STEM綜合實訓項目設計——概述及小型綜合實訓項目（1）
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說明：學生進入企業終將完成綜合崗位工作，如電路調試、整機裝配、售后維護等。除了本專業知識外，學生還需要整機裝配常識、工況與實驗室區別等知識，這些知識及相應能力將通過綜合實訓項目來獲得。
這里將本專業原分散的電子實訓統一組織和實施，內容安排如圖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為指導理念設計，以學生的綜合應用能力、實際工作能力為目標，完成一個相對完整的制作。
圖1 電子綜合能力培養路徑
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一、STEM含義
STEM教育,是一種由科學(Science)、技術(Technology)、工程( Engineering)和數學( Mathematics)四門學科知識融合集成的教育模式，它強調以項目或問題為驅動，通過學生合作探索與自主學習相結合的方式完成項目或解決問題，旨在培養學生的創新意識、創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.項目內容
10個STEM項目及其相關知識如表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、數學知識等 | 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 | 實用儀器，學生自制的個人專屬儀器 | 學期一 |
電子幸運轉盤 | 生活娛樂 | 555振蕩電路、十進制計數器電路；焊裝；隨機數、測繪 | 使用電池供電，學生自制的娛樂工具 | |
信號發生器 | 電子儀器 | 電路振蕩；電壓跟隨電路；鉆孔、銼削；函數表達式 | 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 | 聲音響度、音色、音調與物理量的對應關系，定時常數計算 | 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 | 計數器、觸發器、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 | 頻率的穩定度；根據材料選鉆頭、鉆孔加工；三角函數 | 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 | 通過模仿編程獲得不同效果 | 學期四 |
噪聲測試儀 | 工業產品 | 信號放大、A/D轉換；測繪、裝配、鉗加工；映射 | 可變換為頻譜測試儀，用于編程訓練 | |
電子聲光報警器 | 生活 | 振蕩電路、數字電路、計數器；鉆頭選擇、孔加工；測繪 | 對原產品認真觀察后進行拓展性設計 | 學期五 |
數控穩壓電源 | 工業產品 | PWM知識、編碼開關知識；電源功率計算；儀器結構設計 | 對真實產品的模仿設計 | |
2.項目例子
當前職業教育中強調“技能”，但對“工程”關注較少，而綜合型應用人才離不開其工程素養。工程素養的起點是發現問題，并對問題進行審視，靈活應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。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、面板初步設計、焊接調試電路板等工作。
表2 跨學科知識及應用 | ||
序號 | 解決問題的方法 | 跨學科知識 |
1 | 電路能發出聲音 | 聲音是如何產生的 |
2 | 需要生成不同音調的聲音 | 音調與頻率關系 |
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 | 根據成本、可加工性等選擇機殼 | 市場知識 |
6 | 根據所選機殼、按鍵、電位器等設計面板 | 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、調試 | 電子產品裝配 |
STEM項目1——七彩電子琴的裝配與調試
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.部分學習內容
本項目部分學習內容如下：
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，可以結合實物來學習。
圖4 電子琴面板圖
電子產品裝配離不開各種螺釘，這里介紹兩種常用螺釘，沉頭螺釘的安裝方法等。
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 電子琴內部
圖12 彈奏電子琴
待續... http://czlyzhj.spaces.eepw.com.cn/articles/article/item/323814
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