Teaching Reform and Exploration of Practical Course Based on Electronic Competition——With "Design and Manufacture of Applied Electronic System" as an Example

随着工程教育专业认证的推进，实践类课程在本科培养方案中所占的比重逐年提升. 课程设计所涉及的知识面较广，实践性和综合性都很强，对实验仪器设备要求也较高^[7]. 传统的课程设计形式单一，内容陈旧以及其它条件限制，导致教学效果与人才培养目标的差距日益明显，亟待解决的问题主要有以下3个方面：

1) 教学内容陈旧

传统的课程设计题目更新不及时，且主要集中在某一特定范围，综合性不强. 例如稳压电源设计、信号发生器设计、多路抢答器设计等常规题目，学生在设计和制作过程中按部就班，循规蹈矩，导致缺乏电子产品开发的实训经历，甚至出现相互抄袭的情况，这与课程设计的教学目标严重不符，无法达到工程教育专业认证的要求.

2) 考核方式单一

传统的课程设计由每名学生独立完成，主要从出勤、作品测试和设计报告等方面进行考核，该种评价方式过度强调课题的最终完成情况，忽略了学生在实践环节的过程和方法，不够完整客观，加之设计题目综合性不强，无法让能力突出的学生脱颖而出，也不利于选拔参加竞赛的优秀人才.

3) 实验仪器设备更新滞后

电子信息技术的发展速度非常快，产品工艺要求也越来越高，但受改善办学条件经费限制，课程设计所需的仪器设备不能及时更新，电路板制作工艺较为粗糙，时常出现供电不稳定、信号传输不畅和地线开路等异常情况，学生无法掌握市场主流的电路板制作流程，且存在一定的环保隐患. 常用的制图和仿真软件，例如Altium Designer，Pads，Miltisim等都是国外引进且长期未升级，软硬件设施更新滞后，使得课程设计的教学质量大打折扣.

实用电子系统设计与制作课程设计拟从教学模式、教学资源整合和考核方式等方面进行改革与实践，并引入“课程思政”元素，具体措施从以下5个方面推进(图 1).

1) 结合竞赛模式，改革教学方案

首先，指导教师结合人才培养计划和工程教育专业认证要求，从命题思路、组队形式、相关政策等方面对各级别的竞赛进行宣传，鼓励学生积极参与. 另一方面，组织获奖团队的学生介绍竞赛经验，营造浓厚的学习氛围，使学生对竞赛情况有更为深入的了解，提高学生参赛的主动性.

参照竞赛规则，课程设计改由3名学生自行组队，以组为单位完成课程设计的技术指标分析、方案选择、器件选型、装配调试和撰写报告等过程，组内学生既需共同讨论设计方案，也要明确软硬件分工，经过团队协作才能完成课题任务. 在创新能力培养方面，鼓励学生采用前沿技术和芯片进行设计，对开发工具不作限制，为每组学生配套一定额度的经费，由学生自行规划购买耗材.

在执行过程中，指导教师为学生提供技术指导，对每个组的设计方案进行把关，及时指出其中存在的问题，给出合理的修改建议，对设计中出现的问题进行启发式引导和讲解，对于普遍存在的问题，适时组织讨论和点评，帮助学生将零散、碎片化的知识点组合成一个整体，逐步培养学生将所学理论应用于实践的能力.

2) 凝练竞赛考点，优化教学资源

近年的竞赛题目可分为电源类、仪器仪表类、自动控制类和信号处理类等，题目的综合性较强，但考点均来源于学生曾学习过的内容^[8]. 例如，2019年全国大学生设计竞赛的D题“简易电路特性测试仪”，题目的基础部分需要学生综合应用模拟电路中的直流电源、负反馈放大电路和滤波电路等知识点，结合单片机进行故障检测，发挥部分还需要学生利用数字信号处理的快速傅里叶变换(FFT)技术进行频谱分析. 因此，可将竞赛获奖方案转化为课程设计的优质教学资源，把不同题目的考点要求细化为若干课程题目，结合学生的学习能力和实际情况布置任务，帮助其加深对相关知识点的理解，达到“学以致用”的效果. 同时，将竞赛中采用的新技术、新方法在课程设计中推广，使更多的学生开阔视野，提高分析处理实际问题的能力以及对专业前沿技术的了解.

3) 加快完善教学软硬件设施

在工程教育专业认证的推动下，学院对照各项指标出台了一系列的改革措施，将各类竞赛分等级纳入评估体系，并作为专业认证的有力支撑之一. 原有的“覆铜板腐蚀”工艺耗时长，精度低，且存在较大的环保隐患. 为切实改善办学条件，近三年学院持续对电路制版实验室进行设备升级，指导教师和管理人员多次对川渝地区高校的相关实验室进行调研，并赴公司实地考察设备情况，经设备采购专家组论证，耗资70余万元先后采购了激光雕刻机、过孔机、压膜机等成套设备，该套设备能制作单双面电路板，最高精度可达0.127 mm，制版速度由原先的60 min/块缩短到15 min/块，由于采用激光雕刻工艺，省去了腐蚀废液回收的问题，制版效率、工艺水平和环保等方面均有较大的提升.

随着美国对我国高校禁令的不断升级，软件自主可控已经成为教育界共识. 经过多年的发展，国产电路设计软件已经能够满足课程设计的要求，在信息安全保障方面也有独特的优势，学院因势利导，大力推进专业设计软件的国产正版化，有效规避潜在风险，在课程设计环节中引导学生使用立创EDA、TRUFFER和EdrawMax等国产软件. 例如，立创EDA已创建超过100万种实时更新的元件，学生在设计过程中可以创建私有或公开的工程，并根据需求进行元器件选择，或自绘常用的封装库，学生反馈使用情况良好.

4) 融入“课程思政”元素

“课程思政”的一大特点是“融入性”，要求任课教师充分挖掘与课程内容相关的育人资源^[9-10]，将“课程思政”与实用电子系统设计与制作这一实践性非常强的课程结合，这是一个全新的课题，我们也进行了一些有益的探索.

首先，任课教师要更新教学观念，认可课程思政教育的积极意义，从“人生教化”的角度凝练课程的育人价值^[11]. 在实践中，我们主要从3个方面开展课程思政教育：①爱国主义教育、践行社会主义核心价值观、坚定“四个自信”与教学目标的结合；②挖掘专业相关科学家和技术能手的事迹，引导学生形成对文化、价值、情感和思想的认同；③引导学生树立正确的学习动机，帮助学生形成严谨的科学态度和良好的职业操守.

其次，将“课程思政”元素与设计题目有机融合. 在涉及无线通信类的题目中，引入全球移动通信的发展情况，从最初的全面落后到5G时代的突出表现，特别是量子通信领域的全球领先，这些成就是坚持中国共产党领导和改革开放所取得的，通过讲解让学生坚定“四个自信”. 另一方面，也不避讳目前我国在芯片制造领域受制于人的现状，激励学生珍惜良好的学习机会，树立科技报国的志向，将个人追求融入到民族复兴的伟业中.

第三，将“课程思政”元素融入到课程设计的过程中. 在电路调试的过程中，往往会出现输出波形含有高频干扰信号的情况，必须根据具体情况采取有针对性的措施予以滤除. 当前高校学生学习效果不佳，很重要的一个原因就是外界干扰太多，由此展开，告诫学生必须具备强大的学习定力，保持良好的学习状态和稳定的学习情绪，才能提高学习效率.

5) 改革考核方式

课程设计的教学目标之一是培养学生解决复杂工程问题的能力，这需要团队成员合理分工、相互协作来实现^[12-13]. 在课程成绩评定方面，将小组考核与个人测评相结合，小组完成情况由方案论证和设计报告进行整体评价. 对于小组成员各自所承担的任务部分，根据其态度、能力和完成度进行综合量化评定，这样能够反映出学生参与课题的积极性及个人能力差异.

为了能让学生及时发现设计与制作中的问题并及时调整，最终成绩评定引入过程性考核，主要以小组讨论纪要、数据分析记录和课题进展汇报作为评分依据. 在课题答辩环节，减少记忆性问题的比重，增加探究式、开放式问题选项，鼓励学生多思考，给出有深度的见解，提高创新性所占的比重.

新的教学模式实施后，学生的参与度大为增强. 从样品测试、设计报告和课题答辩等方面的表现，教学和育人效果都有了明显的提升，这种形式的课程设计改革得到了大多数学生的认可，“以赛促课、教赛相长”的良好氛围逐渐形成. 有学生在设计报告中写到：“在整个课程设计环节中，我们遇到了很多困难，最终依靠团队的集思广益和精诚协作得以解决，调试成功带来的喜悦，证明之前的一切付出都是值得的，通过课程设计的锻炼，我们不仅在技术层面得到了提高，也受到了科学精神的熏陶，增强了专业自信. ”

课程设计的改革为专业知识扎实、实践能力强、具有团队协作精神的学生施展才华提供了良好的平台，也为他们参加竞赛选拔打下了坚实的基础. 2019年，我院共17支队伍参加全国大学生电子竞赛，9支队伍获奖，其中全国一等奖1项，全国二等奖2项，创学院参赛最佳成绩. 2020年参加重庆市TI杯电子竞赛，6支队伍获奖. 还有部分学生借助课程设计发表了学术论文，成功申请了发明专利和软件著作权等.

与此同时，课程设计的改革措施也有力促进了学院的实践教学团队建设. 通过近年的共同努力，一支经验丰富的竞赛指导教师队伍逐步形成，5人次获国赛和市赛“优秀指导教师”荣誉称号. 为配合课程设计和竞赛队伍选拔，学院实验中心牵头研发了AVR单片机实验装置，并编写了配套的实验指导教材. 以工程教育专业认证为契机，团队积极推进质量工程和实训基地建设，进一步拓展了实践教学内涵.

将竞赛与电子信息类专业课程设计相结合，并融入“课程思政”元素，这是一个需要长期探索与实践的课题. 竞赛模式与课程设计的结合，能够提升学生综合实践能力与创新意识，思政教育能够引导学生形成严谨的求学态度和良好的职业操守，同时，该模式也有助于打造实践经验丰富的竞赛指导教师团队，因此，本文所探讨的改革模式具有积极的现实意义，也可为同类专业的课程改革提供参考和借鉴.