許志猛 李娟 陳良琴

[摘 要] 文章利用范例教學(xué)法，對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐的課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方法改革進(jìn)行探討?；陂_源的開發(fā)平臺(tái)，與時(shí)俱進(jìn)地設(shè)計(jì)出智能電子系統(tǒng)的范例;在教學(xué)方法上，以提供的范例為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成不同功能智能電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

[關(guān)鍵詞] 范例教學(xué);開源平臺(tái);電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐

[基金項(xiàng)目] 福州大學(xué)第十批高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“基于范例教學(xué)法的《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》實(shí)踐教學(xué)改革研究”（2017-67）;福州大學(xué)一流本科教育教改項(xiàng)目《電路類專業(yè)課混合式教學(xué)模式改革與實(shí)踐》（FDJG20190028）

[作者簡(jiǎn)介] 許志猛（1980—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)闊o線智能感知與傳輸技術(shù)。

[中圖分類號(hào)] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）37-0194-02? ? [收稿日期] 2019-11-04

一、引言

加強(qiáng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐的教學(xué)，不僅是電子類專業(yè)培養(yǎng)的需求，同時(shí)也是適應(yīng)社會(huì)需求、落實(shí)教育部提高高等教育質(zhì)量要求，探索以提高實(shí)踐能力為重點(diǎn)的人才培養(yǎng)模式的必然舉措[1]。

與電路等基礎(chǔ)課不同的是，學(xué)生在修習(xí)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程時(shí)，迫切希望能在實(shí)踐中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與生活中常見的電子產(chǎn)品相聯(lián)系。近些年來，各種基于物聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)的智能電子產(chǎn)品層出不窮[2]，而我校原有的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容已顯陳舊，與快速更新?lián)Q代的電子產(chǎn)品脫節(jié)，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。為此，本文探討了利用范例教學(xué)模式，結(jié)合當(dāng)前流行的開源平臺(tái)，進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及改革的方法。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

筆者自2005年起參與我校電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)工作。該課程早期的教學(xué)模式是參考全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的方式，以歷年的競(jìng)賽題目作為實(shí)踐內(nèi)容。近些年來，隨著電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題難度的增加以及對(duì)元器件、材料和測(cè)試環(huán)境要求的不斷提高，以賽題為實(shí)踐內(nèi)容已經(jīng)很難繼續(xù)推行下去。因此，課程設(shè)計(jì)了一些實(shí)踐課題供學(xué)生選擇。以2010級(jí)教學(xué)計(jì)劃為例，提供的選題包括：①多路智力搶答器;②數(shù)字電壓表;③循環(huán)彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);④紅外遙控收發(fā)系統(tǒng);⑤數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)等?？紤]到電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐覆蓋的教學(xué)內(nèi)容較多，為了保證學(xué)生可以在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)完成軟硬件設(shè)計(jì)和制作，在實(shí)踐題目的設(shè)置上，存在著許多問題。如果題目深度和廣度大一點(diǎn)，大部分學(xué)生很難完成實(shí)踐內(nèi)容。因此，從上述選題可以看出，課程提供的許多題目功能單一，并且內(nèi)容和單片機(jī)、電路等課程設(shè)計(jì)有部分重復(fù)，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)興趣不高，也無法從課程中學(xué)到足夠的新知識(shí)。因此，近幾年來，我們通過開放學(xué)生自擬實(shí)踐題目的方法，嘗試調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)積極性。但是，由于學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的限制，僅有一小部分學(xué)生可以提出比較好的課題，大部分學(xué)生自擬的課題不是過于簡(jiǎn)單，就是直接從網(wǎng)絡(luò)上找到的課程設(shè)計(jì)，無法滿足課程教學(xué)的要求。

通過分析，我們意識(shí)到學(xué)生對(duì)課程提供的相對(duì)陳舊的實(shí)踐題目興趣不大，但是讓他們以生活中常見電子產(chǎn)品為原型來自擬課程實(shí)踐題目，又普遍覺得難度太高，無法完成。因此，有必要對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐的課程內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行改革，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

三、課程教學(xué)改革

針對(duì)以上情況，我們首先結(jié)合范例教學(xué)法更新了新的實(shí)踐題目。新的題目設(shè)置中綜合考慮可操作性、趣味性和與應(yīng)用銜接等特色，盡量滿足不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生的需求，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)踐的熱情。我們?cè)O(shè)置了三大類實(shí)踐題目：第一類是相對(duì)比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)課題，此類課題的范例基于Arduino開源平臺(tái)[3]進(jìn)行開發(fā);第二類是具有聯(lián)網(wǎng)功能物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)課題，此類課題的范例基于ESP8266芯片的Node MCU[4]進(jìn)行開發(fā)并采用了免費(fèi)的機(jī)智云云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制;第三類是具有較高計(jì)算能力要求的圖像、音頻和視頻處理系統(tǒng)課題，此類課題的范例基于開源硬件平臺(tái)樹莓派[5]進(jìn)行開發(fā)，采用OpenCV[6]和百度語音識(shí)別等開源軟件資源實(shí)現(xiàn)了圖像和語音識(shí)別等功能。由于上述三類課題中涉及的知識(shí)內(nèi)容非常多，無法在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)對(duì)涉及的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，根據(jù)范例教學(xué)法，我們選用的上述三類課題采用的都是當(dāng)前比較流行的開源平臺(tái)。學(xué)生可以從GitHub等許多共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上找到很多的開發(fā)案例。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)范例教學(xué)內(nèi)容時(shí)，努力使教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)本質(zhì)的、典型的知識(shí)和規(guī)律，以便在教學(xué)中能起到舉一反三的作用。

另一方面，在教學(xué)方法上，根據(jù)范例教學(xué)法，我們?cè)趯?shí)踐教學(xué)中不是簡(jiǎn)單再現(xiàn)和傳授知識(shí)、技巧，而是啟發(fā)、引導(dǎo)、輔助學(xué)生主動(dòng)積極地通過思考進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，為了充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，我們?cè)诜独O(shè)計(jì)中，僅給出了最基礎(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)方案，要求學(xué)生根據(jù)我們提供的案例，通過增加附加的軟硬件，自擬一個(gè)具有完整功能的電子系統(tǒng)方案，并自行完成相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

四、課程教學(xué)改革成效

經(jīng)過兩年的教學(xué)改革探索，我們發(fā)現(xiàn)，通過精心設(shè)計(jì)的教學(xué)范例和改進(jìn)的范例教學(xué)法，學(xué)生可以將學(xué)習(xí)內(nèi)容和實(shí)際生活中的電子產(chǎn)品聯(lián)系起來，保持了較高的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)，在完成自擬題目的設(shè)計(jì)和制作過程中，學(xué)生需要根據(jù)自己的知識(shí)儲(chǔ)備補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到了充分發(fā)揮。具體總結(jié)如下：

1.由于范例采用了開源平臺(tái)，學(xué)生普遍反映可以節(jié)約在制作基礎(chǔ)硬件平臺(tái)上的時(shí)間，從而可以集中精力在電子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)上進(jìn)行思考和拓展。教改實(shí)施之前學(xué)生普遍采用自己焊接的MCS-51單片機(jī)作為開發(fā)平臺(tái)，考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試和制作屬于《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》這門實(shí)踐課的教學(xué)內(nèi)容，本課程再讓學(xué)生在此方面花費(fèi)太多時(shí)間和精力不太適合。教改實(shí)施后，采用的開源硬件平臺(tái)具有網(wǎng)絡(luò)連接等功能，擴(kuò)展性強(qiáng)，同時(shí)也克服了自制單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性差、調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，可以更好地讓學(xué)生專注于系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生自擬的課題功能多樣性顯著提升。

2.課程提供的范例和實(shí)際生活中的電子產(chǎn)品具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，同時(shí)結(jié)合了最新的一些電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，作為開發(fā)原型功能擴(kuò)展性較強(qiáng)。這極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，提供的物聯(lián)網(wǎng)控制范例為一個(gè)可以在手機(jī)端遠(yuǎn)程識(shí)別環(huán)境亮度并控制LED亮度的系統(tǒng)，經(jīng)過簡(jiǎn)單修改和擴(kuò)展，可以構(gòu)成一系列的智能家居遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品，而提供的語音識(shí)別范例，也可以擴(kuò)展成當(dāng)前比較流行的語音控制和智能語音產(chǎn)品，如智能音箱等。學(xué)生對(duì)自己可以完成一件智能家居產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制作抱有極大的興趣，學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性得到了顯著提升。

3.由于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐的課程教學(xué)內(nèi)容可以很方便地和各類學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目和競(jìng)賽結(jié)合在一起。因此，教改實(shí)施后，學(xué)生可以直接將實(shí)踐內(nèi)容修改后參與各類競(jìng)賽和創(chuàng)新項(xiàng)目，有助于多層次的實(shí)踐教學(xué)體系的建立。例如，2018年選修本課程的學(xué)生在完成“基于手勢(shì)識(shí)別的智能家居控制器”的課程設(shè)計(jì)后，經(jīng)過完善和補(bǔ)充，獲得了2019年第九屆“銳智杯”福建省大學(xué)生智能設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)。該課題就是從課程提供的第三類范例，基于樹莓派的圖像識(shí)別系統(tǒng)中通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)開發(fā)出來的。

五、結(jié)束語

本文探討了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐中范例教學(xué)法的應(yīng)用，通過基于開源平臺(tái)精心設(shè)計(jì)的教學(xué)范例，以及能夠啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)積極地通過思考進(jìn)行學(xué)習(xí)的范例教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)效果的提升，并增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)以致用的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

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