电子系统设计课程混合式教学的设计与实现

张虹 刘宁艳 张璞

[摘 要] 为达成复合型、应用型和创新型人才培养的目标，对“电子系统综合设计与实践”课程进行了改革。利用Blackboard信息化平台，从学生的差异化需求出发，建立和组织了涉及面广、内容众多的教学资源。采用教师讲授和学生线上自学的混合模式，引领学生从原本碎片化的认知中顺利过渡到系统设计阶段。同时，提供的综合设计素材，可启发学生的设计创意，帮助其确定设计方案并顺利实施。实践证明，这种模式不仅便利了教学的组织和管理，还极大地促进了学生的积极性和设计创意，取得了良好的教学效果。

[关键词] 电子系统;综合设计;实践教学

[基金项目] 2019年度教育部产学合作项目“基于CDIO的电子系统综合设计教学改革与实践”（201902289024）;2019年度西安交通大学本科实践教学改革研究项目“基于blackboard的‘电子系统设计与实践课程信息化平台建设”（19SJZX03）

[作者简介] 张 虹（1969—），女，上海人，博士，西安交通大学电气工程学院教授，研究生导师，主要从事数字电子技术与微处理器、电子系统综合设计实践研究;刘宁艳（1977—），女，陕西韩城人，硕士，西安交通大学电气工程学院高级工程师，主要从事嵌入式系统设计研究;张 璞（1980—），女，陕西西安人，工学硕士，西安交通大学电气工程学院高级工程师，主要从事电子系统设计研究。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）29-0049-04       [收稿日期] 2021-03-17

随着科学技术的飞速发展，电气工程学科领域在不断地拓展。为适应新形势，对课程内容和教学模式进行重构，以培养复合型、应用型和创新型人才势在必行[ 1，2 ]。为了更好地达成这一目标，针对开设的“电子系统设计与实践”课程中存在的问题，通过引入信息化的手段组织和建设教学资源，开展混合式教学，改革考核模式，取得了良好的教学效果。

一、课程存在的问题

（一）内容组织松散

“电子系统设计与实践”课程以完成一个电子系统设计作品为目标，训练学生综合运用以往所学解决实际问题的能力。课程综合性强、涉及面广，不仅包括模拟和数字电子技术、微处理器和可编程技术，往往还涉足信号处理、传感器、接口技术、电路板的制作和安装、电路和程序的调试技巧等很多方面。对学生而言，有些知识虽已学过，但还是一种碎片化的状态，而有些则是全新的技术和方法，如一些专用芯片的使用，带有I2C、SPI接口的芯片的二次开发等，这些都需要学生广泛搜集资料、学习和掌握。目前学生面对课程要求普遍有种难以适应、不知所措和畏惧的心理。

为此，引入“淘宝式”教学设计方法[3]，即将“淘宝网”中的“购物体验和服务模式”有机运用于实验教学之中，从学生的差异化需求出发，因材施教、提供多样化的实践教学体验。在这种模式下，教师作为服务商需要为学生提供丰富的资源供其选择。因此，建立形式各异的教学资源并以便捷的方式加以组织和呈现，以引领学生从碎片化的认知中顺利过渡到系统设计阶段是亟待解决的问题。

（二）考核方式单一

目前系统设计课程的成绩评定主要以最后的作品验收为依据，对学习的全过程缺乏应有的监督和可量化的客观评价，这种只重视结果而忽视过程的考核方法不利于促进学生的日常学习，也容易造成学生平时懒散，最后突击的情况。本课程总学时为80学时，持续时间长，学生在课程进程中缺乏应有的监督和考核显然对达成最终的目标十分不利，因此，加强过程性评价及动态监测也是目前课程亟待解决的主要问题之一。

二、教学改革的设计与实现

（一）教学资源的建设

一个电子系统往往由不同的功能模块构成，而实现同样的功能可以通过不同的方案和途径，因此，建立全面、丰富的设计资源，以帮助学生尽可能多地了解相关技术和方法，对其系统设计的顺利实施至关重要。微控制器是绝大多数电子系统设计中必不可少的部分，结合学生的实际情况，教师选用结构相对简单、易于掌握的51系列单片机，以及功能强大，内部资源丰富，但结构复杂，掌握难度较大的stm32两种类型的单片机供学生选择。为此，制作了学习课件并录制了讲解视频。将原本的课堂授课方式改为了线上学习，学生可根据自己的实际情况选择学习，避免了一刀切。除此之外，为满足不同设计需求，教师还搜集整理了包括温度传感器、超声波传感器、时钟日历芯片、IC卡、数/模和数模转换芯片、不同显示屏大小的液晶在内的众多模块的资料和例程，以开阔学生的视野，帮助其确定设计方案。

（二）教学资源的组织

为了把不同门类、不同形式的教学资源以清晰的架构呈现以便学生查阅，教师根据课程内容和进度，在Blackboard上设置了如下栏目[4]：课程简介、课程大纲、课程公告、教学课件、设计资源、过程考核、课程论坛和优秀作品展等。其中，课程简介如图1所示，除文字介绍外，还放置了优秀作品图片，使学生一开始就对课程目标有一个直观、形象的了解，同時通过提高趣味性激发学习兴趣。

课程教学大纲帮助学生了解课程的基本信息，如学时、学分、教学内容和考核办法等。课程公告可使学生及时了解教学要求，准确把握学习进度。本课程安排有16学时的理论授课，分别从设计导读、单片机知识回顾、系统接口电路设计和扩展、系统设计常用模块电路和专用芯片、硬件和软件开发工具、电路板的设计与安装、系统设计常用调试方法和技巧等多方面入手，帮助学生将前期学习中碎片化的知识贯通起来，同时通过一些新技术新方法，如I2C、SPI接口芯片的引入，拓展设计资源，以帮助学生向系统设计阶段顺利过渡。该部分学时短、内容多，因此除课件外，还录制了讲解视频。由于视频容量大，故将其放在“云盘”，学生可通过链接自主观看。基于这些教学资源，理论授课采取了线上学生自学结合教师课堂讲解的混合模式。