基于“課賽創(chuàng)”融合的電子綜合實(shí)踐教學(xué)改革

夏敦柱

(東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

基于“課賽創(chuàng)”融合的電子綜合實(shí)踐教學(xué)改革

夏敦柱

(東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

本文針對“單片機(jī)原理”與“電子線路綜合實(shí)踐”課程開展研究，提出了基于“課賽創(chuàng)”理念的面向?qū)W生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的教學(xué)改革思路。將基于“課賽創(chuàng)”的實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合，充分利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室及口袋式實(shí)驗(yàn)室的硬件條件，借助多媒體互動平臺，采用電賽式小組團(tuán)隊合作模式，模擬特定電賽和創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，訓(xùn)練學(xué)生的綜合設(shè)計與動手實(shí)踐的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，該套教改方法使教學(xué)效果得到明顯改善。

電子綜合實(shí)踐；“課賽創(chuàng)”融合；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

0 引言

“單片機(jī)原理”與“電子線路綜合實(shí)踐”課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的兩門重要課程，并且都是綜合性很強(qiáng)的課程，既涉及到了“模擬電路”、“數(shù)字電路”，又涵蓋了“微機(jī)原理”和“嵌入式系統(tǒng)”等課程的知識，還包括了一些應(yīng)用軟件的使用。這兩門課程對于提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力起著較大的作用。

傳統(tǒng)的“單片機(jī)原理”課程教學(xué)內(nèi)容是以經(jīng)典的MCS-51為講解重點(diǎn)，學(xué)生接受的知識點(diǎn)與經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都是圍繞教材進(jìn)行的。但是，當(dāng)前單片機(jī)相比教材編寫時已經(jīng)有了很大的發(fā)展，拘泥于8位單片機(jī)而對已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的16位和32位單片機(jī)視而不見，無異于閉門造車，不利于培養(yǎng)符合社會需要的人才。此外，鑒于學(xué)生的研究興趣存在差異，過于死板的教學(xué)內(nèi)容和方法一方面容易使學(xué)生感到枯燥乏味，另一方面也局限了學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展。

此外，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還容易使學(xué)生滋生不重視實(shí)踐課程，消極應(yīng)付實(shí)驗(yàn)過程等傾向。針對上述問題，如何打破傳統(tǒng)的固化教育觀念，更新教育理念，如何鞏固已有的教育成果，進(jìn)一步加強(qiáng)理論和實(shí)踐教學(xué)的融合，是我們面臨的一場考驗(yàn)。為此，筆者認(rèn)為對于上述兩門課程需要嘗試一種新的教學(xué)方法：拓展課程授課內(nèi)容，新增MSP430和STM32單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)平臺以及豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，針對部分學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵他們針對電子設(shè)計大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽選擇綜合實(shí)踐課題，有目標(biāo)地圍繞特定的項(xiàng)目進(jìn)行分組訓(xùn)練和考核，提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，以達(dá)到“課賽創(chuàng)”融合，以賽促學(xué)促創(chuàng)的效果，借助課程、比賽及科創(chuàng)綜合訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐能力，為學(xué)生將來創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。

1 教學(xué)條件建設(shè)

1.1 特色教學(xué)團(tuán)隊

在教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)上，除以教師為教學(xué)主體之外，我們還邀請有相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的高年級本科生和碩士生參與教學(xué)，對相關(guān)的軟件設(shè)計和硬件調(diào)試方法進(jìn)行輔導(dǎo)，讓學(xué)生在互相交流、探討以及實(shí)踐中得到切實(shí)提高。

在教學(xué)過程中，還邀請企業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)及資深工程師介紹當(dāng)前相關(guān)的應(yīng)用熱點(diǎn)，結(jié)合市場需求導(dǎo)向和企業(yè)項(xiàng)目背景，協(xié)助學(xué)生完成市場定位，方向選擇等問題。

1.2 多樣化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺

“單片機(jī)原理”與“電子線路綜合實(shí)踐”課程的實(shí)驗(yàn)平臺主要包括硬件設(shè)備和軟件環(huán)境。

硬件設(shè)備包括相應(yīng)配置的計算機(jī)、整套的實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備、口袋式實(shí)驗(yàn)室型嵌入式開發(fā)系統(tǒng)、原子STM32開發(fā)板、MSP430 LaunchPad開發(fā)套件和實(shí)驗(yàn)室其他的教學(xué)設(shè)備等；

軟件環(huán)境包括常用的Visual C++、Keil、Quartus II、Altium Designer、Multisim和Matlab等。隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，學(xué)生需要熟練應(yīng)用Visual C++或Keil作為通用的開發(fā)平臺，結(jié)合所學(xué)的電路等相關(guān)知識，在平臺上完成單片機(jī)的綜合性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

2 教學(xué)方法探索

針對當(dāng)前“單片機(jī)原理”與“電子線路綜合實(shí)踐”課程教學(xué)上的不足，筆者提出了一系列改革方案，具體改革路線如圖1所示。

圖1 課程改革路線圖

首先從基礎(chǔ)上開展基于“課賽創(chuàng)”的理論課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高大學(xué)生的DIY能力，加深對課程的深入理解和體驗(yàn)。理論教學(xué)方面主要進(jìn)行教材改革和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面主要強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課程和推廣口袋式實(shí)驗(yàn)室，充分利用各種資源，實(shí)現(xiàn)最大效率的能力提升。

其次，號召“課賽創(chuàng)”融合，以賽促學(xué)，以學(xué)促創(chuàng)。圍繞電子設(shè)計比賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等實(shí)踐載體，將課程、競賽和創(chuàng)業(yè)結(jié)合起來，鼓勵學(xué)生充分利用課余時間，開展各項(xiàng)實(shí)踐活動，挖掘自身潛能，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。

2.1 基于“課賽創(chuàng)”的理論課教學(xué)

對于理論教學(xué)，教材的選擇非常重要，筆者仔細(xì)研究了“單片機(jī)原理”課程的主要內(nèi)容，并結(jié)合近些年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)選擇了參考文獻(xiàn)[2]作為教材。在授課內(nèi)容上，并不拘泥于該教材，而是進(jìn)行了適當(dāng)?shù)耐卣梗略鯩SP430、STM32單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。為此，筆者將參考文獻(xiàn)[3]、[4]作為學(xué)生課外選學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)等較為新穎的內(nèi)容，掌握一些較為前沿的技能，使教學(xué)內(nèi)容與競技比賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)緊密結(jié)合。

除了選擇好的教材，制作生動、感染力強(qiáng)的多媒體課件也是一種激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的教學(xué)手段。擯棄照搬照抄教材上的文字、圖片和公式等課件制作模式，精心制作高質(zhì)量動感課件庫，提升課堂氣氛活躍度。在制作多媒體課件時，同時介紹推廣各種電賽賽制、剖析賽題、宣講名企創(chuàng)新文化、鼓勵參與創(chuàng)客空間等，理論教學(xué)始終貫穿“課賽創(chuàng)”這根主線，豐富課程含金量。

2.2 基于“課賽創(chuàng)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于鍛煉學(xué)生動手能力，提高團(tuán)隊合作精神，培養(yǎng)創(chuàng)新精神都是至關(guān)重要的。但是，傳統(tǒng)“單片機(jī)原理”課程安排的12個實(shí)驗(yàn)大多為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，沒有涉及自主設(shè)計和綜合性設(shè)計。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中往往出現(xiàn)相當(dāng)一部分的學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解非常膚淺，形成不了競賽態(tài)勢，缺乏自主創(chuàng)新能力，無法用所學(xué)的單片機(jī)原理和相關(guān)的電子綜合知識來設(shè)計一個完整的測控系統(tǒng)。

此外，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新較慢，很難與當(dāng)前火爆的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及與云計算發(fā)生掛連。停留在比較低的層級，實(shí)驗(yàn)方法只是按圖索驥，無法突破和創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)課無法完成學(xué)生競技能力的培養(yǎng)，這對于培養(yǎng)現(xiàn)代社會所需的創(chuàng)新型人才非常不利[5]。

為了改善這種狀況，筆者在原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，新增了拓展實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容更有層次。原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為基礎(chǔ)，使學(xué)生熟悉電子器件和基礎(chǔ)電路；拓展的內(nèi)容分別增加了實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，前者可以提升學(xué)生對本部分實(shí)驗(yàn)所涉及的內(nèi)容的理解和應(yīng)用，后者則強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的前后聯(lián)系，使學(xué)生可以將前后所學(xué)內(nèi)容貫通起來，為后續(xù)綜合實(shí)驗(yàn)夯實(shí)基礎(chǔ)。通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展，增加了實(shí)驗(yàn)的難度和趣味，可以充分調(diào)動每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，讓他們在實(shí)踐中加深對所學(xué)理論知識的理解和掌握。

“電子線路綜合實(shí)踐”課程可以同“單片機(jī)原理”的實(shí)驗(yàn)部分相互結(jié)合，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課時間不足，無法設(shè)置綜合性較高的課題這一缺陷。在綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，需要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新，結(jié)合個人興趣，選擇具備挑戰(zhàn)性且未來有一定創(chuàng)業(yè)價值的競賽課題。

2.3 口袋實(shí)驗(yàn)室

美國德州儀器公司為支持高校教育事業(yè)，推出了非常便利的小型化口袋式嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)板(即：口袋實(shí)驗(yàn)室)。我們充分利用這一免費(fèi)資源，將其分配給參與各類電賽的課程設(shè)計小組，讓學(xué)生在課內(nèi)課外都可以進(jìn)行自主設(shè)計，進(jìn)一步提升學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，并在理論聯(lián)系實(shí)際的過程中加深對“課賽創(chuàng)”的領(lǐng)悟。

口袋實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)還可讓我們改變傳統(tǒng)的出題方式，學(xué)生既可從經(jīng)典的題目里去選題，還可以自己進(jìn)行創(chuàng)新性思考，按照自己的興趣，想出各自的設(shè)計目標(biāo)和方案，在學(xué)生考慮好綜合設(shè)計的方案后，將會由教師與小組成員一起來討論此方案的可行性，并給出相應(yīng)的修改意見。在之后的方案實(shí)現(xiàn)過程中，小組成員需要通力合作完成項(xiàng)目。由于實(shí)驗(yàn)時間有限，一些難度較大的項(xiàng)目很難按時完成。對此，學(xué)生可以充分利用口袋實(shí)驗(yàn)室，在宿舍、教室和圖書館等隨時隨地搭建自己的電子綜合實(shí)驗(yàn)平臺，驗(yàn)證自己的設(shè)計思路，避免特定實(shí)驗(yàn)課時間及實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的限制。

2.4 新媒體教學(xué)方法

大數(shù)據(jù)信息化時代給教學(xué)手段革新帶來契機(jī)。在課堂授課之外，筆者還充分利用了如今便捷的新媒體來講授相關(guān)的知識：筆者通過建立教學(xué)QQ群來與學(xué)生進(jìn)行互動，并將一些篩選后的，適合學(xué)生參考學(xué)習(xí)的優(yōu)秀資源以及微信公眾號中的相關(guān)的科技資訊與學(xué)生分享。學(xué)習(xí)資源除常規(guī)的大綱、PPT、試題庫等內(nèi)容外，還包括了筆者精心搜集的具有參考價值的國內(nèi)外優(yōu)秀教材以及相關(guān)的教學(xué)視頻。介紹相關(guān)高?！罢n賽創(chuàng)”的鮮活實(shí)例，激發(fā)學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)、競技比賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的熱情。

此外，筆者還通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定期答疑，不僅可以了解學(xué)生對于課程知識的掌握程度，還能及時對學(xué)生競賽和創(chuàng)業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，與學(xué)生交流學(xué)習(xí)和創(chuàng)新心得，加強(qiáng)學(xué)生對課程知識的貫通和創(chuàng)新意識的提高。

2.5 課賽結(jié)合與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

當(dāng)前，許多學(xué)生熱衷于參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等比賽，這些比賽涉及的知識面非常廣泛，競爭非常激烈，要想在這類競賽中脫穎而出，僅靠在傳統(tǒng)的課堂所學(xué)的內(nèi)容是很難實(shí)現(xiàn)的[6]。

因此，針對在課程學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出色，學(xué)有余力且有心參加各類電子競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的學(xué)生，應(yīng)當(dāng)深度挖掘其潛力，鼓勵其在平時的課程中就以全國電賽、“挑戰(zhàn)杯”、“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等比賽為目標(biāo)而努力，例如，在實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計選題時就要加以引導(dǎo)，結(jié)合學(xué)生的個人興趣以及往年比賽的題目，挑戰(zhàn)綜合性高、難度大、有創(chuàng)新性的內(nèi)容，為比賽做準(zhǔn)備；如果參加的學(xué)生比較多，可以讓他們在平時就開展內(nèi)部的模擬賽，按照比賽的時間和難度進(jìn)行訓(xùn)練；對有志于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的學(xué)生，可以鼓勵他們申報學(xué)校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，在校企導(dǎo)師共同指導(dǎo)和品牌學(xué)科經(jīng)費(fèi)支持下開展研究活動，這樣做出成果的可能性會更大。

采用這種“課賽結(jié)合，課創(chuàng)融合”的方式，往往可以極大地激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生往往會主動鉆研相關(guān)的問題，個人能力提高效果顯著。而且這類比賽往往時間緊、任務(wù)重，可以促使小組進(jìn)行更加合理的分工以加快進(jìn)度，對于學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和合作共贏的精神也起到了加強(qiáng)的作用。以上各項(xiàng)內(nèi)容對于將來學(xué)生走向工作崗位，甚至進(jìn)行個人創(chuàng)業(yè)，都會產(chǎn)生一系列積極的影響。

在這種模式的指導(dǎo)下，我校部分能力較強(qiáng)的學(xué)生積極地參加了全國電賽、大學(xué)創(chuàng)客設(shè)計大賽、大學(xué)生3D打印創(chuàng)意大賽等諸多比賽，并取得了良好的成績。賽后通過總結(jié)和反饋，可以發(fā)現(xiàn)參加比賽且作品完成度較高的小組，其組內(nèi)的學(xué)生電子綜合能力會顯著提升，對于相關(guān)知識的領(lǐng)悟也更加深入，因此，“課賽創(chuàng)”這一模式值得延續(xù)和推廣。

3 課程考評機(jī)制改革

“課賽創(chuàng)”融合的教學(xué)模式要求課程考評機(jī)制也要進(jìn)行改革，不再以單一的理論課考試成績作為唯一的考核標(biāo)準(zhǔn)，而是靈活采用平時考核與最終課程設(shè)計答辯相結(jié)合的方式，對學(xué)生進(jìn)行全方位的考核?？荚u內(nèi)容包括：課堂平時表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成度考核，理論課成績以及最終的課程綜合設(shè)計成績等。特別加分項(xiàng)包含:參加電賽、申報科創(chuàng)項(xiàng)目等，至于是否獲獎并不重要，關(guān)鍵要看是否體驗(yàn)“課賽創(chuàng)”的過程，以及將“課賽創(chuàng)”真正融合應(yīng)用到實(shí)踐工程中。

其中，對課程綜合設(shè)計的考核，針對以往存在的團(tuán)隊成員成績區(qū)分不明顯帶來的部分成員消極怠工等問題，在此次考評機(jī)制改革中，新引入了實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)狀況考察與隊內(nèi)分工兩類參考標(biāo)準(zhǔn)。在每次實(shí)驗(yàn)課和綜合實(shí)踐的過程中，助教將對各組內(nèi)成員的表現(xiàn)情況進(jìn)行記錄與評分。小組答辯匯報和現(xiàn)場演示講解結(jié)束后，先得出小組分?jǐn)?shù)，再根據(jù)組內(nèi)各成員的貢獻(xiàn)及答辯表現(xiàn)，對每個成員得分在小組分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行修正，從而得出每個組員的實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計成績。

對考評機(jī)制進(jìn)行改革后，與以往相比，學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的參與度有所提高，取得了一定的效果。

4 結(jié)語

本文介紹的基于“課賽創(chuàng)”融合的電子綜合實(shí)踐教學(xué)改革，增加了MSP430和STM32單片機(jī)的介紹，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)平臺以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，增加了拓展實(shí)驗(yàn)，并為學(xué)生提供了口袋式實(shí)驗(yàn)室，增加了網(wǎng)絡(luò)型多媒體途徑，同時改革了考核機(jī)制，加強(qiáng)了學(xué)生參與實(shí)踐的積極性。對于部分學(xué)生，鼓勵他們圍繞比賽與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)進(jìn)行分組、選題與訓(xùn)練，取得了一定的成績，達(dá)到了提高學(xué)生實(shí)踐能力與培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新精神并重的教學(xué)目標(biāo)。

[1] 言一. 教育部:全面深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革[J]. 北京： 教育視界, 2016(3):4-5.

[2] 孫育才. MCS-51系列單片機(jī)及其應(yīng)用(第五版)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社, 2012年3月

[3] 黃智偉. STM32F 32位ARM微控制器應(yīng)用設(shè)計與實(shí)踐(第二版)[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社, 2014年2月.

[4] 田良. 綜合電子設(shè)計與實(shí)踐(第2版)[M]. 南京： 東南大學(xué)出版社, 2010年7月.

[5] 章勇高, 高彥麗. 以電子設(shè)計大賽為契機(jī),促進(jìn)電子信息類專業(yè)教改[J]. 南昌. 華東交通大學(xué)學(xué)報, 2006, 23(s1):67-69.

[6] 李國峰, 董海坤. 關(guān)于理工科本科生的技能培養(yǎng)--大學(xué)生電子設(shè)計競賽有感[J]. 南京. 電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2007(s1):33-34+45.

Teaching Reform of Comprehensive Practice of Electronic Circuits by Fusion of Course, Contest and Innovation

XIA Dun-zhu

(SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing211189,China)

Focusing on Single Chip Microcomputer Principle and Electronic Circuit Comprehensive Practice courses, the teaching reform strategy based on the fusion of course, contest and innovation is proposed to cultivate the ability of students′ innovative entrepreneurial ability. In the actual teaching process, the lessons combine the practice teaching and theories teaching to make full use of traditional laboratory and pocket type laboratory hardware conditions, usc advanced multi-media interactive platform, and adopt electric group team cooperation mode and simulate a specific and entrepreneurial projects. The students′ comprehensive design and practice ability will be trained and the creative spirit will be cultivated, which lays the foundation for innovation entrepreneurship. Practice has proved that the set of the educational reform method has dramatically improved the teaching effect.

electronic comprehensive practice; fusion of course, contest and innovation; innovation and entrepreneurship

2017-06-08;

2017-06-14

東南大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(1122000115)，江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程(測控技術(shù)與儀器專業(yè))(PPZY2015B125)

夏敦柱(1978-)，男，博士，副教授，主要從事電子技術(shù)教學(xué)與研究工作，Email:xiadz_1999@163.com

TM153

A

1008-0686(2017)00-0122-04