電子系統設計課程混合式教學的設計與實現

張虹 劉寧艷 張璞

[摘 要] 為達成復合型、應用型和創新型人才培養的目標，對“電子系統綜合設計與實踐”課程進行了改革。利用Blackboard信息化平臺，從學生的差異化需求出發，建立和組織了涉及面廣、內容眾多的教學資源。采用教師講授和學生線上自學的混合模式，引領學生從原本碎片化的認知中順利過渡到系統設計階段。同時，提供的綜合設計素材，可啟發學生的設計創意，幫助其確定設計方案并順利實施。實踐證明，這種模式不僅便利了教學的組織和管理，還極大地促進了學生的積極性和設計創意，取得了良好的教學效果。

[關鍵詞] 電子系統;綜合設計;實踐教學

[基金項目] 2019年度教育部產學合作項目“基于CDIO的電子系統綜合設計教學改革與實踐”（201902289024）;2019年度西安交通大學本科實踐教學改革研究項目“基于blackboard的‘電子系統設計與實踐課程信息化平臺建設”（19SJZX03）

[作者簡介] 張 虹（1969—），女，上海人，博士，西安交通大學電氣工程學院教授，研究生導師，主要從事數字電子技術與微處理器、電子系統綜合設計實踐研究;劉寧艷（1977—），女，陜西韓城人，碩士，西安交通大學電氣工程學院高級工程師，主要從事嵌入式系統設計研究;張 璞（1980—），女，陜西西安人，工學碩士，西安交通大學電氣工程學院高級工程師，主要從事電子系統設計研究。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）29-0049-04 ? ? ? [收稿日期] 2021-03-17

隨著科學技術的飛速發展，電氣工程學科領域在不斷地拓展。為適應新形勢，對課程內容和教學模式進行重構，以培養復合型、應用型和創新型人才勢在必行[ 1，2 ]。為了更好地達成這一目標，針對開設的“電子系統設計與實踐”課程中存在的問題，通過引入信息化的手段組織和建設教學資源，開展混合式教學，改革考核模式，取得了良好的教學效果。

一、課程存在的問題

（一）內容組織松散

“電子系統設計與實踐”課程以完成一個電子系統設計作品為目標，訓練學生綜合運用以往所學解決實際問題的能力。課程綜合性強、涉及面廣，不僅包括模擬和數字電子技術、微處理器和可編程技術，往往還涉足信號處理、傳感器、接口技術、電路板的制作和安裝、電路和程序的調試技巧等很多方面。對學生而言，有些知識雖已學過，但還是一種碎片化的狀態，而有些則是全新的技術和方法，如一些專用芯片的使用，帶有I2C、SPI接口的芯片的二次開發等，這些都需要學生廣泛搜集資料、學習和掌握。目前學生面對課程要求普遍有種難以適應、不知所措和畏懼的心理。

為此，引入“淘寶式”教學設計方法[3]，即將“淘寶網”中的“購物體驗和服務模式”有機運用于實驗教學之中，從學生的差異化需求出發，因材施教、提供多樣化的實踐教學體驗。在這種模式下，教師作為服務商需要為學生提供豐富的資源供其選擇。因此，建立形式各異的教學資源并以便捷的方式加以組織和呈現，以引領學生從碎片化的認知中順利過渡到系統設計階段是亟待解決的問題。

（二）考核方式單一

目前系統設計課程的成績評定主要以最后的作品驗收為依據，對學習的全過程缺乏應有的監督和可量化的客觀評價，這種只重視結果而忽視過程的考核方法不利于促進學生的日常學習，也容易造成學生平時懶散，最后突擊的情況。本課程總學時為80學時，持續時間長，學生在課程進程中缺乏應有的監督和考核顯然對達成最終的目標十分不利，因此，加強過程性評價及動態監測也是目前課程亟待解決的主要問題之一。

二、教學改革的設計與實現

（一）教學資源的建設

一個電子系統往往由不同的功能模塊構成，而實現同樣的功能可以通過不同的方案和途徑，因此，建立全面、豐富的設計資源，以幫助學生盡可能多地了解相關技術和方法，對其系統設計的順利實施至關重要。微控制器是絕大多數電子系統設計中必不可少的部分，結合學生的實際情況，教師選用結構相對簡單、易于掌握的51系列單片機，以及功能強大，內部資源豐富，但結構復雜，掌握難度較大的stm32兩種類型的單片機供學生選擇。為此，制作了學習課件并錄制了講解視頻。將原本的課堂授課方式改為了線上學習，學生可根據自己的實際情況選擇學習，避免了一刀切。除此之外，為滿足不同設計需求，教師還搜集整理了包括溫度傳感器、超聲波傳感器、時鐘日歷芯片、IC卡、數/模和數模轉換芯片、不同顯示屏大小的液晶在內的眾多模塊的資料和例程，以開闊學生的視野，幫助其確定設計方案。

（二）教學資源的組織

為了把不同門類、不同形式的教學資源以清晰的架構呈現以便學生查閱，教師根據課程內容和進度，在Blackboard上設置了如下欄目[4]：課程簡介、課程大綱、課程公告、教學課件、設計資源、過程考核、課程論壇和優秀作品展等。其中，課程簡介如圖1所示，除文字介紹外，還放置了優秀作品圖片，使學生一開始就對課程目標有一個直觀、形象的了解，同時通過提高趣味性激發學習興趣。

課程教學大綱幫助學生了解課程的基本信息，如學時、學分、教學內容和考核辦法等。課程公告可使學生及時了解教學要求，準確把握學習進度。本課程安排有16學時的理論授課，分別從設計導讀、單片機知識回顧、系統接口電路設計和擴展、系統設計常用模塊電路和專用芯片、硬件和軟件開發工具、電路板的設計與安裝、系統設計常用調試方法和技巧等多方面入手，幫助學生將前期學習中碎片化的知識貫通起來，同時通過一些新技術新方法，如I2C、SPI接口芯片的引入，拓展設計資源，以幫助學生向系統設計階段順利過渡。該部分學時短、內容多，因此除課件外，還錄制了講解視頻。由于視頻容量大，故將其放在“云盤”，學生可通過鏈接自主觀看。基于這些教學資源，理論授課采取了線上學生自學結合教師課堂講解的混合模式。