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电子学院樊华教授在IEEE Transactions on Education发表高水平教学研究论文
文:樊华 图:樊华 来源:电子学院 时间:2022-11-28 3514

  近日,电子科学与工程学院樊华教授在《IEEE Transactions on Education》发表题为Interdisciplinary Project-Based Learning: Experiences and Reflections From Teaching Electronic Engineering in China的高水平教学研究论文,樊华教授为论文第一作者,电子科技大学为第一单位。《IEEE Transactions on Education》是IEEE旗下教育类的期刊,2021年影响因子是2.74。

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  随着电子工程技术的不断发展,社会对创新型人才提出了更高的要求,而高校教育在人才的培养中充当着至关重要的角色。加强高校对于创新型人才的培养,必须从革新传统教学思想入手。在探索更好的教学方法的过程中,高校应注重培养学生的自主性、探索性、合作性以及创新性,而不是单纯地在课堂上教授学生理论知识。对传统教学方法的革新在高校教育改革中至关重要,学生的实践经验需要得到更高的重视,而不仅仅注重于课堂教学。本文介绍了一门基于项目的学习(PBL)方法创新课程,重点是帮助学生获得实践经验,这种创新的培训计划是从基于项目的学习发展而来的,包括许多不同主题的项目。创新培训作为培养创新人才的重要组成部分,应放在教育改革的核心位置。

  如今许多高校的电子工程学课程体系缺乏整体性,各学科之间的联系不够紧密,学生很难建立起完整的知识体系。课程相关的创新型项目是解决这一问题的有效方法,因为学生在完成这些项目的过程中将接触到来自多门课程的知识,并需要掌握如何去解决实践中遇到的问题。本文提出的跨学科项目旨在促进学生可以学到完成电子工程项目所需的技术和专业技能,而不是仅仅依靠老师来获取知识。从长远来看,培养学生养成主动学习的习惯,以及学习深入思考相关知识之间的相互联系的能力是更为重要的,这样的变化对培养学生的创新和独立思考能力是十分有利的。

  图1显示了不同课程的学习成果是如何有效地整合到特定项目中。例如,学生需要将他们从“传感器”的相关课程中学到的知识理解,从而选择合适的传感器来检测某些物理信号;学生同样需要用“模拟CMOS集成电路设计”课程知识来设计放大器和滤波器;要实现不同模块的控制,学生需要结合“嵌入式系统设计”课程中的知识;此外,印刷电路板设计和布局技能可以从“电子系统设计”课程中学习。通过使用这样基于项目的方法,可以帮助学生整合多门课程的学习成果,从而令他们获得更全面深入的知识基础来完成项目。

  这些跨学科项目将以产业需求为导向,通过项目式、挑战性课程体系的构建,为学生成长打下坚实基础,打通了芯片人才培养“最后一公里”,结合课程和本团队的科研优势形成科研与教学相互促进的模式,达到教研一体的境界。

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图1 与现有课程密切联系的项目设计

  课程改革中的很多创新训练项目是从社会热点话题的角度提出并设计的,这使得它们更容易激发学生的参与兴趣。传感器在现代社会中发挥着越来越重要的作用,被广泛应用于日常物体中,通常可以检测温度、光、磁场等物理参数并将其转换为电信号,其重要应用领域包括了汽车、工业、医药、航空航天等多个方面。为了帮助学生更好地理解传感器的重要性,以及如何应用传感器,樊华教授团队设计了一个需要使用多种类型传感器的身体活动监测器创新项目。该项目展示了教学改革的核心理念,即从解决日常生活中存在的实际问题的原则出发。生活中普遍存在的一个潜在健康问题是,人们经常以不正确的方式举起重物或锻炼身体,而这可能会对身体造成严重的损害。由此可以预见,如果人们在健身或干重活时佩戴有可以监测身体姿势的设备,这将可以大大减少受伤的风险,亦或是显著提高运动效果。如图2所示,本项目由集成了多种传感器的可穿戴式运动监测器组成,可实时测量用户的身体角度和肘部弯曲角度。基于多个传感器测量到的这些数据,该设备将能够检测用户的身体姿势和活动。

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图2 多种传感器测量身体姿势

  这个项目中使用到一个STM32F3开发板、1个加速计和4个基于光的曲度传感器。STM32F3开发板作为微控制器从其他模块收集数据。学生可以通过STM32F3 DISCOVERY使用基于ARM Cortex - M4混合信号MCU的STM32F3系列轻松开发应用程序。此外,STM32 开发板还包括有加速计、陀螺仪、USB接口、LED和按键开关等组件。加速计将用于检测用户的身体倾斜角度,有着为1度的分辨率,该精度足以满足本项目的要求。曲度传感器用于检测肘部弯曲角度,并且鼓励学生亲自动手制作传感器,以便于更好地理解传感器的基本原理。

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  图3 曲度传感器(a)velostat传感器样本,(b)基于光的强度传感器模型,(c)传感器测量电路

  这个项目旨在从解决生活中切实存在的普遍问题的角度出发,通过搭建该身体活动监测系统,学生需要将无线通信技术、自动化技术和Android技术等知识相结合,该过程有助于理解各学科和专业之间的联系。在项目完成后将对项目实现过程中遇到的问题进行详细的分析,并在未来对该活动监测器进行进一步的优化,所有这些工作都有助于培养学生的创新能力和实践能力。这种类型的创新创业项目可以让学生不仅仅明白如何应用理论知识,还包括了在哪些实际层次和场合可以应用到所学的知识。

  樊华教授长期坚守芯片设计领域的教学科研第一线,将科研成果引入教学,主要讲授“电路分析与电子线路”等课程,以第一作者身份在IEEE Transactions on Education等期刊发表教学研究论文21篇,主持8项教育部教改项目,4项校级教改项目。2020年获得四川省青年教师教学竞赛一等奖。2021年在第一届全国博士后创新创业大赛全国总决赛中,以总分第一荣获金奖,2022年在广东“众创杯”创业创新大赛之科技海归领航赛决赛中获得团队组特等奖。2022年获评五粮液科技特别奖并入选四川省女性科技典型。


编辑:林坤  / 审核:林坤  / 发布:陈伟