STEM綜合實訓(xùn)項目設(shè)計——概述及小型綜合實訓(xùn)項目（1）
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說明：學生進入企業(yè)終將完成綜合崗位工作，如電路調(diào)試、整機裝配、售后維護等。除了本專業(yè)知識外，學生還需要整機裝配常識、工況與實驗室區(qū)別等知識，這些知識及相應(yīng)能力將通過綜合實訓(xùn)項目來獲得。
這里將本專業(yè)原分散的電子實訓(xùn)統(tǒng)一組織和實施，內(nèi)容安排如圖1所示。圖中單一項目如運放電路、整流濾波電路、負反饋放大電路等，綜合項目以STEM為指導(dǎo)理念設(shè)計，以學生的綜合應(yīng)用能力、實際工作能力為目標，完成一個相對完整的制作。
圖1 電子綜合能力培養(yǎng)路徑
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一、STEM含義
STEM教育,是一種由科學(Science)、技術(shù)(Technology)、工程( Engineering)和數(shù)學( Mathematics)四門學科知識融合集成的教育模式，它強調(diào)以項目或問題為驅(qū)動，通過學生合作探索與自主學習相結(jié)合的方式完成項目或解決問題，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及問題解決能力，跨學科和整合性是其核心理念。
二、小型綜合STEM項目
小型綜合STEM項目共10個，每學期2個，它們都是一些較為簡單但又比較完整的儀器、儀表、智力玩具等。
1.項目內(nèi)容
10個STEM項目及其相關(guān)知識如表1所示。
表1 教學項目來源及特色 | ||||
項目名稱 | 項目來源 | 科學、技術(shù)、數(shù)學知識等 | 項目特色 | 學期 |
學生電源 | 電子儀器 | 電容充放電；電子裝配；鉆孔、銼削；自然對數(shù) | 實用儀器，學生自制的個人專屬儀器 | 學期一 |
電子幸運轉(zhuǎn)盤 | 生活娛樂 | 555振蕩電路、十進制計數(shù)器電路；焊裝；隨機數(shù)、測繪 | 使用電池供電，學生自制的娛樂工具 | |
信號發(fā)生器 | 電子儀器 | 電路振蕩；電壓跟隨電路；鉆孔、銼削；函數(shù)表達式 | 學生自制的個人專屬儀器；運放選型 | 學期二 |
七彩電子琴 | 生活及藝術(shù) | 聲音響度、音色、音調(diào)與物理量的對應(yīng)關(guān)系，定時常數(shù)計算 | 用于學生日常娛樂，單片機課模仿編程 | |
電子沙漏計時器 | 體育賽事 廚房定時 | 計數(shù)器、觸發(fā)器、施密特電路；頻率計算 | 用于家庭生活，可讓學生向家長匯報 | 學期三 |
圓盤電子鐘 | 生活 | 頻率的穩(wěn)定度；根據(jù)材料選鉆頭、鉆孔加工；三角函數(shù) | 可進行模仿性編程及改變顯示效果 | |
電子大風車 | 生活娛樂 | 視覺暫留；電子裝配；鉆孔；三角函數(shù) | 通過模仿編程獲得不同效果 | 學期四 |
噪聲測試儀 | 工業(yè)產(chǎn)品 | 信號放大、A/D轉(zhuǎn)換；測繪、裝配、鉗加工；映射 | 可變換為頻譜測試儀，用于編程訓(xùn)練 | |
電子聲光報警器 | 生活 | 振蕩電路、數(shù)字電路、計數(shù)器；鉆頭選擇、孔加工；測繪 | 對原產(chǎn)品認真觀察后進行拓展性設(shè)計 | 學期五 |
數(shù)控穩(wěn)壓電源 | 工業(yè)產(chǎn)品 | PWM知識、編碼開關(guān)知識；電源功率計算；儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計 | 對真實產(chǎn)品的模仿設(shè)計 | |
2.項目例子
當前職業(yè)教育中強調(diào)“技能”，但對“工程”關(guān)注較少，而綜合型應(yīng)用人才離不開其工程素養(yǎng)。工程素養(yǎng)的起點是發(fā)現(xiàn)問題，并對問題進行審視，靈活應(yīng)用其已學到的知識或者探索當前可以被掌握的知識來解決問題。這種審視是對真實問題的拆解，它離不開科學，也離不開技術(shù)。以七彩電子琴為例，它由七彩燈電路、鍵盤電路、功放電路等部分組成，表2列出了跨學科知識及其應(yīng)用。學生在STEM課程中完成機殼選擇、按鍵尺寸測量、面板初步設(shè)計、焊接調(diào)試電路板等工作。
表2 跨學科知識及應(yīng)用 | ||
序號 | 解決問題的方法 | 跨學科知識 |
1 | 電路能發(fā)出聲音 | 聲音是如何產(chǎn)生的 |
2 | 需要生成不同音調(diào)的聲音 | 音調(diào)與頻率關(guān)系 |
3 | 聲音要足夠大 | 功率放大、共鳴 |
4 | 要能夠顯示不同的色彩的光 | 光學原理 |
5 | 根據(jù)成本、可加工性等選擇機殼 | 市場知識 |
6 | 根據(jù)所選機殼、按鍵、電位器等設(shè)計面板 | 計算機及機械知識 |
7 | 機殼的面板加工 | 機械加工知識 |
8 | 綜合制作、調(diào)試 | 電子產(chǎn)品裝配 |
STEM項目1——七彩電子琴的裝配與調(diào)試
1.STEM學習項目學習框架
框架如圖2所示。
圖2 STEM學習項目框架
2.部分學習內(nèi)容
本項目部分學習內(nèi)容如下：
電路原理圖如圖3所示，本項目將分成CPU部分、鍵盤部分、雙聲道功放部分、七彩燈驅(qū)動部分等分別介紹。
圖3 電路原理圖
本項目將識讀下圖中的線型、尺寸標注等知識，可以結(jié)合實物來學習。
圖4 電子琴面板圖
電子產(chǎn)品裝配離不開各種螺釘，這里介紹兩種常用螺釘，沉頭螺釘?shù)陌惭b方法等。
圖5 沉頭螺釘與平頭螺釘
圖6 沉頭螺釘的機械圖
安裝時可以參考如下電路板正面及反面圖來制作。
圖8 電路板正面圖
圖9 電路板反面圖
安裝好的電路板可以裝入外殼，如圖10所示。
圖10 七彩電子琴外形
圖11 電子琴內(nèi)部
圖12 彈奏電子琴
待續(xù)... http://czlyzhj.spaces.eepw.com.cn/articles/article/item/323814
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