新疆高校电子设计实训教学角色扮演模式探索

郭 斌 陈燕红 邓方江 杨树媛 葛倚汀

1.新疆农业大学计算机与信息工程学院，乌鲁木齐 830052

2.新疆农业大学经济与贸易学院，乌鲁木齐 830052

3.新疆农业大学草业与环境学院，乌鲁木齐 830052

随着当今社会的快速发展，各用人单位对大学毕业生实际应用水平要求逐渐提高，除要求其掌握一定的理论知识，还对其实践动手能力有一定的要求，因此实践动手能力应该是高校人才培养需要加强的部分。大学生专业实训是大学教学中的重要环节，是课堂教学模式的重要补充。另外，它不仅对所学相关课程的深入理解和融会贯通起到重要的作用，而且还能实实在在地强化学生的动手能力，与企业实际用人需求接轨。目前，绝大多数高校都非常重视专业实训，进行了大量的实训模式和实训内容的改革探索，许多高校不但采用校内实训的方式，还与校外实习进行对接，在校外企业中进行实习实训。但新疆高校处于祖国的边陲，电子相关专业的校外实习单位较少，因而校内实训在整个学生培养过程中起到了格外重要的作用。校内实训受到场地、环境、设备等条件的约束，对整个实训模式和实训内容提出了很高的要求，故对专业实训进行新的尝试与探索是十分必要的。

一、电子设计实训类课程总体方案

高等教育是培养高级专门人才和职业人员的主要社会活动，对学生实践能力的培养提出了明确的要求。目前，许多高等院校从大二开始就对学生的创新创业能力进行培养，例如每年举办大学生创新创业大赛等各种竞赛和开展大学生创新创业项目申请活动，这是为学生在大学期间更多地参加实践活动提供条件。许多高等院校开设了实习实践设计课程，例如大二第一学期开设电子技术基本技能实训课程，主要是让学生熟悉各种电子元器件的特性，掌握万用表、电烙铁、示波器等常用的仪器设备的使用方法，熟练掌握PCB 电路板的焊接方法，培养学生的基本动手能力；大三第一学期开设例如单片机、Arduino、树莓派或Dragonboard 等编程和开发类实习实践课程，利用上述芯片设计和开发与其专业相结合的“产品”，为学生参加各级别专业比赛做好准备，以锻炼学生基于硬件实物的程序开发能力；大四第一学期开设电子设计实训，目的是将大二、大三所有实训课所学的知识进行串联，让学生掌握产品开发的全部过程和流程。具体情况见表1。

二、教学角色扮演模式方案

传统的实训教学以教师为主，通常是教师进行简单的讲解后布置实训任务，学生按照教师的安排进行实训；学生完成教学实训任务后，教师根据学生实训完成情况打分。整体仍然是以“教师—学生”的教学模式开展教学，学生并没有身临其境地体验整个产品的开发过程。这种模式在实训过程中不具有针对性的指导。

为了提高学生自主设计能力、拓展思维、增强解决问题的能力、让学生体验实训过程的责任感和使命感，我们将整个实训过程模拟成公司项目开发过程，教师为项目经理角色（以下简称教师），负责整个项目的协调，将学生分成若干个研发小组，每组4～5人，推选其中1名学生为研发经理（以下简称组长），负责本小组的管理，并与项目经理沟通，每个小组内成员再由组长进行协调和分工。本设计的内容为电子设计，所以组内成员一般需要完成如下任务：画出设计产品的原理图、生成PCB图、制出PCB 电路板、购买元器件、焊接电路板、烧录程序并测试。每组学生按照上述内容、根据组内情况进行分工。分工完成后，教师负责考察组长的工作情况，组长负责考察组内成员的工作情况，组内的所有统筹与管理全部由组长协调完成。具体情况见图1。

三、实训题目的选择与确定

实训题目的选择对实训效果起着至关重要的作用。电子设计实训一般是在大四第一学期开设。因此，题目的设计一定要让学生了解并参与整个流程，让其进入企业之后能快速地融入公司的工作环境。故实训的题目一定要具有新颖性和可行性，难易适中，并且要尽量综合以前学到的知识，易于分工和考核，分工如表2所示。

题目可以分为自拟和教师命题，自拟题目优先。教师先出题目，各组组长抽签选题，如感觉有更好的题目应在1 个工作日内提出，并由教师从难度、新颖性、实用性和可行性角度进行审核。如果新选题满足实训要求，可以考虑更换题目。题目确定之后，组长应当天将组内人员工作内容分配情况汇报给指导教师。

由于单片机是本专业必修的一门课程，其内容相对简单而且学生相对熟悉，故本学期的实训题目以单片机实验开发板的设计为主题，并为有较强动手能力的学生准备了综合性更强的题目。单片机开发板项目是将整个单片机开发板拆成12个部分分配给学生，让学生自己设计电路图、完成电子产品实物的拼装，同时编写相应的验证程序、验证实物的效果。教师可以根据当前热点或学生感兴趣的内容进行综合项目设计。本学期开设内容如表3所示。

四、实训理论教学

电子设计实训虽然是实践环节，但是一些重要的理论讲解也是必不可少的。实训基本上以学生自己动手为主，因此整个理论讲解不能像一般理论课教学一样，必须简短且重点突出、主次分明。实训理论采用目前比较流行的混合方式教学方法。线上讲解实训各环节的知识点、操作要点和实训过程中有关安全的注意事项，并配有测试题，学生只有测试分数达到要求后方可参加实训操作。线下讲解则是先带领学生把实训过程中所用到的基本知识和基本理论进行复习，并再次强调各环节的注意事项以及流程和时间的安排，为接下来的实训奠定基础。

五、实训教学流程设计

电子设计实训时间为2 周，实训教学过程主要培养和锻炼学生自主思考、设计和解决问题的能力，因此实训以自主完成为主、讲授和答疑为辅。本次实训包括1次讲解、1 次汇报、4 次答辩、6 次评分，其过程主要为分组、选题、理论教学、小组讨论、组长汇报设计方案、对原理图答辩并评分、对PCB 图答辩并评分、对元器件采购计划答辩并评分、对电路板评分、对产品功能答辩并评分、对实训报告评分，其流程如图2所示。

分组按照自愿方式组合，小组控制在4～5 人。选题由组长抽签决定，实训题目也可以由组长申请，教师审核通过后调换。小组讨论后由组长汇报设计方案，主要包括小组内成员分工情况、每部分计划完成的时间、设计的实训项目主要完成的功能内容、实训项目的可行性分析、技术路线、产品前景以及预期收益、项目实施风险以及应对策略。原理图答辩主要针对原理图是否设计准确、合理，元器件选型和连接是否正确规范、能否实现功能等性能指标评判，主要由各组负责相应部分答辩的学生汇报设计思路、主要元器件选择及设计特点等内容，教师通过其答辩内容综合原理图的设计给出点评，及时纠正其错误，并进行评分。PCB 图答辩主要针对PCB 布局是否合理，元件库是否选择正确，布线是否规范，线宽、线间距、顶层丝印层标注是否合理等进行综合考查，各组负责相应部分答辩的学生主要汇报该组的布线思路、布线规范设置和布线流程，教师综合PCB 图的设计进行点评并评分。元器件采购之前要进行一次答辩，主要针对购买元器件的数量、价格等因素进行讨论，另外还要对计划购买的元器件的封装、型号和参数等信息进行审核，看学生写的是否全面完整、是否无歧义。产品功能答辩主要是由各组负责相应部分答辩的学生对其编写的代码和实现的功能进行汇报，教师对其汇报内容与任务书上的功能指标进行比对，对其完成的功能情况进行点评并评分。对焊接完成的电路板评分主要是对焊点进行检查，看焊点是否圆润、光亮、牢固，是否有虚焊，焊料是否过多或过少，是否有与周围元器件连焊、锡渣、元器件焊接后摆放不正等现象。实训报告内容包括设计方案、本设计的实施流程、设计的原理图、设计的PCB 图、元器件清单、本设计详细开发成本、成品效果图、验证产品代码、本设计的特点及预期收益、实训过程中遇到的问题与解决办法和实训心得。

六、实训评价

实训评分与评价是实训的最后环节，也是学生非常关心的内容，所以评分与评价一定要客观公平。实训课程采用的是五级等级考核制，即A 是优秀，B 是良好，C是中等，D 是及格，E 是不及格。其主要目的是消除细化分数差异，淡化分数竞争，保证评分合理性，不采用实训报告的分数作为最终成绩，而采用各部分评分法，从原理图汇报开始到课程报告各部分都进行评分。每部分评分后都当场公示，让学生更加了解各部分的完成效果，根据现有状态调整下个部分的完成策略。实训动手能力部分的成绩为每部分评分之和的平均值。为了保证最终得分的公正性、准确性和区分性，组内成员还要相互评分。组内成员的相互评分为背对背评分，尽量反映出每个成员的真实工作量。组长再给组员评分，教师又对各组组长的管理能力、组织能力、统筹能力和设计能力进行评分。这些评分都要作为最终得分的参考，只有这样才能真实地反映学生实际的实训情况。教师在做点评和写评价的时候，应该尽量地直接指出学生错误的地方，做到既能分析，又能解释，讲述相关的知识时要有针对性，一定要做到就事论事、一针见血，让学生从错误和不足中汲取教训；但也不能让他们失去信心，除了肯定他们做的工作，还要告诉他们如何提高，以后应该怎么避免同样问题的再次发生。无论评分还是评价，都要从对学生以后工作有实际帮助的角度去进行，以帮助他们以后更好地融入工作环境当中。

七、应用和效果

新疆高校电子设计实训教学角色扮演模式的尝试是对实训实践教学的一次积极探索。整个实训过程由学生与教师分工协作完成，模拟企业或公司的研发过程，从实训中锻炼学生的动手能力、协作分工能力、团结互助能力和组织管理能力。为了使学生有效地完成任务，每个步骤都要求学生进行答辩，教师同时进行指导与评分，指出他们的不足与改进方式方法，从根本上锻炼了学生的实践能力。

在实施过程中由于各种原因也出现了一些问题，例如，学生在购买电子元器件时，和供应商沟通不够清楚，导致错发、漏发、数量不正确等现象。总之，尽管实训探索还存在一些不足和需要改进的地方，但是总体上还是激发了学生参与实训的热情与积极性，也提高了学生的自主学习能力和解决问题的能力，期望能为其他院校的电子设计实训课程提供一定的借鉴。