課賽結合的電子實習中心建設探索

陳新兵, 龍曉莉, 謝斌盛, 胡　維, 張　倩

(廣州大學 實驗中心, 廣東 廣州　510006)

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課賽結合的電子實習中心建設探索

陳新兵, 龍曉莉, 謝斌盛, 胡維, 張倩

(廣州大學 實驗中心, 廣東 廣州510006)

針對電子實習教學與課外創新活動對接不夠的情況,為適應創新型工程人才的培養需求,探索以智能車/機器人為工程案例,結合有關賽事進行貫通式的教學改革,進而建設電子實習中心的改革之路。從電子工藝、生產實習和課外創新等方面對一體化教學設計及建設措施做了介紹。實踐表明,電子實習教學的改革實現了課內課外的良好對接,提升了電子類工程人才的培養水平。

實習教學； 課外創新； 人才培養

長期以來,電子實習中心(下稱“中心”)以電子工藝實訓為主,教學改革側重于基礎工程能力的培養,而在創新工程能力培養方面較為薄弱。一些學校提出設置創新訓練模塊、因材施教、建設自主性和創造性實習中心等改革措施[1-4],取得了一些成效,但沒能從根本上解決實習和課外創新活動對接、關聯的問題,加之實驗課學時較少,在創新人才培養方面難以取得根本性突破。

《國家中長期人才發展規劃綱要(2010-2020年)》提出建設創新型國家和人才強國的戰略目標,對工程技術和應用創新型人才的培養提出了更高要求。2012年國家啟動“2011協同創新計劃”,旨在突破高校內部以及與外部機制體制的壁壘,改變“分散、封閉、低效”的狀況,釋放人才、資源等創新要素的活力。這為深度整合校內外資源,升級電子實習中心及創新人才培養提供了思路。

中心以培養創新型工程人才為宗旨,統籌規劃,探索將實習教學與智能車/機器人競賽、課外創新活動深度整合[5],采用一體化方式進行整體教學設計,課賽結合,實現了課內課外的良好對接,營造了積極實踐、鼓勵創新的學習氛圍與成長環境,以創新人才培養方式推動電子實習中心的建設升級。

1　課賽結合的電子實習中心

1.1平臺建設

中心負責全校的工程實訓,包括電子工藝和電類生產實習,并且承擔智能車/機器人競賽的組織培訓和開放指導。為了提高學生的參與面和工程實踐能力,中心以解決學生“入門難”的問題為出發點,把涉及學科較多的智能車/機器人項目確定為實習教學工程案例,以工程能力培養為導向,深度整合了電子工藝、生產實習和課外創新活動,重新定義各自分工定位,構建了一體化的校級實踐創新公共平臺[6-7],形成了課賽結合的一體化育人模式(見圖1)。

圖1　電子實習中心一體化平臺建設

中心根據課程的統籌規劃,圍繞智能車/機器人進行了貫通式教學設計,實現了課內實踐教學與課外創新活動的無縫對接,建成了“一體化、分階段、多層次”的人才培養平臺。其中電子工藝實習教學專注于智能車/機器人的硬件制作與調試,將源代碼及PPT發給學生,供學生課外自主學習；生產實習專注于智能車/機器人各模塊的硬件開發與設計改進,為校內智能車選拔賽提供硬件方案支持；對于課外創新活動,需要提供多層次的原型方案,解決后續編程、擴展應用及創意設計。通過搭建自主學習、自由探索的工程實踐平臺,使學生得到了系統的工程訓練；通過課賽創新人才培養方式,實現了電子實習中心的全面升級。

1.2電子工藝實習

電子工藝課又稱電工電子實習,是面向工科專業學生的集中性實踐教學環節,包含安全用電、電子制作、電子設計和進階引導4個模塊,是培養大學生動手實踐能力和工程能力的重要環節。但總體來講,以前的教學偏重于硬件制作和基本技能的訓練,而系統性的工程能力培養有待加強。

中心將電子工藝實習定位于硬件工程實訓,并以智能車/機器人為工程案例[8],將硬件的設計、制作、調試作為實訓重點,將整機分解為電源模塊、傳感模塊、顯示模塊、驅動模塊、主控模塊和擴展模塊,明確各模塊訓練內容和能力培養目標(見表1)。通過模塊化設計,可以適應不同專業的實訓需求,將傳統的技能傳授逐步過渡到工程應用題材,使學生具備解決電子信息領域硬件問題的工程能力。

表1　電子工藝教學設計

表1(續)

此外,在進階引導教學環節,除進行整車裝配和現場調試外,重點教學內容是軟件編程、資源分配和控制算法。教師提供智能車源代碼和PPT課件供學生課外自學,提高學生的興趣,鼓勵學有余力的學生提前進入課外實踐階段。實施課賽結合的教學設計,著重提升學生的自主學習能力,實現工程系統能力的初步培養。統籌考慮一體化育人平臺,教學設計預留了硬件擴展接口,做好了與后續軟件編程和課外創新環節的對接工作,把工程項目設計成學生未來工程實踐的創新起點和工程范例。

1.3生產實習

針對企業較少提供短期硬件設計實習崗位、生產實習實踐效果欠佳的狀況[4,9],中心結合智能車/機器人的成果轉化,以硬件工程師培養為目標與企業合作,進行了工程教育理念下的校內生產實習改革。

根據培養學生電子產品設計開發能力的定位,在生產實習中加強了虛擬仿真技術的應用推廣,逐步配套了產品設計開發與測試環境、雙面板制作系統、SMT自動貼片生產線和電子產品測試流水線。學生在了解生產工藝,特別是SMT工藝的基礎上,結合逆向工程,重點掌握使用行業主流軟件Altium Designer進行電子產品開發的整體過程。現有實習內容有:產品分析(電路分析、工藝分析),指標測試(測試指標、測試方法),設計開發(電子設計技術、產品工藝技術)、生產與檢測(SMT生產線、產品測試)等(見圖2)。

圖2　產品開發流程及實例

在實習過程中,學生分工開發智能車/機器人各個功能模塊,例如電源管理模塊、傳感技術及信號調理模塊、電機驅動和主控模塊,體驗電子企業標準、規范的產品設計,以及開發、生產與測試流程,培養工程師的綜合素養；同時,生產實習進行的批量生產,為校內智能車/機器人選拔賽和創新工程實踐活動提供了硬件平臺和參考方案支撐,并根據使用反饋不斷改進電路設計,提升了師生的設計開發能力和工程實踐能力,實現了產學研的一體化實習教學。

1.4課外創新

中心成立了課外創新指導小組,重點組織覆蓋面較廣的智能車/機器人創新與競賽。作為實習教學的課外拓展,中心全天開放,提供對接式實踐與創新指導。通過校內智能車選拔賽,引導學生以循跡智能車為參考原型,進行創意機器人的擴展設計與應用創新。課賽結合、以賽促學,提高了學生的工程實踐能力和應用創新能力；結合開源硬件maker理念,針對非電類專業、電類專業低年級和電類專業高年級學生分別開發共享了Arduino、AVR和ARM等3個層次的循跡智能車原型機和整體方案,允許學生自由地修改、設計、完善、再利用,全面開放、分享包括藍圖、模板、設計圖、軟件代碼和設備本身,以便更多專業的學生參與和組成興趣小組,進行多學科協同創新。課外創新活動提高了學生的參與面,涉及的研究方向有機械設計、傳感技術、電路設計、軟件編程、信息處理、自動控制、算法設計、仿生應用、創意設計、人機交互、3D打印和物聯網應用。

智能車/機器人設計門檻較高,單片機類課程的應用性和實踐性較強。中心以工程應用為目標，改進了教學設計,以智能車/機器人為主題開設了系列選修課[10-12](見表2),給予第二課堂學分。在進行單片機和微控制器的C編程時,把這些芯片簡化為基本的IO系統,去除復雜的內部結構和原理的講解,重點傳授資源分配、硬件編程和控制算法,解決了學生入門難的問題。學生可以在實習后直接進行課外創新,也可以根據自身情況隨時選報合適層次的培訓班。中心通過校內智能車/機器人大賽,選拔優秀學生參加全國智能車/機器人大賽或者挑戰杯等賽事,籍此積累工程經驗,培養學生的創新能力、獨立思考和科研能力。

表2　開設的系列選修課

2　建設成效

電子實習中心最初的運作模式是通過電子制作培養學生動手實踐的能力和工程人才的基本素養。為適應新形勢下創新型工程人才的培養,實現實習與課外創新活動的對接、課外創新門檻較高的問題,學校將電子實習中心列為省電工電子實驗教學示范中心二期建設重點項目。經過不斷探索,中心以智能車/機器人為工程案例,結合成果轉化和虛擬仿真技術的應用,完成了電子工藝、生產實習和課外創新的貫通式教學設計和軟硬件環境的配套升級,實現了課內課外的良好對接。實習教學完成了從電子技能實訓到硬件工程能力培養的過渡,建立了“一體化、分階段、多層次”的協同育人平臺。依托中心建立的校級電工電子實習平臺,完成了新版教學大綱的修訂,并通過模塊化設計滿足了不同學科的需求。目前全校每年有12個專業選用該平臺課程,課內培訓總學時超過5萬人·機時。

在完成日常實習教學的基礎上,根據創新型工程人才的培養需求,重點加強了中心的開放性改造與自主式管理,利用中心資源全校共享的優勢,搭建了跨學科創新開放平臺,定期舉辦培訓班,講授科普智能車/機器人的工程應用,營造積極實踐的文化氛圍,引領學生課外創新。通過智能車校內選拔賽,鼓勵學生利用中心資源進行工程實踐和課外創新,積累工程經驗,達到了批量培養學生的目的,提高了人才培養質量和效率。中心還建立了創新指導團隊,引導學生的興趣與愛好,通過賽事或創新項目,鼓勵學生把想法變為作品,體驗創意、設計、制造的過程,逐漸形成了各學科人才匯集、交流與分享的Maker文化。經過近3年的持續建設,中心的升級轉型取得階段性突破,發揮了引領與輻射作用。相關人員主持各級教研項目34項,發表教研論文49篇,專利申請及授權15項,指導學生競賽獲獎46項。

3　結語

電子實習中心以智能車/機器人創新與競賽為主題,進行了一體化教學改革,使實習教學與課外創新活動相結合,降低了工程實踐的門檻、提高了創新型工程人才培養水平,為其他高校建設電子實習中心提供了經驗與借鑒。

References)

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Construction of electronic practice center by combination of curriculum and competitions

Chen Xinbing, Long Xiaoli, Xie Binsheng,Hu Wei, Zhang Qian

(Experimental Center, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

For the current practical teaching can not work well with extracurricular innovation, a new method of constructing the electronic practice center is explored to meet the requirement of innovative engineering talents cultivating, which is a through type teaching reform driven by smart car/robot projects and related competitions. How to build an integrated,phased and multi-level educational platform is introduced in the aspects of the electronic technology, the production practice and the extracurricular innovation. As a result, this reform solves the proposed problem,so more and more innovative engineering talents are cultivated.

practical teaching; extracurricular innovation; talent cultivating

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.041

2015- 06- 26修改日期：2015- 07- 17

廣東省教育教學成果獎(高等教育)培育項目“電工電子實踐平臺課賽結合協同育人教學模式的探索”(粵教高函[2015]72號,30)；廣州市教育科學“十二五”規劃項目(2013A051,1201451111)

陳新兵(1978—),男,河南遂平,碩士,實驗師,廣州大學實驗中心電子信息實驗室副主任,從事電工電子類實踐課程的教學、建設與管理工作.

E-mail：chenapple@gzhu.edu.cn

G642.0

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1002-4956(2016)1- 0159- 04