漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)

杜會(huì)靜+孫彥龍+郭得峰

[摘要]如何優(yōu)化高校理工科實(shí)踐成本，提高實(shí)踐經(jīng)費(fèi)的綜合使用效率，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，是高等學(xué)校亟待研究解決的問題。以燕山大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為例，該專業(yè)近年來通過漸進(jìn)式教學(xué)設(shè)計(jì)方法，減少了以實(shí)物設(shè)計(jì)為載體的實(shí)踐教學(xué)成本，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)的合理支配，通過項(xiàng)目式教學(xué)以及競賽機(jī)制，使學(xué)生由單純的模仿式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的創(chuàng)新性開發(fā)，達(dá)到了教學(xué)成本的優(yōu)化與學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提高的雙重目的。

[關(guān)鍵詞]實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)成本；電子類專業(yè)；創(chuàng)新實(shí)踐能力

[中圖分類號(hào)]TN41；G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]10054634（2017）03009205

0引言

提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020）》指出，要通過全面實(shí)施高校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。隨著社會(huì)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求的提高，實(shí)踐教學(xué)在高校教學(xué)過程中的比例逐漸加大。目前，在大力推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的過程中，出現(xiàn)2個(gè)主要問題：（1）各高校實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入逐年增加，但教學(xué)經(jīng)費(fèi)仍相對(duì)不足，這些問題在工科類院校體現(xiàn)得更加明顯。在高等教育教學(xué)成本中，實(shí)踐教學(xué)成本占了相當(dāng)大的比重[1]；（2）在實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生仍以被動(dòng)接受知識(shí)、簡單跟隨操作為主要實(shí)踐形式，未能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性及創(chuàng)新實(shí)踐能力。

如何合理有效地使用實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)，發(fā)揮有限教學(xué)經(jīng)費(fèi)的最大效益，最大化節(jié)約高校理工科實(shí)踐成本，同時(shí)能夠通過實(shí)踐教學(xué)，充分提高學(xué)生主動(dòng)的進(jìn)行創(chuàng)新性學(xué)習(xí)和實(shí)踐的能力，是高等學(xué)校亟待研究解決的問題。近年來，燕山大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)通過漸進(jìn)式教學(xué)設(shè)計(jì)方法，減少了以實(shí)物設(shè)計(jì)為載體的實(shí)踐教學(xué)成本，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)的合理支配，使學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)由被動(dòng)的模仿式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的創(chuàng)新性實(shí)踐。

1高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行現(xiàn)狀

本文所涉及的實(shí)踐教學(xué)，主要是指與專業(yè)課程教學(xué)配合的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，所涉及的實(shí)踐教學(xué)成本主要是指用于實(shí)踐教學(xué)，如課程設(shè)計(jì)以及學(xué)生實(shí)訓(xùn)等教學(xué)活動(dòng)所需消耗材料的購置費(fèi)用。

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要是針對(duì)大學(xué)某一課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，利用所學(xué)的知識(shí)，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，完成一項(xiàng)涉及本課程主要內(nèi)容的綜合性、應(yīng)用性的題目。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)把教學(xué)范圍拓展到了實(shí)踐中，有利于促進(jìn)課程教學(xué)目標(biāo)的完成。但是這種針對(duì)某一課程專門設(shè)置的課程設(shè)計(jì)，與后續(xù)其他課程設(shè)計(jì)之間相互關(guān)聯(lián)度不大。造成以實(shí)物設(shè)計(jì)為載體的某門課的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目完成之時(shí)，也是所設(shè)計(jì)的實(shí)物變成電子垃圾之時(shí)。在教學(xué)耗材的購置，例如電子元器件的采購等方面，存在大量的資源浪費(fèi)；同時(shí)循環(huán)產(chǎn)生大量的不可回收的電子垃圾，對(duì)環(huán)境也造成一定的影響[2]。這些相互不關(guān)聯(lián)的以實(shí)物為載體的課程設(shè)計(jì)使高校的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足的問題更加嚴(yán)重。

另一方面，由于學(xué)校實(shí)踐經(jīng)費(fèi)與教師實(shí)踐教學(xué)投入不足等多方面原因，導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目單一，缺少系統(tǒng)化、創(chuàng)新性以及延續(xù)性的考慮。學(xué)生只是被動(dòng)地跟隨教師或者實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行模仿式實(shí)踐，創(chuàng)新性和主動(dòng)性不能充分發(fā)揮，不能達(dá)到實(shí)踐性課程的預(yù)期結(jié)果。在某一課程的課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)出的項(xiàng)目作品及學(xué)到的技能，未能在后續(xù)課程中繼續(xù)得到深入挖掘和提高，而學(xué)生以課程設(shè)計(jì)實(shí)踐為基礎(chǔ)進(jìn)行課外創(chuàng)新性實(shí)踐更無從談起。

實(shí)際上，高校中任何一個(gè)專業(yè)所有的課程設(shè)計(jì)都是為學(xué)生的綜合專業(yè)技能發(fā)展服務(wù)的，相互之間必然存在一定的關(guān)聯(lián)。根據(jù)這些關(guān)聯(lián)，搭建循序漸進(jìn)的教學(xué)體系，打破課程設(shè)計(jì)間的壁壘，統(tǒng)籌規(guī)劃，是實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)成本優(yōu)化使用的可能途徑。采用循序漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系，使得上一級(jí)項(xiàng)目能夠進(jìn)入下一級(jí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮和擴(kuò)展每一級(jí)實(shí)物設(shè)計(jì)的功能，減少資源的浪費(fèi)，從而最大化的節(jié)約實(shí)踐教學(xué)成本[3]；在課程設(shè)計(jì)過程中，增加可以充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性的創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，采取競賽等形式進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐熱情和創(chuàng)新思維。3年的教學(xué)實(shí)踐證明，這一循序漸進(jìn)式的實(shí)踐教學(xué)體系很好地優(yōu)化了教學(xué)成本，提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系搭建

電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是教育部于1998年特設(shè)的新專業(yè)，該專業(yè)涵蓋了無線電物理、電子學(xué)與信息系統(tǒng)、信息與電子科學(xué)3個(gè)舊的本科專業(yè)，對(duì)學(xué)生的現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用、現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力有比較高的要求，該專業(yè)順應(yīng)了我國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，有較大的發(fā)展和提升空間。

電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力有著較高的要求，傳統(tǒng)的紙上談兵教學(xué)模式在日益嚴(yán)重的就業(yè)形勢面前迫切需要改革。從社會(huì)對(duì)于電子工程師的要求出發(fā)，搭建了以培養(yǎng)學(xué)生硬件電路設(shè)計(jì)、電路板焊接與測試、現(xiàn)代電子儀器的使用、單片機(jī)軟件開發(fā)、項(xiàng)目規(guī)劃與開發(fā)等能力為主的實(shí)踐教學(xué)體系[4，5]。該實(shí)踐教學(xué)體系打破了各課程設(shè)計(jì)之間的壁壘，統(tǒng)籌規(guī)劃、總體考慮，以實(shí)踐成本最優(yōu)化、學(xué)生能力全面化為目標(biāo)，制定了3個(gè)循序漸進(jìn)、緊密相關(guān)的階段，分別為PCB電路設(shè)計(jì)與焊接（第3學(xué)期）、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)（第4學(xué)期）、電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)（第5學(xué)期）。3個(gè)階段課程設(shè)計(jì)材料和設(shè)備統(tǒng)一采購，統(tǒng)籌規(guī)劃，每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，持續(xù)提升和開發(fā)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的功能，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生全面實(shí)踐創(chuàng)新能力的分階段培養(yǎng)。

為了促進(jìn)學(xué)生課外實(shí)踐的展開，本專業(yè)從2012級(jí)開始就將電路類以及計(jì)算機(jī)語言類課程提前，將《電路原理與分析》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》分別提前到了第2、3、4學(xué)期，《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程提前到了第2學(xué)期。而《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程放在了第4學(xué)期。因此，PCB電路設(shè)計(jì)可以為充分理解和掌握電路相關(guān)知識(shí)打下基礎(chǔ)，同時(shí)該課程設(shè)計(jì)單元所設(shè)計(jì)的電路是基于STM32單片機(jī)的多功能開發(fā)板，可以讓學(xué)生在此設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)和掌握最基礎(chǔ)的單片機(jī)知識(shí)，為后續(xù)單片機(jī)理論課以及單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)有余力并且感興趣的學(xué)生，可以在課下自學(xué)一些單片機(jī)知識(shí)，結(jié)合所設(shè)計(jì)的單片機(jī)開發(fā)板，完成一些課外實(shí)踐項(xiàng)目。實(shí)踐證明，這樣一個(gè)實(shí)踐系統(tǒng)序列大大促進(jìn)了后續(xù)單片機(jī)理論的學(xué)習(xí)，本專業(yè)學(xué)生的單片機(jī)成績優(yōu)秀率遠(yuǎn)高于其他專業(yè)學(xué)生，達(dá)到了65%的優(yōu)秀率。

經(jīng)過電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)4年來的實(shí)踐教學(xué)檢驗(yàn)，筆者認(rèn)為該實(shí)踐教學(xué)體系極大地節(jié)約了實(shí)踐成本，在提高經(jīng)費(fèi)使用效率的同時(shí)，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力也得到了很大的提升。3年來，以學(xué)生為主體，獲批發(fā)明專利和軟件注冊(cè)權(quán)4項(xiàng)，國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃9項(xiàng)，省級(jí)以上競賽獎(jiǎng)項(xiàng)20余項(xiàng)。

3電子信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系詳解

以下面分別從PCB電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)、電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)3個(gè)方面解析本專業(yè)循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)成。

3.1PCB電路設(shè)計(jì)與焊接

印刷線路板（printed circuit board，以下簡稱PCB）是電子元器件的支撐體和電氣連接的載體。從 2006年開始，我國也已經(jīng)取代日本成為全球產(chǎn)值最大的PCB生產(chǎn)基地和技術(shù)發(fā)展最活躍的國家。電子產(chǎn)品的焊接是電子產(chǎn)品制作過程中非常重要的環(huán)節(jié)，1名合格的電子工程師如果想開發(fā)出1款工藝簡單、器件封裝合適的產(chǎn)品，必須要了解焊接，尤其是現(xiàn)代貼片焊接技術(shù)的全過程。因此PCB電路設(shè)計(jì)已經(jīng)成為電子、電氣類及相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)技能課之一[6]。在學(xué)校的電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，將PCB電路設(shè)計(jì)與焊接設(shè)置成了1門必修的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課，時(shí)長為3周。

電子工程師完成PCB電路設(shè)計(jì)過程是先利用EDA軟件進(jìn)行電路版的繪制，然后再進(jìn)行焊接和調(diào)試。但對(duì)于沒有接觸過電路板實(shí)踐的學(xué)生來說，這個(gè)電路板繪制的過程猶如理論課程一樣枯燥無味。因此，該階段的設(shè)計(jì)先由教師根據(jù)自己多年的經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)心得，按照循序漸進(jìn)式的電路板設(shè)計(jì)理念，給出電路板的主體架構(gòu)，進(jìn)行電路板各部分功能講解、焊接，然后再進(jìn)行電路板的繪制與仿真。這樣的PCB設(shè)計(jì)流程，可以讓學(xué)生在EDA軟件學(xué)習(xí)過程中，將一些抽象化的電路符號(hào)轉(zhuǎn)化為形象的電路模塊，非常方便地幫助學(xué)生理解和掌握。課程設(shè)計(jì)過程中，教師及時(shí)對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié)和關(guān)鍵提示，有助于學(xué)生快捷地掌握相關(guān)知識(shí)，緩解學(xué)時(shí)緊張的問題，該部分內(nèi)容分4個(gè)階段完成。

1） 電路板功能分析和電子元器件選擇。此階段充分考慮了成本與功能這兩個(gè)矛盾面，結(jié)合循序漸進(jìn)的實(shí)踐體系的要求，設(shè)計(jì)出基于STM32單片機(jī)的多功能開發(fā)板，板上除晶振外的所有的 IO 口全部引出，板載十多種外設(shè)及接口，可以充分挖掘 STM32 的潛質(zhì)，極大地方便學(xué)生在后續(xù)課程設(shè)計(jì)以及課外科技活動(dòng)中擴(kuò)展及使用[7，8]。

STM32EVM主要由STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)、串口下載及通信模塊、外設(shè)模塊及電源模塊構(gòu)成。板載了8個(gè)LED燈、3個(gè)按鍵、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、8路紅外檢測模塊。其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外檢測模塊和外置的智能小車底盤可以讓學(xué)生完成智能小車的控制、紅外循跡和紅外避障功能，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。電源模塊主要為開發(fā)板電路供電，分為兩部分：第一部分為USB供電及電源轉(zhuǎn)換電路，主要是在該開發(fā)板單獨(dú)使用的時(shí)候使用；第二部分為外置鋰電池供電及電源轉(zhuǎn)換電路，主要是在該開發(fā)板作為控制板，與智能小車底盤共同使用的時(shí)候使用。圖1為本專業(yè)設(shè)計(jì)的基于最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PCB板電路圖，具有較大開發(fā)和升值空間。

2） PCB焊接和調(diào)試。該階段通過學(xué)生實(shí)際接觸到PCB板，對(duì)電路板產(chǎn)生直觀的認(rèn)識(shí)，了解常用電子元器件形狀和封裝特點(diǎn)，掌握貼片焊接和直插孔焊接等電路板焊接技能，尤其對(duì)現(xiàn)代工業(yè)最常使用的貼片焊接的流程有清楚的認(rèn)識(shí)；掌握鋼網(wǎng)、回流焊機(jī)、電烙鐵、熱吹風(fēng)等焊接工具的使用以及電路板的測試和調(diào)試過程。

3） PCB板的繪制與仿真。經(jīng)過PCB功能分析與焊接之后，學(xué)生對(duì)電路板設(shè)計(jì)有了初步的了解。接下來就是EDA設(shè)計(jì)軟件Altium Designer15的學(xué)習(xí)。該軟件是主流的EDA設(shè)計(jì)軟件，可實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)與繪制。此過程，教師負(fù)責(zé)進(jìn)行繪制方法演示、指導(dǎo)、規(guī)則檢查以及驗(yàn)收。通過此過程，學(xué)生可以通過原理圖繪制和封裝設(shè)置，電氣法則測試、導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表、設(shè)計(jì)繪制PCB圖，掌握 PCB工程及完整的電路圖建立的過程。圖2是學(xué)生自主焊接和繪制的PCB電路板圖。

4） 電路板的調(diào)試——單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)基礎(chǔ)入門階段。為了提升學(xué)生的成就感，該階段必須讓學(xué)生自己焊接出的電路板工作起來，因此在完成電路板的設(shè)計(jì)后，結(jié)合單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，完成電路板功能的進(jìn)一步開發(fā)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，快速上手STM32。從 STM32 固件庫、新建工程、編譯和下載程序出發(fā)，學(xué)習(xí)STM32單片機(jī)的基礎(chǔ)功能和常用外設(shè)。通過流水燈和按鍵實(shí)驗(yàn)，掌握STM32的GPIO的原理和控制方法；通過中斷實(shí)驗(yàn)，掌握EXTI外部中斷輸入方法；通過串口通信，實(shí)驗(yàn)掌握單片機(jī)和電腦的信息交互的方法。該電路板功能的進(jìn)一步開發(fā)和價(jià)值提升可在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)中逐漸發(fā)揮出來。

3.2單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)

本階段的課程設(shè)計(jì)，使用學(xué)生自制的基于STM32單片機(jī)的開發(fā)板，以C語言為基礎(chǔ)，以u(píng)Vision5 IDE 集成開發(fā)環(huán)境作為開發(fā)工具，通過實(shí)例講解、學(xué)生練習(xí)、自主項(xiàng)目設(shè)計(jì)的形式，由淺入深，達(dá)到即學(xué)即用的效果，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和獨(dú)立開發(fā)能力。經(jīng)過PCB設(shè)計(jì)階段的STM32單片機(jī)的基礎(chǔ)功能和常用外設(shè)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)入門。因此，在這一階段可以順利進(jìn)入基于學(xué)生自制的STM32單片機(jī)開發(fā)板的高級(jí)功能擴(kuò)展，該部分主要分3階段進(jìn)行。

1） 基礎(chǔ)功能擴(kuò)展階段。通過STM32的高級(jí)外設(shè)和常用的通信協(xié)議、ADC和DAC實(shí)驗(yàn)、器件DHT11、AT24C02、W25Q64的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握信號(hào)采集和輸出的功能、電子設(shè)計(jì)中常用的單總線協(xié)議、IIC協(xié)議和SPI協(xié)議，掌握示波器在信號(hào)采集與處理中的作用。

2） 傳感器模塊學(xué)習(xí)階段。該階段利用自制開發(fā)板板載的10多種外設(shè)及接口，使學(xué)生了解和使用各種傳感器模塊，如紅外感應(yīng)模塊、聲音檢測模塊等十幾款信息采集傳感器；步進(jìn)電機(jī)、蜂鳴器模塊、繼電器模塊等輸出執(zhí)行傳感器；還有一些高級(jí)輔助模塊，如無線傳輸模塊NRF24L01、WIFI模塊ESP8266、三軸加速度/陀螺儀模塊MPU6050、液晶顯示模塊OLED12864等等，為后續(xù)綜合性的自主設(shè)計(jì)與開發(fā)打下基礎(chǔ)。

3） 綜合性的自主設(shè)計(jì)與開發(fā)階段。經(jīng)過前面階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了基于STM32的軟件編程和常用傳感器模塊的使用。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)及電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)能力，該階段特別設(shè)計(jì)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽。采用抽簽形式將學(xué)生進(jìn)行分組，每組3人。小組根據(jù)現(xiàn)有的STM32開發(fā)板和傳感器模塊，在4天時(shí)間內(nèi)完成以下任務(wù)：項(xiàng)目及創(chuàng)新點(diǎn)提出、作品原型制作、軟件開發(fā)、聯(lián)合調(diào)試、答辯。最終以比賽形式進(jìn)行項(xiàng)目作品驗(yàn)收，評(píng)委根據(jù)項(xiàng)目的難易度、完成度、創(chuàng)新性、外觀和答辯情況進(jìn)行打分和評(píng)獎(jiǎng)。

由于元器件以及外圍模塊數(shù)量有限，為了降低學(xué)生提出項(xiàng)目的相似度，開課第1天就給學(xué)生布置調(diào)研任務(wù)，要求學(xué)生在2天內(nèi)完成項(xiàng)目名稱的提出，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生項(xiàng)目的相似性、創(chuàng)新性、難易度進(jìn)行把握，相似的項(xiàng)目進(jìn)行刪除，重新讓學(xué)生商定題目。項(xiàng)目開展前，進(jìn)行開題報(bào)告，學(xué)生簡要匯報(bào)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法。教師針對(duì)學(xué)生項(xiàng)目的整體思路指導(dǎo)，不同組也可加入討論，努力提高項(xiàng)目的創(chuàng)新性和綜合性。事實(shí)證明，這種提前審題以及開題審查相結(jié)合的辦法，對(duì)于降低學(xué)生項(xiàng)目相似度，提高項(xiàng)目綜合質(zhì)量有很大的幫助。比如，同樣是濕度傳感模塊，引申出3個(gè)不同類的模塊應(yīng)用環(huán)境：能夠自動(dòng)尋光提高晾曬效率的智能晾衣架，能夠?qū)崿F(xiàn)自助澆水、采用呼吸燈顯示花卉生存環(huán)境好壞的智能花盆，以及能夠?qū)崿F(xiàn)光、水、空氣自主控制的智能農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)，分別利用濕度傳感器實(shí)現(xiàn)了衣服濕度、花盆土壤濕度和大棚土壤的濕度測定。

經(jīng)過本次課設(shè)，學(xué)生的基于單片機(jī)的自主開發(fā)能力、編程能力、設(shè)備使用和調(diào)試能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力有了大幅提高，參與性和主動(dòng)性得到了充分發(fā)揮。在該階段涌現(xiàn)了大量的創(chuàng)新性題目，如具有水量和水溫測量與顯示、警告和定時(shí)提醒功能的智能水杯，具有手勢識(shí)別、實(shí)現(xiàn)垃圾分類的智能家用垃圾桶，基于超聲波檢測的兒童坐姿矯正儀（如圖3所示）等，有3個(gè)作品被選中參加2016年在燕山大學(xué)舉辦的CDIO亞洲區(qū)域會(huì)議作品展。

3.3電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)

經(jīng)過PCB焊接與測試、單片機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的實(shí)踐性訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)可以進(jìn)行獨(dú)立的開發(fā)和設(shè)計(jì)。為進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)成果，繼續(xù)提高學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力，在第5學(xué)期，設(shè)計(jì)了電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，利用學(xué)生自主設(shè)計(jì)的開發(fā)板，進(jìn)行逐步增容，完成1個(gè)智能循跡小車的開發(fā)設(shè)計(jì)[9，10]，最終設(shè)計(jì)完成的智能小車實(shí)物如圖4所示。

智能循跡小車作為一種融合自動(dòng)控制、傳感器檢測、信息處理、計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)等多學(xué)科知識(shí)，集機(jī)電于一體的綜合系統(tǒng)，是很好的電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。該智能小車以學(xué)生自主設(shè)計(jì)和焊接的STM32開發(fā)板為控制核心，集成紅外傳感器模塊和超聲波傳感器，利用單片機(jī)的高速運(yùn)算處理能力處理8路紅外傳感器信息，控制單片機(jī)的PWM輸出占空比來調(diào)節(jié)左右直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小車智能循跡行走，并通過超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)躲避障礙物的功能。學(xué)生需要克服小車的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直道加速、S彎、虛線賽道處理、十字路口處理和自動(dòng)停車等難題，該項(xiàng)目的完成，可以實(shí)現(xiàn)的電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、檢測控制及信號(hào)處理等多方面專業(yè)知識(shí)的綜合利用，提升學(xué)生的整體創(chuàng)新實(shí)踐能力。

4結(jié)束語

由PCB電路設(shè)計(jì)與焊接、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)、電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)3個(gè)實(shí)踐階段構(gòu)成的循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系，以自制的STM32開發(fā)板為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)由淺入深的實(shí)物化電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)。各實(shí)踐環(huán)節(jié)既相互獨(dú)立又前后關(guān)聯(lián)，既有詳細(xì)的理論又有大量的實(shí)踐，充分了發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生具有了獨(dú)立的電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。經(jīng)過4年的實(shí)踐教學(xué)檢驗(yàn)，該體系達(dá)到提高實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)的綜合使用效率和學(xué)生創(chuàng)新能力的雙重目的，在高校電子類相關(guān)專業(yè)具有很好的推廣價(jià)值。

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AbstractThe key problem of universitiesis how to optimize the practical education cost of the science and engineering majors in the colleges，improve the utilization efficiency of the teaching funds，and enhance the practical and creative ability of students with the limited funds.Our progressive practical teaching system designof electronic information science and technology major in Yanshan University is introducedin the paper.By this practicaldesign，we reduce the physical designbased education cost，and realize the reasonable spending of the teaching funds.With projectbased teaching and the contest mechanism，the passive imitation of thestudents changes to theactive innovation practice.By this progressive practical teaching system design，we realize the dual goals，which are the full optimization of the educational cost and the comprehensive improvementof the innovating ability of the students.

Keywordspractice teaching；educational cost；electronic major；innovative practice ability