn)業(yè)已滲透到各行各業(yè)。它發(fā)展的空間巨大，是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的創(chuàng)新型行業(yè)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)該學(xué)科的人才培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，通過(guò)實(shí)踐動(dòng)手能力的訓(xùn)練，學(xué)生不但加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用， 同時(shí)使學(xué)生具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、工程意識(shí)。這要求當(dāng)前高校培養(yǎng)的電子信息類人才除了注重理論知識(shí)，更要注重提高實(shí)踐動(dòng)手能力。

為適應(yīng)電子行業(yè)發(fā)展的需求，需要完善電子信息類學(xué)科實(shí)踐教學(xué)體系，改進(jìn)實(shí)踐課程的教學(xué)內(nèi)容和方式。本文提出在電子信息類專業(yè)開設(shè)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中，采用項(xiàng)目教學(xué)法，通過(guò)老師的引導(dǎo)，學(xué)生在項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而提高自身的綜合設(shè)計(jì)能力、工程應(yīng)用能力。

一、電子信息專業(yè)開設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課程存在的問(wèn)題

電子信息專業(yè)開設(shè)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，和傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)及課程實(shí)驗(yàn)有著本質(zhì)的區(qū)別，課程設(shè)計(jì)及課程實(shí)驗(yàn)針對(duì)具體課程設(shè)置，而綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課程涉及多門功課、多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合靈活應(yīng)用。課程安排在大三下學(xué)期，其目的是讓學(xué)生綜合運(yùn)用先前所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)，通過(guò)完成一個(gè)綜合性的應(yīng)用題目，訓(xùn)練學(xué)生綜合實(shí)踐能力；鞏固加深對(duì)相關(guān)課程的理解；培養(yǎng)學(xué)生掌握正確的設(shè)計(jì)方法，以及綜合處理各種信息的能力。

綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力很重要，在開設(shè)的課程中我們發(fā)現(xiàn)存在以下一些問(wèn)題：各專業(yè)課程大多都有配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但各門專業(yè)課程間的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，相互關(guān)系不明顯，缺乏一定的系統(tǒng)性，學(xué)生在做完一門課程的實(shí)驗(yàn)后并不知道該實(shí)驗(yàn)與后續(xù)課程的關(guān)系，只是孤立地認(rèn)識(shí)和理解各門功課，不能認(rèn)識(shí)到各門課間知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系。這些使得學(xué)生缺乏綜合運(yùn)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，直接影響到學(xué)生潛能的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為解決這問(wèn)題，需要構(gòu)建一個(gè)新型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)來(lái)打通各主干課程知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，理順各課程知識(shí)點(diǎn)的脈絡(luò)，以便學(xué)生更好地把握電子信息專業(yè)的核心知識(shí)。電子信息專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中，能將多門課的知識(shí)點(diǎn)集中在一門綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的課程非常缺乏，我們總結(jié)了參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)電子信息專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課，將工程項(xiàng)目教學(xué)法引入實(shí)驗(yàn)課程，采用科學(xué)的教育教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力的全方位培養(yǎng)。

二、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)作用

項(xiàng)目教學(xué)法是將要學(xué)習(xí)的知識(shí)隱含在具體的項(xiàng)目或任務(wù)中，讓學(xué)生自主完成的教學(xué)方法。學(xué)生分析討論項(xiàng)目涉及到的知識(shí)，根據(jù)任務(wù)要求查閱相關(guān)資料，提出可行的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)實(shí)施的方法步驟，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)對(duì)方案的合理性進(jìn)行把關(guān)，對(duì)實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目進(jìn)行必要的啟發(fā)和引導(dǎo)，對(duì)解決不了的問(wèn)題，在老師的指導(dǎo)下找到解決方法。這種實(shí)踐教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，理清知識(shí)脈絡(luò)，融會(huì)貫通各種知識(shí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造潛能。

項(xiàng)目教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)。學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)者轉(zhuǎn)變成自主自愿完成任務(wù)的主動(dòng)構(gòu)建者，教師由知識(shí)的傳授者變?yōu)閷W(xué)生實(shí)現(xiàn)任務(wù)的幫助者、促進(jìn)者。教師根據(jù)課程體系給出的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，應(yīng)具有開放性，涉及多學(xué)科理論，多種技能應(yīng)用，以研究課程的原理為核心，注重實(shí)踐的探索性、創(chuàng)新性。學(xué)生完成項(xiàng)目時(shí)通過(guò)查閱資料，比較方案，采用所學(xué)的和未學(xué)的知識(shí)解決問(wèn)題，最終達(dá)到掌握和鞏固已學(xué)知識(shí)，增加新知識(shí)，同時(shí)制作出設(shè)計(jì)作品，教師根據(jù)作品實(shí)現(xiàn)的功能、數(shù)據(jù)結(jié)果、項(xiàng)目報(bào)告，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這種教學(xué)方式把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，學(xué)生獲取扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)并且提高自學(xué)能力。因此項(xiàng)目教學(xué)法適用于實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)，電子信息工程專業(yè)是實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)之一，把該教學(xué)法運(yùn)用到電子信息專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，符合專業(yè)要求。

三、項(xiàng)目教學(xué)法在電子信息綜合實(shí)驗(yàn)中的實(shí)踐與探索

為改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的弊端，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，我專業(yè)2012年起設(shè)置的“電子信息綜合設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程將工程項(xiàng)目教學(xué)法引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，逐步完善實(shí)踐教學(xué)改革。本項(xiàng)目意在吸取各高校先進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校辦學(xué)的實(shí)際情況，以項(xiàng)目教學(xué)法為核心理念，結(jié)合先進(jìn)虛擬仿真軟件，開發(fā)具有專業(yè)特色的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，不斷完善實(shí)踐教學(xué)改革，最終建立一種新的適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展要求的實(shí)踐課程教學(xué)模式。該模式通過(guò)不斷的探索與改革，已取得一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明這種模式是非常受學(xué)生歡迎的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果良好。

（一）項(xiàng)目的選擇

項(xiàng)目教學(xué)法的一個(gè)難點(diǎn)在于項(xiàng)目的選取。在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的感興趣程度，教師對(duì)項(xiàng)目的理解，項(xiàng)目的難點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)學(xué)生是否能解決，學(xué)生是否能運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)解決遇到的實(shí)際問(wèn)題，這些將直接影響到教學(xué)的效果。

項(xiàng)目案例之一智能小車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。智能小車在近年的電子競(jìng)賽中經(jīng)常出現(xiàn)，作為工程項(xiàng)目具有普及性、典型性、開放性和趣味性等特點(diǎn)。我專業(yè)在工程項(xiàng)目教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合方面，將“智能小車”作為工程載體引入到課程綜合設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)際愛好可讓學(xué)生作品實(shí)現(xiàn)決斗小車、循跡小車等。電路的設(shè)計(jì)采用Multisim軟件仿真成功后再實(shí)際制作，而小車的控制算法用Labview軟件進(jìn)行可視化編程仿真，這樣采用虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充的做法取得了初步的效果。

該工程項(xiàng)目結(jié)合了目前電子專業(yè)開設(shè)的多門電類專業(yè)的主干課程（如圖1），涉及的知識(shí)面廣泛，包含電子技術(shù)、傳感器原理、自動(dòng)控制原理、DSP技術(shù)、單片機(jī)與嵌入式技術(shù)等課程，學(xué)生在項(xiàng)目教學(xué)的過(guò)程中可以把各主干課程的知識(shí)點(diǎn)綜合聯(lián)系在一起，進(jìn)而提高了綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力。

（二）項(xiàng)目的設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)置

智能小車項(xiàng)目包含主控制器模塊，傳感器模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和控制算法軟件模塊等。主控模塊可根據(jù)不同課程要求選用ARM處理器、51單片機(jī)或FPGA可編程邏輯器件等。傳感器模塊由學(xué)生根據(jù)小車項(xiàng)目要求自行設(shè)計(jì)制作。智能小車可靈活地設(shè)置多個(gè)項(xiàng)目：決斗小車是將兩輛小車放置在一個(gè)有黑邊的大圓盤上，兩車自行決斗，被推出圓盤之外的小車即輸?shù)舯荣?；滅火小車可用矮木條圍出幾個(gè)小房間，其中一個(gè)房間放置點(diǎn)燃的蠟燭，小車自行尋找蠟燭并將其吹滅，耗時(shí)最少的小車勝出；循跡小車就是小車沿著黑線行走，以耗時(shí)多少判斷優(yōu)勝。每年設(shè)置不同的小車項(xiàng)目，以避免出現(xiàn)低年級(jí)同學(xué)抄襲高年級(jí)同學(xué)程序的現(xiàn)象。智能小車項(xiàng)目軟硬件結(jié)合，涉及專業(yè)的各主要課程。

（三）項(xiàng)目的實(shí)施

項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程就是將電子設(shè)計(jì)課程變成一場(chǎng)趣味競(jìng)賽的過(guò)程。具體實(shí)施步驟如下：

第一步：召開動(dòng)員大會(huì)，介紹智能小車項(xiàng)目的具體內(nèi)容和要求。學(xué)生根據(jù)各自的興趣、愛好、能力特點(diǎn)，由二到三人一組形成設(shè)計(jì)小組。選出責(zé)任心強(qiáng)的小組長(zhǎng)后，可到指導(dǎo)老師處領(lǐng)取一套智能小車套件。要求各個(gè)小組根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)，共同交流、明確分工，仔細(xì)查閱相關(guān)技術(shù)資料，撰寫開題報(bào)告。

第二步：參與指導(dǎo)教師組織的基礎(chǔ)培訓(xùn)。老師根據(jù)項(xiàng)目的要求，給同學(xué)介紹項(xiàng)目的開發(fā)流程，包括系統(tǒng)需要的知識(shí)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的軟硬件和實(shí)現(xiàn)方式，系統(tǒng)測(cè)試達(dá)到的目標(biāo)，并提供模板給同學(xué)參考。這一過(guò)程以仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，注意知識(shí)脈絡(luò)的梳理和小車工程應(yīng)用背景的分析。

第三步：項(xiàng)目的模塊設(shè)計(jì)。小組成員經(jīng)過(guò)探討、分析，策劃各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)方案，并付諸于實(shí)踐。在決斗小車中可選擇的傳感器有紅外傳感器和超聲波傳感器，這兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案擇優(yōu)選擇。小車的控制算法可以考慮模糊控制算法，可先在Matlab軟件的Simulink工具集上進(jìn)行仿真研究，然后再移植到控制器模塊。由于設(shè)計(jì)工程量大，具有一定的難度，同學(xué)在設(shè)計(jì)、調(diào)試的過(guò)程中難免出錯(cuò)，指導(dǎo)老師應(yīng)安排固定的時(shí)間進(jìn)行答疑，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)方案進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。

第四步：項(xiàng)目的考核。決斗小車項(xiàng)目的考核可以參照體育賽事的分組比賽進(jìn)行。各個(gè)參賽隊(duì)伍抽簽決定分組，比賽由小組賽到8強(qiáng)賽到最后的半決賽、決賽。項(xiàng)目最終成績(jī)由比賽成績(jī)和設(shè)計(jì)報(bào)告構(gòu)成，比賽成績(jī)占60%，設(shè)計(jì)報(bào)告占40%。多次經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的小車在驗(yàn)收時(shí)經(jīng)常發(fā)生一些小問(wèn)題：例如有的學(xué)生小車性能不穩(wěn)定，中途經(jīng)常“熄火”；還有些學(xué)生在小車上放一塊鐵鎖以增加小車重量，這樣別的小車根本推不動(dòng)它，這樣極大影響了比賽的觀賞性。因此，小車項(xiàng)目的考核驗(yàn)收工作需要加入一個(gè)演練環(huán)節(jié)。教師可根據(jù)演練過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題修改比賽規(guī)則。而學(xué)生也可在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，提高小車軟硬件的穩(wěn)定性。

為保證項(xiàng)目實(shí)施的質(zhì)量，教師要配置專用開放實(shí)驗(yàn)室，安排研究生助教監(jiān)督、指導(dǎo)學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)度，避免學(xué)生前期過(guò)于放松，最后導(dǎo)致抄襲或胡亂應(yīng)付完成任務(wù)。為增加項(xiàng)目的趣味性，可采取以下措施：一方面，各參賽小組要給小車命名，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生給小車取名字是一件非常有趣的事情；另一方面，比賽時(shí)邀請(qǐng)低年級(jí)的同學(xué)圍觀，這會(huì)極大鼓舞學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和榮譽(yù)感，同時(shí)也給低年級(jí)的同學(xué)一場(chǎng)別開生面的專業(yè)教育；最后可以根據(jù)實(shí)際情況給予冠軍隊(duì)伍精神或物質(zhì)上的獎(jiǎng)勵(lì)。

（四）成果的評(píng)價(jià)

項(xiàng)目結(jié)果的評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生完成任務(wù)情況的反饋，是總結(jié)與提高自身水平的重要階段。通過(guò)評(píng)價(jià)活動(dòng)，學(xué)生相互對(duì)比，相互促進(jìn)，開拓思路，共同進(jìn)步。評(píng)價(jià)活動(dòng)可采取競(jìng)賽形式，看哪一組同學(xué)小車在目標(biāo)性能上最強(qiáng)；小組答辯形式，小組論述本組的觀念，設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)方式，看自己和其他小組能力的差別。各小組成員展示自己的作品，老師對(duì)作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，讓優(yōu)秀作品小組介紹經(jīng)驗(yàn)，對(duì)項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題共同探討，老師對(duì)項(xiàng)目結(jié)果綜合評(píng)定成績(jī)。

四、項(xiàng)目實(shí)施效果

項(xiàng)目教學(xué)以培養(yǎng)應(yīng)用型卓越工程師為目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，為電子課程有著特殊愛好的同學(xué)提供施展才華的平臺(tái)。幾年來(lái)本學(xué)院的電子信息工程專業(yè)實(shí)施的基于項(xiàng)目教學(xué)法的綜合性實(shí)驗(yàn)課程改革，取得了明顯的成效。

從表1可以看到，學(xué)生成績(jī)連年提高。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)生理清各門功課在專業(yè)課程體系中的聯(lián)系，掌握當(dāng)今社會(huì)電子行業(yè)先進(jìn)的軟硬件技術(shù)；熟練通過(guò)計(jì)算機(jī)完成算法及編程，電路分析設(shè)計(jì)；具有較高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和創(chuàng)新意識(shí)，較強(qiáng)的自學(xué)、組織管理、團(tuán)隊(duì)合作能力，綜合素質(zhì)得到進(jìn)一步提高。為后續(xù)參加全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽及大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)取得好成績(jī)，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，采用項(xiàng)目教學(xué)法，在電子信息工程專業(yè)中，選取典型的，有代表性的，集多門專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，在實(shí)踐課程中深受學(xué)生歡迎，教學(xué)效果良好。

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【基金項(xiàng)目】2015年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程立項(xiàng)項(xiàng)目

【作者簡(jiǎn)介】何華光（1979- ），男 ，廣西貴港人，廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院工程師，研究方向：嵌入式技術(shù)與信號(hào)處理。莫 琳（1969- ），女，廣西玉林人，廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研工作。陳 華（1958- ） 男，廣西桂平人，廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院教授，研究方向：數(shù)字圖像處理。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）