工程认证下的电子类课程设计改革

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摘要：文章以五邑大学电子信息工程专业的电子类课程设计为例，探讨了基于工程认证的电子类课程设计的教学实践。在课程组织形式上，为克服教师随机分组和学生自愿分组所带来的弊端，采用基于课前调查的综合分组策略。在课程设计题目的选择和设计上，通过详细分析复杂工程问题的特征，引入难度适中的复杂工程问题以提高学生解决复杂工程问题的能力。在课程设计过程中的过程控制上，提出了基于线上的实践工作日志以实现过课程设计的过程控制。在课程设计的考核形式上，设计了多元化的考核方式，将教学环节的过程纳入考核范畴，设立了小组评价和组内自评两个考核环节，规范考核指标，量化考核内容，分配成绩权重。

关键词：工程认证；复杂工程问题；过程控制；考核方式

一电子类课程设计相关概述

2016年6月我国成为《华盛顿协议》正式成员，标志着我国高等工程教育进入了新阶段。五邑大学顺应大趋势，加入了高等教育工程认证的行业。作为电子信息工程系的骨干教师，本人参加了五邑大学前期工程认证培养方案形成、大纲编制、专家答辩等各项工作，深知实施工程认证困难重重。根据2018年培养方案，电子信息工程系整合现有实践教学，将原来的《模拟电子课程设计》和《数字电路课程设计》进行了课程整合，形成了《电子电路综合设计》实践课程[1,2]。工程认证，要求以学生为本，目标导向，持续改进，更侧重于对学生能力的培养。根据《电子电路综合设计》课程所涉及的毕业要求指标点，学生完成课程学习后需获得以下方面的能力：（1）通过对具体功能电路的分析、设计和制作，使学生掌握电子电路系统设计的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能，来培养学生分析和解决电子电路复杂工程问题的能力；（2）通过团队合作，实物展示，汇报过程，撰写报告的形式，来培养学生良好的团队合作能力、口头表达能力和书面表达能力。为了体现团队合作能力和口头表达能力，在课程形式的设置上又增加了分组和答辩等相应环节，这使得我们不得不重新设计课程设计教学模式、教学方法和考核形式。

二电子类课程设计教学现状

以《数字电路课程设计》为例，近年来，课程设计的任务是设计彩灯控制器，在功能上可以通过控制电路实现彩灯电路不同花型的变换，指导教师给出任务要求及主要元器件清单，学生们根据要求自行设计电路并制作、调试，最后根据作品的实际效果和设计报告，指导教师给出相应的成绩等级。客观地说，本课程的实际开展效果还是不错的，但结合工程认证的要求，当前的课程设计还存在一定程度的问题，主要体现在以下几个方面。（1）学生的学习状态不佳。虽然在学习综合课程设计时，学生已经学习过《电子工艺实习》《模拟电子技术》《数字电路与逻辑设计》等相关课程，但学生掌握的仅是一些最基本的电子知识，不了解如何应用所学的理论知识；与之相关的理论可也配备有相应的实验，但实验多以验证性实验为主，没有真正意义上设计过电子电路，缺少系统设计的概念。课程设计涉及的知识面广且难度大，使一部分学生产生一定的厌学情绪。学生缺少学习兴趣，动手实践的意愿不强，学习状态不佳。（2）元器件功能拓展性不足，方案设计创新性不够。在课程设计过程中，一般老师会推荐一些元器件型号，因此大部分学生在进行元器件选型时，思路仅局限于这些指定的型号，而忽略了教师同时提出的可用类似功能器件进行设计的要求。如指导教师给出NPN三极管以驱动LED，很少有同学会想到对驱动电路进行简单改动，用PNP三极管来驱动。另外，学生在进行实物演示时，可以看到方案设计的版本偏少，有些学生比较盲从，没有去比较方案为何要这样设计，不同的方案有何优劣，方案设计创新度不够[3,4]。（3）考核形式单一。传统的电子类课程设计类课程考核形式较为单一，只对学生的出勤、设计结果和实验报告进行考核。这种考核方式存在的问题归纳起来有三点，一是缺少过程考核，忽视了对学生在实验过程中的态度、积极性与创新性的考核；二是缺少差别性评价，学生在设计过程中的设计难度、沟通能力、书面表达能力、口头表达能力等不易量化的因素也没有纳入考核范围，同时教师无法准确评估同一小组内不同成员的贡献率。三是评价标准不明确，教师的主观性较大，评定的标准不能具体量化。

三电子类课程设计改革策略

电子类课程设计以学生获得知识能力为目标，采用课堂讲授、启发式，讨论式多种教学模式，将案例教学、任务驱动教学、学生实验、答疑指导等授课方式贯穿教学的全过程。根据课程实施过程，可以将教学内容分为以下5部分，分别为：案例讲解和任务布置、方案设计和评估、实物制作和性能测试、实物验收和撰写报告、答辩和设计报告评分。在电子类课程设计的教学实施过程中，即要体现以解决复杂工程问题为目的的各项能力的培养，又要将《工程教育专业认证标准》中给出的12条毕业要求具体对应到具体的教学环节中。基于工程认证，电子类课程设计从如下四个方面进行了改革。

（1）在课程组织形式上，采用了分组进行的方式。常用的分组方法是教师随机分组和学生自愿分组。教师随机分组不利于发挥每位同学的潜力，形成学习合力；学生自愿分组容易出现“学霸”受欢迎、“学渣”没人理的情况，不利于对团结合作能力的培养。为了克服教师随机分组和学生自愿分组所带来的弊端，电子类课程设计采用基于课前调查的综合型分组策略，兼顾学生意愿，教师指导的分组方法。[5]具体来说，《数字电路课程设计》直接相关的前导课程是《数字电路与逻辑设计》，通过对《数字电路与逻辑设计》课程学习成绩的调查，可以判断学生进入课程前的学习基础；通过对《数字电路与逻辑设计实验》成绩的调查，可以从一个侧面了解学生的实践动手能力。通过调查学生的历史学习能力，结合其自我评价及分组意愿，教师可以指导分组，通过优势互补来提升小组的整体能力。对个人能力突出的学生，可以充当项目负责人，在课程设计过程中考察整个团队分工是否合理，能否妥善解决冲突等；而基础相对薄弱的学生，可以充当项目参与人，在课程设计过程中考察对项目及自己承担任务的理解，与团队成员有无有效沟通等。学生只有明确了各自的任务和目标，才能激发学生的学习兴趣并提升教学参与程度，充分发挥教学过程中学生的主体地位[6]。

（2）在课程设计题目的选择和设计上，通过详细分析复杂工程问题的特征，引入难度适中的复杂工程问题以提高学生解决复杂工程问题的能力；同时通过将学科竞赛的题目引入课程教学，实现学科竞赛与课程教学的双赢。中国工程认证标准中围绕着解决复杂工程问题重构了工程教育要求的毕业生能力矩阵，复杂工程问题必须具备特征(1)必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决，同时具备特征(2)-(7)的部分或全部。对于电子类课程设计，复杂工程问题可以理解为学生经过资料检索、器件筛选、方案设计、论证、比较等，并需要一定的理论知识来指导实际制作、调试才能解决的问题。课程设计的题目是否恰当，将直接影响学生对理论知识的实践和应用。在传统的数字电路与逻辑设计实验中经常会让学生去设计一个模为N的加法或减法计数器，学生需要选用74LS160/74LS161或者是74LS192芯片，加入合适的外围电路即可完成设计。因为功能过于单一，这一类题目并不适合直接作为课程设计的选题。在课程设计当中我们会让学生去设计抢答器。具体功能为：主持人未宣布抢答开始前，如有选手抢答，抢答无效，系统报警提示；抢答开始后，在允许时间内，若有选手按动抢答按钮，其对应的编号立即被锁存，并在数码管上显示，同时扬声器给出提示。此外，还要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。抢答器控制电路，定时电路，报警电路和时序控制电路等几个部分构成一个整体，符合复杂问题中“具有较高的综合性，包含多个互相关联的子问题”的特征。同时，可将功能进行进一步扩展，可扩展为8路抢答器，抢答后可进行倒计时等。设计难度增加，须考虑经济、电路复杂性，可实施性等多方面的问题，增强学生的创新性思维[7,8]。

（3）在课程设计过程中的过程控制上，提出了基于线上的实践工作日志以实现过课程设计的过程控制。电子类课程设计共同特点是具有“过程性”，即学生必须经过一个完整的分析、设计、实现和总结过程，才能得到最终结果。鉴于目前人人都有手机，可以通过书写工作日志的方式，利用手机微信或蓝墨云等相关软件进行课程设计的线上过程控制。根据课程设计的设计和制作过程，我们将课程设计的过程控制分为五个部分：第一个部分为方案设计，学生需在蓝墨云提交设计方案，要有两个以上的方案进行分析比较，设计方案的比较与评估，可以从技术方面，安全及环境方面，可靠性，可持续性或经济性（成本控制，性价比）等方面进行描述。第二部分为方案论证，利用仿真软件验证方案可行，学生需在蓝墨云上传仿真结果，并根据仿真结果确定元器件。第三部分为实物制作，需在蓝墨云上传PCB图和小组实验室调试图以进行过程考核。第四部分为实物功能展示，本阶段需上传实物演示视频至蓝墨云。第五部分为提交课程设计报告，本阶段需上传实物演示视频至蓝墨云。实践日志是实验过程的原始记录文档，反映小组每天或者每周的实验进展。一方面，同学们通过工作日志梳理整个课程设计流程，理清思路，另一方面，也通过工作日志为以后书写课程设计报告提供一个参考。同时。通过实践日志，教师也可以及时掌握学生课程设计的进展情况，及时反馈和引导。（4）在课程设计的考核形式上，设计了多元化的考核方式，将教学环节的过程纳入考核范畴，设立了小组评价和组内自评两个考核环节，规范考核指标，量化考核内容，分配成绩权重。传统的电子类课程设计课程考核形式较为单一，只对学生的出勤、实物功能和课程报告进行考核，存在弊端。区别于以往重结果（实物和报告）而轻过程（过程考核）的考核方式，现有的电子类课程设计设立了小组评价和组内自评两个考核环节。结合课程设计过程控制的五个阶段，小组评价从设计报告、实物制作、答辩三个方面多方位多元化对学生的综合能力进行考核。其中设计报告比重为40%，主要考核要点包括方案设计、方案验证、实物制作和调试及报告规范性；实物制作成绩比重为40%，主要考核点包括功能实现、布局和焊接、是否实现拓展功能等（实现拓展功能为加分项）；答辩比重为20%，主要考核点包括对电路原理的掌握，电路芯片的掌握、调试过程及反思。为了更好地体现同一小组内不同成员的贡献率，组内各成员根据实践课程的表现进行组内自评，从方案设计，实物制作和调试，报告制作，各自承担的工作及指标完成的情况等方面经过讨论给出一个最终的成绩百分比，小组内各成员签字确认。组内评价让同学们在互帮互助、互教互学的氛围中培养团结协作能力，学会理性的争和可敬的让之间的折衷和平衡。最终成绩的确定由小组评价和组内评价两个方面给定。如小组评价最终为80分，小组有3人，则总分为240分，个人得分即为小组总分乘以组内评价百分比。因在实物制作中设置了加分环节，个人得分可能超过100分，因此总成绩在班级中按照课程总分排序，按照一定比例划分定区间，确定课程成绩。最终成绩采用优、良、中、及格、不及格的五级分制。

参考文献

[1]付永庆,赵娜,肖易寒.以学生为主体的实践课程考核方式的创新探索[J].实验科学与技术,2018,3(16):142-145.

[2]杨勇,江京亮,王德祥.面向能力培养与过程考核的机械原理课程“五位一体”教学体系探索与实践[J].高教论坛,2017,4(4):45-50.

[3]刘少东,刘金云,郭巍.答辩式考核在土力学课程设计中的探索与实践[J].实验室科学,2016,1(19):138-141.

[4]邵虹,崔文成.计算机学课竞赛和课程设计相融合的学生创新实践能力培养[J].教育教学论坛,2016,3(12):43-45.

[5]王林景,廖璠,周士琪.电子类基础课程在学生知识体系建设中的支撑作用——以《电路基础》对理工科学生知识系统建设为例[J].教育现代化,2017,4(48):114-115+120.

[6]杨玲玲,.基于项目的电子技术基础与PCB设计课程融合教学模式探索[J].教育现代化,2019,6(97):142-144.

[7]姜飞,陈元新,欧阳明,等.《电工与电子技术基础》课程教学思考:以科技创新能力提升为例[J].教育现代化,2019,6(69):73-74.

[8]刘广东,李盈盈,张雪梅.大数据背景下经管类专业电子商务课程教学改革——基于师范类大学的考虑[J].教育现代化,2018,5(32):49-50+71.

作者：曹路 王玉青 张京玲 杨敏 单位：五邑大学