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摘要:电装实习的目标是巩固学生理论知识、提高学生动手实践能力、激发学生创新思维，并培养学生的工程意识。为达到这一目标，我校以电类专业学生作为改革试点，对电装实习进行了一系列教学改革。本文在分析了原有教学内容存在的形式单一、题目陈旧、知识架构不合理等问题后，详细阐述了教学改革思路，对教学内容、教学方式以及考核方式等进行了初步探讨，并总结了改革后取得的一些成效。
关键词:电装实习；教学改革；工程实践能力；改革成效
电装实习是全国各高校理工科电气电子、自动化、测控技术与仪器、机电等相关专业本科学生的必修基础课。在这门课程中，学生首次应用学到的电子知识和焊接技术，完成一套实际产品的焊接、组装和调试，是锻炼学生动手实践的关键课程，对锻炼学生的工程实践能力以及分析解决问题等能力有积极的引导作用[1-3]。电装实习是连接理论知识和工程实践的桥梁，与电路基础、模拟电路、数字电路等课程密切相关，二者相互促进、相互交融。通过电装实习，一方面可以帮助学生巩固和加深对这些理论课程所学知识的理解和掌握；另一方面，理论与实践相结合，可以培养学生的工程意识，锻炼学生的实际动手能力，实现学与做的有机结合。2015年国务院办公厅印发的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》提出，到2020年建立健全课堂教学、自主学习、结合实践、指导帮扶、文化引领融为一体的高校创新创业教育体系，人才培养质量显著提升，学生的创新精神、创业意识和创新创业能力明显增强，投身创业实践的学生显著增加[4]。我校电气工程学院自动化仪表系创新性地提出了课程群与模块化创新实践的教学改革思路，注重课程之间以及理论教学与实践教学之间的联系，通过模块化实践提升学生的综合创新能力[5]。电装实习作为一门重要的实践课，肩负着培养学生的创新意识和工程理念、激发学生动手实践的积极性、主动性的重任[6-7]。因此，积极探索并完善电装实习教学工作，最大程度地实现以上目标，完成对学生独立思考能力、创新能力以及动手实践能力的培养，则成为电装实习教学的首要任务。
1传统电装实习教学模式及存在问题
长期以来，我校电装实习内容均是以收音机和万用表的焊接和调试为主。在实习过程中，学生将测量好的元器件按照电路原理图摆放到电路板相应位置进行焊接，焊接后手工检查各焊点，确认无误后上电测试，如果现象正确则表明焊接无误。在这种机械式的焊接与调试工作中，大多数学生存在对电路原理图不理解、对其工作原理懵懂等问题。因此，通过反思这种教学模式，发现其对学生的实践能力、创新意识等培养效果较差。归纳起来，目前这种教学模式主要存在以下问题[8-10]：(1)学时少，而教学任务较重，难以完成对学生的工程意识和创新思维等能力的引导和培养工作。改革前，电装实习要在仅有的16学时内，让学生掌握基础的电子知识，练习焊接技能，完成收音机和万用表的焊接和调试，教学内容安排上相对较满，难以抽出空余学时对学生的创新实践能力等进行指导和培养。(2)学生缺乏相关知识储备，调试困难。电装实习往往是在本科二年级下学期进行，而此时学生的模拟电路、数字电路和电路基础等专业基础课程刚刚开展，因此相对学生此时的知识储备而言，收音机和万用表所需的电路知识难度较高。尤其是对于收音机的晶体管放大电路和高频电子线路等，学生缺乏一定的理论基础，难以理解，在一定程度上会使学生对电路产生恐惧心理，打击学生的学习积极性和主动性。(3)电装实习内容知识结构不合理。改革前，电装实习所用的收音机和万用表涉及的大多是模拟电路知识，而对现在单片机编程普遍应用的数字电路知识基本没有体现。这是传统电装实习的一大缺陷。(4)电装实习内容陈旧，不能适应企业对数字电路、单片机编程等知识能力的需求，难以激发学生的学习兴趣和创新意识。由分立元器件构成的晶体管超外差式收音机不但不能体现电路元器件的集成化、小型化的发展趋势，而且电路结构复杂，不利于激励学生将所学知识应用于电子产品的设计和开发。(5)电装实习内容缺乏针对性，不同专业实习内容相同，忽略了各专业培养目标的差异性。目前全校各个专业，如电气、电子类专业和机械、应用化学等非电子类专业，实习内容都是收音机和万用表，时间均是16学时，没有考虑不同专业在学科方向和知识架构上的差异，也未能顾及电类专业对电装实习较高的专业要求。基于以上问题，我们认为，传统的电装实习已不能满足学生对当下知识结构的需求，对提高学生的创新能力更是力不从心。因此，我们以电类专业学生为试点，对电装实习课程做了相应的教学改革。
2电装实习教学改革
目前，我校从各方面鼓励学生积极参与创新活动，参加各种科技竞赛。尤其近几年，随着单片机的应用越来越普及，社会各界和各高校加大了对单片机编程应用类竞赛的重视力度和支持力度，如秦皇岛市“康泰杯”高校单片机应用设计竞赛、河北省大学生电子设计竞赛、全国“飞思卡尔”智能车竞赛等。与此同时，精通单片机编程也成为很多企业进行人才招聘的考核标准。为此，很多学生从本科一年级开始，就利用选修课、学校科协、竞赛培训、自学等方式接触和学习单片机。因此，基于上述原因，同时为加强对学生综合实践能力的培养，我校对电气电子类专业学生的电装实习进行了以下改革。
2.1教学内容上的改革
(1)自制单片机外围模块，取代原来的收音机和万用表，并把各种常见的典型电路，如数码管电路、蜂鸣器电路等，集合在一起设计PCB板，且板上各电路模块之间相互独立。每个模块电路结构简单，元器件不多，学生容易理解掌握。这种方式不仅帮助学生复习巩固了电路知识，而且可以把多个不同功能的电路模块组合应用，增加设计的灵活性。由我校实验中心自行设计制作的PCB电路板可实现的电路功能模块如表1所示。学生根据PCB电路板和元器件自行完成相应电路的焊接和调试工作，焊接好的电路板如图1所示。(2)在教学过程中，引入工程概念，培养学生在软件编程中的工程意识。工程模板是单片机编程的基础和前提。在软件编程过程中，通过让学生自己创建工程模板，可以帮助学生更好地认识到工程结构，熟悉工程所包含的各种文件，如启动文件、说明文件等，更好地了解程序在编译过程中是如何链接工作的，从而可以更好地帮助学生建立工程概念。(3)设置上电检测环节，确保硬件电路的正确性。当电路板焊接完成，肉眼检查无误后，要进行上电检测。上电检测的过程是在相应的电路节点接入相应电压（如3.3V或地），组成闭合回路，实现相应功能。上电检测是检查PCB电路板制作和元器件焊接正确与否的关键环节。同时，通过上电检测环节，指导教师可对学生的电路知识进行考察。在上电检测过程中，指导教师可以让学生在不同的电路模块间自由组合，实现不同模块功能的控制。例如，用电子时钟板的独立按键控制数码管和交通灯，用密码锁板上的键盘矩阵控制电子时钟板的蜂鸣器发出报警，用电子时钟板的独立按键控制密码锁板的发光二极管，等等。这种跨模块的测试可进一步加深学生对电路结构的理解，对学生学习电路基础、模拟电路、数字电路等都能起到良好的促进作用。(4)讲授基本编程技巧，引领学生编程入门。在硬件操作的基础上，增加了软件编程的内容，通过软硬件的结合，锻炼学生的综合实践能力。在软件编程部分，为每个学生提供一个STM32最小系统板，并利用学生焊接的外围模块，指导教师引导学生编写较为简单的程序，实现相应功能，如点亮LED灯、数码管显示自己的学号等。在编程过程中，指导教师对重要知识点、难点、编程技巧等进行讲解，并全程指导。当学生利用焊接的外围模块，通过自己编程实现相应功能后，可加强学生学习的自信心和学习的积极性、主动性。表2列出了两个外围模块与STM32F103VET6开发板和NOKIA5110液晶屏相结合，可以编程实现的部分功能。图2给出了学生现场测试和调试的过程。
2.2教学方式上的改革
除了以往的实验指导书编写、多媒体PPT讲述，我们还引入了视频教学的方式。把重要的或容易出错的知识点，如工程模板的建立过程、基本编程技巧等，做成小视频，上传到公共资源，方便学生随时查阅。这种方式为学生提供了良好的教学资源。学生在自己操作过程中，如果忘记或没有看清指导老师的PPT演示过程或重要提示，可以自己查找相应的教学视频，从而可以更加清晰直观地温习相应的操作过程[11-12]。对于个别接受知识困难、跟不上班级进度的学生，视频学习可以帮助他们在课余时间强化重点，加深理解。
2.3师资队伍上的调整
为适应电装实习在教学内容上的重大改革，在师资配置方面也做了相应调整。改革前的电装实习主要针对硬件，需要完成相关的焊接和调试工作，指导教师在焊接原理、焊接技术、硬件调试等方面有着丰富的经验，对学生的实习过程可以进行有效协助和指导，确保硬件的焊接质量和顺利调试。教学改革后，电装实习不仅要培养学生的焊接、硬件调试等实际动手能力，还要注重锻炼学生的软件编程能力。因此，电装实习配置了从事单片机编程教学的软件指导教师。每个教学班同时由硬件指导教师和软件指导教师全程指导学生的电装实习，分别侧重负责学生的硬件焊接和软件编程两方面，加强了电装实习课程的师资力量，教学质量得到了保证。
2.4考核方式上的改革
针对教学内容上的改革，电装实习的考核方式也进行了相应调整，不仅要评估学生对电路的理解及焊接技术，还要考核学生的软件编程能力。最终成绩的构成及相应的比重如表3所示。实习过程中，每个项目完成后，指导教师都要根据学生的实际表现，严格按照评分标准给出本项目的成绩。如表3中序号3的项目，电子时钟板的电路原理及焊接，在考核时通过现场提问判断学生对电路原理的掌握情况，通过检查电路板判断有没有错焊、短路或焊接不良，电路板整体是否干净整齐美观等。序号5的项目，要考察学生是否是独立完成整个编程过程，有没有逻辑或语法错误，最后现象是否正确，完成的速度等。实习结束后，指导教师按照各个项目所占成绩比例，综合给出学生最后的实成绩。改革后的电装实习由原来的16学时增加到32学时。每天按8学时进行，4天完成整个实习过程。课程进度如表4所示。
3.改革后的成效与展望
电装实习改革后实施的首批学生是2015级电子信息类专业本科二年级学生，近1000人。由于专业背景，部分学生已经接触过数码管、蜂鸣器等常用的电子元器件，但缺乏深入系统地学习。通过这次电装实习，学生们掌握了常用元器件的原理和测量方法，加深了对电路、数电、模电等基础知识的理解和掌握，锻炼了动手实践能力，为以后的电路设计、PCB电路板制作等奠定基础。同时，STM32开发板的编程入门也将他们引向一个实现自我想法的广阔空间。综合后续专业课的学习情况和各种竞赛的表现，电装实习改革取得了一定的成效，主要表现为以下几点：（1）专业课《嵌入式单片机STM32设计及应用技术》的学习情况有了较大改善。通过电装实习，学生已初步掌握了简单的硬件知识和一定的编程能力，在专业课的学习过程中能够积极投入，理论与实践相互结合。在理论课学习过程中，授课教师结合电装实习内容，通过安排编程实践，可以帮助学生加深对理论知识的理解和掌握。通过授课教师反馈和电装课题组调研发现，相对于往年，2015级学生的单片机编程学习进度至少提高了8学时，理论课程结课考试成绩平均水平较往年有较大幅度提升。（2）参与创新实践的学生数量明显增加。通过电装实习，学生具备了初步的硬件知识和单片机编程基础，为学生后续自学和创新实践等奠定基础。相对于往年，进入实验室进行创新实践学习的学生人数增加近一倍。这些前期的学习和实践能力的培养为学生以后参加各种电子科技竞赛打下基础。（3）学生综合实践和创新能力得到提升，科技竞赛成果显著。如2017年秦皇岛市“康泰杯”单片机应用设计竞赛”获一等奖2项、二等奖3项、三等奖4项；“挑战杯”河北省大学生课外学术科技作品竞赛”获一等奖和二等奖各1项，三等奖2项；第十二届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛获全国二等奖1项。这次电装实习的教学改革，实现了理论与实践相结合、硬件与软件相结合，有助于培养学生独立思考、分析解决问题的能力。通过改革电装实习内容、增加教学手段、完善考核方式等，提高了电装实习的教学效果，实现了提高学生综合动手能力的培养目标。在以后的教学工作中，课题组将进一步结合各专业培养目标、用人企业等对学生应用实践能力等要求，深入改革并完善教学措施，培养学生的工程实践能力，提高人才培养质量。
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作者:张金凤 杨莹 李雪 单位:燕山大学里仁学院