電子信息類專業(yè)實踐創(chuàng)新教育的探索與實踐

任新敏 趙犁豐 崔國霖

中國海洋大學信息科學與工程學院 山東青島 266100

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中明確指出：推進素質教育的核心是解決好培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人的重大問題，應著力提高學生服務國家人民的責任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力。在建設創(chuàng)新型國家、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教育發(fā)展戰(zhàn)略目標指引下，如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已經成為新時期我國高校面臨的重要任務，許多理工科高校在這方面進行了積極探索。

對于電子信息類專業(yè)，培養(yǎng)的創(chuàng)新型人才應該具有較強的應用能力和實踐能力。近年來，電子設計大賽、國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃等各類活動為提升學生的實踐創(chuàng)新能力提供了很好的條件和機會，但參與此類活動的學生畢竟是少數(shù)。為使更多的學生有機會參加創(chuàng)新實踐活動，我校自2005年實施了校級本科生研究發(fā)展計劃(OUC- SRDP)，由學校劃撥專項經費資助學生開展課題研究或技術開發(fā)。項目申報學生在教師指導下自主完成，每個項目組最多6人，實施時間為6～12個月，工作都安排在課外時間進行。SRDP這種有組織的管理形式，可以為本科生開展科學研究和技術開發(fā)活動提供專門化的訓練和指導。通過院系的精心組織，把此類實踐活動作為教育教學改革及培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的重要途徑，先后有一大批實踐項目被學校立項，極大提高了參與實踐創(chuàng)新活動的學生的比例。學生既可以直接參與教師科研課題，也可以自己提出項目方案。由于學生參與的積極性很高，指導教師認真負責，取得了豐碩的成果，提高了學生的實踐技能，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神。

在各項競賽及SRDP實施的過程中，也暴露了教學環(huán)節(jié)上的一些問題：(1)傳統(tǒng)教學模式不同程度地存在著“重統(tǒng)一輕個性，重書本輕實踐，重課內輕課外，重傳授輕啟發(fā)”等傾向；(2)在實驗教學環(huán)節(jié)中，演示性實驗多，許多教學實驗箱也僅僅訓練學生線路連接、測量測試、現(xiàn)象觀察，而缺乏開發(fā)創(chuàng)新。

為解決此類問題，主要從以下幾方面做了探索與改革。

1 根據課程知識體系調整教學進程

如果按照電子信息類工作和技術特點來劃分，可以簡單歸為“硬件”和“軟件”2種技術范疇，知識體系由相應的課程模塊構成。以數(shù)字電路模塊(硬件)為例，相關課程如圖1所示：

“硬件”模塊的核心課程之一為“數(shù)字電子電路”，將其開課時間由原來的第4學期提前至第2學期，由此其后續(xù)課程都可以相應提前，如微機技術及應用、單片機技術等課程在二年級就可以結束，這樣調整后可以使學生在掌握足夠專業(yè)知識的基礎上參加各類創(chuàng)新實踐活動，二、三年級學生對各類實踐活動的參與度最高。課程教學進程調整前，單片機技術在第6學期開設，而學生的許多創(chuàng)新實踐活動都離不開這些專業(yè)知識，只好自學，對知識的理解不系統(tǒng)，應用過程中經常會出現(xiàn)各種各樣的問題，實踐活動的訓練效果受到一定影響。但調整后要注意解決好前修、后續(xù)課程間的統(tǒng)一協(xié)調問題，尤其是將數(shù)字電子技術提至模擬電子技術之前，注意先修課程對知識點的覆蓋以及2門課程間知識點的重復問題。

2 倡導研究性學習

要解決實際問題，必須具有運用綜合知識解決問題的能力。研究性學習創(chuàng)造了讓學生充分發(fā)揮創(chuàng)新潛能的寬松環(huán)境，可以改變以往學生被動接受的學習方式，有效地激活學生的知識儲備，解決實踐中出現(xiàn)的問題。在研究性學習中，教師只起指導作用，扮演的角色更多的是指導者、協(xié)助者、參與者。

微機技術及應用等課程采取了研究性學習的教學模式，教師依據課程內容設置多個研究型小題目，學生在課下充分準備，將自己的設計思路、解決問題的過程在課堂上講解，教師做點評，取得了良好的授課效果。這種研究性學習方法將使學生終生受益，在給定任務和要求的情況下，學生從資料收集、方案擬訂、設計以及撰寫報告，都要自行完成，強調學生學習過程的“自主性”。這種面向任務的教學方法給予學生最大的發(fā)揮空間，將充分培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力。

這種教學方法在調動學生學習主動性的同時，對教師的要求也比常規(guī)課堂教學高。教師需要將課程內容甚至其他課程內容進行整合，設計合理的訓練題目，題目本身應具有引導性、綜合性、延伸性等特點。(1)引導性：設計能夠引導、帶動學生進入研究狀態(tài)的項目，激發(fā)學生研究興趣；(2)綜合性：將傳感器、電路、算法、編程、控制等知識點結合，培養(yǎng)綜合能力；(3)延伸性：項目要具有擴展功能，能讓學生在該項目的基礎上進行自主創(chuàng)新。

以設計一個簡單的電子鐘為例，包括計時和顯示電路兩部分。在數(shù)字電路中完全采用硬件芯片搭建；而微機技術中則可由一個小的微機系統(tǒng)采用軟件編程實現(xiàn)計時和顯示；用單片機內部定時器通過編程同樣也能實現(xiàn)定時；FPGA同樣也可實現(xiàn)。同樣的題目卻有完全不同的解決方案，可以完全由硬件實現(xiàn)，也可由軟件編程控制硬件電路，同樣是程序可以采用匯編語言、C語言、VHDL語言。此類題目可以引導學生將課程內容應用到解決實際問題上來，尤其對于高年級的學生，由于已有了知識積累，效果更明顯。

另外，電子信息類學生的培養(yǎng)不能忽視價值效益意識這項工程素質的培養(yǎng)。比如在電子鐘的例子中，雖然上述各種實現(xiàn)方法殊途同歸，但不同的方法對應不同芯片的選擇，價格上有差異。我們在對SRDP項目評審以及結題驗收時，都會特別關注項目組對經費的使用這一項。每個項目在立項之初都有經費預算，有的項目組設計方案很好，但硬件選擇完全可以降低成本，而有的項目組則充分考慮到了設計方案是否經濟這一點。SRDP項目訓練對學生來說不僅僅是動手操作，而是一個綜合訓練過程。所以在課堂教學環(huán)節(jié)中教師就要有意識地要求學生不能紙上談兵，在提出設計思路和方案后，應做充分的市場調研，對方案進行價格比較，合理選擇。良好的經濟意識也是一個工程師必備的素質。

3 分階段實施能力訓練

我們的實驗體系建設針對學生的訓練可概括為三個階段，由淺入深，實現(xiàn)“基本實踐能力訓練、綜合實踐能力訓練、研究創(chuàng)新實踐能力訓練”的層層遞進(如圖2所示)。

第一階段：基本實踐能力訓練。包括面向全體學生的科研講座(Siminar)、基礎型實驗、電子技能實訓、社會實踐等。目的是培養(yǎng)學生的工程意識和基本的研究與創(chuàng)新方法。

第二階段：綜合實踐能力訓練。這個階段既包括面向二、三年級本科生的專業(yè)層面，也包括二、三、四年級本科生都可參與的應用層面。目的是培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

第三階段：研究創(chuàng)新實踐能力訓練。采取SRDP、國創(chuàng)、競賽等多種組織形式，充分發(fā)揮創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地、教師科研項目或校企聯(lián)合的作用。這個階段重點培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力以及研究、創(chuàng)新能力，并以高年級優(yōu)秀學生為核心帶動其他學生參與，培養(yǎng)學生的團隊合作能力。

圖2 實踐教學體系框架

實施過程中，采取分階段、分層次有效遞進的方式開展能力訓練，同時以多元化的訓練項目滿足不同層次學生的實踐要求。我們建設的立足點：一是要做到學生受益面廣，讓有興趣的學生都有機會參與進來；二是注重專業(yè)技能訓練，掌握了一系列專業(yè)技能，才能將書本上的知識活學活用，才能進行電路的設計與開發(fā)，才能將一些想法和靈感付諸實施，變?yōu)槌晒優(yōu)楫a品；三是在平時訓練的基礎上，選拔部分學生參與項目實踐及競賽，提高其競爭能力和團隊合作能力。

4 結束語

實踐表明，創(chuàng)新教育不是一蹴而就的，也不是靠一部分學生參加實踐項目或者競賽就能解決問題的，而應該建立在平時有機訓練的基礎上，而不僅僅是短期訓練。有了積累才會有創(chuàng)新，這與整個教學環(huán)節(jié)息息相關。