許 金 李 姮 李 珊 廖秋麗

（桂林電子科技大學(xué)機(jī)電綜合工程訓(xùn)練國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，廣西 桂林 541004）

0 引言

我校的國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心——機(jī)電綜合工程訓(xùn)練中心， 作為面向全校電子大類及相關(guān)電類專業(yè)開設(shè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程的教學(xué)單位， 主要承擔(dān)著學(xué)校大部分工科專業(yè)學(xué)生的電子工藝實(shí)習(xí)基礎(chǔ)教學(xué)和電子產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計制作指導(dǎo)工作。 每學(xué)年開設(shè)有電子認(rèn)知實(shí)習(xí)、電子工程訓(xùn)練I、電子工程訓(xùn)練II 等電子實(shí)訓(xùn)課，教學(xué)目的在于培養(yǎng)一年級新生對基本電子電路知識的初步認(rèn)知能力， 以及三年級學(xué)生對簡單工程項目問題的分析解決能力。 針對此該教學(xué)目的， 我訓(xùn)練中心提出基于樹莓派開發(fā)環(huán)境[1]搭建具有創(chuàng)客理念的教學(xué)技能訓(xùn)練平臺， 將開源硬件引入實(shí)踐教學(xué)， 建立以學(xué)生為主體、 理論-實(shí)踐有機(jī)融為一體的電子實(shí)踐教學(xué)體系框架， 激發(fā)提升學(xué)生主動參與創(chuàng)新性實(shí)習(xí)項目的積極性， 增強(qiáng)專業(yè)培養(yǎng)對社會的適應(yīng)性， 形成切合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求的電子實(shí)踐教學(xué)新體系。

1 “開源創(chuàng)新教育平臺”總體設(shè)計方案

“開源創(chuàng)新教育平臺”總體方案是基于樹莓派開發(fā)環(huán)境設(shè)計出一套可用于軟件開發(fā)、 硬件擴(kuò)展的多功能綜合性開源創(chuàng)客教學(xué)訓(xùn)練平臺。 如圖1 所示， 該平臺可與電子認(rèn)知實(shí)習(xí)、電子工程訓(xùn)練I、電子工程訓(xùn)練II系列課程現(xiàn)有的電子作品從實(shí)體硬件或者虛擬軟件上實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合， 并融入于開源硬件的教學(xué)應(yīng)用模式，完善整個電子實(shí)踐訓(xùn)練課程教學(xué)軟硬件系統(tǒng)。

“開源創(chuàng)新教育平臺”是面向電子實(shí)訓(xùn)相關(guān)課程設(shè)計搭建的創(chuàng)新動手技能訓(xùn)練綜合教學(xué)平臺， 涉及電子裝配工藝、元器件焊接、外圍電路設(shè)計、程序編寫、拓展項目應(yīng)用等多項技能的培養(yǎng)。 此平臺通過連接不同的外設(shè)擴(kuò)展接口、擴(kuò)展模塊，配置不同開放軟件，可為各個課程提供有不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 構(gòu)建以學(xué)生為主體、高度互動、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境。 如應(yīng)用于電子認(rèn)知實(shí)習(xí)課程中，平臺可作為學(xué)生經(jīng)SMT 工藝實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)制作裝配的Arduino 硬件開發(fā)板的軟硬件開發(fā)環(huán)境，充分發(fā)揮開源硬件共享性、開放性、協(xié)作性[2]的優(yōu)勢；在電子工程訓(xùn)練I 課程中，利用樹莓派高速的IO 口制作FM 小型發(fā)射臺， 與學(xué)生經(jīng)STM 焊接工藝制造裝配的AM/FM 收音機(jī)構(gòu)成完整的FM 通信系統(tǒng)； 在電子工程訓(xùn)練II 課程中， 基于該平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視盒子功能，結(jié)合學(xué)生經(jīng)PCB 設(shè)計制版、電子元器件焊接、程序開發(fā)與系統(tǒng)組裝調(diào)試、 系統(tǒng)參數(shù)測量四個實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)制作的液晶數(shù)字電視機(jī)完成功能完善的智能電視應(yīng)用。

圖1 開源創(chuàng)新教學(xué)平臺與電子實(shí)踐課程的融合

2 教學(xué)實(shí)施與應(yīng)用方案

面向本中心開設(shè)的電子認(rèn)知實(shí)習(xí)、 電子工程訓(xùn)練I、電子工程訓(xùn)練II 電子實(shí)踐訓(xùn)練課程教學(xué)，以“開源創(chuàng)新教育平臺”為教學(xué)平臺，圍繞授課內(nèi)容、授課方式和課程評價標(biāo)準(zhǔn)三個方面開展教學(xué)改革， 探索實(shí)施開源創(chuàng)新教育新模式。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的制定

“開源創(chuàng)新教育平臺”能以各種不同的身份引入到不同的課程中，有作為工具的，也有作為開發(fā)平臺的，如何在各課程中制定適宜的教學(xué)內(nèi)容以突出專業(yè)定向、開展創(chuàng)客教育[3]、培養(yǎng)學(xué)生“Maker”精神，即如何做到“因地制宜”是需要首要解決的問題。 根據(jù)各不同專業(yè)的專業(yè)背景知識制定了不同階段的教學(xué)內(nèi)容， 構(gòu)建可柔性擴(kuò)展的教學(xué)模式[4]：

（1）針對在電子認(rèn)知實(shí)習(xí)課程中的應(yīng)用，教學(xué)側(cè)重點(diǎn)在于訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立動手能力和實(shí)踐能力。 鑒于學(xué)習(xí)此課程的學(xué)生時處一年級，專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，“開源創(chuàng)新教育平臺” 主要以一種開發(fā)工具的學(xué)習(xí)及使用附加于原課程的教學(xué)內(nèi)容中， 擴(kuò)展現(xiàn)有課程的軟件平臺搭建、 語言學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。 本中心使用以自主優(yōu)化設(shè)計的Arduino UNO 開源硬件教學(xué)開發(fā)板為對象開展生產(chǎn)實(shí)踐， 針對不同專業(yè)制定特定實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項目， 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識開源硬件在自身專業(yè)的應(yīng)用場合， 使學(xué)生更加充分了解專業(yè)定向， 提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。 開源教學(xué)在電子認(rèn)知實(shí)習(xí)課程中的教學(xué)過程具體分為案例樣品演示、開源開發(fā)板制造、綜合拓展項目實(shí)戰(zhàn)、作品現(xiàn)場驗(yàn)收評議等四個環(huán)節(jié)。 學(xué)生在此課程中不再是僅僅測量電子元器件、 裝配電子產(chǎn)品， 而是需要利用在制造階段制作的Arduino UNO 開發(fā)板作為主控制核心，配合相關(guān)外圍電路，探究設(shè)計一個具有創(chuàng)意的產(chǎn)品；

（2） 針對于在電子工程訓(xùn)練I 和電子工程訓(xùn)練II課程的應(yīng)用， 學(xué)生處在本科三年級階段， 已具備一定專業(yè)基礎(chǔ)， 參于此課程重在鍛煉其專業(yè)應(yīng)用能力及解決實(shí)際問題能力，因此，“開源創(chuàng)新教育平臺”不僅作為一種工具使用， 而是能夠利用其強(qiáng)大的二次開發(fā)能力進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)， 可在教學(xué)內(nèi)容中納入基本的開發(fā)語言學(xué)習(xí)、外設(shè)開發(fā)方法、應(yīng)用開發(fā)實(shí)例[5]等，通過此平臺， 將原獨(dú)立單一化的生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)變?yōu)檎w化的系統(tǒng)性開發(fā)實(shí)訓(xùn)，更為強(qiáng)化工程意識、創(chuàng)新開發(fā)能力的培養(yǎng)。

2.2 教學(xué)方法的改革

針對于 “開源創(chuàng)新教育平臺” 在不同課程中的應(yīng)用，應(yīng)制定多種教學(xué)方法：

（1）電子認(rèn)知實(shí)習(xí)課程對于“開源創(chuàng)新教育平臺”的使用更多的是一種工具的操作學(xué)習(xí)， 在教學(xué)過程中應(yīng)采用視頻演示、實(shí)物演示、課件講授、軟件練習(xí)、模擬演示、軟硬實(shí)驗(yàn)、拓展啟發(fā)、測評討論等教學(xué)方法，以學(xué)生開放學(xué)習(xí)為主、 教師課堂集中教學(xué)為輔進(jìn)行教學(xué)；

（2）在電子工程訓(xùn)練I 和電子工程訓(xùn)練II 課程中，“開源創(chuàng)新教育平臺”不單是一種工具，更為重要的是一個綜合開發(fā)平臺。 在教學(xué)中，以“實(shí)例法”為主進(jìn)行基礎(chǔ)能力的教學(xué)，以“項目驅(qū)動法”完成學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)， 開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維， 實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新理實(shí)一體化型教育。

2.3 評價機(jī)制的完善

為能突出個體差異化， 充分有效評價學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新應(yīng)用能力， 課程采用面向于過程和結(jié)果權(quán)重比各占50%的綜合評價機(jī)制。在實(shí)踐過程中，教師可通過平臺定向設(shè)置簡易故障， 需要學(xué)生學(xué)會利用相關(guān)儀器儀表，對故障點(diǎn)進(jìn)行排查，再經(jīng)過對原理的分析，結(jié)合對故障原因的判斷， 通過焊接或修改電路的連接、 更換元器件、 修正程序的流程等操作使電路恢復(fù)原有功能， 鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的真實(shí)能力， 并根據(jù)對學(xué)生實(shí)踐過程做出真實(shí)、 客觀的評價， 評定學(xué)生過程表現(xiàn)的成績。 在課程結(jié)束時， 采用驗(yàn)收實(shí)踐課程作品的形式進(jìn)行評價： 課程作品驗(yàn)收選擇不受約束的創(chuàng)意設(shè)計的方式， 不以固定的作品進(jìn)行檢驗(yàn)。 學(xué)生可以選擇單人獨(dú)立完成一個作品， 也可以以團(tuán)隊的形式完成一個創(chuàng)意作品。 其中針對于團(tuán)隊形式考核， 為考察團(tuán)隊中個人的能力及貢獻(xiàn)， 可增加實(shí)操考核環(huán)節(jié)， 側(cè)重點(diǎn)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的電路調(diào)試與故障診斷訓(xùn)練， 彌補(bǔ)原有考核方式中的不足。 作品驗(yàn)收以學(xué)生自行評定、大眾評定及教師評定等三者共同綜合得分作為學(xué)生作品環(huán)節(jié)的成績。

3 結(jié)語

探索搭建基于樹莓派開發(fā)環(huán)境學(xué)科交叉融合優(yōu)勢的“開源創(chuàng)新教育平臺”，面向于電子認(rèn)知實(shí)習(xí)、電子工程訓(xùn)練I、 電子工程訓(xùn)練II 系列電子實(shí)踐課程實(shí)施教學(xué)改革， 實(shí)現(xiàn)以開源教學(xué)應(yīng)用模式開展開源創(chuàng)客教育，目的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、激發(fā)創(chuàng)新潛能，鍛煉創(chuàng)新技能。 該平臺能夠提升學(xué)生綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力， 可為全面提高學(xué)生動手能力和綜合素質(zhì)及后期專業(yè)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)， 建立交叉學(xué)科一體化并可柔性擴(kuò)展的教學(xué)模式，完善電子實(shí)踐課程體系的建設(shè)。