摘要：新工科背景下，《电子电路设计综合实训》传统课程弊病诸多，教学内容局限、方式单一、评价僵化，与物联网工程专业需求脱节，抑制学生创新能力发展。此次改革以该专业人才培养需求为导向，推动从分立电路实验向智能硬件系统设计转变，搭建 “电路 - 传感器 - 物联网应用” 实践体系。经课程体系重构、项目驱动教学及评价体系升级，改革成果显著，学生能力提升，课程满意度提高，获企业认可。同时，解决了硬件成本、学生编程基础、教师转型等难题。未来将引入 AI 边缘计算深化课程改革。

关键词：电子电路设计综合实训；课程改革；物联网工程；教学模式；Arduino

1、绪论

1.1 传统课程特点

（1）教学内容围绕晶体管放大电路等分立元件电路，实验固定、碎片化，重理论公式验证，不利于培养系统级设计思维。

（2）教学采用 “教师演示→学生复现” 模式，学生被动操作，依赖传统硬件工具，未引入现代开发平台，教学与先进技术脱节。

（3）评价过度依赖实验报告评分（超 80%），忽视学生设计、调试、创新能力，以及团队协作和工程文档撰写能力的考核，难以全面评估学生综合能力 。

1.2 传统课程局限性分析

（1）与物联网工程专业需求不符，该专业强调系统集成，传统课程仅关注底层电路，学生无法将电路与传感器结合采集数据。

（2）创新培养不足，实验均为验证型，学生只会模仿。调研显示仅 15% 的学生能独立设计功能电路，80% 的学生认为课程枯燥且与专业无关。

2、传统课程与改革课程对比分析

2.1 教学内容对比

2.2 教学方法对比

2.3 能力培养对比

传统课程侧重于培养学生电路焊接、仪器使用等基础技能，而改革后的课程则着重强化学生的系统集成、跨学科问题解决以及创新设计能力。

3、改革目标和内容

围绕物联网工程专业 “软硬结合、系统集成” 的人才培养需求，本次课程改革的核心目标体现在以下两个方面：

3.1 从 “分立电路实验” 转向 “智能硬件系统设计”

（1）能力培养升级：传统教学下学生局限于单一电路模块验证，缺乏系统整合能力。改革后的课程培养学生全流程工程能力，强化 “电路 - 传感器 - 物联网” 系统思维，使其掌握智能硬件开发典型问题的解决方法。

（2）教学内容重构：精简传统分立电路实验，保留核心技能训练。新增前沿技术，结合 Arduino 开发板实现 “感知 - 传输 - 控制” 闭环。

（3）典型应用场景：改革课程融入智能家居、工业监测、农业物联网场景，助力学生学以致用，理解物联网工程实际价值。

3.2 构建 “电路基础 + 传感器 + 物联网应用” 三位一体的实践体系

（1）三位一体逻辑框架。电路基础作为整个体系的根基，为传感器提供稳定电源、信号调理（如运放电路去噪）、阻抗匹配等关键支持；传感器作为物联网感知层的核心，负责将各种物理量转化为可处理的电信号；物联网应用则借助通信协议（MQTT、HTTP）实现数据上云与远程控制，从而完成整个系统的闭环操作。

（2）课程模块设计

（3）实施路径。在实施过程中，注重知识贯通，在电路实验中巧妙嵌入传感器应用场景，比如为温湿度传感器设计滤波电路；通过项目驱动实现技术衔接，串联起电路设计（硬件）、传感器驱动（固件）、云端交互（软件）；采用虚实结合的方式，先利用 Tinkercad 仿真验证电路可行性，再通过实物开发板进行功能迭代，以提高学生的实践能力和创新思维。

4、课程改革方案设计

4.1 课程体系重构

在课程体系重构方面，对传统模块进行保留与优化：保留关键电路实验，如电源电路、信号调理电路，作为学生学习的基础，并增加电路仿真工具（Multisim），以此降低硬件损耗风险。同时，新增物联网融合模块，包括 Arduino 开发板与各类传感器（如温湿度、超声波、红外等）的驱动应用、无线通信技术（蓝牙 / Wi-Fi 模块应用）以及云端数据交互（通过 ThingSpeak 等平台实现数据可视化）。

4.2 项目驱动式教学设计

构建梯度化项目库：

注重跨课程知识整合，结合《C 语言程序设计》完成 Arduino 代码开发，结合《传感器原理》优化信号采集电路设计，使学生能够综合运用多门课程的知识，提高解决实际问题的能力。

4.3 评价体系升级

传统课程评价依赖实验报告（90%）与考勤（10%），存在局限。改革后采用过程性评价（40%）、成果评价（40%）、创新性与文档规范（20%）相结合，更全面客观。

5、实践案例与效果分析

5.1 典型案例对比

传统实验以基于 LM358 的恒温控制电路为例，旨在让学生掌握运放电路设计与温度阈值控制。但它没有实际传感器接口，控制逻辑依赖硬件调整，难以满足现代物联网应用需求。改革后的基于 Arduino 的智能恒温系统，能实现 DS18B20 传感器数据采集、PID 算法控制和 Wi-Fi 远程监控，软硬件协同，还原物联网场景，更契合现代工程实践。

5.2 学生能力提升数据

传统课程教学中，85% 的学生能完成基础电路焊接，仅 30% 能独立设计功能电路。改革课程实施后，92% 的学生可实现完整项目功能，45% 的团队作品获校级竞赛奖，凸显改革对学生实践和创新能力的提升效果。

5.3 学生反馈与行业评价

问卷调查显示，改革后学生对课程的兴趣度从 62% 提升到 89%。企业反馈，参与改革课程学习的学生实习时硬件开发上手速度快了约 50%。这表明课程改革既提高了学生学习积极性，又增强了他们在行业中的竞争力。

6、改革难点与解决方案

（1）硬件成本控制：传统课程元器件损坏率高、成本高，改革采用 Arduino 扩展板等模块化套件与虚拟仿真结合，降低试错成本。

（2）学生编程基础薄弱：通过课前嵌入式 C 语言速成培训和代码案例库共享，提升学生编程能力，保障课程开展。

（3）教师团队转型：教师需从 “电路实验指导” 转变为 “系统级项目导师”，加强物联网技术培训，提升专业素养和实践能力。

7、结论与展望

本次课程改革成效显著，打通电路设计到物联网应用链路，符合新工科人才培养需求。未来计划引入 AI 边缘计算技术，如在 Arduino 端部署 TensorFlow Lite，深化课程，培养更适应时代发展的高素质人才。

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