基于電子設(shè)計(jì)競賽的“電子工藝”教學(xué)設(shè)計(jì)

施鳳鳴，寧　歆

(黎明職業(yè)大學(xué) 信息與電子工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

?

基于電子設(shè)計(jì)競賽的“電子工藝”教學(xué)設(shè)計(jì)

施鳳鳴，寧歆

(黎明職業(yè)大學(xué) 信息與電子工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和促進(jìn)“電子工藝”課程的教學(xué)改革，結(jié)合電子設(shè)計(jì)競賽，構(gòu)建ADDIE教學(xué)設(shè)計(jì)模型，即迪克-凱麗模型。在教學(xué)實(shí)踐過程中，探討了ADDIE 教學(xué)設(shè)計(jì)模型各要素的內(nèi)涵和相互關(guān)系，結(jié)合學(xué)校實(shí)際，依據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。

ADDIE模型；電子工藝；設(shè)計(jì)競賽；教學(xué)改革

“電子工藝”課程是一門內(nèi)容較為廣泛、實(shí)踐性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其目標(biāo)是通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造方法，得到基本的工程訓(xùn)練[1]。電子設(shè)計(jì)競賽是對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的一個(gè)檢驗(yàn)。它的題目涵蓋了電類課程的多個(gè)學(xué)科，涉及知識(shí)面廣，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)綜合性較強(qiáng)，鼓勵(lì)學(xué)生使用新技術(shù)、新器件和新電路，以滿足先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。電子設(shè)計(jì)競賽對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)同合作精神以及理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)建設(shè)具有巨大的推動(dòng)作用，對(duì)進(jìn)一步深化電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革，有著十分重大的意義。因而選擇電子設(shè)計(jì)競賽的題目并根據(jù)學(xué)生具體學(xué)習(xí)能力進(jìn)行修改完善，以作為教學(xué)項(xiàng)目，解構(gòu)并重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更容易接受，提高教學(xué)質(zhì)量。

1　分析階段

傳統(tǒng)意義上的分析階段包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)步驟的分析以及信息處理過程。分析階段要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)水平、學(xué)生的需求以及學(xué)習(xí)后所要達(dá)到的目標(biāo)等因素[2]。

其一，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和需求進(jìn)行分析。高職的學(xué)生在綜合應(yīng)用能力方面普遍較弱、不懂得通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納總結(jié)去解決問題、對(duì)各類技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和改善無從下手，查閱參考資料的能力差。如果直接把電子設(shè)計(jì)競賽的題目拿來作為教學(xué)項(xiàng)目，對(duì)大部分學(xué)生來說就太難了。

其二，對(duì)教學(xué)開展進(jìn)行分析。分析雙師型教師的實(shí)踐教學(xué)能力、分析當(dāng)前教學(xué)主要存在的問題、分析實(shí)踐教學(xué)可供利用的資源以及實(shí)踐條件、分析崗位職業(yè)能力的需要等等。為了更好地開展開放性的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，老師必須不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)并動(dòng)手實(shí)踐，才能進(jìn)一步提高教師本身的教科研能力，保障技能、教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)“雙師型”教師隊(duì)伍的建設(shè)。

2　設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段是以前期分析為基礎(chǔ)，選擇相應(yīng)的教學(xué)方式，確定教學(xué)流程及授課計(jì)劃，構(gòu)建起一個(gè)與理論教學(xué)體系相互匹配、科學(xué)優(yōu)化的實(shí)踐教學(xué)體系。加涅認(rèn)為學(xué)習(xí)序列通常從簡單必要技能排序到復(fù)雜最終技能，或者根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容意義逐次遞進(jìn)的程度來進(jìn)行排列，才能對(duì)用以促進(jìn)學(xué)習(xí)的資源和步驟做出有效的安排。

在教學(xué)的過程中，教師要改變傳統(tǒng)的授課模式，親自參與并深入到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中來，與學(xué)生一起發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，更好地提高學(xué)生的實(shí)踐能力和教師的教學(xué)水平。選擇合適的電子設(shè)計(jì)競賽題目加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力；適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，培養(yǎng)學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納、總結(jié)去分析問題、解決問題的能力。

3　開發(fā)階段

在分析設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)上，選擇主選教材資源。同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)安排，對(duì)可能涉及的知識(shí)，編制一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，包括典型的硬件電路模塊、軟件子程序和常用資料，建立一個(gè)資源庫，并不斷更新，由此生成具體單元教學(xué)內(nèi)容，完善實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備與耗材，以便更好地指導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)[3]。

以2015年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽高職組的LED閃光燈電源為例，該電源實(shí)際上是一個(gè)直流與直流之間的穩(wěn)流電源變換器，它將電池的電能轉(zhuǎn)換為恒流輸出，驅(qū)動(dòng)高亮度白光LED。電源有連續(xù)輸出和脈動(dòng)輸出兩種模式，并具有輸出電壓限壓保護(hù)和報(bào)警功能。其基本要求如下：

(1)輸入電壓 3.0-3.6 V。

(2)連續(xù)輸出模式輸出電流可設(shè)定為 100、150、200 mA 3檔，最高輸出電壓不低于10 V，最低輸出電壓為 0 V(輸出短路)。

(3)在規(guī)定的輸入電壓和輸出電壓范圍內(nèi)，輸出電流相對(duì)誤差小于 2%。

(4)等效直流負(fù)載電阻過大時(shí)，輸出電壓限幅值不高于 10.5 V 并報(bào)警。

(5)輸出電流 200 mA，輸出電壓 10 V 時(shí)，效率不低于 80%。

(6)自制一個(gè) LED 閃光燈，用于演示。

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如圖1所示，采用LP6009升壓電路，對(duì)LM358電路進(jìn)行供電，運(yùn)用LM358的射隨電路、減法電路，對(duì)大功率MOS管NF75NF進(jìn)行高壓驅(qū)動(dòng)。以IAP15W4K58S4單片機(jī)為控制單元，對(duì)DA進(jìn)行線性控制，從而控制直流電壓、電流的輸出。

這道題目所涉及的電路模塊包括電源電路、升壓電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、減法電路、AD采樣電路、高壓驅(qū)動(dòng)電路以及恒流輸出電路等，涉及面廣泛，綜合性強(qiáng)，涉及各門電子學(xué)科的知識(shí)，開放性的教學(xué)項(xiàng)目，加強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考、自主創(chuàng)新的能力。

圖1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

4　實(shí)施階段

在前面分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)的基礎(chǔ)上，通過組織不同的教學(xué)活動(dòng)，靈活使用教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和開發(fā)中的既定目標(biāo)。

4.1電源電路

每個(gè)電子電路都有一個(gè)供給能量的電源，電源電路是電子作品設(shè)計(jì)中必不可少的一部分，在LED閃光燈電源中既包含了18 V的直流輸出LP6009升壓電路如圖2所示，也包含了5 V的直流輸出LM317穩(wěn)壓電路如圖3所示。

以兩個(gè)電源電路為課程任務(wù)，讓學(xué)生通過查閱元器件手冊(cè)及通過互聯(lián)網(wǎng)尋找所需資料的方法，完成簡單的電路設(shè)計(jì)，并且使用PROTEL制作PCB板，掌握PROTEL軟件的使用方法和各種技巧；在制作與調(diào)試電源電路的過程中掌握各種常用儀器的使用方法、焊接的基本操作技能、正確記錄、處理數(shù)據(jù)及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，學(xué)會(huì)調(diào)整元件參數(shù)，滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求[4]。

圖2LP6009升壓電路

圖3　LM317穩(wěn)壓電路

4.2單片機(jī)系統(tǒng)電路

在兩年一度的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，單片機(jī)最小系統(tǒng)是競賽作品設(shè)計(jì)與制作的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是賽前準(zhǔn)備思路最基本的出發(fā)點(diǎn)[5]。在這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)電路中包含了單片機(jī)、液晶顯示、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及聲光報(bào)警電路等，如圖4所示。

圖4單片機(jī)系統(tǒng)電路

單片機(jī)系統(tǒng)電路對(duì)學(xué)生的PCB制圖、電路調(diào)試、參數(shù)設(shè)置等技能方面提出了更高的要求，單片機(jī)系統(tǒng)本身的多種擴(kuò)展功能給學(xué)生的發(fā)揮提供了足夠大的空間。電源電路保證大部分學(xué)生能完成教學(xué)基本要求和基本技能訓(xùn)練，單片機(jī)系統(tǒng)電路則由學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況，選擇實(shí)現(xiàn)一種或多種拓展功能，達(dá)到因材施教的目的。提倡方案的多樣性，變指導(dǎo)為引導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

5　評(píng)估階段

ADDIE 模式中，評(píng)估貫穿于教學(xué)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。教師在教學(xué)的過程中根據(jù)ADDIE模型的步驟化順序和可操作性，在每個(gè)步驟過程中進(jìn)行評(píng)價(jià)與及時(shí)修正。以學(xué)生的課堂反應(yīng)、個(gè)案訪談、各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成的具體情況以及在電子設(shè)計(jì)競賽中的表現(xiàn)來評(píng)價(jià)教學(xué)設(shè)計(jì)是否有效、對(duì)學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的作用以及需要修正的地方等等，這樣才能更好地完善整個(gè)教學(xué)計(jì)劃、促進(jìn)“電子工藝”學(xué)科的教學(xué)改革。具體的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

6　結(jié)束語

綜上所述， 電子設(shè)計(jì)競賽是一項(xiàng)理論與實(shí)踐相統(tǒng)一的活動(dòng)，它既強(qiáng)調(diào)理論上的方案設(shè)計(jì)，又強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)；既考核學(xué)生綜合運(yùn)用的能力，又注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)[6]?；陔娮釉O(shè)計(jì)競賽的“電子工藝”課程教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐素質(zhì)， 提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。同時(shí)結(jié)合ADDIE教學(xué)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行“電子工藝”的教學(xué)設(shè)計(jì)，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果，教師能夠系統(tǒng)有序地安排教學(xué)過程，控制變量，優(yōu)化教學(xué)效果，對(duì)“電子工藝”課程的教學(xué)改革有著重要的意義。

[1] 張世平．“模擬電子技術(shù)”教-學(xué)-做-創(chuàng)一體化教學(xué)實(shí)踐[J]．安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，20(2)：118-120．

[2] 郭書法，權(quán)繼振，汪田田．ADDIE 模型在 EMP 教學(xué)中的實(shí)踐研究[J]．雞西大學(xué)學(xué)報(bào),2013(5)：88-90．

[3] 張新安，熊文元，包本剛．電子設(shè)計(jì)競賽促實(shí)踐教學(xué)改革的探討[J]．湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(12)：78-80．

[4] 楊 奕，徐 鵬，彭小峰．電子設(shè)計(jì)競賽與實(shí)踐教學(xué)改革[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013(4)：173-175．

[5] 邱思杰．從大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽探討單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)[J]．職業(yè)教育研究，2013，12：158-159．

[6] 田磊．大學(xué)生電子競賽對(duì)實(shí)踐教學(xué)的促進(jìn)和革新[J]．西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(4)：65-67．

Electronic Technology Design Based on the Electronic Design Contest

SHI Feng-ming, Ning Xin

(School of Information & Electronic Engineering, Liming Vocational University， Quanzhou, Fujian 362000,China)

In order to cultivate students' innovation ability, cooperation spirit and promote the teaching reform of electronic technology course, combined with the electronic design competition, the ADDIE teaching design model is built, namely the Keri Dick model. Combining with the actual situation of our school, in the course of teaching practice, we discuss the connotation and relationship of the elements of the model. Based on the theoretical teaching, the content of practical teaching, the reasonable design of experimental project and the improvement of students' comprehensive utilization ability are improved.

ADDIE model; electronic technology; design competition; reform in education

2016-01-12

泉州市2014年度教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(QG1252-03)和黎明職業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)基金(LMTD2014108)。

施鳳鳴，女，福建泉州人，黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)。E-mail:50667077@qq.com

時(shí)間：2016-8-17 11:31

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160817.1131.034.html

TP602

A

1007-4260(2016)03-0136-04

10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.03.034