以項目驅(qū)動為導向的電子技術(shù)實驗教學改革探索

任青蓮 李東紅 郭 萍

（太原科技大學，太原 030024）

以項目驅(qū)動為導向的電子技術(shù)實驗教學改革探索

任青蓮 李東紅 郭 萍

（太原科技大學，太原 030024）

電子技術(shù)實驗是電子、電氣類專業(yè)學生實驗教學中的重點內(nèi)容，為培養(yǎng)學生掌握整個電子線路體系的能力，提高工程意識，激發(fā)創(chuàng)新思維，把工程應用問題引入實驗教學，提出了一種以項目驅(qū)動為導向的教學方法，明確了實驗教學目標，優(yōu)化了實驗教學內(nèi)容，改革了實驗教學的實施方式。以項目驅(qū)動為導向的教學方法不僅培養(yǎng)了學生的電子系統(tǒng)設(shè)計能力、獨立思考的習慣，而且培養(yǎng)了學生的自主創(chuàng)新能力和團隊合作精神，為學生今后的工作實踐奠定了堅實的基礎(chǔ)。

電子技術(shù)實驗；項目驅(qū)動；工程實踐；創(chuàng)新能力

實驗教學是本科教育的重要組成部分，是鞏固理論知識、理論聯(lián)系實際的重要平臺，對培養(yǎng)學生的實踐能力與創(chuàng)新精神起很重要的作用，是衡量高校教育質(zhì)量的一個重要指標[1]。電子技術(shù)實驗是電子電氣類專業(yè)重要的基礎(chǔ)實踐課程，該課程的顯著特點是基礎(chǔ)理論與工程實踐結(jié)合特別緊密，在本科生教學過程中占有很重要的地位，在培養(yǎng)學生深化知識理解、掌握實踐技能、形成工程素養(yǎng)等方面起著非常重要的作用[2-3]。

目前，由于多種因素的制約，電子技術(shù)實驗教學仍然存在以下不足：教學模式主要采用 “老師講、學生聽”模式；現(xiàn)有的常規(guī)教學內(nèi)容綜合設(shè)計性實驗不多，多為原理性或驗證性實驗，綜合性和關(guān)聯(lián)性差，與實際工程應用脫節(jié)較為嚴重；教學要求單一，使得學生過于依賴老師，缺乏積極、主動參與的意識，教學過程中學生的中心地位得不到體現(xiàn)，學習的興趣得不到激發(fā)，更缺乏工程意識，既不能提高學生的工程實踐能力，同時也抑制了學生的創(chuàng)新欲望。如何從實驗的角度理解和掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計方法、提高實驗教學質(zhì)量，成為該課程實踐教學改革的重要目標[2-4]。

以項目驅(qū)動為導向組織電子技術(shù)實驗教學，既注重基礎(chǔ)知識，同時擴展知識范圍，側(cè)重系統(tǒng)設(shè)計，強調(diào)創(chuàng)新發(fā)揮，不僅能培養(yǎng)學生綜合運用多學科知識解決實際工程問題的能力，而且能有效調(diào)動學生自主學習的能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和工程素養(yǎng)[5-7]。

一、明確實驗教學目標，完善實驗教學體系

電子技術(shù)實驗包括模擬電子技術(shù)實驗，數(shù)字電子技術(shù)實驗，通信電子線路實驗。我校分別在大學本科第4、5學期開設(shè)，其中模擬電子技術(shù)實驗和數(shù)字電子技術(shù)實驗為單獨設(shè)課的實驗課程，分別24學時，通信電子線路實驗為課內(nèi)實驗，8學時。

根據(jù)電子技術(shù)實踐教學目標，結(jié)合我校實踐教學的實際條件，遵循“加強基礎(chǔ)、注重綜合、突出創(chuàng)新”的原則，將電子技術(shù)實驗教學分為常規(guī)基礎(chǔ)實驗教學和創(chuàng)新性實驗教學。模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和通信電子線路的實驗教學內(nèi)容都包含三個層次的項目：基礎(chǔ)層、綜合設(shè)計層和研究創(chuàng)新層，各個層次實驗的教學目標如圖1所示[1]。

圖1 電子技術(shù)實驗教學目標

常規(guī)的實驗教學不能簡單地認為是驗證理論知識，按照實驗講義按部就班地機械操作，而是將完成項目所需的知識、能力分解到各個教學環(huán)節(jié)，所有實驗教學環(huán)節(jié)都盡可能以項目驅(qū)動為導向。不僅要使學生學會規(guī)范、熟練地使用儀器設(shè)備，掌握電路的基本測量方法、數(shù)據(jù)采集、分析問題和處理問題的基本技能，而且要培養(yǎng)學生科學的研究態(tài)度以及基本的實驗素質(zhì)，這些都是創(chuàng)新的前提條件。

創(chuàng)新型實驗教學要求學生綜合利用所學的模擬電路、數(shù)字電路和通信電子線路等知識和掌握的實踐技能，結(jié)合EDA等現(xiàn)代化分析設(shè)計軟件，對電路進行分析、設(shè)計和實現(xiàn)，并能實現(xiàn)一個比較完整的電子系統(tǒng)，激發(fā)學生對電子工程領(lǐng)域的研究興趣，樹立工程意識，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力、解決實際科研問題的能力以及團隊協(xié)作精神。

二、優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

在實驗教學內(nèi)容的設(shè)計上，常規(guī)基礎(chǔ)實驗教學精簡驗證性實驗，增加綜合設(shè)計內(nèi)容，創(chuàng)新型實驗教學增加項目級、系統(tǒng)級的實驗內(nèi)容，應遵循以下兩點原則。

1.由淺入深、循序漸進、加強基礎(chǔ)、注重綜合

為了全面培養(yǎng)學生掌握扎實的基本實踐技能，加深理解和掌握各種單元電路的工作原理、分析設(shè)計方法，并力求體現(xiàn)研究和創(chuàng)新意識。選擇基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)和代表性環(huán)節(jié)作為基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，如放大電路、濾波電路、穩(wěn)壓電源、信號運算電路、多路搶答器、序列脈沖發(fā)生器、交通燈控制器、調(diào)制器、解調(diào)器和混頻器等，這些都是電子系統(tǒng)項目設(shè)計的基礎(chǔ)。

綜合設(shè)計性實驗內(nèi)容的設(shè)置可以以問題為出發(fā)點，每門實驗課完成一個或幾個綜合大實驗，并鼓勵學生可以自主命題，進一步發(fā)揮。如數(shù)控增益放大器、溫度監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)控直流源、密碼鎖、頻率計、出租車計費器、無線通信發(fā)送系統(tǒng)、接收系統(tǒng)等。培養(yǎng)學生靈活應用軟件設(shè)計仿真和硬件實驗緊密結(jié)合的方法來完成綜合類實驗項目。

2.項目導向、學生自主、突出創(chuàng)新

根據(jù)學生所學專業(yè)（自動化、電子信息、通信工程、電氣控制與自動化和測控專業(yè)）和學生的個人興趣選擇具有工程背景的實踐項目，可以是“大學生電子競賽題目”和 “大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目”，也可以是在日常生活中碰到的實際問題，這些研究項目都不是很大，都很適合以項目驅(qū)動為導向、以學生為主導去進行分析、設(shè)計和實現(xiàn)，使學生真正體會到學有所用的樂趣，大大調(diào)動學生的學習主動性、積極性和創(chuàng)造性，通過項目驅(qū)動的方式培養(yǎng)學生的分析問題、解決實際問題的創(chuàng)新實踐能力、團隊管理與溝通合作能力，幫助學生樹立現(xiàn)代工程意識，并使學生掌握小型電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，為一些學有余力、對科研有著濃厚興趣的學生提供了一個自我提升的平臺，也充分體現(xiàn)了因材施教的教學原則。

三、改革實驗教學實施環(huán)節(jié)

根據(jù)實驗教學內(nèi)容與目標制定教學計劃，教師利用設(shè)計好的實驗項目，根據(jù)課程大綱實施分層次實驗教學。所有同學在固定的時間內(nèi)完成指定的教學內(nèi)容，然后有興趣、有能力的同學可以繼續(xù)選擇創(chuàng)新型實驗教學項目。

1.常規(guī)實驗教學的實施

采用一個整班分成兩個小班，每人一個獨立小組，在固定的時間內(nèi)實驗，每個老師輔導15～20個學生，采用經(jīng)典的三步走：課前預習，課內(nèi)獨立完成實驗教學內(nèi)容，課后完成實驗總結(jié)報告。

為提高實驗教學質(zhì)量，方便學生自主學習，改變以往教師主講實驗的教學方式，在校園網(wǎng)站上建立課程主頁，包括課程大綱、教學教案、參考設(shè)計、元器件手冊及儀器設(shè)備的使用視頻等教學資源。實驗前，學生觀看與實驗有關(guān)的網(wǎng)上資源，幫助學生在較短的時間內(nèi)了解實驗目的、實驗要求、實驗原理和實驗方法步驟，并撰寫實驗預習報告，讓學生帶著問題進入實驗，這樣既調(diào)動了學生自主學習的積極性，也提高了實驗效率。課堂上，所有學生都是獨立完成實驗任務，建立以學生為主的實驗教學模式。實驗后，整理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果，認真完成實驗總結(jié)報告，以培養(yǎng)闡述實驗結(jié)果的表達能力[8-10]。

在常規(guī)實驗教學中也應注重工程項目設(shè)計的培養(yǎng)，教師在理論和實驗教學中可以根據(jù)專業(yè)選擇合適的項目案例，將設(shè)計項目分解為小的題目，分散到每一個對應的章節(jié)。從電子技術(shù)實驗教學的角度來重新分析、梳理項目的內(nèi)容，從中尋找與課程內(nèi)容的結(jié)合點和切入點，教師可以根據(jù)課程進展及時組織實施各單元電路設(shè)計。最后將一個個課程的知識點與項目有關(guān)內(nèi)容結(jié)合、融合在一起，來形成涵蓋課程知識點的創(chuàng)新型實驗項目[3]。

例如：在模擬電子技術(shù)實驗教學時，可以選擇音響放大器為設(shè)計項目，該項目需要綜合低頻電壓放大器、信號運算電路、有源濾波電路，反饋電路、低頻功率放大電路以及電源電路等多方面的內(nèi)容，是一個較好的模擬電路綜合設(shè)計項目，先將系統(tǒng)分解為各個單元模塊，并確定各模塊的性能指標及相互間的聯(lián)系，在做相應實驗內(nèi)容時就可對具體電路進行設(shè)計，最后到學期末再將各模塊整合，調(diào)試構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。使得學生熟悉電子系統(tǒng)的設(shè)計思路，掌握模擬電路各基本單元電路的設(shè)計方法，提高學生的工程實踐能力。

2.創(chuàng)新型實驗教學的實施

在創(chuàng)新型實驗教學的過程中，以項目為導向，學生以3人一組形成一個團隊，利用現(xiàn)有的實驗條件，在時間開放、資源開放的環(huán)境下進行研究創(chuàng)新。學生根據(jù)需要通過預約等方式自主安排時間，實驗室向?qū)W生開放教學資料、儀器設(shè)備、實驗材料等資源，為學生的進一步進取提供實驗時間和資源上的保障。這種方式保證學生必要的實驗環(huán)境，培養(yǎng)學生的自主學習能力[1]。

在項目的實施過程中應充分發(fā)揮學生的主體作用，鼓勵學生學會自主思考，自己用所學知識和技術(shù)技能去解決，在具體做的過程當中，碰到新的知識，主動去探索，利用圖書館、網(wǎng)上資源等各種渠道獲取所需知識，并要對所獲取的知識學會去偽存真，改變一直以來跟著老師走的學習方法。教學實施過程當中教師引導和啟發(fā)學生怎樣做項目，把做項目的關(guān)鍵過程環(huán)節(jié)告知學生，并在設(shè)計實現(xiàn)中進行必要的檢查指導，創(chuàng)新型實驗教學的實施過程如圖2所示。

圖2 創(chuàng)新型實驗教學的實施過程

在項目的設(shè)計過程中，首先根據(jù)設(shè)計題目明確項目要實現(xiàn)什么功能，達到什么指標，然后根據(jù)系統(tǒng)應該具備的各項功能將系統(tǒng)劃分為若干個功能相對獨立的子系統(tǒng)，并確定各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，然后選擇單元電路實現(xiàn)各子系統(tǒng)。從系統(tǒng)總體設(shè)計、模塊劃分、電路仿真、PCB設(shè)計、焊接調(diào)試、系統(tǒng)連調(diào)、自主創(chuàng)新等環(huán)節(jié)由學生自主完成，教師根據(jù)實際情況提供積極的引導、與學生進行必要的討論和進行一些關(guān)鍵點的檢查，最后提交設(shè)計成果及規(guī)范性的項目總結(jié)報告。

創(chuàng)新型實驗項目有科學研究的成分，設(shè)計開發(fā)的成分，是科學研究的一個簡單過程，在實踐中使學生了解科研活動是怎樣開展的，也真正體會到學有所用的樂趣，進而大大激發(fā)了學習的熱情，培養(yǎng)了學生解決工程實際問題的能力。

為確保電子技術(shù)實驗教學效果，必須制定合理的考核方式，為此對傳統(tǒng)的實驗教學考核方式進行改革，改變“重結(jié)果”為“結(jié)果與過程相結(jié)合”，注重綜合能力評價，突出實驗過程中的平時表現(xiàn)，包括實驗態(tài)度，實驗方法，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的實際能力，團隊意識等，同時鼓勵探索和創(chuàng)新，避免考核結(jié)果的片面性，保證實驗成績公正、客觀合理。

四、結(jié)束語

以項目驅(qū)動為導向的電子技術(shù)實驗教學不僅提高了學生的實驗技能，培養(yǎng)了學生以工程項目為核心的思維方式，綜合應用多學科理論、知識、方法分析、解決實際工程問題的能力，同時也使學生養(yǎng)成了自己思考的習慣。學生通過自己和團隊的不懈努力，從方案設(shè)計到目標實現(xiàn)，最終完成了可運行的“產(chǎn)品”，激發(fā)了學生極大的成就感，增強了對電子信息工程領(lǐng)域的研究興趣，并鍛煉了學生的團隊合作能力，為日后從事工作打下了扎實的基礎(chǔ)。

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[5]周秦武，張博，張龍大，等.以項目驅(qū)動為導向的專業(yè)綜合實驗課程設(shè)計與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（3）：183-185.

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（責任編輯：張華凡）

Project Oriented Electronic Circuitry Experimental Teaching Reform

REN Qinglian,LI Donghong,GUO Ping
（Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China）

To develop the students’ ability to master the entire electronic circuit system,improve their engineering consciousness,and inspire them with creative thinking,a project-driven teaching method was proposed in which engineering problems are brought into experimental teaching.This paper discussed experimental teaching objectives,the optimization of teaching mode and contents,and the combination of projects and teaching.The project-driven teaching method can not only cultivate the students’electronic system design abilities and independent thinking habits,but also develop their innovation abilities and team spirit.These abilities can lay a solid foundation for the students’future work.

electronic circuitry experiment;project-driven;engineering practice;innovation capacity

G642.0

任青蓮（1976—），女，副教授，研究方向：電子技術(shù)應用及無線通訊

太原科技大學2016校級教學改革研究項目（201626）；山西省2014年教育教學改革研究項目（J201415）。