以賽促改下“電子產品設計與制作實訓”課程的教學研究與實踐

黎 斌 譚露雯 衛(wèi)靜婷

廣東開放大學廣東理工職業(yè)學院 廣東廣州 510091

1 概述

電子產品設計與制作實訓是一門為期兩周的實訓課，是我校電子信息工程技術專業(yè)的綜合實訓課程。該課程是電路分析、數字電子技術、模擬電子技術、C語言程序設計、單片機原理與接口技術、電子線路設計等課程的綜合學習應用，目的在于培養(yǎng)學生對電子產品設計的功能需求分析、物料控制、電路設計、外形設計、調試及樣品制作的能力，促進本專業(yè)學生在模擬真實的工作環(huán)境與條件下對電子產品在規(guī)定設計方案下的工藝能力和職業(yè)素質的提升。課程的重點是掌握電子產品設計流程及其相關知識、技能的綜合應用。根據之前的教學情況，發(fā)現存在以下問題：(1)教學內容較為陳舊，缺乏合適的教材，教學項目與產品標準差距大；(2)內容不夠綜合，忽視PCB設計；(3)實訓作品完成率不理想，學生調試、排除問題能力較差；(4)學生表達、溝通能力較差，信心不足。

高職技能競賽對課程改革意義：職業(yè)技能競賽反映了職業(yè)教育以就業(yè)為導向，依據職業(yè)崗位要求，以商業(yè)市場需求設立比賽內容，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)技能競賽的程度加深，職業(yè)技能競賽在優(yōu)化人才培養(yǎng)方案、促進教學改革和加快校企合作等方面起到了積極作用，“以賽促學、以賽促教、以賽促改”已成為發(fā)展職業(yè)教學，完善培養(yǎng)技能型人才的長效機制。廣東省職業(yè)院校學生專業(yè)技能大賽(高職組)“電子產品設計及制作”賽項將典型的工作任務、產品和技術賽程化，在比賽中發(fā)現和解決問題，引導教學工作的改革。因此，本文結合近幾年來本校電子信息工程技術專業(yè)學生參加“電子產品設計及制作”賽項獲取的經驗，對電子產品設計與制作實訓課程的教學改革進行探索與實施。

2 電子產品設計及制作賽項促進課程教學改革的可行性

“電子產品設計及制作”賽項的目標：檢驗參賽選手在模擬真實的工作環(huán)境與條件下實現對電子產品在規(guī)定設計方案(規(guī)定原理圖與結構要求)下的工藝能力和職業(yè)素養(yǎng)，包括對常用電子產品制作工具的應用能力、電子產品的輔助設計能力、電子產品軟硬件調試能力、電子產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、現場問題的分析與處理、團隊寫作和創(chuàng)新能力以及安全、環(huán)保意識。本課程的教學目標是使學生能夠根據實際應用要求進行電子產品的功能需求分析，掌握電子產品設計的一般方法和步驟，熟練應用各種EDA工具，能夠設計、繪制和動手制作硬件電路，學會編寫程序及調試，能夠對電子產品進行軟硬件聯(lián)合調試；樹立學生學習電子制作信心，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作和創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學生的安全與環(huán)保意識。綜上可知，“電子產品設計及制作”賽項的目標和課程的教學目標是一致的，這也是比賽促進本課程教學改革的基礎。

在“電子產品設計及制作”賽項中，以智能小車的設計及制作為競賽內容，以STM32F103R6T6單片機(Cortex-M3為內核)或STC15W4K32S4單片機(增強型8051)為主控制器，考查參賽學生在電路設計、電子元器件的焊接、整機安裝與調試、單片機編程與調試、技術文件撰寫和職業(yè)素養(yǎng)等方面的理論知識和專業(yè)技能。電子產品設計與制作實訓課程以51內核單片機(一般采用STC89C52RC單片機)設計教學項目，按照單片機應用系統(tǒng)開發(fā)流程開展實訓項目。從內容上看，“電子產品設計及制作”賽項與本課程雖有細節(jié)上的差異，但考查知識點和技能基本相同。

“電子產品設計及制作”賽項中需要用到的軟件、電子制作工具和儀器設備，在我校的專業(yè)實訓室里都具備且充足，滿足日常教學要求。

3 以賽促改下電子產品設計與制作實訓的課程設計

隨著高職的擴招，來自中職的學生較多，學生的學習自覺性差，基礎不扎實，在專業(yè)知識儲備、邏輯思維能力和實踐動手方面有所欠缺。另外，本課程是綜合應用課程，對于前導課程的學習效果要求較高，這就導致部分學生不能真正理解本課程的教學內容，難以跟上正常的學習進度，實訓項目難以展開，提交實訓作品拖沓現象嚴重，學習效果不理想。因此，結合上述學生情況，課程的教學設計借鑒賽項內容，參考賽項的評分標準，對電子產品設計與制作實訓課程的教學內容和考核標準進行改革。

3.1 教學內容的改進

本課程結合學生之前所學，選擇的實訓項目為多功能電子時鐘。由于之前學生在上單片機原理與接口技術課程時有所接觸，因此學生對此實訓項目新鮮感不強，且實訓項目內容不夠綜合全面。參考賽項內容，選擇智能小車作為實訓項目，這大大提高了學生的學習興趣。由于賽項的選題一般密切結合實際生產生活，且為了在眾多優(yōu)秀的參賽學生中拉開距離，增加區(qū)分度，因而要求實現的功能較多，涉及知識面廣，要求技能較高。如果直接將賽項內容作為課程的實訓項目，將會導致大部分學生難以達到實訓要求。因此有必要對賽項內容進行裁剪，要求實現一些基本的功能即可，例如小車基本運動的控制、循跡、狀態(tài)顯示和一些傳感器的應用等。

之前，本課程在印制電路板PCB設計實訓環(huán)節(jié)后有動手制作PCB的環(huán)節(jié)，由于該過程較復雜，學生容易制作失敗且占用時間較多。考慮到這一技能在現實工作中不再重要，因此取消了手動制作PCB，改為學生自行聯(lián)系PCB制造公司進行打樣。這樣不但節(jié)省時間，還提高學生作品的成功率。此外，在制作電路時，參考競賽內容，將核心控制板和功能板分開制作，這樣降低實訓項目的難度，也有助于提高學生作品成功率。

學生在之前所學的相關課程中已經接觸過一些輔助設計、仿真和編程的軟件，如電路原理圖和PCB設計軟件Protel DXP 2004和單片機C51程序編寫軟件Keil uvision3。參考賽項要求，在教學中使用較新版本Keil uvision5和Altium Designer15。新版本的軟件雖然操作和功能上有差異，但學生有使用這些軟件的經驗，在教師指導下上手較快。

3.2 課程考核方面的改進

課程改革前，考核還是以實訓作品為導向，對于過程考核不夠重視。通過參考電子產品設計及制作賽項的評分標準(如下表)，結合課程實際情況，考核成績分為三部分：平時成績30%、過程考核50%和實訓總結20%。平時成績考察學生的學習態(tài)度、出勤情況、團隊協(xié)作、安全意識和操作規(guī)范；過程考核評分標準參考賽項評分標準評價教學項目；實訓總結包括實訓報告和答辯。另外，如果一些學生的實訓作品出現問題，相應的功能未能實現，但是這些學生能夠在答辯和實訓報告中清晰、全面地分析出現的問題并提出解決方法，這樣的學生還是能夠得到較好的評價。

電子產品設計及制作賽項的評分標準表

4 教學實施

在教學實施中使用雨課堂作為教學軟件，雨課堂是由學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發(fā)的基于移動互聯(lián)網與大數據背景下的智慧教學工具。雨課堂覆蓋了課前—課中—課后的每一個教學環(huán)節(jié)，有個性化報表、自動任務提醒功能，引導學生參與教學環(huán)節(jié)，并為教師落實過程考核提供數據支持。學生只需要一部聯(lián)網并且安裝微信的手機，通過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)的一個插件在計算機上運行，也可直接在手機微信上操作。雨課堂需要的學習時間非常短，而且不需要額外的經費投入。

4.1 課前：線上預習課程內容

本課程內容涉及電路分析、數字和模擬電子技術、C語言程序設計、單片機和電子線路設計等課程內容，要求學生掌握相關的知識與技能，才能完成本課程的實訓項目。因此，教師會將本次課所涉及的一些重要知識和技能通過雨課堂推送給學生，幫助學生復習和鞏固相關知識與技能，同時設置一些測試題，考查學生的基礎和預習情況，方便在課堂教學時有針對性地教學。

4.2 課中：分組實訓和學生作品的展示點評

學生自由組隊，兩人為一組，均需要參與硬件電路設計、電路焊接調試和編寫程序三項不同的工作任務。在完成不同的工作任務中，由哪個學生主導，則由同組學生自行決定。這種實訓方式極大地鍛煉了學生溝通和協(xié)作能力。為了防止學生在實訓中只涉及一種工作任務，出現技能訓練單一的情況，在本課程的實訓總結和答辯環(huán)節(jié)中，做總結和回答問題的學生將由教師隨機指定。

上課時，利用雨課堂的簽到功能，學生通過掃碼方式進入課堂，教師可以通過手機或電腦省時和高效地掌握學生的情況。教師先講解本次課需要完成的任務，并結合課前測試結果講解其中涉及的相關知識和注意事項，規(guī)定完成時間，并要求學生將任務完成情況上傳到雨課堂(實物采用拍照的方式上傳到雨課堂)，隨后在課堂中進行分享和點評學生的實訓成果。課堂教學按照教師講授—學生實訓—分享點評三個環(huán)節(jié)循環(huán)，貫穿整個實訓項目。上課時充分利用雨課堂的互動功能，及時掌握教學途中學生對知識和技能掌握的情況，進行針對性教學。例如，利用學生對授課PPT、學生的實訓成果提出的“不懂”和“彈幕”功能，可以及時對不懂的PPT頁或者知識點進行講解。之前學生在課堂上聽講時，較少提問，通過雨課堂的彈幕功能，激發(fā)了學生上課的熱情，而且一些學生的想法和創(chuàng)意出現在屏幕上時，還促使學生討論和思考，進一步提高了教學效果。雨課堂教學軟件的使用，使得課堂上師生之間的分享和點評變得更容易和方便。在教學效果上，這種教學方式有利于學生整體水平的提高。

4.3 課后：實訓內容復習與總結學生實訓情況

學生在課后的主要任務是繼續(xù)完善或修改課中實訓任務，并鞏固課中所學知識，通過雨課堂總結課堂實訓內容，并完成雨課堂上的作業(yè)(或任務)。教師對學生的作業(yè)進行批改和點評，點評的PPT可以通過雨課堂及時推送給學生。對于一些基礎較好和學習能力較強的學生，在實訓任務中還可以增加一些功能要求，教師對這些學生進行個性化輔導。雨課堂還提供課程數據，具體到學生每次課的表現情況，方便教師進行過程性考核。之前，本課程教師想要了解學生的基礎和進行課后互動，需要投入大量時間和精力，不容易落實且學生整體學習效果一般。通過使用雨課堂，教師較為容易地實現了課前和課后的督促，有效地促進了師生交流互動，強化了課堂教學效果，實現了學生整體水平的提高。

結語

通過借鑒“電子產品設計及制作”賽項的競賽內容、比賽形式和評分標準，電子產品設計與制作實訓課程教學內容更加貼近現實生產生活應用，更易吸引學生興趣，項目功能要求和任務的設置充分考慮學生所學的專業(yè)知識和能力，注重過程的評價更能準確和全面地評估學生的學習情況，還能夠提高學生的學習信心，相比以往教學效果，在班級整體水平提升方面效果顯著。以賽促改下，電子產品設計與制作實訓課程的教學更易使學生達到課程所要求的知識、技能和職業(yè)素養(yǎng)目標。