電子線路課程設計在實踐及國際課程周的改革初探

曹曉燕，涂國強，李 雷

自2012年開始,四川大學在每學年春季學期末開設 “實踐及國際課程周”[1],學時數(shù)為48,主要安排了短期課程、學科競賽培訓課程[2]、學術前沿、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)系列講座、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目[3]和科研訓練、實習、實訓、“國際交流營”和 “海外留學經(jīng)驗”交流會活動等豐富多彩的項目選擇。

電子線路綜合課程設計是依托于電子系統(tǒng)設計與實踐基礎課程之上的一門綜合設計性課程[4]。課程存在實驗項目單一、考核不合理、學生專業(yè)及能力有差異等問題,影響了教學效果。本文提出了多項實驗項目自主選擇[5]以及階梯形的考核體制[6],學生可以根據(jù)自身專業(yè)要求、興趣愛好以及能力的高低自主選擇實驗項目,在實踐設計及制作過程中能夠?qū)W到更多的設計與實踐知識,提升獨立動手能力,開發(fā)創(chuàng)新意識,從而使課程更加符合實踐周 “全方位、多元化”的宗旨,起到承接理論基礎知識,又連接專業(yè)課知識的作用。

1 課程教學中存在的普遍問題

電子線路綜合課程設計主要面向本科二年級的所有電類學生開設,涉及的內(nèi)容既包括理論知識,如元件的識別與測試、電路的設計與仿真、單片機的接口及其編程、數(shù)字電路和模擬電路的相關知識、各種傳感器知識等；又包括實踐知識,如電子產(chǎn)品的手工焊接技能、電子系統(tǒng)的制作與調(diào)試以及各種檢測儀器儀表的熟練使用。通過長期的教學實踐,本文發(fā)現(xiàn)目前該課程存在以下3個方面的問題。

1)實驗內(nèi)容單一。

課程最初的主要內(nèi)容是基于FPGA的小車循跡實驗[7],學生對教師提供的基礎實驗測試程序進行修改以實現(xiàn)小車的前進、后退以及循跡,實驗內(nèi)容單一,不能滿足各個專業(yè)以及不同能力學生的需求,學生獨立思考能力不足,不能充分培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,教學效果較差。

2)實驗考核不合理。

在以往的考核中,3名學生一組,以組為單位,對最終做出的實驗作品進行考核,這樣的考核方式導致60以上的同學在參與實驗的過程中不能積極參與到實驗中,“抱大腿”和弄虛作假的現(xiàn)象非常普遍,不能如實反映每個學生的實踐能力,從而導致教學效果不理想,不利于培養(yǎng)學生獨立思考以及分析問題解決問題的能力。

3)學生專業(yè)要求、能力存在差異。

課程面向電力、通信、自動化等多個專業(yè)的學生開設,不同的專業(yè)側(cè)重點不同。另外,學生的能力高低也存在較大的差異。如果采用單一的實驗和統(tǒng)一的考核標準顯然不能滿足所有學生的需求,也不能充分發(fā)揮課程的作用。

2 課程體系構(gòu)建

電子線路綜合課程設計開設在學生有了電子系統(tǒng)工藝以及FPGA的基礎知識之后,基于電工電子基礎實驗教學中心現(xiàn)有硬件資源進行實驗。實驗硬件資源主要包括FPGA實驗箱、沙漏、單片機小車以及FPGA小車。針對硬件資源,配套的軟件主要是實現(xiàn)FPGA編程的Quartus II[8]和實現(xiàn)單片機編程的KeilC[9]。

在以往的課程中主要以FPGA小車為主,考慮到大部分學生的基礎能力有限,實驗內(nèi)容相對簡單,學生只能按部就班地完成實驗要求,導致成績優(yōu)異的學生在短時間內(nèi)就完成了實驗項目,在實踐周的其他時間無事可做,自身能力的提高受到了限制；而基礎能力差的學生又不能按時完成實踐,課程不能充分發(fā)揮其應有的作用。為了解決以上問題,調(diào)動學生的實驗興趣及積極性,本文提出了多項目實驗,給出難易程度不同的實驗項目,學生可以根據(jù)自身能力的不同,自主選擇實驗項目進行實驗。

2.1 多項目實驗內(nèi)容

在滿足實驗大綱要求的前提下,設置實驗項目的內(nèi)容主要以趣味性和實用性為主,同時突出“實踐及國際課程周”的特色,運用現(xiàn)有的實驗硬件資源,經(jīng)過不斷地實踐與摸索,課程陸續(xù)從單一實驗項目向多實驗項目改革,并針對實驗項目的增加提出了階梯形的考核體制。目前課程擬出的實驗項目[10-12]如表1所示。

表1 實驗項目列表

學生在實踐周中根據(jù)自身能力及專業(yè)要求自主選擇設計并完成1個實驗項目,制作出可執(zhí)行的作品。因為基于FPGA的智能交通燈題目相對比較簡單,因而設置該題目的滿分為80分,即就算學生非常完美地完成該題目,最高也只能獲得80分的成績；題目2和題目3要難一些,因而設置滿分為90分,題目4和題目5為綜合性相對更強的題目,因而設置滿分為100分。同時給出附加功能加分的政策,即學生在完成實驗基本要求的情況下,可以根據(jù)自身專業(yè)要求,考慮自身能力,自行設計加入相應的如語音、無線等附加功能。

將學生按3人一組分組,為了防止學生作弊,也為了能讓學生更好地發(fā)揮自身能力,在實踐開始前,給出4個學時的時間,讓每個組的學生查找資料了解題目要求,根據(jù)自身能力選擇能夠完成的題目,并遞交一份開題報告給實驗老師。開題報告的內(nèi)容主要包括選擇的實踐題目、實踐預期完成的目標以及基本的設計思路等。

2.2 實驗成績評定

在實踐周的最后2天對學生2周實踐的成果進行驗收。實驗總成績?yōu)閷嶒烅椖客瓿傻某煽?、附加功能的成績和答辯成績?nèi)糠种?。選擇的實驗項目根據(jù)完成的情況以及效果給予60～100分的成績,但是需要乘以0.8后加入總成績。學生根據(jù)自身專業(yè)要求設計的附加功能,如語音提示功能、液晶顯示功能和無線控制功能等,根據(jù)完成的情況可以獲得0～10分的成績。另外為了能夠讓每個學生都參與到實踐中,防止學生作弊現(xiàn)象的發(fā)生,實驗完成后組織學生分組答辯,給予學生0～10分的答辯成績。答辯要求學生準備PPT,詳細講解自己的設計思路及實現(xiàn)的功能,提問同組學生不同的關鍵性問題,了解學生在實踐過程中所做的工作,根據(jù)貢獻的不同給同組學生不同的答辯成績。

2.3 實驗改革成果總結(jié)與分析

課程最終收到了很滿意的結(jié)果,學生充滿自豪感,覺得自己的成績都是靠自身努力和辛苦獲得,同時學生受益匪淺,認為從中學到了很多有用的知識,尤其是部分優(yōu)秀的學生在題目的基礎上進行改進,增加很多附加功能,得到了很好的實踐成果。增加無線遙控功能的小車和增加液晶顯示功能的小車,如圖1和圖2所示。

圖1 增加無線遙控功能的小車

圖2 增加液晶顯示功能的小車

課程經(jīng)過改革后,以一個教學班72人為例,實驗改革前后分數(shù)段分布對比如表2所示。

表2 實驗改革前后分數(shù)段分布對比表

從表2中可以看出,經(jīng)過實驗改革后,學生的成績分布更加均勻,更能充分反映每個學生的真實能力。每一位學生都積極參與到了實踐中,自身的動手能力、獨立思考能力以及創(chuàng)新能力都得到了很好的鍛煉和提升。

3 結(jié)束語

“實踐及國際課程周”對學生與教師都是一個全新而有挑戰(zhàn)性的平臺,要充分利用好這個平臺,找到一種適合人才培養(yǎng)需求的教學模式是一項長期而艱巨的工程,只有在教學中不斷實踐并總結(jié)經(jīng)驗,積極調(diào)動教師的積極性及學生的興趣才能起到理想的效果。本次電子線路綜合實驗采用多實驗項目選擇和階梯性實驗結(jié)果考核的教學模式,不僅提高了不同專業(yè)、不同基礎的學生對實驗的興趣,提升了學生獨立動手的能力,開發(fā)了學生的創(chuàng)新意識,而且使課程更加符合實踐周 “全方位、多元化”的宗旨,起到了從基礎理論、基礎實驗到綜合實驗過渡的作用,也起到了從基礎知識到專業(yè)知識轉(zhuǎn)變的承上啟下作用,為各類競賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目發(fā)掘和培養(yǎng)了一批有潛力的優(yōu)秀人才。

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