開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)

洪瀾　張煜彬　陳弟虎

摘要：本文在闡述創(chuàng)新人才培養(yǎng)重要性的基礎(chǔ)上，著重介紹近幾年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀以及電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)于培養(yǎng)創(chuàng)新人才的改革與實(shí)踐方案，總結(jié)教學(xué)過程中培養(yǎng)創(chuàng)新人才的初步成果。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新人才；開放性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）07-0238-02

一、引言

在當(dāng)今激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，不同企業(yè)、國(guó)家乃至民族的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上是創(chuàng)新人才的競(jìng)爭(zhēng)。為了培養(yǎng)出符合國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)要求的創(chuàng)新人才，中山大學(xué)物理與科學(xué)技術(shù)學(xué)院調(diào)整改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在新的教學(xué)體系下，更加注重科技、工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。除了要求教師重視學(xué)生理論基礎(chǔ)的教學(xué)外，還要注重學(xué)生綜合、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)?？紤]到實(shí)驗(yàn)實(shí)操是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑，學(xué)院在逐步完善基礎(chǔ)理論學(xué)科教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大力度地推進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系的改革、調(diào)整和完善。

電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的重要課程之一，為學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題打下好的基礎(chǔ)，并不斷地提高解決實(shí)際問題過程中的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力等。除了培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子線路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)興趣外，在教學(xué)過程中，教師要側(cè)重強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力特別是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，嘗試培養(yǎng)出有專業(yè)特色的創(chuàng)新工程人才。

二、電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況

教學(xué)活動(dòng)中，理科生“重理論、輕實(shí)踐”，缺乏實(shí)際動(dòng)手能力的現(xiàn)象普遍存在，缺乏有活力、有火花的創(chuàng)新能力，具體表現(xiàn)及原因體現(xiàn)在以下方面。

1.學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中過分強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，忽略了實(shí)驗(yàn)的重要性。我國(guó)傳統(tǒng)教育過分注重理論的學(xué)習(xí)，造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)重要性的重視不足，進(jìn)而導(dǎo)致他們?cè)陂_放性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中普遍存在不知道如何布局電路、如何焊接電路、如何調(diào)試電路等問題，甚至部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)敷衍了事，馬虎應(yīng)付，抄襲其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)態(tài)度不端正，無法真正掌握基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?chuàng)新能力就無從談起。

2.某些學(xué)生雖然具有基本的實(shí)踐能力和分析、解決問題的能力，但缺少創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于較少培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、思維、能力，他們盡管能夠按照實(shí)驗(yàn)要求完成電路的焊接、調(diào)試，但卻缺失創(chuàng)新性分析和綜合改進(jìn)電路的能力，欠缺知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

3.實(shí)驗(yàn)中有嚴(yán)重的依賴思想，忽視培養(yǎng)獨(dú)立解決、分析問題的能力。在以往的演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大部分實(shí)驗(yàn)是由教師預(yù)先準(zhǔn)備好的，學(xué)生只需要按照規(guī)定的步驟完成實(shí)驗(yàn)即可。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主體不在學(xué)生，遇到問題就向教師尋求幫助，容易造成學(xué)生的依賴心理，忽略培養(yǎng)自己獨(dú)立分析問題、解決問題的能力[1]，導(dǎo)致他們?nèi)狈ψ灾鲃?chuàng)新能力。從目前的課程設(shè)置來看，大部分與理論課程配合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都以演示性、驗(yàn)證性為主，較少具有創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程。

三、電子線路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

為了更好地提高學(xué)生的實(shí)踐能力，尤其是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐過程中，我們會(huì)采取以下的改革措施。

1.電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)重要性的認(rèn)識(shí)，為提高他們的創(chuàng)新能力做好準(zhǔn)備?？紤]到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)重要性的認(rèn)識(shí)不足，我們可以通過在電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)與實(shí)操之間的關(guān)系，并讓學(xué)生逐漸體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性。同時(shí)，在電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，根據(jù)課程要求，學(xué)生在進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、選材、組裝、調(diào)試電路時(shí)，應(yīng)由被動(dòng)學(xué)習(xí)受教者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)創(chuàng)造開發(fā)者，發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，萌發(fā)學(xué)習(xí)熱情，產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)興趣，對(duì)動(dòng)手實(shí)操的學(xué)習(xí)充滿熱情和激情，從“被學(xué)習(xí)”變?yōu)椤皭蹖W(xué)習(xí)”。

2.電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)過程中，逐漸培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。在電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)教學(xué)要求，獨(dú)立自主地進(jìn)行電路的模塊功能設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，確立滿足功能要求的電路圖和印制板圖，選取合理的元器件，對(duì)原理圖進(jìn)行合理布局安排，制造PCB版，進(jìn)行電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試、上機(jī)整體調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生所問的問題五花八門，教師要針對(duì)不同的問題，循循善誘，引導(dǎo)他們開發(fā)思維，把理論知識(shí)巧妙地融合到實(shí)驗(yàn)中，使個(gè)性化的自主設(shè)計(jì)具有創(chuàng)造性、創(chuàng)新性。正如北京工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)蔣毅所言：“只有在實(shí)踐中教會(huì)學(xué)生怎樣去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，才能培養(yǎng)出真正能夠適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新人才。”盡管整個(gè)過程會(huì)很艱巨、復(fù)雜、漫長(zhǎng)，但學(xué)生最能在其中有所收獲、有所成就。

3.分層式引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)特色創(chuàng)新人才。在電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，由于各個(gè)學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐能力存在差異，要實(shí)施分層培養(yǎng)，各有側(cè)重。基礎(chǔ)理論和實(shí)踐能力相對(duì)薄弱的學(xué)生，我們會(huì)要求他們能夠獨(dú)立自主地完成電路布局、焊接和調(diào)試。在實(shí)際操作設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生要充分能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決、分析、綜合具體問題，由過去的“學(xué)了不會(huì)如何用”轉(zhuǎn)換為“學(xué)了就知道怎么用”和“怎么用才合理”[2]。通過這種培養(yǎng)方式，既可以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，又可以提高他們的實(shí)踐能力，為進(jìn)行創(chuàng)新打下牢固基礎(chǔ)。比如在實(shí)驗(yàn)過程中，我們會(huì)要求學(xué)生使用以前學(xué)過的電路對(duì)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，如使用多諧振蕩電路、波形發(fā)生器、電源電路、運(yùn)算放大器等。這時(shí)，許多學(xué)生會(huì)求助于各種渠道，希望將設(shè)計(jì)做得更完美，功能更強(qiáng)大。對(duì)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐能力比較好的學(xué)生，教師就要給出更高的要求，在合理的基礎(chǔ)上，提高創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生如何改進(jìn)原有的任務(wù)要求和實(shí)際的參考電路，使他們意識(shí)到可以在原有的平臺(tái)上進(jìn)行創(chuàng)新性的改進(jìn)與設(shè)計(jì)。當(dāng)學(xué)生建立起創(chuàng)新意識(shí)后，我們會(huì)通過引導(dǎo)他們進(jìn)行有效創(chuàng)新性的思考逐漸培養(yǎng)其創(chuàng)新思維，使他們掌握有效的創(chuàng)新思維方法?；诖?，我們主要通過讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行并完成自己的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，不斷地鍛煉他們的創(chuàng)新能力，從而培養(yǎng)有特色的創(chuàng)新型人才，尤其是能夠做出實(shí)用創(chuàng)新的科技人才。例如在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們通過讓學(xué)生意識(shí)到做設(shè)計(jì)需要考慮成本這個(gè)因素，從而讓部分學(xué)生明白參考電路中仍存在可以改進(jìn)的地方和自己可以創(chuàng)新性地改進(jìn)電路以減少成本，借此培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)學(xué)生意識(shí)到這一點(diǎn)后，就可以在以后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行更進(jìn)一步的創(chuàng)新工作，不斷地培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

四、開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革措施成果

電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革實(shí)踐表明，這會(huì)讓學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要性，并在實(shí)踐過程中學(xué)會(huì)怎樣去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，還有一些學(xué)生會(huì)在實(shí)踐過程逐漸培養(yǎng)并形成創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力。

學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)下，獨(dú)立自主地上網(wǎng)搜集并整理資料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地分析整個(gè)參考電路的工作原理，為以后的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打好理論基礎(chǔ)。同時(shí)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生會(huì)明白實(shí)際設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念。例如實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，既需要考慮設(shè)計(jì)原因及怎樣才能更好地完成設(shè)計(jì)，又要考慮設(shè)計(jì)產(chǎn)品的成本等。最后，學(xué)生可以在教師不斷引導(dǎo)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立自主地完成電路的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與改進(jìn)，完成實(shí)際電路的焊接與調(diào)試工作。例如，有學(xué)生依照教師所倡導(dǎo)的更好地完成設(shè)計(jì)的理念，將8路激光輸出圖案提高到16路，具體電路原理如圖1、圖2所示。

此外，這位學(xué)生還采納了教師提出的需要考慮實(shí)際產(chǎn)品成本的建議，由一塊LM324運(yùn)算放大器芯片取代原電路需要采用的兩塊LM324運(yùn)算放大器芯片所能完成的功能，降低了產(chǎn)品的成本，更符合實(shí)際設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]林土勝，林上港，劉文哲.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力之我見[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2008，（4）.

[2]洪瀾.物理學(xué)科電子技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐[C]//教學(xué)研究與實(shí)踐——教師論文集，2009，（4）.endprint