構(gòu)建分層次實驗教學(xué)體系 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

梁 麗

(北京工商大學(xué) 計算機(jī)與信息工程學(xué)院,北京 100048)

0 引 言

隨著建設(shè)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略的提出，培養(yǎng)滿足社會需求的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才已成為高校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一。實驗教學(xué)是連接理論知識與工程應(yīng)用的橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識的重要途徑，深化實驗教學(xué)改革和提高實驗教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)前高校教學(xué)改革的重要任務(wù)[1]。我院電子信息類專業(yè)將培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力作為實驗教學(xué)改革的重點，重組了實驗教學(xué)體系，構(gòu)建了合理的知識結(jié)構(gòu)，更新了實驗教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了實驗教學(xué)方法和手段，按照多層次、開放性的實驗教學(xué)新體系組織實驗教學(xué)，取得了顯著的成效[2]。

1 構(gòu)建分層次實驗教學(xué)體系

實驗教學(xué)體系的改革，必須遵循實驗教學(xué)的規(guī)律。我院堅持知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育全面協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)理念，以學(xué)科群設(shè)置實驗教學(xué)體系，從根本上改變實驗教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，將實驗教學(xué)與理論教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，使實驗教學(xué)由從屬、輔助地位變?yōu)閯?chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的獨立環(huán)節(jié)[3]。

按相關(guān)學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)與計劃進(jìn)行統(tǒng)盤考慮，調(diào)整了實驗課程設(shè)置，建立了以平臺(基礎(chǔ)實驗課程平臺、拓展實驗課程平臺和研究創(chuàng)新平臺)為基礎(chǔ)、按知識群設(shè)置課程模塊、按知識點設(shè)置課程系列的分層次實驗教學(xué)體系，各實驗課程又相應(yīng)開設(shè)有不同層次的實驗[4]。建立相關(guān)的實驗中心，對實驗教學(xué)進(jìn)行全面的研究和布署，對各個實驗子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，避免重復(fù)和脫節(jié)，使各個子系統(tǒng)相互依托、相互協(xié)調(diào)，形成一個有機(jī)的整體。根據(jù)學(xué)科發(fā)展的特點，優(yōu)化實驗知識結(jié)構(gòu)，突出學(xué)科的交叉與綜合。加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科之間的橫向聯(lián)系、相關(guān)課程之間的縱向聯(lián)系，使實驗內(nèi)容相互聯(lián)系、相互滲透，形成較完整的知識體系[5]。

基礎(chǔ)實驗課程平臺是學(xué)科各專業(yè)交叉融合而凝練出的知識模塊，包括電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、信號與系統(tǒng)等實驗課程。拓展實驗課程平臺加強(qiáng)了綜合性強(qiáng)的實踐內(nèi)容，包括通信原理、電子設(shè)計自動化(EDA)、數(shù)字信號處理(DSP)、嵌入式系統(tǒng)等實驗課程。利用全天候開放的創(chuàng)新實驗室及電子技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、微機(jī)原理及應(yīng)用、EDA、嵌入式系統(tǒng)等開放實驗室，開設(shè)了研究創(chuàng)新型實驗供學(xué)生在課內(nèi)外選做，使學(xué)生得到科學(xué)研究思想和方法的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新意識。

分層次實驗教學(xué)體系的建設(shè)，既保證了對學(xué)生基本專業(yè)技能的訓(xùn)練，又為學(xué)生提高了鍛煉其創(chuàng)新意識和充分發(fā)揮其創(chuàng)造能力的空間。

2 更新和整合實驗教學(xué)內(nèi)容

在實驗內(nèi)容設(shè)置上，本著注重培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)，注重知識的實用性和先進(jìn)性的原則，以能力培養(yǎng)為主線，我院實行層次化梯度教學(xué)，逐步增加深度和難度。根據(jù)教學(xué)目的、教學(xué)對象、教學(xué)條件的不同，按照由簡單到復(fù)雜、由單一到綜合的原則，將實驗項目內(nèi)容分為基礎(chǔ)性實驗、綜合設(shè)計性實驗、研究創(chuàng)新性實驗3個層次，教學(xué)目的層次分明、循序漸進(jìn)[6]。

基礎(chǔ)性實驗重點在于加深學(xué)生對理論知識的理解，加強(qiáng)學(xué)生基本實驗技能的訓(xùn)練。在保留并規(guī)范傳統(tǒng)的基本訓(xùn)練基礎(chǔ)上，減少驗證性實驗，增加綜合設(shè)計性、研究創(chuàng)新性實驗。綜合設(shè)計性實驗側(cè)重于強(qiáng)化專業(yè)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和運用現(xiàn)代科技手段分析和解決實際問題的能力。對于這類實驗，由學(xué)生根據(jù)所選實驗項目自行制定實驗方案，教師只做方案評審及方法指導(dǎo)，給學(xué)生留有獨立思考的空間，使學(xué)生主觀能動性和創(chuàng)造性得到發(fā)揮[7]。研究創(chuàng)新性實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識，可以結(jié)合各專業(yè)課程的課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新實驗室的創(chuàng)新、設(shè)計、制作等有關(guān)活動實施教學(xué)。采用循序漸進(jìn)的教學(xué)模式，學(xué)生由“被動接受”逐步轉(zhuǎn)變到“主動學(xué)習(xí)”，再到“綜合能力的培養(yǎng)”，從而使學(xué)生在實驗研究方法、實驗設(shè)計思想等科學(xué)素質(zhì)方面與動手實踐操作方面得到鍛煉和提高[8]。

在教學(xué)中不斷注入能反映科技發(fā)展新動向的實驗內(nèi)容，使學(xué)生掌握現(xiàn)代電子信息技術(shù)的新技術(shù)、新器件和新方法，增強(qiáng)了實驗的新穎性和實用性，擴(kuò)大學(xué)生的知識面[9]。例如，在電工平臺中引入可編程邏輯控制器(PLC)技術(shù)的教學(xué)；在電子技術(shù)平臺中引入大規(guī)模集成電路、高密度可編程邏輯器件(CPLD)、現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)、ISP技術(shù)的教學(xué)；在信號采集與處理平臺中引入DSP技術(shù)的教學(xué)；在微型機(jī)及應(yīng)用平臺中引入嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)；利用Multisiml0在計算機(jī)上進(jìn)行仿真實驗，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路；利用MAX-PLUSⅡ提供的設(shè)計環(huán)境和設(shè)計工具，可以高效靈活地設(shè)計各種數(shù)字電路，等等。

3 改進(jìn)實驗教學(xué)方法和手段

在實驗教學(xué)中，我院實施以學(xué)生自主研究學(xué)習(xí)為主、教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)方法，采取引導(dǎo)式、啟發(fā)式教學(xué)，將培養(yǎng)創(chuàng)新能力和研究性思維貫穿整個實驗教學(xué)之中。在教學(xué)上真正實現(xiàn)從“帶實驗”到“指導(dǎo)實驗”、從“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變，盡量以實驗任務(wù)書來代替實驗指導(dǎo)書，實驗項目一般只提出實驗要求，由學(xué)生自主選擇設(shè)計方案、電路設(shè)計、器件選擇、指標(biāo)測試、結(jié)果分析等，使學(xué)生積極參與到教學(xué)活動中來，變被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)為主動思考，使學(xué)生有獨立思考的空間，激發(fā)他們的求知欲、想象力和探索精神[10]。

實現(xiàn)教學(xué)手段現(xiàn)代化是實施素質(zhì)教育的必要條件，是電子信息類專業(yè)教育現(xiàn)代化的重要組成部分，是教育改革的大勢所趨。基于實驗內(nèi)容更新的發(fā)展需求，我院引入了EDA技術(shù)、ISP技術(shù)、DSP技術(shù)、嵌入式技術(shù)、PLC技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)等現(xiàn)代化實驗手段，組建了一批滿足實驗教學(xué)發(fā)展需要的先進(jìn)的實驗室。例如，設(shè)立了EDA實驗室，在實驗中引入CPLD、FPGA、ISP技術(shù)、MAX-PLUSⅡ和電子電路輔助分析(PSPICE/Multisiml0)等EDA軟件以后，采用“實驗設(shè)計—計算機(jī)仿真—元器件選擇—實驗實施”的教學(xué)過程，將實際電路設(shè)計、焊接安裝調(diào)試與實驗系統(tǒng)裝置的應(yīng)用相結(jié)合，把虛擬仿真和硬件實驗有機(jī)地結(jié)合起來，既克服了純仿真的非真實性缺陷，又能利用計算機(jī)輔助設(shè)計指導(dǎo)實際電路調(diào)試，加快了實驗進(jìn)程。采用多種實驗方法和手段，培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代化設(shè)計工具的能力，全方位地鍛煉學(xué)生的實踐能力[11]。

4 實行開放式實驗教學(xué)

開放式實驗教學(xué)模式，是指實驗時間、空間、內(nèi)容、手段及教學(xué)方法等都是開放的，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)、能力和愛好，選擇相應(yīng)的實驗項目，也可以將自己的創(chuàng)意帶到實驗室來實現(xiàn)，讓學(xué)生體驗創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的樂趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的實踐技能[12]。

開放性實驗教學(xué)體現(xiàn)了以人為本的教學(xué)觀念，讓學(xué)生成為實驗的主體，給學(xué)生提供了一個主動獲取實踐知識與發(fā)展?jié)撃艿牧己铆h(huán)境，使學(xué)生由被動式實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿魇綄嶒?。因此，開放式實驗教學(xué)模式是一種有效地培養(yǎng)學(xué)生思維能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式[13]。

5 建立科技創(chuàng)新實習(xí)基地

我院開設(shè)了電子工藝實習(xí)、“電子技能訓(xùn)練”專業(yè)選修課，建立了電子信息創(chuàng)新實驗室，組建了電子協(xié)會，形成了可供學(xué)生開展科研實踐活動的實習(xí)基地。

我院籌建的電子信息創(chuàng)新實驗室，以創(chuàng)新教育、多學(xué)科綜合、開放管理為建設(shè)宗旨，突出創(chuàng)新、綜合特色，強(qiáng)調(diào)工程教育的實踐性，充分考慮學(xué)科高度綜合、相互滲透、交叉融合的發(fā)展趨勢，以電子信息類技術(shù)基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)實驗為主線，將電子信息技術(shù)綜合實驗實訓(xùn)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)代電子測試系統(tǒng)及虛擬儀器技術(shù)等內(nèi)容納入建設(shè)范圍，成為一個涵蓋創(chuàng)新體系內(nèi)容，對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維、協(xié)作精神、知識整合項目、科研成果轉(zhuǎn)化等各種層次訓(xùn)練的全方位開放式創(chuàng)新實踐訓(xùn)練基地[14]。

“電子技能訓(xùn)練”專業(yè)選修課，結(jié)合全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽工作開展教學(xué)，使學(xué)生由單元設(shè)計向系統(tǒng)設(shè)計過渡，全程參與系統(tǒng)設(shè)計的全過程，掌握現(xiàn)代化儀器設(shè)備、EDA技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，使學(xué)生在新技術(shù)應(yīng)用能力、新器件的開發(fā)能力、查閱科技資料的能力、自學(xué)能力等方面得到培養(yǎng)[15]。以開放式實驗教學(xué)平臺為基礎(chǔ)，開展課外科技活動，為學(xué)生提供了更加廣闊的自主研究空間。經(jīng)過系統(tǒng)的實驗教學(xué)和技能訓(xùn)練，我院學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識顯著提高，在歷屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中取得了較好的成績。

6 結(jié) 語

實踐表明，分層次、多元化的實驗教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性；有利于因材施教，培養(yǎng)不同層次學(xué)生應(yīng)有的能力；有利于落實學(xué)生工程實踐能力，特別是創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)；有利于實驗資源的優(yōu)化和整合，建成一個跨院系的、面向全校開放的實驗教學(xué)大平臺[16]。

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