以賽促改下“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)”課程的教學(xué)研究與實(shí)踐

黎 斌 譚露雯 衛(wèi)靜婷

廣東開(kāi)放大學(xué)廣東理工職業(yè)學(xué)院 廣東廣州 510091

1 概述

電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)是一門為期兩周的實(shí)訓(xùn)課，是我校電子信息工程技術(shù)專業(yè)的綜合實(shí)訓(xùn)課程。該課程是電路分析、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、電子線路設(shè)計(jì)等課程的綜合學(xué)習(xí)應(yīng)用，目的在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能需求分析、物料控制、電路設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)、調(diào)試及樣品制作的能力，促進(jìn)本專業(yè)學(xué)生在模擬真實(shí)的工作環(huán)境與條件下對(duì)電子產(chǎn)品在規(guī)定設(shè)計(jì)方案下的工藝能力和職業(yè)素質(zhì)的提升。課程的重點(diǎn)是掌握電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程及其相關(guān)知識(shí)、技能的綜合應(yīng)用。根據(jù)之前的教學(xué)情況，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：(1)教學(xué)內(nèi)容較為陳舊，缺乏合適的教材，教學(xué)項(xiàng)目與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)差距大；(2)內(nèi)容不夠綜合，忽視PCB設(shè)計(jì)；(3)實(shí)訓(xùn)作品完成率不理想，學(xué)生調(diào)試、排除問(wèn)題能力較差；(4)學(xué)生表達(dá)、溝通能力較差，信心不足。

高職技能競(jìng)賽對(duì)課程改革意義：職業(yè)技能競(jìng)賽反映了職業(yè)教育以就業(yè)為導(dǎo)向，依據(jù)職業(yè)崗位要求，以商業(yè)市場(chǎng)需求設(shè)立比賽內(nèi)容，突出專業(yè)核心能力，提供人才培養(yǎng)方向。隨著職業(yè)院校參與職業(yè)技能競(jìng)賽的程度加深，職業(yè)技能競(jìng)賽在優(yōu)化人才培養(yǎng)方案、促進(jìn)教學(xué)改革和加快校企合作等方面起到了積極作用，“以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促改”已成為發(fā)展職業(yè)教學(xué)，完善培養(yǎng)技能型人才的長(zhǎng)效機(jī)制。廣東省職業(yè)院校學(xué)生專業(yè)技能大賽(高職組)“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)將典型的工作任務(wù)、產(chǎn)品和技術(shù)賽程化，在比賽中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，引導(dǎo)教學(xué)工作的改革。因此，本文結(jié)合近幾年來(lái)本校電子信息工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生參加“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)獲取的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)改革進(jìn)行探索與實(shí)施。

2 電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作賽項(xiàng)促進(jìn)課程教學(xué)改革的可行性

“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)的目標(biāo)：檢驗(yàn)參賽選手在模擬真實(shí)的工作環(huán)境與條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)電子產(chǎn)品在規(guī)定設(shè)計(jì)方案(規(guī)定原理圖與結(jié)構(gòu)要求)下的工藝能力和職業(yè)素養(yǎng)，包括對(duì)常用電子產(chǎn)品制作工具的應(yīng)用能力、電子產(chǎn)品的輔助設(shè)計(jì)能力、電子產(chǎn)品軟硬件調(diào)試能力、電子產(chǎn)品的制作方法和工藝的操作能力、電子儀器儀表的使用能力、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的分析與處理、團(tuán)隊(duì)寫作和創(chuàng)新能力以及安全、環(huán)保意識(shí)。本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行電子產(chǎn)品的功能需求分析，掌握電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，熟練應(yīng)用各種EDA工具，能夠設(shè)計(jì)、繪制和動(dòng)手制作硬件電路，學(xué)會(huì)編寫程序及調(diào)試，能夠?qū)﹄娮赢a(chǎn)品進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試；樹(shù)立學(xué)生學(xué)習(xí)電子制作信心，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學(xué)生的安全與環(huán)保意識(shí)。綜上可知，“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)的目標(biāo)和課程的教學(xué)目標(biāo)是一致的，這也是比賽促進(jìn)本課程教學(xué)改革的基礎(chǔ)。

在“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)中，以智能小車的設(shè)計(jì)及制作為競(jìng)賽內(nèi)容，以STM32F103R6T6單片機(jī)(Cortex-M3為內(nèi)核)或STC15W4K32S4單片機(jī)(增強(qiáng)型8051)為主控制器，考查參賽學(xué)生在電路設(shè)計(jì)、電子元器件的焊接、整機(jī)安裝與調(diào)試、單片機(jī)編程與調(diào)試、技術(shù)文件撰寫和職業(yè)素養(yǎng)等方面的理論知識(shí)和專業(yè)技能。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)課程以51內(nèi)核單片機(jī)(一般采用STC89C52RC單片機(jī))設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，按照單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程開(kāi)展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。從內(nèi)容上看，“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)與本課程雖有細(xì)節(jié)上的差異，但考查知識(shí)點(diǎn)和技能基本相同。

“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)中需要用到的軟件、電子制作工具和儀器設(shè)備，在我校的專業(yè)實(shí)訓(xùn)室里都具備且充足，滿足日常教學(xué)要求。

3 以賽促改下電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)的課程設(shè)計(jì)

隨著高職的擴(kuò)招，來(lái)自中職的學(xué)生較多，學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性差，基礎(chǔ)不扎實(shí)，在專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備、邏輯思維能力和實(shí)踐動(dòng)手方面有所欠缺。另外，本課程是綜合應(yīng)用課程，對(duì)于前導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)效果要求較高，這就導(dǎo)致部分學(xué)生不能真正理解本課程的教學(xué)內(nèi)容，難以跟上正常的學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目難以展開(kāi)，提交實(shí)訓(xùn)作品拖沓現(xiàn)象嚴(yán)重，學(xué)習(xí)效果不理想。因此，結(jié)合上述學(xué)生情況，課程的教學(xué)設(shè)計(jì)借鑒賽項(xiàng)內(nèi)容，參考賽項(xiàng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)內(nèi)容和考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改革。

3.1 教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)

本課程結(jié)合學(xué)生之前所學(xué)，選擇的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為多功能電子時(shí)鐘。由于之前學(xué)生在上單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程時(shí)有所接觸，因此學(xué)生對(duì)此實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目新鮮感不強(qiáng)，且實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容不夠綜合全面。參考賽項(xiàng)內(nèi)容，選擇智能小車作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，這大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于賽項(xiàng)的選題一般密切結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)生活，且為了在眾多優(yōu)秀的參賽學(xué)生中拉開(kāi)距離，增加區(qū)分度，因而要求實(shí)現(xiàn)的功能較多，涉及知識(shí)面廣，要求技能較高。如果直接將賽項(xiàng)內(nèi)容作為課程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，將會(huì)導(dǎo)致大部分學(xué)生難以達(dá)到實(shí)訓(xùn)要求。因此有必要對(duì)賽項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行裁剪，要求實(shí)現(xiàn)一些基本的功能即可，例如小車基本運(yùn)動(dòng)的控制、循跡、狀態(tài)顯示和一些傳感器的應(yīng)用等。

之前，本課程在印制電路板PCB設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)后有動(dòng)手制作PCB的環(huán)節(jié)，由于該過(guò)程較復(fù)雜，學(xué)生容易制作失敗且占用時(shí)間較多?？紤]到這一技能在現(xiàn)實(shí)工作中不再重要，因此取消了手動(dòng)制作PCB，改為學(xué)生自行聯(lián)系PCB制造公司進(jìn)行打樣。這樣不但節(jié)省時(shí)間，還提高學(xué)生作品的成功率。此外，在制作電路時(shí)，參考競(jìng)賽內(nèi)容，將核心控制板和功能板分開(kāi)制作，這樣降低實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的難度，也有助于提高學(xué)生作品成功率。

學(xué)生在之前所學(xué)的相關(guān)課程中已經(jīng)接觸過(guò)一些輔助設(shè)計(jì)、仿真和編程的軟件，如電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)軟件Protel DXP 2004和單片機(jī)C51程序編寫軟件Keil uvision3。參考賽項(xiàng)要求，在教學(xué)中使用較新版本Keil uvision5和Altium Designer15。新版本的軟件雖然操作和功能上有差異，但學(xué)生有使用這些軟件的經(jīng)驗(yàn)，在教師指導(dǎo)下上手較快。

3.2 課程考核方面的改進(jìn)

課程改革前，考核還是以實(shí)訓(xùn)作品為導(dǎo)向，對(duì)于過(guò)程考核不夠重視。通過(guò)參考電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作賽項(xiàng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(如下表)，結(jié)合課程實(shí)際情況，考核成績(jī)分為三部分：平時(shí)成績(jī)30%、過(guò)程考核50%和實(shí)訓(xùn)總結(jié)20%。平時(shí)成績(jī)考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、安全意識(shí)和操作規(guī)范；過(guò)程考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考賽項(xiàng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)教學(xué)項(xiàng)目；實(shí)訓(xùn)總結(jié)包括實(shí)訓(xùn)報(bào)告和答辯。另外，如果一些學(xué)生的實(shí)訓(xùn)作品出現(xiàn)問(wèn)題，相應(yīng)的功能未能實(shí)現(xiàn)，但是這些學(xué)生能夠在答辯和實(shí)訓(xùn)報(bào)告中清晰、全面地分析出現(xiàn)的問(wèn)題并提出解決方法，這樣的學(xué)生還是能夠得到較好的評(píng)價(jià)。

電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作賽項(xiàng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表

4 教學(xué)實(shí)施

在教學(xué)實(shí)施中使用雨課堂作為教學(xué)軟件，雨課堂是由學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學(xué)工具。雨課堂覆蓋了課前—課中—課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，有個(gè)性化報(bào)表、自動(dòng)任務(wù)提醒功能，引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)環(huán)節(jié)，并為教師落實(shí)過(guò)程考核提供數(shù)據(jù)支持。學(xué)生只需要一部聯(lián)網(wǎng)并且安裝微信的手機(jī)，通過(guò)掃碼即可加入并使用，不需要安裝任何軟件；教師可作為PPT(Power-point)的一個(gè)插件在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也可直接在手機(jī)微信上操作。雨課堂需要的學(xué)習(xí)時(shí)間非常短，而且不需要額外的經(jīng)費(fèi)投入。

4.1 課前：線上預(yù)習(xí)課程內(nèi)容

本課程內(nèi)容涉及電路分析、數(shù)字和模擬電子技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)和電子線路設(shè)計(jì)等課程內(nèi)容，要求學(xué)生掌握相關(guān)的知識(shí)與技能，才能完成本課程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。因此，教師會(huì)將本次課所涉及的一些重要知識(shí)和技能通過(guò)雨課堂推送給學(xué)生，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固相關(guān)知識(shí)與技能，同時(shí)設(shè)置一些測(cè)試題，考查學(xué)生的基礎(chǔ)和預(yù)習(xí)情況，方便在課堂教學(xué)時(shí)有針對(duì)性地教學(xué)。

4.2 課中：分組實(shí)訓(xùn)和學(xué)生作品的展示點(diǎn)評(píng)

學(xué)生自由組隊(duì)，兩人為一組，均需要參與硬件電路設(shè)計(jì)、電路焊接調(diào)試和編寫程序三項(xiàng)不同的工作任務(wù)。在完成不同的工作任務(wù)中，由哪個(gè)學(xué)生主導(dǎo)，則由同組學(xué)生自行決定。這種實(shí)訓(xùn)方式極大地鍛煉了學(xué)生溝通和協(xié)作能力。為了防止學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中只涉及一種工作任務(wù)，出現(xiàn)技能訓(xùn)練單一的情況，在本課程的實(shí)訓(xùn)總結(jié)和答辯環(huán)節(jié)中，做總結(jié)和回答問(wèn)題的學(xué)生將由教師隨機(jī)指定。

上課時(shí)，利用雨課堂的簽到功能，學(xué)生通過(guò)掃碼方式進(jìn)入課堂，教師可以通過(guò)手機(jī)或電腦省時(shí)和高效地掌握學(xué)生的情況。教師先講解本次課需要完成的任務(wù)，并結(jié)合課前測(cè)試結(jié)果講解其中涉及的相關(guān)知識(shí)和注意事項(xiàng)，規(guī)定完成時(shí)間，并要求學(xué)生將任務(wù)完成情況上傳到雨課堂(實(shí)物采用拍照的方式上傳到雨課堂)，隨后在課堂中進(jìn)行分享和點(diǎn)評(píng)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成果。課堂教學(xué)按照教師講授—學(xué)生實(shí)訓(xùn)—分享點(diǎn)評(píng)三個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)，貫穿整個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。上課時(shí)充分利用雨課堂的互動(dòng)功能，及時(shí)掌握教學(xué)途中學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能掌握的情況，進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)。例如，利用學(xué)生對(duì)授課PPT、學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成果提出的“不懂”和“彈幕”功能，可以及時(shí)對(duì)不懂的PPT頁(yè)或者知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。之前學(xué)生在課堂上聽(tīng)講時(shí)，較少提問(wèn)，通過(guò)雨課堂的彈幕功能，激發(fā)了學(xué)生上課的熱情，而且一些學(xué)生的想法和創(chuàng)意出現(xiàn)在屏幕上時(shí)，還促使學(xué)生討論和思考，進(jìn)一步提高了教學(xué)效果。雨課堂教學(xué)軟件的使用，使得課堂上師生之間的分享和點(diǎn)評(píng)變得更容易和方便。在教學(xué)效果上，這種教學(xué)方式有利于學(xué)生整體水平的提高。

4.3 課后：實(shí)訓(xùn)內(nèi)容復(fù)習(xí)與總結(jié)學(xué)生實(shí)訓(xùn)情況

學(xué)生在課后的主要任務(wù)是繼續(xù)完善或修改課中實(shí)訓(xùn)任務(wù)，并鞏固課中所學(xué)知識(shí)，通過(guò)雨課堂總結(jié)課堂實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，并完成雨課堂上的作業(yè)(或任務(wù))。教師對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行批改和點(diǎn)評(píng)，點(diǎn)評(píng)的PPT可以通過(guò)雨課堂及時(shí)推送給學(xué)生。對(duì)于一些基礎(chǔ)較好和學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，在實(shí)訓(xùn)任務(wù)中還可以增加一些功能要求，教師對(duì)這些學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo)。雨課堂還提供課程數(shù)據(jù)，具體到學(xué)生每次課的表現(xiàn)情況，方便教師進(jìn)行過(guò)程性考核。之前，本課程教師想要了解學(xué)生的基礎(chǔ)和進(jìn)行課后互動(dòng)，需要投入大量時(shí)間和精力，不容易落實(shí)且學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果一般。通過(guò)使用雨課堂，教師較為容易地實(shí)現(xiàn)了課前和課后的督促，有效地促進(jìn)了師生交流互動(dòng)，強(qiáng)化了課堂教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生整體水平的提高。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)借鑒“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)的競(jìng)賽內(nèi)容、比賽形式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容更加貼近現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活應(yīng)用，更易吸引學(xué)生興趣，項(xiàng)目功能要求和任務(wù)的設(shè)置充分考慮學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和能力，注重過(guò)程的評(píng)價(jià)更能準(zhǔn)確和全面地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，還能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，相比以往教學(xué)效果，在班級(jí)整體水平提升方面效果顯著。以賽促改下，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)更易使學(xué)生達(dá)到課程所要求的知識(shí)、技能和職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)。