电子线路课程设计在实践及国际课程周的改革初探

曹晓燕，涂国强，李 雷

自2012年开始,四川大学在每学年春季学期末开设 “实践及国际课程周”[1],学时数为48,主要安排了短期课程、学科竞赛培训课程[2]、学术前沿、创新创业系列讲座、创新创业项目[3]和科研训练、实习、实训、“国际交流营”和 “海外留学经验”交流会活动等丰富多彩的项目选择。

电子线路综合课程设计是依托于电子系统设计与实践基础课程之上的一门综合设计性课程[4]。课程存在实验项目单一、考核不合理、学生专业及能力有差异等问题,影响了教学效果。本文提出了多项实验项目自主选择[5]以及阶梯形的考核体制[6],学生可以根据自身专业要求、兴趣爱好以及能力的高低自主选择实验项目,在实践设计及制作过程中能够学到更多的设计与实践知识,提升独立动手能力,开发创新意识,从而使课程更加符合实践周 “全方位、多元化”的宗旨,起到承接理论基础知识,又连接专业课知识的作用。

1 课程教学中存在的普遍问题

电子线路综合课程设计主要面向本科二年级的所有电类学生开设,涉及的内容既包括理论知识,如元件的识别与测试、电路的设计与仿真、单片机的接口及其编程、数字电路和模拟电路的相关知识、各种传感器知识等；又包括实践知识,如电子产品的手工焊接技能、电子系统的制作与调试以及各种检测仪器仪表的熟练使用。通过长期的教学实践,本文发现目前该课程存在以下3个方面的问题。

1)实验内容单一。

课程最初的主要内容是基于FPGA的小车循迹实验[7],学生对教师提供的基础实验测试程序进行修改以实现小车的前进、后退以及循迹,实验内容单一,不能满足各个专业以及不同能力学生的需求,学生独立思考能力不足,不能充分培养学生的创新意识,教学效果较差。

2)实验考核不合理。

在以往的考核中,3名学生一组,以组为单位,对最终做出的实验作品进行考核,这样的考核方式导致60以上的同学在参与实验的过程中不能积极参与到实验中,“抱大腿”和弄虚作假的现象非常普遍,不能如实反映每个学生的实践能力,从而导致教学效果不理想,不利于培养学生独立思考以及分析问题解决问题的能力。

3)学生专业要求、能力存在差异。

课程面向电力、通信、自动化等多个专业的学生开设,不同的专业侧重点不同。另外,学生的能力高低也存在较大的差异。如果采用单一的实验和统一的考核标准显然不能满足所有学生的需求,也不能充分发挥课程的作用。

2 课程体系构建

电子线路综合课程设计开设在学生有了电子系统工艺以及FPGA的基础知识之后,基于电工电子基础实验教学中心现有硬件资源进行实验。实验硬件资源主要包括FPGA实验箱、沙漏、单片机小车以及FPGA小车。针对硬件资源,配套的软件主要是实现FPGA编程的Quartus II[8]和实现单片机编程的KeilC[9]。

在以往的课程中主要以FPGA小车为主,考虑到大部分学生的基础能力有限,实验内容相对简单,学生只能按部就班地完成实验要求,导致成绩优异的学生在短时间内就完成了实验项目,在实践周的其他时间无事可做,自身能力的提高受到了限制；而基础能力差的学生又不能按时完成实践,课程不能充分发挥其应有的作用。为了解决以上问题,调动学生的实验兴趣及积极性,本文提出了多项目实验,给出难易程度不同的实验项目,学生可以根据自身能力的不同,自主选择实验项目进行实验。

2.1 多项目实验内容

在满足实验大纲要求的前提下,设置实验项目的内容主要以趣味性和实用性为主,同时突出“实践及国际课程周”的特色,运用现有的实验硬件资源,经过不断地实践与摸索,课程陆续从单一实验项目向多实验项目改革,并针对实验项目的增加提出了阶梯形的考核体制。目前课程拟出的实验项目[10-12]如表1所示。

表1 实验项目列表

学生在实践周中根据自身能力及专业要求自主选择设计并完成1个实验项目,制作出可执行的作品。因为基于FPGA的智能交通灯题目相对比较简单,因而设置该题目的满分为80分,即就算学生非常完美地完成该题目,最高也只能获得80分的成绩；题目2和题目3要难一些,因而设置满分为90分,题目4和题目5为综合性相对更强的题目,因而设置满分为100分。同时给出附加功能加分的政策,即学生在完成实验基本要求的情况下,可以根据自身专业要求,考虑自身能力,自行设计加入相应的如语音、无线等附加功能。

将学生按3人一组分组,为了防止学生作弊,也为了能让学生更好地发挥自身能力,在实践开始前,给出4个学时的时间,让每个组的学生查找资料了解题目要求,根据自身能力选择能够完成的题目,并递交一份开题报告给实验老师。开题报告的内容主要包括选择的实践题目、实践预期完成的目标以及基本的设计思路等。

2.2 实验成绩评定

在实践周的最后2天对学生2周实践的成果进行验收。实验总成绩为实验项目完成的成绩、附加功能的成绩和答辩成绩三部分之和。选择的实验项目根据完成的情况以及效果给予60～100分的成绩,但是需要乘以0.8后加入总成绩。学生根据自身专业要求设计的附加功能,如语音提示功能、液晶显示功能和无线控制功能等,根据完成的情况可以获得0～10分的成绩。另外为了能够让每个学生都参与到实践中,防止学生作弊现象的发生,实验完成后组织学生分组答辩,给予学生0～10分的答辩成绩。答辩要求学生准备PPT,详细讲解自己的设计思路及实现的功能,提问同组学生不同的关键性问题,了解学生在实践过程中所做的工作,根据贡献的不同给同组学生不同的答辩成绩。

2.3 实验改革成果总结与分析

课程最终收到了很满意的结果,学生充满自豪感,觉得自己的成绩都是靠自身努力和辛苦获得,同时学生受益匪浅,认为从中学到了很多有用的知识,尤其是部分优秀的学生在题目的基础上进行改进,增加很多附加功能,得到了很好的实践成果。增加无线遥控功能的小车和增加液晶显示功能的小车,如图1和图2所示。

图1 增加无线遥控功能的小车

图2 增加液晶显示功能的小车

课程经过改革后,以一个教学班72人为例,实验改革前后分数段分布对比如表2所示。

表2 实验改革前后分数段分布对比表

从表2中可以看出,经过实验改革后,学生的成绩分布更加均匀,更能充分反映每个学生的真实能力。每一位学生都积极参与到了实践中,自身的动手能力、独立思考能力以及创新能力都得到了很好的锻炼和提升。

3 结束语

“实践及国际课程周”对学生与教师都是一个全新而有挑战性的平台,要充分利用好这个平台,找到一种适合人才培养需求的教学模式是一项长期而艰巨的工程,只有在教学中不断实践并总结经验,积极调动教师的积极性及学生的兴趣才能起到理想的效果。本次电子线路综合实验采用多实验项目选择和阶梯性实验结果考核的教学模式,不仅提高了不同专业、不同基础的学生对实验的兴趣,提升了学生独立动手的能力,开发了学生的创新意识,而且使课程更加符合实践周 “全方位、多元化”的宗旨,起到了从基础理论、基础实验到综合实验过渡的作用,也起到了从基础知识到专业知识转变的承上启下作用,为各类竞赛和大学生创新创业项目发掘和培养了一批有潜力的优秀人才。

[1]吴丽娟,李柳.以小学期为平台的实践教学改革与探索[J].沈阳师范大学学报 (自然科学版),2013,31(3)：421-424.

[2]杨志东,陈小桥.学科竞赛与创新人才培养模式的探索与研究——以电子类学科竞赛为例[J].实验技术与管理,2016(2).

[3]刘长宏,李晓辉,李刚,等.大学生创新创业训练计划项目的实践与探索[J].实验室研究与探索,2014,33(5)：163-166.

[4]龚军,罗杰,汪小燕,等.电子线路综合设计实验的开放式教学实践[J].实验室研究与探索,2008,27(7)：27-30.

[5]印月.电子技术实验 “自助”式教学模式初探[J].实验科学与技术,2014,12(3)：88-89.

[6]项伟峰.高职商务英语专业阶梯形实践教学体系的构建与探索[J].广东轻工职业技术学院学报,2013,12(1)：47-50.

[7]段丽娜.基于FPGA的智能小车设计[J].电子设计工程,2014,22(9)：184-190.

[8]叶青娣,陈正宇.Quartus II 4.1在综合性实践教学中的应用[J].金陵科技学院学报,2005,21(1)：39-42.

[9]万胜前.基于KeilC51软件的电子钟设计与制作[J].鄂州大学学报,2007,14(2)：17-19.

[10]张晓荣,李永红.智能交通灯的设计及其FPGA的实现[J].传感器世界,2013,19(12)：27-30.

[11]熊刚,陈高锋,刘晨.单片机控制的多路花式流水灯[J].电子世界,2015(13)：89-89.

[12]张岩,裴晓敏,付韶彬.基于单片机的智能循迹小车设计[J].国外电子测量技术,2014,33(3)：51-54.