摘要: 《电子系统综合设计与实践》是一门集中性实践课程，对所学的各种电路系统进行设计和实现，旨在培养和提升学生的实践能力、工匠精神、团队协作意识和创新意识等。但是传统实践课程教学方法单一，学生实践积极性不高，为此，我们遵从新工科六大理念之“问技术发展改内容”、“问学生志趣变方法”和“问国际前沿立标准”从课题内容、过程教学与管理、考核等环节进行了改进与创新，并取得了较好的效果，大大提高了学生的自主学习能力、解决问题能力和探索创新能力。
Abstract:
Integrated Design and Practice of Electronic Systems is a centralized practical course that focuses on the design and implementation of various circuit systems learned, aiming to cultivate and enhance students’ practical abilities, craftsmanship spirit, teamwork awareness, and innovation consciousness. However, the traditional teaching method for practical courses is single, and students have low practical enthusiasm. Therefore, we have followed the six major concepts of new engineering, namely “asking for technological development to change content”, “asking for students’ interests to change methods”, and “asking for international cutting-edge standards”, to improve and innovate from the aspects of topic content, process teaching and management, assessment, etc., and have achieved good results, greatly improving students’ self-learning ability, problem-solving ability, and exploration and innovation ability.
1. 引言
《电子系统综合设计与实践》课程结合《模拟电子技术》《数字电子技术》《电路分析基础》《微机原理与单片机技术》和《金工实习》等课程学的相关知识，对所学的各种电路系统进行设计和实现。设计过程包括查阅文献、单元模块设计、单元电路仿真、系统设计、系统仿真、实物搭建、实物系统调试及结果分析等。本课程能让学生对所学的理论知识进行实验验证，有助于培养和提升学生的动手能力和科学素养；在培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有重要的作用，国家提出了新工科的教育改革理念[1] [2]。同时，为落实立德树人的根本任务，促进社会主义核心价值观教育，帮助大学生树立正确世界观、人生观、价值观，在《电子系统综合设计与实践》课程教学中，充分考虑本校学生的知识结构、理论水平和应用能力，从科学精神、工匠精神、诚信品质、职业道德、责任意识、敬业精神、社会责任等方面，将该课程理论知识与思想政治教育相结合，培养中国特色社会主义事业合格建设者和可靠接班人[3] [4]。
2. 教学改革总思路
该课程针对传统实践课程方法单一，学生实践积极性不高，甚至不感兴趣等问题，进行了深入分析。遵从新工科六大理念[5]之“问技术发展改内容”、“问学生志趣变方法”和“问国际前沿立标准”从课题内容、过程教学与管理、考核等环节进行了改进与创新。并且尝试让学生主动参与教学，促进师生共同进步。本专业《通信工程》是国家一流专业，同时也是教育部工程认证专业，对实践类课程非常重视，而《电子系统综合设计与实践》本专业的核心课程之一，所以我们持续对该课程进行了全方位的改进与创新，其各个环节的改革与创新的总思路如图1所示。
本门实践课包含五个教学环节，分别是开宣讲课、公布参考题目，学生选题、开展具体课题实践、答辩及实物功能展示、总结与分享，而在各个环节的教学改革与创新均遵循新工科“六问”理念，且积极融入思政教育，提醒学子不忘初心，努力学习，砥砺前行，为国家强盛而奋斗。
3. 教学改革的具体开展
就图1中五个教学环节一一展开，进行创新与改革。
Figure 1. Teaching reform diagram of “integrated design and practice of electronic systems”
图1. 《电子系统综合设计与实践》教学改革框图
3.1. 开宣讲课，鼓励学生自拟课题
该实践课，主要采取课题驱动方式培养学生的工程实践能力。首先，开展宣讲课，教师为学生们介绍通信及相关领域较为主流和前沿的技术及发展动态，本着“问技术发展改内容”的新工科理念，以学生为中心，培养学生们的自主创新意识，鼓励学生拓展思维，扩大视野与格局，勇于自拟课题，在经过2周左右的调研后，学生提交技术介绍和技术可行性分析，向指导老师提出自拟课题申请，指导教师从技术含量、难度、创新性、可行性方面进行把关。这种自由拟题的申请机制，把拟题自由还给学生，有利于学生释放自己的想象力，解放了学生们的自主创新意识与活力。
该环节的创新点是：学生自拟课题申请制。
3.2. 公布参考题目、学生选题
若学生没有拟出合适的题目，将从我们教师提供的课题中选择喜欢的课题进行实践。在公开参考课题前，指导教师会事先进行课题设计，选取与通信行业技术相关度大的题目作为主要参考课题，同时，为了增强学生们的工程意识，每个题目均从工程角度提出了技术指标，引导学生在工程视角下开展课题研究与实践。进行选题前，我们教师会再安排一节课，为学生们逐一介绍题目，然后给学生们一周的时间再进一步详细了解题目，然后2~3名学生自由组合成一个团队，以团队形式选题，并一起攻关课题。
该环节的创新点是：随着新技术出现，更新参考课题内容，问技术发展改内容。
3.3. 开展具体课题实践
公式在该环节，指导教师主要做以下几个方面的教学与管理：
① 为学生提供实验场所，协调各部门，为学生配备实验开展所需的设备与仪器；
② 建立课程群，微信群和QQ群，通过群，保持与学生们的密切联系，引导和启发学生的研究思路；
③ 关注每一组课题的进度，密切关注实验进展，进行技术探讨和答疑；若遇到共性技术问题，则进行统一讲解与指导；
④ 以组为单位，每周进行一次实验进展汇报，纸质版提交给我们指导老师，以便督促学生抓紧时间进行实验。
该环节的创新点是：“问学生志趣，变方法”，与时俱进，充分利用先进信息技术手段，以学生为中心，不拘一格培养学生的创新实践能力。
3.4. 考核环节
最终考核成绩由平时表现、功能实现、答辩、报告四部分组成。虽然以整组答辩的形式开展考核，但为了防止学生出现“打酱油”蹭成绩的情况，采用“同组异分”的成绩计算方式，按个体分工及完成情况，比如，工作量、技术难度、答辩情况等进行综合评分。为了鼓励学生创新，如果学生在参考课题内容上，进行了功能拓展，则相应加分。
该环节除了实现公平公正的考核，借鉴“问国际前沿立标准”思路“问行业前沿立考核标准”，以增强工程教育在行业影响力，所以，考核教师化身为一名纯粹的考核官，有必要营造非常严肃的、严格的、专业的考核场景，杜绝边考核边指导的不严谨情形。我们面对的是即将走出校门进入真实社会的大学生，为学生模拟真实的职场环境或考核场景，有利于培养学生们的职业素养。
该环节的创新点是：“问行业前沿立考核标准”，模拟真实职业考核场景，锤炼学生职业素养，进一步提高学生的工程综合素质。
3.5. 总结与技术分享课
考核环节结束后，教师就学生在答辩考核环节出现的共性问题进行梳理，再进行一次总结课，以帮助学生进一步融会贯通课题，凝练知识点，将理论与实践的结合进一步升华。
比如，由于大多数学生是首次面对综合类课题，对系统的整体架构缺乏理解，尤其是很少学生能画对程序主流程图，如图2就是一个常见的主程序与中断子函数逻辑上混淆的流程图，而图3是常见的基于while (1)的主程序架构，通过中断进入中断服务子函数进行执行，执行后再返回while (1)继续执行。
Figure 2. Error flowchart
图2. 错误流程图
Figure 3. Correct flowchart
图3. 正确流程图
Figure 4. Dual channel data acquisition schematic diagram
图4. 双通道数据采集原理图
再比如，分享学生自拟课题做的双通道示波器课题，双通道数据采集的原理，是两个ADC通道分别在方波的上升沿和下降沿轮流交替采集同一个模拟信号的原理，如图4，红色虚线表示ADC1采集，浅绿色虚线表示ADC2采集，在芯片内部将ADC1和ADC2采集的数据实时合并，就实现了2倍采样频率。图5是学生完成的作品，经过验证，该作品实现了双通道采集数据的功能。
Figure 5. Dual channel data acquisition system
图5. 双通道数据采集系统
该环节的创新点是：变教学方法提高学生的学习兴趣，增加实践后的总结分享课，实践后的画龙点睛式总结与点拨，效果胜于单纯的课堂理论讲授。
3.6. 融入思政教育
将课程思政元素有机融入教学中，同时，采用拟人法形象的进行单片机等电子系统的知识点讲解。比如单片机中的CPU和片内外设、片外外设，共同组成一个“团队”系统来实现某一项目标功能，从而告诉学生：团结协作是一个团队成功的必要条件，强调“团结就是力量”的团队协作意识和人生哲理。再比如，通过数码管、LED点阵的显示引发学生们思辨“耳听为虚，眼见为实”是否正确，通过动态显示原理，得出“眼见未必实”的结论，鼓励同学们不要被表面现象迷惑，要多思考，要看到事物的本质。这种将思政融入到具体知识点中，起到了潜移默化，润物细无声的良好教学效果。
4. 教学成果
近几年，以此教学方法指导的《电子系统综合设计与实践》课，作为教育部工程认证的重点课程，获得了专家们的一致好评，并协助本专业成功通过工程认证，于此同时，将该教学创新思路应用于本专业其他课程，获得了两项教学改革与创新项目支持。基于该课程首次参加中国教师教学创新大赛便获得校级三等奖。
近年来，本专业学生参加大唐杯移动通信大赛，获得全国赛区天津赛区奖项人数达150余人，2023年分别获得国赛一等奖、二等奖各1项。此外，2023年获得全国电子设计竞赛国家二等奖1项。
《电子系统综合设计与实践》作为本专业最主要的电子实践类课程，每年助力本专业学生考取研究生占比30%左右，多数同学考取了211、985名校，甚至部分同学考取了清华大学、中国科学技术大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学等国内顶尖大学的研究生。
5. 结论
总之，以学生为中心，以课题为导向，从培养学生创新实践能力为出发点，结合“新工科六问”理念，从课题内容、选题、课题开展、考核等环节均进行了改进与创新，将多元化教学手段与思政教育有机融合，激发了学生的实践兴趣，提高了学生的学习效果。
基金项目
本文获天津理工大学研究生教学基金(YBXM2340, YBXM2338)、天津理工大学教学基金(YB23-12)资助。