計算機(jī)專業(yè)電子工程訓(xùn)練的改革與實施

廖秋麗　譚新德　白雁力　吳姝芹　范勇

基金項目：

2019年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目（2019JGB196）;桂林電子科技大學(xué)教學(xué)改革項目（JGA201806、JGB201802）;國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（201910595027）。

摘 要

區(qū)別于傳統(tǒng)的電子信息類專業(yè)，針對計算機(jī)類專業(yè)的特點，在其電子工程訓(xùn)練實習(xí)課程中引入開源硬件Arduino的設(shè)計、制作和開發(fā)，在傳統(tǒng)的教學(xué)方法上加入實例教學(xué)和項目式教學(xué)方法，構(gòu)建公平合理的多元化全面考核評價體系，旨在通過虛實結(jié)合的方式培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞

電子工程訓(xùn)練;專業(yè)特點;Arduino

中圖分類號： G642;TN0-4;TN949.192文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.039

教育部啟動的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，要求持續(xù)深化工程教育改革，加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才。順應(yīng)社會的發(fā)展趨勢，計算機(jī)專業(yè)也增設(shè)了電子工程訓(xùn)練課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實踐能力和創(chuàng)新精神。因此，針對桂林電子科技大學(xué)計算機(jī)專業(yè)的特點和學(xué)科優(yōu)勢，通過完善、豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程安排，建設(shè)一種以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的創(chuàng)新實訓(xùn)模式，對培養(yǎng)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、能夠適應(yīng)市場要求和社會發(fā)展需要的卓越工程師具有重要的意義。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我校電子工程訓(xùn)練中心開設(shè)的《電子工程訓(xùn)練》課程是一門綜合性較強(qiáng)的實踐課程，是專門面向計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)大三的學(xué)生而開設(shè)的，實訓(xùn)的主要內(nèi)容為：51單片機(jī)電路設(shè)計、電路板制作和調(diào)試;手工焊接練習(xí);收音機(jī)的焊接、裝配與調(diào)試。通過此次實習(xí)，學(xué)生能掌握基本的電子技術(shù)知識，了解電子產(chǎn)品的制作流程，實踐動手能力得到進(jìn)一步提高。

《電子工程訓(xùn)練》課程在前期教改的基礎(chǔ)上，雖然取得一定的效果，但是還是存在一系列問題：第一、實訓(xùn)內(nèi)容陳舊。首先，收音機(jī)的焊接、裝配、調(diào)試和檢測等內(nèi)容已延續(xù)很多年，學(xué)生機(jī)械式的進(jìn)行實驗，對產(chǎn)品的原理、設(shè)計無法理解。學(xué)生的思維活動完全限制在教師預(yù)先安排好的軌道上運(yùn)行，缺乏獨立思考的機(jī)會，創(chuàng)新精神和獨立獲取知識的能力得不到培養(yǎng)，不能激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性，學(xué)生難以形成工程設(shè)計的整體概念。其次，51單片機(jī)電路設(shè)計、電路板制作和調(diào)試等內(nèi)容在一定程度上可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并發(fā)揮其創(chuàng)新能力，但是，51單片機(jī)功能單一，可擴(kuò)展性差，開展實驗有限，學(xué)生的創(chuàng)新力得不到充分展現(xiàn)，而且，使用51單片機(jī)還需要了解單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器的設(shè)置，這對于計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，在短短幾天的時間里掌握并應(yīng)用是有一定難度的;第二、實訓(xùn)各項目間聯(lián)系不大，收音機(jī)和單片機(jī)是兩個完全不一樣的產(chǎn)品，除去焊接練習(xí)、考核驗收的時間外，剩下的7天里要完成這兩個聯(lián)系不大的項目，時間有點緊張，只能完成基本的內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生自己發(fā)揮的機(jī)會較少，學(xué)生得不到創(chuàng)新訓(xùn)練的體驗;第三、實習(xí)方式不夠靈活，學(xué)生人數(shù)較多。基于此，對現(xiàn)有的《電子工程訓(xùn)練》教學(xué)內(nèi)容和模式進(jìn)行改革，構(gòu)建培養(yǎng)工程科技人才的教學(xué)模式勢在必行。

2 教學(xué)改革與實施

2.1 根據(jù)專業(yè)特點，為學(xué)生量身打造教學(xué)內(nèi)容

桂林電子科技大學(xué)《電子工程訓(xùn)練》課程是一門綜合性較強(qiáng)的實踐課程，是專門面向計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（含卓越班）大三的學(xué)生而開設(shè)的，學(xué)生已先學(xué)習(xí)了電工電子類課程，特長是編程，只是還未形成工程理念，把它們聯(lián)系起來進(jìn)行設(shè)計應(yīng)用。因此，針對計算機(jī)專業(yè)的特殊性和學(xué)生個人能力的高低，為學(xué)生量身打造與專業(yè)緊密相關(guān)的綜合性實習(xí)內(nèi)容，把軟硬件結(jié)合起來，在硬件平臺上，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生可設(shè)計出較復(fù)雜的項目，創(chuàng)新能力和個人水平可得到充分發(fā)揮。

傳統(tǒng)的51單片機(jī)功能單一，擴(kuò)展性差，開展實驗有限，與之相比，開源硬件Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，軟硬件完全開放，從Arduino相關(guān)網(wǎng)站、博客、論壇里可獲得大量的共享資源，學(xué)生可以不需要了解其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器設(shè)置，就可發(fā)揮自己的編程特長快速應(yīng)用。因此，可以把Arduino的設(shè)計開發(fā)引入《電子工程訓(xùn)練》，老師在Arduino網(wǎng)站上為學(xué)生挑選某個電路圖，學(xué)生用DXP軟件進(jìn)行PCB設(shè)計，隨后制板、焊接、裝配、調(diào)試，最后編寫程序下載到自己調(diào)試好的Arduino電路板上，水平層次不同的學(xué)生可實現(xiàn)不同難度的項目。學(xué)生從硬件設(shè)計到軟件調(diào)試，獨立完成了一個電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作、調(diào)試、開發(fā)，既培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識，又使學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力、自己解決問題的能力得到進(jìn)一步提高，而且，還讓學(xué)生接觸到了科技的前沿。

2.2 建立基于Arduino開發(fā)平臺的實驗室

在強(qiáng)化課堂教學(xué)的同時，面向?qū)W生建立基于Arduino開發(fā)平臺的實驗室。實習(xí)課程結(jié)束后，學(xué)生自己完成的Arduino電路板會讓學(xué)生帶走，為了能讓學(xué)生在課程結(jié)束后還能學(xué)以致用，甚至強(qiáng)化，工程訓(xùn)練中心可以開設(shè)一個實驗室，給學(xué)生提供Arduino實驗開發(fā)板、面包板、面包板連接線和電子元器件，并配備穩(wěn)壓電源。學(xué)生可以利用面包板搭建外設(shè)電路，與學(xué)生自己的Arduino主控板進(jìn)行連接，實現(xiàn)各種各樣的功能，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力，為學(xué)生參加科技競賽打下堅實的基礎(chǔ)。

2.3 完善教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生向創(chuàng)新能力方向發(fā)展

不同的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用不同的教學(xué)方法，例如，在硬件電路設(shè)計環(huán)節(jié)，可采用統(tǒng)一授課的方式，對于制板環(huán)節(jié)，可通過學(xué)生組隊的方式來完成，焊接裝配則以視頻和演示為主，軟件編程環(huán)節(jié)，實施案例教學(xué)、項目式教學(xué)方法，注重綜合性項目訓(xùn)練，老師以引導(dǎo)為主，鼓勵學(xué)生獨立完成創(chuàng)意，預(yù)留一定空間讓學(xué)生自由發(fā)揮，引導(dǎo)學(xué)生向創(chuàng)新能力方向發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)生工程意識。

2.4 構(gòu)建公平合理的多元化全面考核評價體系

評價教學(xué)效果很難采用統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，對于實踐性教學(xué)而言，更應(yīng)側(cè)重實習(xí)過程而不是結(jié)果，構(gòu)建“過程體驗、平時表現(xiàn)、創(chuàng)新意識、個性發(fā)展、團(tuán)隊合作、個人貢獻(xiàn)”的多元化評價理念。基礎(chǔ)階段注重學(xué)生對工程概念和實踐技能的掌握程度;綜合應(yīng)用階段突顯知識綜合運(yùn)用和創(chuàng)新意識的考核;創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)偏重于創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力及個人貢獻(xiàn)程度的綜合考核;對自主設(shè)計實踐項目、重點突出、思路清晰、方案合理、創(chuàng)新意識強(qiáng)團(tuán)隊給予適當(dāng)加分獎勵。

3 總結(jié)

對計算機(jī)專業(yè)電子工程訓(xùn)練現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，改變目前教學(xué)內(nèi)容過于陳舊、單一、與專業(yè)結(jié)合不緊密的局面，并完善該課程的教學(xué)體系，在以后的教學(xué)過程中不斷總結(jié)提高，及時補(bǔ)充新的教學(xué)內(nèi)容。全面落實“學(xué)習(xí)工藝知識、提高綜合素質(zhì)、增強(qiáng)工程實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力”的實踐教學(xué)內(nèi)涵，培養(yǎng)大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量、多類型的卓越工程師。