“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學改革的探索

(北京林業(yè)大學工學院，北京 100083)

21世紀的高等教育更強調素質培養(yǎng)，尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。創(chuàng)新需要通過實踐來實現，因此改進實踐教學是提高學生創(chuàng)新能力的基本途徑。高等學校的實驗類課程是高等教育創(chuàng)新體系中創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要組成部分，對提高學生的實踐動手能力和綜合素質起著極其重要的作用[2]。

“電子系統(tǒng)綜合設計”課程是北京林業(yè)大學面向電氣工程及其自動化專業(yè)開設的綜合訓練課程，一般安排在第五學期開設。這時學生已經學習過“電子工藝實習”“電子技術”等相關課程，為進一步拓寬學生的電子知識、提高學生的綜合應用能力而設置了“電子系統(tǒng)綜合設計”課程。學生通過2周集中的電子系統(tǒng)的集成設計訓練，可以進一步鞏固所學的相關專業(yè)理論知識，鍛煉分析和解決實際問題的能力，提升綜合應用知識的能力和創(chuàng)新意識[3]?！半娮酉到y(tǒng)綜合設計”課程訓練包括方案論證、電路設計、系統(tǒng)仿真、電路布線制板、安裝調試、演示答辯、撰寫設計報告等環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)的訓練，學生基本可以掌握電子系統(tǒng)的工程設計方法和組織實施的基本技能[4]。

一、“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學存在的問題

(一)學生的學習狀況不佳

1.學生缺乏學習興趣

由于“電子系統(tǒng)綜合設計”課程涉及的知識面較廣、難度較大，使部分學生產生一定的厭學情緒，遲到、曠課的現象較為普遍，甚至一些學生將“電子系統(tǒng)綜合設計”課程作為實驗室參觀課。學生缺少學習興趣，動手實踐的意愿不強，課上不聽教師指導，不遵守課堂紀律，不按要求和規(guī)定操作，在一定程度上，對試驗設備及儀器造成了破壞。

2.學生的綜合能力較低

雖然在學習“電子系統(tǒng)綜合設計”課程時，學生已經學習過“電子工藝實習”“電子技術”等相關課程，但學生掌握的僅是一些最基本的電子知識，不了解查閱資料的途徑和方法，也不了解如何應用所學的理論知識。學生所做的實驗多以驗證性實驗為主，沒有真正意義上設計過電子電路，缺少系統(tǒng)設計的概念。大部分學生沒有學習過完整的電子系統(tǒng)硬件電路知識，不了解編寫系統(tǒng)程序的方法，撰寫的實驗總結報告缺乏方案論述與原理分析，質量不高。

3.學生缺少創(chuàng)新意識

由于學生的思維普遍不夠活躍，缺少查閱資料的能力，因而無法提出有獨立見解的設計方案，只會簡單地照搬教科書上的電路設計。部分學生為了得到較好的考核成績，不敢嘗試新知識、新技術或新思路，多是模仿以前的設計作品，在實驗設計和操作中沒有自主發(fā)揮，作品缺乏自己的想法和觀點，沒有創(chuàng)新意識。

(二)教師的教學理念陳舊

1.教學內容更新慢

電子技術是當今科技發(fā)展最為迅速的一門技術，但電子技術相關課程的授課內容更新緩慢，已跟不上電子技術的發(fā)展速度，與實際電子技術應用存在著一定的差距。同時在教學過程中，任課教師要熟悉每個電子系統(tǒng)的原理、設計等各環(huán)節(jié)，往往需要幾年的時間才能完成一個較好的電子系統(tǒng)設計案例，當準備好電子系統(tǒng)設計案例并將其應用于教學時，已與當前實際應用的電子技術有了較大差距。

2.教學方式單一

“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學采取的是以教師講、學生聽的傳統(tǒng)方式，形式較為單一。教師教授電子系統(tǒng)綜合設計原理時與實際生活聯系不緊密，缺少與實際的結合，電子系統(tǒng)綜合設計的過程流于形式，學生只要按照教師提供的原理圖連接電路驗證電路是否成功即可。這種教師處于主導地位的教學方式，影響了學生的學習興趣，學生缺少學習的主觀能動性，難以激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)新意識。

3.缺乏對學生團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的“電子系統(tǒng)綜合設計”課程無論是課程教學還是實踐操作，均以學生個體為單位，每個學生都有各自的模塊實驗箱，只需按照實驗指導書的步驟進行綜合設計即可，這種設計方式缺乏學生之間的協(xié)作和交流。而在實際電子產品開發(fā)的過程中，需要有不同的技術團隊合作才能進行開發(fā)，所以對學生的規(guī)劃能力、團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)是尤為重要的。

(三)課程考核形式單一

傳統(tǒng)的“電子系統(tǒng)綜合設計”課程考核形式較為單一，只對學生的出勤、設計結果和實驗報告進行考核。這種考核方式忽視了對學生在實驗過程中的態(tài)度、積極性與創(chuàng)新性的考核，也無法考核學生電路設計的難易程度與合理性，也無法準確評估同一小組內不同成員的貢獻率。這種重實驗結果和實驗報告的考核，忽視了學生在設計過程中的創(chuàng)新意識、設計難度等不易量化的因素，導致很多學生機械地重復往屆的設計內容，用同一套元件、同一個原理，得到相同的結果，以達到及格的功利性目的。

二、“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學改革的思路

為了培養(yǎng)學生綜合運用課程知識靈活解決實際問題的能力，“電子系統(tǒng)綜合設計”課程應與時俱進，借鑒全國大學生電子設計競賽的經驗，加大實踐教學的比重，強化學生動手能力的訓練，培養(yǎng)學生的綜合素質。

全國大學生電子設計競賽是高校四大學科競賽之一，電子設計競賽既有理論分析，也有實際設計，可全面檢測學生的理論基礎、實踐動手能力、創(chuàng)新意識、團隊協(xié)作精神和綜合素質[5]。競賽不僅可以考核大學生工程實踐素質，同時也是對各高校電子電氣類教學質量的全面檢查，對高校的教學改革有著很好的指引作用。

項目驅動教學法是將教學過程設計成一個具體項目，以學生為主體，激發(fā)學生的主觀能動性，使學生在“做中學、學中做”，通過方案設計、討論分析、具體實施等促進學生自主學習的能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作能力[6]。

所以，“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學改革應吸收全國大學生電子設計競賽和項目驅動教學法的優(yōu)點，設計開放性題目以提升課程內容的實用性與系統(tǒng)性。

三、“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學改革的措施

(一)改革教學模式

“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學主要在實驗室進行。為提高學生的主觀能動性，應將傳統(tǒng)的教師講、學生聽改為以學生為主體、教師講授為輔的教學模式，在學生參與方案論證、設計、制作、測試、分析和匯報的過程中，教師以引導為主。

教師首先應系統(tǒng)講述課程的特點和要求，并以案例分析法講述一個典型的電子系統(tǒng)設計流程，重點講述研究思路而不是具體原理。其次，教師應明確電子系統(tǒng)設計的6大類別，不限題目，將學生分為3人小組，引導學生自主進行資料查詢、論證、選題、設計、制作及分析。學生利用PPT進行課題匯報時，要用實物展示作品的功能及指標，回答教師提出的問題，并與全體同學一起共同討論項目執(zhí)行的正確性、合理性、難易程度、與其他方法比較的優(yōu)越性以及創(chuàng)新程度，最后將討論情況以總結報告形式上交給教師。

(二)改革教學方法

1.設立開放式任務選題

任務選題的設立是整個電子系統(tǒng)設計成功與否的前提與基礎。學生任務選題的設立需滿足以下條件：①解決實際問題；②可實現性；③綜合性與系統(tǒng)性；④基礎性與創(chuàng)新性；⑤自主性與協(xié)作性。

在課程教學中，筆者借鑒全國大學生電子設計大賽題目，不斷擴充課程內容，將設計任務分為5大類：①交直流電轉換類；②信號處理類；③運動控制類；④傳感器與物聯網類；⑤探測、導航與制導類。每個類別下設一定數量的設計題目，每個設計內容由基本理論知識部分與創(chuàng)新部分組成，既要考查學生的基礎知識，又要鼓勵學生勇于創(chuàng)新。每個小組可在以上5類設計任務中任意選擇設計題目，也可以自主設計新的題目及設計內容。

在此階段，教師起著引導者的作用，要經常與學生進行交流，了解學生選題中出現的問題，幫助學生尋找解決問題的方法，引導學生逐步開展課題研究、設計方案和技術路線的討論和研究工作。

2.規(guī)范開放式任務的組織實施

開放式任務主要體現在3個方面，即形式開放、時間開放和實驗室開放。當開放式任務選題確定后，學生應自主開展課題的具體設計工作，包括查閱相關資料、細化設計方案、進行原理論證與選擇、開展仿真實驗、進行調試與分析等。學生在此過程中遇到問題時，應先自主探索解決措施，而不是直接詢問指導教師。教師應營造課堂討論氣氛，鼓勵學生之間、學生與教師之間開展討論，探索設計方案的合理性、實現性、實施方法與測試手段等。

北京林業(yè)大學“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學時間為2周，在第五學期開設，教師在第四學期的期末開始進行課程概述和選題工作，這樣學生可以利用暑假進行自主學習，教師便于指導學生。暑假期間實驗室沒有其他課程安排，開放程度較高，可以為學生的電子系統(tǒng)制作、調試提供比較理想的場地和設備資源。

(三)改革課程考核方式

全面、公正、科學的課程考核評價是提升學生學習積極性的重要因素?！半娮酉到y(tǒng)綜合設計”課程考核采用多元化的考核指標后，促進了教學效果的提升。“電子系統(tǒng)綜合設計”課程考核評價指標和比例見圖1。

圖1 北京林業(yè)大學工學院“電子系統(tǒng)綜合設計”課程考核內容及其比例分配

“電子系統(tǒng)綜合設計”課程多元化考核包括考勤、設計方案的合理性、創(chuàng)新性和難度4個設計考核指標及實驗結果、答辯、總結報告和互評4個評價指標，8個考核指標分別占有不同的比例，可全面、科學地評價學生對知識的掌握情況。其中設10%的互評分是為聽取學生意見，不斷完善評價方法，以提高學生對最終考核成績的認可度。

四、“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學改革的成效

(一)激發(fā)了學生學習的興趣

“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學改革后，學生學習的熱情和積極性明顯提高，由之前的不愛表達、信心不足轉變?yōu)榉e極發(fā)言、主動交流，課堂氣氛活躍。由于開放式教學任務具有工程實用背景，所以學生在課上更加注意聽講，課后積極主動地查閱相關資料，與教師能進行廣泛和深入的交流。

(二)提升了學生的實踐動手能力和團隊協(xié)作能力

在整個“電子系統(tǒng)綜合設計”課程教學期間，由于實驗室開放使學生有足夠的時間進行一個完整電子系統(tǒng)的研究工作，使學生初步具備了電子系統(tǒng)綜合設計的“系統(tǒng)化”思想，提高了學生解決實際工程問題的能力。由于電子系統(tǒng)綜合設計是以小組為單位展開，既培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)調能力，又培養(yǎng)了學生的競爭能力，各組之間比、學、趕、幫、超，使設計作品都具有了較高的質量和難度。

(三)培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識

課程改革后，教師鼓勵學生自主立題，給學生留下了自由創(chuàng)作和設計的空間，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，創(chuàng)新設計部分在課程考核評價指標中占比10%?！半娮酉到y(tǒng)綜合設計”課程教學既重視實驗結果，又關注了設計作品的創(chuàng)新度和難度，培養(yǎng)了學生敢于挑戰(zhàn)新知識和新領域、新技術的自信心和能力，在學生的設計作品中創(chuàng)新性有了明顯的提高。

[1] 郭惠紅，胡青，李曉娟，等.基于自主學習和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“植物學”課程實踐教學改革[J].中國林業(yè)教育，2017，35(5)：59-61.

[2] 劉明，周俊.“電子系統(tǒng)綜合設計”教學改革與實踐[J].實驗科學與技術，2016，14(6)：173-176.

[3] 吳占雄，曾毓，高明煜，等.電子信息技術專業(yè)電子系統(tǒng)設計與實踐課程教學方法的改革與探索[J].課程教育研究，2017(31)：250-251.

[4] 劉萌，鄭煊.基于CDIO模式的“電子系統(tǒng)綜合設計”教學改革與探索[J].齊魯師范學院學報，2015，30(5)：47-51.

[5] 張軍國，劉西瑞，張健，等.以電子設計大賽為契機，加強大學生創(chuàng)新能力與實踐能力的培養(yǎng)[J].中國林業(yè)教育，2009，27(增刊1)：93-95.

[6] 陳國軍，陳巍.基于項目教學的電子系統(tǒng)綜合設計與訓練教學改革與探索[J].課程教育研究，2017(24)：24-25.