新疆高校電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)角色扮演模式探索

郭 斌 陳燕紅 鄧方江 楊樹(shù)媛 葛倚汀

1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，烏魯木齊 830052

2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，烏魯木齊 830052

3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境學(xué)院，烏魯木齊 830052

隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，各用人單位對(duì)大學(xué)畢業(yè)生實(shí)際應(yīng)用水平要求逐漸提高，除要求其掌握一定的理論知識(shí)，還對(duì)其實(shí)踐動(dòng)手能力有一定的要求，因此實(shí)踐動(dòng)手能力應(yīng)該是高校人才培養(yǎng)需要加強(qiáng)的部分。大學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)是大學(xué)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是課堂教學(xué)模式的重要補(bǔ)充。另外，它不僅對(duì)所學(xué)相關(guān)課程的深入理解和融會(huì)貫通起到重要的作用，而且還能實(shí)實(shí)在在地強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力，與企業(yè)實(shí)際用人需求接軌。目前，絕大多數(shù)高校都非常重視專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)，進(jìn)行了大量的實(shí)訓(xùn)模式和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的改革探索，許多高校不但采用校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的方式，還與校外實(shí)習(xí)進(jìn)行對(duì)接，在校外企業(yè)中進(jìn)行實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。但新疆高校處于祖國(guó)的邊陲，電子相關(guān)專(zhuān)業(yè)的校外實(shí)習(xí)單位較少，因而校內(nèi)實(shí)訓(xùn)在整個(gè)學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中起到了格外重要的作用。校內(nèi)實(shí)訓(xùn)受到場(chǎng)地、環(huán)境、設(shè)備等條件的約束，對(duì)整個(gè)實(shí)訓(xùn)模式和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容提出了很高的要求，故對(duì)專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行新的嘗試與探索是十分必要的。

一、電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)類(lèi)課程總體方案

高等教育是培養(yǎng)高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才和職業(yè)人員的主要社會(huì)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)提出了明確的要求。目前，許多高等院校從大二開(kāi)始就對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力進(jìn)行培養(yǎng)，例如每年舉辦大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各種競(jìng)賽和開(kāi)展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目申請(qǐng)活動(dòng)，這是為學(xué)生在大學(xué)期間更多地參加實(shí)踐活動(dòng)提供條件。許多高等院校開(kāi)設(shè)了實(shí)習(xí)實(shí)踐設(shè)計(jì)課程，例如大二第一學(xué)期開(kāi)設(shè)電子技術(shù)基本技能實(shí)訓(xùn)課程，主要是讓學(xué)生熟悉各種電子元器件的特性，掌握萬(wàn)用表、電烙鐵、示波器等常用的儀器設(shè)備的使用方法，熟練掌握PCB 電路板的焊接方法，培養(yǎng)學(xué)生的基本動(dòng)手能力；大三第一學(xué)期開(kāi)設(shè)例如單片機(jī)、Arduino、樹(shù)莓派或Dragonboard 等編程和開(kāi)發(fā)類(lèi)實(shí)習(xí)實(shí)踐課程，利用上述芯片設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)與其專(zhuān)業(yè)相結(jié)合的“產(chǎn)品”，為學(xué)生參加各級(jí)別專(zhuān)業(yè)比賽做好準(zhǔn)備，以鍛煉學(xué)生基于硬件實(shí)物的程序開(kāi)發(fā)能力；大四第一學(xué)期開(kāi)設(shè)電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，目的是將大二、大三所有實(shí)訓(xùn)課所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行串聯(lián)，讓學(xué)生掌握產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全部過(guò)程和流程。具體情況見(jiàn)表1。

二、教學(xué)角色扮演模式方案

傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)以教師為主，通常是教師進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解后布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)，學(xué)生按照教師的安排進(jìn)行實(shí)訓(xùn)；學(xué)生完成教學(xué)實(shí)訓(xùn)任務(wù)后，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)訓(xùn)完成情況打分。整體仍然是以“教師—學(xué)生”的教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)，學(xué)生并沒(méi)有身臨其境地體驗(yàn)整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。這種模式在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中不具有針對(duì)性的指導(dǎo)。

為了提高學(xué)生自主設(shè)計(jì)能力、拓展思維、增強(qiáng)解決問(wèn)題的能力、讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程的責(zé)任感和使命感，我們將整個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程模擬成公司項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程，教師為項(xiàng)目經(jīng)理角色（以下簡(jiǎn)稱教師），負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的協(xié)調(diào)，將學(xué)生分成若干個(gè)研發(fā)小組，每組4～5人，推選其中1名學(xué)生為研發(fā)經(jīng)理（以下簡(jiǎn)稱組長(zhǎng)），負(fù)責(zé)本小組的管理，并與項(xiàng)目經(jīng)理溝通，每個(gè)小組內(nèi)成員再由組長(zhǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和分工。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容為電子設(shè)計(jì)，所以組內(nèi)成員一般需要完成如下任務(wù)：畫(huà)出設(shè)計(jì)產(chǎn)品的原理圖、生成PCB圖、制出PCB 電路板、購(gòu)買(mǎi)元器件、焊接電路板、燒錄程序并測(cè)試。每組學(xué)生按照上述內(nèi)容、根據(jù)組內(nèi)情況進(jìn)行分工。分工完成后，教師負(fù)責(zé)考察組長(zhǎng)的工作情況，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)考察組內(nèi)成員的工作情況，組內(nèi)的所有統(tǒng)籌與管理全部由組長(zhǎng)協(xié)調(diào)完成。具體情況見(jiàn)圖1。

三、實(shí)訓(xùn)題目的選擇與確定

實(shí)訓(xùn)題目的選擇對(duì)實(shí)訓(xùn)效果起著至關(guān)重要的作用。電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)一般是在大四第一學(xué)期開(kāi)設(shè)。因此，題目的設(shè)計(jì)一定要讓學(xué)生了解并參與整個(gè)流程，讓其進(jìn)入企業(yè)之后能快速地融入公司的工作環(huán)境。故實(shí)訓(xùn)的題目一定要具有新穎性和可行性，難易適中，并且要盡量綜合以前學(xué)到的知識(shí)，易于分工和考核，分工如表2所示。

題目可以分為自擬和教師命題，自擬題目?jī)?yōu)先。教師先出題目，各組組長(zhǎng)抽簽選題，如感覺(jué)有更好的題目應(yīng)在1 個(gè)工作日內(nèi)提出，并由教師從難度、新穎性、實(shí)用性和可行性角度進(jìn)行審核。如果新選題滿足實(shí)訓(xùn)要求，可以考慮更換題目。題目確定之后，組長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)天將組內(nèi)人員工作內(nèi)容分配情況匯報(bào)給指導(dǎo)教師。

由于單片機(jī)是本專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)課程，其內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單而且學(xué)生相對(duì)熟悉，故本學(xué)期的實(shí)訓(xùn)題目以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)為主題，并為有較強(qiáng)動(dòng)手能力的學(xué)生準(zhǔn)備了綜合性更強(qiáng)的題目。單片機(jī)開(kāi)發(fā)板項(xiàng)目是將整個(gè)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板拆成12個(gè)部分分配給學(xué)生，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路圖、完成電子產(chǎn)品實(shí)物的拼裝，同時(shí)編寫(xiě)相應(yīng)的驗(yàn)證程序、驗(yàn)證實(shí)物的效果。教師可以根據(jù)當(dāng)前熱點(diǎn)或?qū)W生感興趣的內(nèi)容進(jìn)行綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)。本學(xué)期開(kāi)設(shè)內(nèi)容如表3所示。

四、實(shí)訓(xùn)理論教學(xué)

電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)雖然是實(shí)踐環(huán)節(jié)，但是一些重要的理論講解也是必不可少的。實(shí)訓(xùn)基本上以學(xué)生自己動(dòng)手為主，因此整個(gè)理論講解不能像一般理論課教學(xué)一樣，必須簡(jiǎn)短且重點(diǎn)突出、主次分明。實(shí)訓(xùn)理論采用目前比較流行的混合方式教學(xué)方法。線上講解實(shí)訓(xùn)各環(huán)節(jié)的知識(shí)點(diǎn)、操作要點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)過(guò)程中有關(guān)安全的注意事項(xiàng)，并配有測(cè)試題，學(xué)生只有測(cè)試分?jǐn)?shù)達(dá)到要求后方可參加實(shí)訓(xùn)操作。線下講解則是先帶領(lǐng)學(xué)生把實(shí)訓(xùn)過(guò)程中所用到的基本知識(shí)和基本理論進(jìn)行復(fù)習(xí)，并再次強(qiáng)調(diào)各環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)以及流程和時(shí)間的安排，為接下來(lái)的實(shí)訓(xùn)奠定基礎(chǔ)。

五、實(shí)訓(xùn)教學(xué)流程設(shè)計(jì)

電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)時(shí)間為2 周，實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程主要培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生自主思考、設(shè)計(jì)和解決問(wèn)題的能力，因此實(shí)訓(xùn)以自主完成為主、講授和答疑為輔。本次實(shí)訓(xùn)包括1次講解、1 次匯報(bào)、4 次答辯、6 次評(píng)分，其過(guò)程主要為分組、選題、理論教學(xué)、小組討論、組長(zhǎng)匯報(bào)設(shè)計(jì)方案、對(duì)原理圖答辯并評(píng)分、對(duì)PCB 圖答辯并評(píng)分、對(duì)元器件采購(gòu)計(jì)劃答辯并評(píng)分、對(duì)電路板評(píng)分、對(duì)產(chǎn)品功能答辯并評(píng)分、對(duì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告評(píng)分，其流程如圖2所示。

分組按照自愿方式組合，小組控制在4～5 人。選題由組長(zhǎng)抽簽決定，實(shí)訓(xùn)題目也可以由組長(zhǎng)申請(qǐng)，教師審核通過(guò)后調(diào)換。小組討論后由組長(zhǎng)匯報(bào)設(shè)計(jì)方案，主要包括小組內(nèi)成員分工情況、每部分計(jì)劃完成的時(shí)間、設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要完成的功能內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的可行性分析、技術(shù)路線、產(chǎn)品前景以及預(yù)期收益、項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)以及應(yīng)對(duì)策略。原理圖答辯主要針對(duì)原理圖是否設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、合理，元器件選型和連接是否正確規(guī)范、能否實(shí)現(xiàn)功能等性能指標(biāo)評(píng)判，主要由各組負(fù)責(zé)相應(yīng)部分答辯的學(xué)生匯報(bào)設(shè)計(jì)思路、主要元器件選擇及設(shè)計(jì)特點(diǎn)等內(nèi)容，教師通過(guò)其答辯內(nèi)容綜合原理圖的設(shè)計(jì)給出點(diǎn)評(píng)，及時(shí)糾正其錯(cuò)誤，并進(jìn)行評(píng)分。PCB 圖答辯主要針對(duì)PCB 布局是否合理，元件庫(kù)是否選擇正確，布線是否規(guī)范，線寬、線間距、頂層絲印層標(biāo)注是否合理等進(jìn)行綜合考查，各組負(fù)責(zé)相應(yīng)部分答辯的學(xué)生主要匯報(bào)該組的布線思路、布線規(guī)范設(shè)置和布線流程，教師綜合PCB 圖的設(shè)計(jì)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并評(píng)分。元器件采購(gòu)之前要進(jìn)行一次答辯，主要針對(duì)購(gòu)買(mǎi)元器件的數(shù)量、價(jià)格等因素進(jìn)行討論，另外還要對(duì)計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)的元器件的封裝、型號(hào)和參數(shù)等信息進(jìn)行審核，看學(xué)生寫(xiě)的是否全面完整、是否無(wú)歧義。產(chǎn)品功能答辯主要是由各組負(fù)責(zé)相應(yīng)部分答辯的學(xué)生對(duì)其編寫(xiě)的代碼和實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行匯報(bào)，教師對(duì)其匯報(bào)內(nèi)容與任務(wù)書(shū)上的功能指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)其完成的功能情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并評(píng)分。對(duì)焊接完成的電路板評(píng)分主要是對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，看焊點(diǎn)是否圓潤(rùn)、光亮、牢固，是否有虛焊，焊料是否過(guò)多或過(guò)少，是否有與周?chē)骷B焊、錫渣、元器件焊接后擺放不正等現(xiàn)象。實(shí)訓(xùn)報(bào)告內(nèi)容包括設(shè)計(jì)方案、本設(shè)計(jì)的實(shí)施流程、設(shè)計(jì)的原理圖、設(shè)計(jì)的PCB 圖、元器件清單、本設(shè)計(jì)詳細(xì)開(kāi)發(fā)成本、成品效果圖、驗(yàn)證產(chǎn)品代碼、本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及預(yù)期收益、實(shí)訓(xùn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題與解決辦法和實(shí)訓(xùn)心得。

六、實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)

實(shí)訓(xùn)評(píng)分與評(píng)價(jià)是實(shí)訓(xùn)的最后環(huán)節(jié)，也是學(xué)生非常關(guān)心的內(nèi)容，所以評(píng)分與評(píng)價(jià)一定要客觀公平。實(shí)訓(xùn)課程采用的是五級(jí)等級(jí)考核制，即A 是優(yōu)秀，B 是良好，C是中等，D 是及格，E 是不及格。其主要目的是消除細(xì)化分?jǐn)?shù)差異，淡化分?jǐn)?shù)競(jìng)爭(zhēng)，保證評(píng)分合理性，不采用實(shí)訓(xùn)報(bào)告的分?jǐn)?shù)作為最終成績(jī)，而采用各部分評(píng)分法，從原理圖匯報(bào)開(kāi)始到課程報(bào)告各部分都進(jìn)行評(píng)分。每部分評(píng)分后都當(dāng)場(chǎng)公示，讓學(xué)生更加了解各部分的完成效果，根據(jù)現(xiàn)有狀態(tài)調(diào)整下個(gè)部分的完成策略。實(shí)訓(xùn)動(dòng)手能力部分的成績(jī)?yōu)槊坎糠衷u(píng)分之和的平均值。為了保證最終得分的公正性、準(zhǔn)確性和區(qū)分性，組內(nèi)成員還要相互評(píng)分。組內(nèi)成員的相互評(píng)分為背對(duì)背評(píng)分，盡量反映出每個(gè)成員的真實(shí)工作量。組長(zhǎng)再給組員評(píng)分，教師又對(duì)各組組長(zhǎng)的管理能力、組織能力、統(tǒng)籌能力和設(shè)計(jì)能力進(jìn)行評(píng)分。這些評(píng)分都要作為最終得分的參考，只有這樣才能真實(shí)地反映學(xué)生實(shí)際的實(shí)訓(xùn)情況。教師在做點(diǎn)評(píng)和寫(xiě)評(píng)價(jià)的時(shí)候，應(yīng)該盡量地直接指出學(xué)生錯(cuò)誤的地方，做到既能分析，又能解釋?zhuān)v述相關(guān)的知識(shí)時(shí)要有針對(duì)性，一定要做到就事論事、一針見(jiàn)血，讓學(xué)生從錯(cuò)誤和不足中汲取教訓(xùn)；但也不能讓他們失去信心，除了肯定他們做的工作，還要告訴他們?nèi)绾翁岣?，以后?yīng)該怎么避免同樣問(wèn)題的再次發(fā)生。無(wú)論評(píng)分還是評(píng)價(jià)，都要從對(duì)學(xué)生以后工作有實(shí)際幫助的角度去進(jìn)行，以幫助他們以后更好地融入工作環(huán)境當(dāng)中。

七、應(yīng)用和效果

新疆高校電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)角色扮演模式的嘗試是對(duì)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)的一次積極探索。整個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程由學(xué)生與教師分工協(xié)作完成，模擬企業(yè)或公司的研發(fā)過(guò)程，從實(shí)訓(xùn)中鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作分工能力、團(tuán)結(jié)互助能力和組織管理能力。為了使學(xué)生有效地完成任務(wù)，每個(gè)步驟都要求學(xué)生進(jìn)行答辯，教師同時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)與評(píng)分，指出他們的不足與改進(jìn)方式方法，從根本上鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力。

在實(shí)施過(guò)程中由于各種原因也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，例如，學(xué)生在購(gòu)買(mǎi)電子元器件時(shí)，和供應(yīng)商溝通不夠清楚，導(dǎo)致錯(cuò)發(fā)、漏發(fā)、數(shù)量不正確等現(xiàn)象?？傊M管實(shí)訓(xùn)探索還存在一些不足和需要改進(jìn)的地方，但是總體上還是激發(fā)了學(xué)生參與實(shí)訓(xùn)的熱情與積極性，也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題的能力，期望能為其他院校的電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程提供一定的借鑒。