深夜十一点,信息学馆智能检测与控制系会议室的灯光从门缝隙中漏出。实验室里,四个学生围着一块电路板进行测试,眼睛始终盯在示波器的屏幕上。张玖老师手持万用表,探头在芯片引脚间游走。
这样的场景,在这里重复了八年。
灯光下,有人从迷茫走向坚定,有人从3.3的绩点走进了清华园。而智能检测与控制系那些拿着万用表的老师们,始终在灯光下,引领着、也陪伴着一届又一届的学生们。
那声“老师”背后的刺痛
2016年春季的一个课间,王玉涛老师照例询问同学们对于课程的感受。一名同学提出了自己的困惑:“老师,我模电考了90多分,但我从来没有设计过一块电路板,尤其是对于模拟电路部分,完全不知道如何调试。”
这位同学的绩点在专业内排名第二,他的问题让系里的老师们陷入沉思。办公桌上摊开的成绩单,满纸的优、良、90分、85分,这些曾经让他们骄傲的数字,此刻显得苍白无力。高分的学生尚且如此,其他学生呢?
系例会上,王玉涛老师把这件事讲给大家听:“我们在培养一批只会‘纸上谈兵'的优等生。测控专业是制造业的‘眼睛’,学生只会考试不会动手,怎么支撑制造强国建设?”
老师们纷纷讲出了教学过程中发现的问题:“这几年带课程设计,明显感觉考试成绩与动手能力脱节,有的学生连万用表都不会用。”
没有人提,但“改革”两个字已经不约而同地出现在了老师们的心里。
“从实践抓起。实践就是最大的本事,必须让学生亲身体验,才能真正学会。就像学游泳,在岸上看再多教程,不下水永远学不会。”学科带头人谢植老师为此次讨论会定下了基调。
会后,团队调研了十余家企业。得到的反馈惊人地一致:理论功底尚可,工程实践能力偏弱。一家企业工程师直言:“你们培养的是考试专家,我们需要的是解决问题的人。”
测控技术直接关系国家智能制造发展水平,如果培养的学生只会考试、不会实践,未来如何破解“卡脖子”技术难题?
经过二十余次的讨论,团队确定了改革方向:打破“先理论后实践”的传统模式,探索“项目驱动、以干促学”的实践教学模式。让学生在做中学,在学中做,通过自主探索真正获得知识。
会议室里的“草台班子”
经过近两年的准备,2018年秋天,《检测技术专题》作为第一门项目制课程在系会议室开课。
没有专用教室,就用系会议室;没有实验台,就用会议桌拼凑,桌面铺着防烫橡胶;没有现成教材,教师自己动手编写讲义,打印机嗡嗡作响,吐出的纸张还带着温度。
第一次课,学生们带着好奇和疑虑走进课堂。任课教师战明老师的第一句话就让同学们感到惊讶:“这门课没有标准答案,也不采用试卷考核。你们要根据要求,做出一个测温仪表。我们会提供指导,但不会提供答案。”
第一个项目是“数字式测温仪”,需要完成信号调理电路、AD转换、单片机处理和显示输出。学生们分成四组,从电路设计、元器件选型、PCB绘制到焊接调试,全流程自己动手。
一位学生拿着数据手册跑来问:“老师,这个运放怎么选?型号太多了,LM358还是OP07?”
“你觉得呢?”战明老师反问,“你的需求是什么?精度?带宽?功耗?成本?”
学生愣住了。过去习惯了被告诉“正确答案”,从未想过要自己思考参数选型。他张了张嘴,最终合上数据手册:“我......我去查一下指标要求。”
从第二周开始,会议室的灯光亮得越来越久。学生们学习查资料、算参数、画原理图、设计PCB。布线时电源线要粗、信号线要短;焊接时使用热风枪焊贴片元件,温度控制不好,有时焊糊了,有时虚焊了;调试时排查电源芯片焊反、传感器接线松动、运放增益电阻算错等问题;软件编写时处理AD采样转换、滤波算法优化、液晶显示等细节。
一个学期后,四组学生的测温仪全部成功完成。原计划56学时的课程,实际辅导时间超过200学时,凌晨时分仍然能看到战明老师、张玖老师帮助学生排查问题的身影,会议室的灯光与星光辉映,分不清哪个更亮。
那间会议室的灯光,见证了太多这样的“第一次”。
一位后来保研到清华的同学回忆说:“那是我第一次知道,课本上的电路图变成实物后,会有那么多意想不到的问题。也是我第一次深刻体会到,解决问题比考试得分有趣得多。那种从困惑到顿悟的快感,是任何游戏都给不了的。”
“淘汰-复活”机制
项目制教学很快遇到新问题:有些学生,依赖其他组员完成任务,过程检查时只能说出“我查了资料”或“我负责焊接”。原本互帮互助的团队合作反而给“混日子”留出了空间。
“项目制教学给了学生自由,但自由需要约束。”教学研讨会上,有的老师提出“竞争-淘汰-复活”机制:每学期末进行项目答辩,由教师和同学共同评分,排名末位的小组及小组末位同学进入观察期;观察期内独立完成项目并通过验收,即可“复活”继续学习,否则退出项目制课程的学习。
机制改变了实验室的氛围。项目验收前一周,会议室灯光熄灭的时间越来越短。经常看到多组学生连续工作,互相较劲——你做出0.5%精度,我就要做到0.3%精度。
有学生回忆:“凌晨一点,实验室还有三组同学在调试。没有人说话,只有示波器的蜂鸣声和键盘敲击声。但大家心里都憋着一股劲,那种竞争不是恶意的,是互相推着向前的。”
那盏灯,见过同学们之间的较劲,也见过他们之间的温情。有同学因为焊坏了昂贵的芯片而懊恼自责,总有人拍拍他的肩说“没关系,我焊坏得更多”。无论大家是什么样子,这盏灯都一如既往地亮着。
淘汰机制也会给落后者第二次机会。2019级的一位同学首次答辩小组垫底,进入观察期后独立完成系统功能,从方案设计到代码编写全部自己动手。复活答辩那天,他演示完系统功能,又主动讲解了三个调试中遇到的典型问题及解决方法。教室里的掌声持续了很久。
机制运行八年来,实验班累计淘汰8组,复活6组,退出2组,复活学生全部保研至985高校,且在读研期间表现出极强的抗压能力。一位参与交流的企业工程师评价:“这种机制筛选出的学生,抗压能力和解决问题能力都很突出,正是企业需要的人才。”
会议室的灯光下,失败与成功被平等对待。重要的是,在灯光熄灭前,每位同学都找到了属于自己的那束光。
摄像头里的代码
2020年春天,新冠疫情突然袭来。《单片机语言程序设计》理论课改为线上教学,配套的《单片机语言程序设计课程设计》面临困境:用仿真软件固然省事,但学生无法体验真实嵌入式系统会遇到的问题—信号干扰、时序抖动,这些在仿真中都不存在。
会议室虽暂时关闭了,但灯没有灭。它换了一种方式亮着——在每一块屏幕里,在每一段视频连线的画面中,在快递包裹的胶带痕迹上。
“学生必须摸到真实的开发板,遇到真正的问题,才能学会解决问题。”团队坚持这一原则。
王玉涛老师和高宏亮老师带领团队连夜清点库存,将开发板、下载线、传感器模块等打包,发往湖北、河南、云南等省市。同时调整设计任务书,录制开发环境安装、程序下载、硬件调试等视频,建立在线答疑群。
远程课程设计就这样开始了。
课设的第一天就有同学反馈:“编译通过的测试程序下载到板子上没反应。”老师视频连线排查后发现是晶振没插紧——这种问题仿真软件永远不会出现,但在现实中却是最常见的“低级错误”。
指导教师王玉涛老师每天安排时间集中答疑,个别指导常持续数小时。“按键按下没反应”,逐行排查发现是按键消抖逻辑写成了“延时等待”,导致整个程序卡在消抖函数里。“数码管显示乱码”,远程排查发现是串行数码管的移位程序时序出现问题。
还有一名学生遇到“AD采样值跳变厉害”的问题。老师引导他检查代码,发现他直接读取单次转换结果,没有做任何滤波处理。“你想想,信号线上有噪声,单次采样可靠吗?”学生恍然大悟,加入了滑动平均滤波,数据立刻稳定下来。
课程验收在线完成。学生架设双摄像头,一个对准自己,一个对准开发板,演示程序运行效果,讲解遇到的实际问题。同学家在湖北山区,网络信号不稳,答辩时画面卡顿,老师们多次暂停等待,花了近一个小时后才看完了完整演示。验收结束后这位同学说:“这是我第一次通过自己编写代码、调试代码,实现一个完整系统程序。虽然经历了很多波折,但幸好有老师们的包容和指导。”
那个学期,六十余名学生全部在家完成实物设计。一位学生在课程设计体会中写道:“仿真时一切顺利,拿到板子全是问题。但正是这些问题,让我真正明白了嵌入式系统是怎么回事。老师隔着屏幕教我排查问题,就像他坐在我旁边一样。”
从绩点3.3到清华的蜕变
一位2020级学生的故事,在团队中广为流传。
他大一分流进入测控专业时,绩点只有3.3,排名靠后。大二上学期接触第一门项目制课程,一开始就遇到麻烦:代码编译报错,硬件调试毫无头绪。连续三个晚上,他待在实验室里对着示波器发呆。
“卡住了?”指导教师阳剑老师坐下来和他一起看波形,“你觉得问题可能出在哪里?”那天,阳剑老师陪他待了两个小时,一步步引导他分析。当他终于找到问题根源时,兴奋得差点跳起来。
“记住这个过程。”阳老师鼓励他说,“以后遇到再难的问题,你都不会怕了。”
在“培养的不是考试机器,是解决问题的能力”这一理念的熏陶下,这位同学以优异的成绩完成了数字式测温仪项目。此后两年,他完成多个创新项目,涉及智能小车、无人机飞控、医疗传感器、工业检测系统,申请了两项发明专利。2024年,他凭借突出的实践能力参加清华大学保研夏令营,被顺利录取为直博生。
回到学校,站在曾经让他迷茫的实验室里,他对阳老师说:“在测控几年,老师虽然没有给我现成的答案,但给了我寻找答案的勇气。”
阳剑老师告诉他:“我们只是在旁边,推了你一把。灯一直亮着,走进来、走出去,都是你自己的路。”
走出会议室时,他回头看了一眼。那盏灯还亮着,像三年前他第一次走进来时一样。只是这一次,他心里也亮了一盏灯。
深耕与传承
改革持续推进。团队打造了五门“基础筑基-综合应用-创新突破”阶梯式递进的贯通式项目制课程群,实现理论与实践的深度融合。教师角色从知识传授者转变为项目引导者和创新合作者。教学中构建“任务驱动+过程指导+成果验收”的三维育人模式,将国家战略需求转化为项目制课题。
八年过去,从这间会议室里走出了一批又一批学生。他们中有人去了航天院所设计传感器,有人去了芯片公司做嵌入式开发,有人继续升学深造。他们都有一个共同的特点:不怕问题,敢动手实践。
他们带走的不只是技术能力,还有一种对“光”的敏感——知道在困惑时需要寻找光源,也知道如何成为别人的光源。
又是一个深夜,实验楼的灯光还亮着。学生们围着机器视觉检测项目争论,指导教师在旁微笑倾听。窗外城市灯火璀璨,像一片倒悬的星海。
在这片灯火中,有航天器上的传感器,有深海探测器的控制芯片,有农田里的智能农机——它们的设计者,都曾在这盏灯光下熬过一个个不眠之夜。他们记得焊锡的气味,记得示波器的荧光,记得教师那句“你觉得呢”,记得凌晨四点窗外泛起的鱼肚白。
一盏灯,照亮一群人;一群人,点亮万家灯火。
灯光不灭,初心不改。
