電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I項目化教學(xué)改革實踐

摘要：針對傳統(tǒng)課程知識聯(lián)系不緊密和課堂教學(xué)單一枯燥的特點，探究電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I課程項目化教學(xué)改革與實踐的具體方法，重點介紹課程教學(xué)改革的學(xué)情分析、教學(xué)設(shè)計、項目教學(xué)內(nèi)容和課程評價考核方式。項目化教學(xué)改革能夠更好地聯(lián)系課程間的知識點，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，對學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)和發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I；項目化教學(xué)；教學(xué)改革；思政教育

文章編號：1671-489X（05）10-0055-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.10.055

0 引言

電子電路設(shè)計是現(xiàn)代集成電路的一個重要分支，也是電子信息專業(yè)的重要課程，是數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、單片機、FPGA、人工智能等課程必不可少的先行課程。相關(guān)課程教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對電路原理圖、電子元器件理解不夠透徹，更難以理解整個電路板印制流程，對于電烙鐵的使用也極不規(guī)范。基于上述不足，有效提高學(xué)生的問題分析能力和工程實踐能力是課程教學(xué)改革的重要出發(fā)點。

目前，大多數(shù)院校對于電子信息工程專業(yè)都會開設(shè)AD（AltiumDesigner）、EDA（ElectronicDe-signAutomation）和電子實訓(xùn)類課程，通過課程教學(xué)能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。但是課程間缺乏聯(lián)系，不能有效地形成閉環(huán)，難以讓學(xué)生深入地理解實際工程項目開發(fā)流程。因此，進(jìn)行教學(xué)改革和教學(xué)創(chuàng)新，提高學(xué)生工程實踐能力尤為重要?；诖耍娮釉O(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I采用項目化教學(xué)方式實施。通過該門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠具備一定的電路設(shè)計能力，了解各元器件的作用及其識別方法，熟悉電子產(chǎn)品裝配和錫焊接技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上掌握程序調(diào)試的一般方法，培養(yǎng)專業(yè)興趣，增強專業(yè)意識，進(jìn)而有效加深對所學(xué)知識的理解，提升動手能力[1-4]。

1學(xué)情分析

1.1 基礎(chǔ)知識儲備

在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生已經(jīng)掌握電路分析的基本知識，能夠理解電路分析中的基本理論和學(xué)習(xí)方法。除此之外，學(xué)生已經(jīng)完成電子信息工程專業(yè)導(dǎo)論課、計算機語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)，但是基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生仍需要在學(xué)習(xí)過程中不斷強化知識點、夯實基礎(chǔ)。

1.2 課程學(xué)習(xí)情況

64學(xué)時的集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)小組能夠按照教學(xué)要求完成任務(wù)，學(xué)生對項目實踐有較為濃厚的興趣，但在自主學(xué)習(xí)和擴(kuò)展創(chuàng)新功能方面還有待加強。個別學(xué)生學(xué)習(xí)能力較弱或上課表現(xiàn)不佳，針對這部分學(xué)生在課堂教學(xué)中積極引導(dǎo)，并讓組內(nèi)能力強的學(xué)生一對一幫扶。

1.3 存在的困難

由實驗轉(zhuǎn)變成項目化課程，學(xué)生難以快速適應(yīng)，不能第一時間建立良好的工程思維和職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，發(fā)揮項目化課程的優(yōu)勢。

2 教學(xué)設(shè)計

整個教學(xué)過程包括課前、課中和課后。課前，教師的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)清單下發(fā)，項目需求和指標(biāo)下發(fā)，確定小組數(shù)量；學(xué)生需要按照學(xué)習(xí)清單完成FIF平臺視頻的預(yù)習(xí)、資料的查閱以及組員和組長的確定。課中，教師的主要任務(wù)是AD/EDA基礎(chǔ)知識講解，布置作業(yè)強化學(xué)習(xí)效果，收音機調(diào)幅調(diào)頻原理講解，收音機各元器件的介紹，使用電烙鐵在焊接過程中注意的事項，Kei1軟件的使用講解，以及項目指導(dǎo)和驗收；學(xué)生的主要任務(wù)是原理圖、

PCB圖繪制，收音機焊接與調(diào)試，單片機最小系統(tǒng)焊接，項目合格性測試，以及項目成果分享等。課后，教師的主要任務(wù)是作業(yè)批閱、項目指導(dǎo)、結(jié)題報告批閱以及教學(xué)反思；學(xué)生的主要任務(wù)有作業(yè)撰寫、項目軟硬件調(diào)試、問題反思以及項目結(jié)題報告撰寫。思政教育貫穿整個教學(xué)過程，重點突出家國使命和工程倫理兩方面，同時在整個課程中借助AIGC（Artificial Intelligence Generated Con-tent，生成式人工智能）賦能，教學(xué)設(shè)計如圖1所示。

2.1 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)最新版培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I課程的教學(xué)目標(biāo)分為四個部分。

2.1.1 知識目標(biāo)

掌握AD/EDA軟件的使用方法，了解各元器件的作用，理解調(diào)幅調(diào)頻電路的基本原理，掌握焊接技巧。

2.1.2 能力目標(biāo)

熟練使用繪圖軟件、編程軟件，能夠理解各元器件的工作機理，熟練進(jìn)行元器件連接、元器件焊接、軟硬件調(diào)試和電路測試。

2.1.3 素養(yǎng)目標(biāo)

具有自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作的精神，能夠綜合運用已有的知識解決實際問題，培養(yǎng)工程意識和創(chuàng)新精神。

2.1.4 思政目標(biāo)

在學(xué)習(xí)和工作中具有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、專注負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，能夠與時俱進(jìn)、敢為人先、勇于實踐，具有探索新知的好奇心和挑戰(zhàn)權(quán)威的批判精神，具有承受挫折的堅強意志和溝通合作的團(tuán)隊精神以及良好的工匠精神與社會責(zé)任感。

2.2 課程教學(xué)內(nèi)容

課程名稱為電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I，屬于集中實踐教學(xué)課程，共4學(xué)分，64課時，面向?qū)ο鬄殡娮有畔⒐こ虒I(yè)大一學(xué)生。該門課授課周期為四周，每周均有對應(yīng)的學(xué)習(xí)主題和學(xué)習(xí)任務(wù)。整個課程含有豐富的線上學(xué)習(xí)資源，如FIF平臺、訊飛AI課堂等，配備對應(yīng)課程的知識點講解教學(xué)、學(xué)科競賽視頻以及電子信息行業(yè)前沿技術(shù)視頻，學(xué)生在視頻學(xué)習(xí)過程中需要完成配套的課前測試題，通過測試題的評測能夠更好地檢驗學(xué)習(xí)情況。線下資源的教學(xué)大綱、授課計劃表、教案、項目指導(dǎo)書等能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。在整個教學(xué)設(shè)計過程中將思政教育貫穿課前、課中和課后，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和工程倫理道德。在授課過程中鼓勵學(xué)生使用AIGC工具輔助學(xué)習(xí)，完成相應(yīng)項目結(jié)題報告等內(nèi)容的撰寫，通過該門課程的學(xué)習(xí)把專業(yè)實踐操作與理論知識有機地融為一體[5-7]。

課程教學(xué)任務(wù)主要包括繪圖設(shè)計、硬件焊接、軟件設(shè)計、軟硬聯(lián)調(diào)、主題學(xué)習(xí)。其中，繪圖設(shè)計要求學(xué)生熟練使用AD或嘉立創(chuàng)EDA軟件，能夠熟練掌握電路原理圖、PCB布局布線設(shè)計等；硬件焊接主要包括調(diào)幅調(diào)頻收音機元器件的焊接、單片機最小系統(tǒng)及外圍電路的焊接；軟件設(shè)計主要包括單片機的創(chuàng)新型功能設(shè)計；軟硬聯(lián)調(diào)是根據(jù)項目任務(wù)以及挑戰(zhàn)創(chuàng)新任務(wù)的需要，將軟件與硬件電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)，在調(diào)試過程中需要分析部分復(fù)雜、開放性問題；主題學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，含有線上資源以及其他各種途徑的學(xué)習(xí)方式。此外，通過主題任務(wù)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠自我管理時間和資源，制定學(xué)習(xí)計劃和目標(biāo)。表1為四周課程具體內(nèi)容，每一階段都有教師和學(xué)生對應(yīng)的任務(wù)。

3 項目教學(xué)內(nèi)容

電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I課程項目為電子電路設(shè)計，項目內(nèi)容難度循序漸進(jìn)，學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時，完成擴(kuò)展創(chuàng)新功能挑戰(zhàn)。整個實踐教學(xué)模式采用重點知識講解和項目指導(dǎo)的方式，并嵌入前沿科技以及企業(yè)項目需求的關(guān)鍵技術(shù)，融入工程實踐，讓學(xué)生更好地體會理論知識在工程實踐中應(yīng)用的重要性，發(fā)揮項目化教學(xué)的優(yōu)勢。通過課程的學(xué)習(xí)還能夠?qū)W(xué)與賽有機結(jié)合，發(fā)揮學(xué)科競賽的優(yōu)勢。為了能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神、創(chuàng)新精神、工匠精神和工程倫理道德，將思政教育貫穿整個項目化課程教學(xué)。

3.1 項目內(nèi)容與任務(wù)

本設(shè)計要求學(xué)生完成的項目任務(wù)包括原理圖繪制、PCB繪制、收音機焊接、電子電路焊接調(diào)試、自主創(chuàng)新、成果分享與展示，其中自主創(chuàng)新任務(wù)為課外可選模塊。該模塊具有一定的挑戰(zhàn)性，難度略有拔高，需要小組團(tuán)隊在課外通過自主學(xué)習(xí)完成設(shè)計。小組成員可以依據(jù)項目的總體進(jìn)度和小組綜合能力進(jìn)行選做。學(xué)生需要完成單片機最小系統(tǒng)原理圖、PCB的繪制，在所繪PCB的基礎(chǔ)上完成電路板焊接，自主搭建軟硬件系統(tǒng)，完成最終的項目需求。項目需求及技術(shù)指標(biāo)為所有小組必做任務(wù)，旨在讓學(xué)生掌握AD/EDA軟件的使用方法、電路板焊接工藝、電子電路的調(diào)試方法；進(jìn)階任務(wù)根據(jù)小組能力的不同，采取選做的形式，提高學(xué)生的綜合實踐能力、創(chuàng)新能力和分析、解決問題的能力，具體如表2所示。

3.2 項目要求與條件

學(xué)生通過查閱資料和FIF平臺視頻學(xué)習(xí)，了解項目的背景意義、工程價值，掌握項目設(shè)計方法所需的理論知識。各組成員自主學(xué)習(xí)各主題知識點與主體知識點在實際工程中的應(yīng)用，相互分享交流，共同完成基礎(chǔ)功能。學(xué)生以四人為一組，每組選出一名組長作為項目負(fù)責(zé)人，項目負(fù)責(zé)人根據(jù)時間節(jié)點細(xì)化任務(wù)分配，并在項目結(jié)題報告中體現(xiàn)小組團(tuán)隊成員的工作任務(wù)，各小組按照任務(wù)設(shè)計要求進(jìn)行項目需求分析討論并制定項目設(shè)計方案；在此基礎(chǔ)上完成原理圖和PCB的設(shè)計以及電子電路的焊接與調(diào)試，并利用課內(nèi)外時間進(jìn)行擴(kuò)展創(chuàng)新模塊的設(shè)計與實踐，完成進(jìn)階功能（進(jìn)階功能為加分項）需求的設(shè)計。小組間通過討論、資料檢索以及功能調(diào)試等方法解決項目開發(fā)過程中遇到的問題，分析并解決問題。最后完成項目匯報，包括成果分享展示、PPT匯報以及項目結(jié)題報告的提交。項目硬件條件包括筆記本電腦（自備）、單片機最小系統(tǒng)套件、調(diào)幅調(diào)頻收音機套件、進(jìn)階模塊元器件、自主創(chuàng)新模塊元器件、萬用表、螺絲刀、黑色絕緣膠帶、電烙鐵、斜口鉗、導(dǎo)線等。項目軟件條件包括AD/EDA、Keil uVision5、STC-ISP等。

3.3 項目考核方式

項目考核是為了檢驗課程目標(biāo)達(dá)成度，評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果達(dá)成度。

該項目第一階段為個人過程性評價，主要體現(xiàn)在任務(wù)1到任務(wù)4，考核方式分為團(tuán)隊評分和個人評分，各占 50% 。團(tuán)隊成績包括功能實現(xiàn)、知識點分享、過程材料、進(jìn)階任務(wù)。個人成績包含組長和教師兩個層面打分：組長從素養(yǎng)角度給組員打分，主要為團(tuán)隊合作成績；教師從能力、知識和素養(yǎng)三個維度評分，其中能力評分針對軟硬件設(shè)計（ 20% 、自主學(xué)習(xí)（ 20% ）和問題分析（ 20% ）；知識評分針對知識點掌握情況（ 20% ）；素養(yǎng)評分針對溝通交流情況（ 20% ）。具體評分細(xì)則如圖2所示。

第二階段為個人總結(jié)性評價，主要體現(xiàn)在任務(wù)5和任務(wù)6，考核成績包括創(chuàng)新成績、答辯成績和項目結(jié)題報告成績。其中，創(chuàng)新成績主要體現(xiàn)在電路板外圍擴(kuò)展功能的設(shè)計，答辯成績依據(jù)PPT制作與現(xiàn)場回答問題情況進(jìn)行評分，項目結(jié)題報告成績依據(jù)完成質(zhì)量打分。項目結(jié)題報告評分細(xì)則如表3所示。

課程項目總評價：根據(jù)各任務(wù)的難度、工作量，設(shè)定不同的評分占比，任務(wù)1（原理圖繪制）為 10% ，任務(wù)2（PCB繪制）為 15% ，任務(wù)3（收音機焊接）為 15% ，任務(wù)4（電子電路焊接調(diào)試）為25% ，任務(wù)5（自主創(chuàng)新）為 15% ，任務(wù)6（成果分享與展示）為 20% ，如圖3所示。

課程考核評價：檢驗課程目標(biāo)達(dá)成度，評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果達(dá)成度。考核方式強調(diào)過程性考核，期末考核與平時成績相結(jié)合，最終總評成績采用五級制方案（優(yōu)秀： 90～100 分。良好： 80～89 分。中等： 70～79 分。及格： 60～69 分。不及格：60分以下）。其中，平時成績包括線上學(xué)習(xí)（FIF平臺）和過程表現(xiàn)，分別占 30% 和 70% ；學(xué)生期末考核分為項目完成度、項目結(jié)題報告、項目驗收提問，分別占 40% 、 40% 、 20% ，各考核環(huán)節(jié)均以百分制計。課程思政融入課程考核，在期末考核中融入課程思政考核內(nèi)容。各考核環(huán)節(jié)所占分值比例及考核細(xì)則如表4所示。

4創(chuàng)新點

4.1課程改革，構(gòu)建課程新體系

將原有開設(shè)的認(rèn)識實習(xí)和電子實訓(xùn)兩門課程合二為一，形成一門綜合性課程，讓學(xué)生通過AD/EDA繪圖軟件學(xué)習(xí)到元器件焊接再到電路板的調(diào)試，將理論知識有機融入電路設(shè)計實踐，課程項目內(nèi)容從傳統(tǒng)孤立開環(huán)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成密切聯(lián)系的閉環(huán)教學(xué)狀態(tài)，通過課程改革能夠更好地發(fā)揮多學(xué)科在工程設(shè)計上的綜合應(yīng)用。

4.2增加收音機焊接調(diào)試

本課程的最大亮點是整個項目過程中增加收音機焊接調(diào)試過程，這一環(huán)節(jié)能夠彌補PCB打板的空閑時間，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的任務(wù)量，擴(kuò)展學(xué)生的知識面，讓學(xué)生學(xué)習(xí)收音機集成電路板的工作原理、工作機制，學(xué)習(xí)調(diào)幅調(diào)頻的基本過程，提升焊接能力。

4.3考核方式創(chuàng)新

不同于傳統(tǒng)的項目化課程考核方式，本課程的評分細(xì)則具有多維度、多角度、多層次的特點，并結(jié)合團(tuán)隊和個人以及對應(yīng)的知識、能力、素養(yǎng)多方面評價，更好地反映學(xué)生真實的學(xué)習(xí)情況。

4）電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I課程的學(xué)習(xí)具有延續(xù)性，學(xué)生所焊接的電路板能夠延續(xù)到大二單片機課程的學(xué)習(xí)，而且通過該門課程的學(xué)習(xí)，能夠給后期企業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計課程打下堅實的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

作為新工科專業(yè)的一門重要實踐課，電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I課程具有較強的前沿性、專業(yè)性、創(chuàng)新性和系統(tǒng)性。本課程依據(jù)學(xué)校辦學(xué)特色，以立德樹人為根本，以“一體兩翼三融”為指導(dǎo)思想，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，融入思政教育和翻轉(zhuǎn)課堂，更好地發(fā)揮課程功效。教學(xué)過程采用多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開展多任務(wù)的項目任務(wù)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

本課程的改革實踐經(jīng)由多名教授、“雙師型”教師共同探索，通過多次教育教學(xué)研討，逐漸形成較為成熟的教學(xué)模式，在后續(xù)教學(xué)中將加強產(chǎn)學(xué)研項目合作，將行業(yè)需求的項目引入教學(xué)，與企業(yè)共同開展實踐教學(xué)，切實提升學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

5 教學(xué)成效

實踐表明，電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I項目化教學(xué)改革取得良好效果，從整個教學(xué)成果來看，學(xué)生作品完成度較高。從考核成績、課程評測問卷調(diào)查、學(xué)科競賽情況等多方面統(tǒng)計電子設(shè)計綜合創(chuàng)新實踐I項目化教學(xué)改革情況后發(fā)現(xiàn)：

1）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，能夠按照項目需求完成任務(wù)指標(biāo)，通過小組討論學(xué)習(xí)更好地發(fā)揮團(tuán)隊合作精神；2）從AD/EDA原理圖、PCB的繪制到最終電子電路板焊接，難度逐層遞增，更好地培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力；3）能夠鼓勵所有學(xué)生參加相應(yīng)的電子設(shè)計類比賽，參賽覆蓋率和獲獎率大幅提升，真正做到以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促改、以賽促建；

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