基于卓越計劃的開放實驗教學(xué)體系的構(gòu)建

陳春生，王一賓，胡浪濤

（安慶師范大學(xué)計算機與信息學(xué)院，安徽安慶246133）

國家從中長期教育改革和人才發(fā)展的戰(zhàn)略層面考慮，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，提出了高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”[1]?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”的人才培養(yǎng)目標(biāo)是提高學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力[2]，促進工程教育人才的轉(zhuǎn)型升級，使中國工程教育人才更加適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，更加突出人才培養(yǎng)對增強國家綜合國力的重要性[3]。

1 開放實驗教學(xué)的內(nèi)涵

開放實驗教學(xué)內(nèi)容。以學(xué)生為主體的原則，實驗資源向?qū)W生全面開放[4]，學(xué)生作為實驗的主體，可以自主對實驗內(nèi)容進行設(shè)計、掌控實驗過程、分析實驗結(jié)果。構(gòu)建一個完善的開放實驗教學(xué)體系，其建設(shè)內(nèi)容涵蓋了管理制度制定、開放式實驗項目、考核方法、評價指標(biāo)的設(shè)計等，其核心是實驗課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[5]。

實驗教學(xué)體系的側(cè)重關(guān)系轉(zhuǎn)變。根據(jù)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，突出校內(nèi)實驗和校外實踐相結(jié)合的實驗教學(xué)模式[6]。以“卓越工程師”為實驗教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)促使實驗教學(xué)體系側(cè)重關(guān)系的轉(zhuǎn)變[7]。如圖1所示，實驗教學(xué)體系從基礎(chǔ)理論實踐驗證向綜合運用、創(chuàng)新實踐進行轉(zhuǎn)變。根據(jù)實驗?zāi)康呐c要求的不同，需要將原有的基礎(chǔ)實驗、技能實驗、綜合設(shè)計實驗、創(chuàng)新實驗4個層次的比重進行合理調(diào)整，在保持專業(yè)技能實驗（以培養(yǎng)動手操作能力為主）不減少的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少以認(rèn)知、驗證為主的基礎(chǔ)實驗，合理增加綜合設(shè)計和創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、探索精神。

圖1 實驗層次權(quán)重示意圖

2 構(gòu)建開放實驗教學(xué)體系

雖然我院學(xué)生參加各類競賽大有斬獲，但學(xué)生的知識面和基本能力還有待加強，表現(xiàn)為基礎(chǔ)不扎實、創(chuàng)新能力不強、設(shè)計思想表達不明確等。為了響應(yīng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[8]，對開放實驗教學(xué)體系的構(gòu)建進行了探討。

2.1 個性化實驗教學(xué)

改變以往人才培養(yǎng)方案中的“統(tǒng)一大綱、統(tǒng)一計劃、統(tǒng)一教材、統(tǒng)一考核”的四統(tǒng)一狀態(tài)，以保護差異和發(fā)展學(xué)生個性為主，強調(diào)個性化實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

（1）開放實驗教學(xué)實行“三開放”制度。開放實驗時間、內(nèi)容、元器件。學(xué)生可以根據(jù)自身時間安排實驗時間，除基礎(chǔ)實驗項目必須完成外，學(xué)生可自主選擇實驗項目、設(shè)計實現(xiàn)方案。在開放實驗過程中教師起指導(dǎo)作用，自主權(quán)充分掌握在學(xué)生手中，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力、釋放學(xué)生的個性特點。每學(xué)期開學(xué)實驗室將征集開放實驗項目，并對實驗項目進行匯總、審批、購買材料等工作。

（2）考核方式多樣化。根據(jù)不同的課程采用不同的考核方式，如“數(shù)字電子技術(shù)”“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”等綜合型課程可采用分組的課程設(shè)計、小組答辯的形式進行考核?！皢纹瑱C原理與應(yīng)用”“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”等硬件實踐類課程可以采用設(shè)計作品、提交設(shè)計方案、演示答辯的模式。

同時學(xué)院已運行計算機基礎(chǔ)課上機考試系統(tǒng)，為計算機公共基礎(chǔ)提供實驗與考試平臺。學(xué)院正在搭建計算機類專業(yè)一體化支撐平臺，平臺上有各類開放課程模塊，每個模塊有豐富的實驗項目與題庫，教師與學(xué)生均可以手動添加實驗項目與試題，針對學(xué)生的考核試卷會隨機生成，達到考試試題的多樣化。

2.2 創(chuàng)新課程設(shè)計的教學(xué)方式

隨著學(xué)習(xí)的深入，課程層次的進階，根據(jù)不同層次的課程采用不同方式的課程設(shè)計。

（1）基礎(chǔ)類型的課程設(shè)計。此類課程主要針對低年級所學(xué)課程，比如編程類課程，這類課程設(shè)計要求學(xué)生設(shè)計一個小軟件，從需求分析開始到模塊框架的設(shè)計和代碼的編寫，學(xué)生需給出可行性設(shè)計報告，最終需要提交設(shè)計報告并參加小組討論。

（2）綜合型課程的課程設(shè)計。比如模擬電子線路、電工電路等課程，此類課程設(shè)計要求學(xué)生設(shè)計一個器件的功能模塊，首先需要設(shè)計出具體電路，然后根據(jù)電路準(zhǔn)備芯片焊接成型，最后測試功能模塊的性能。這類課程設(shè)計要求學(xué)生現(xiàn)場展示并參加答辯提交設(shè)計報告。

（3）實踐型課程的課程設(shè)計。此類課程設(shè)計主要針對高年級的學(xué)生，學(xué)生必須完成實驗探究型的課程設(shè)計，該設(shè)計可以作為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生有充足的時間構(gòu)思、實驗、測試，要求學(xué)生設(shè)計出功能完整的作品并演示答辯提交設(shè)計報告。

3 開放實驗教學(xué)的實踐

3.1 項目式實驗教學(xué)

對設(shè)計性實驗實行項目式教學(xué)，以單片機電子計算器的設(shè)計為例，前期制定項目計劃說明書，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。

（1）項目的總體目標(biāo)是熟悉嵌入式軟件開發(fā)流程和學(xué)習(xí)企業(yè)開發(fā)規(guī)范并按照規(guī)范編寫代碼。具體目標(biāo)：掌握軟件設(shè)計工具keil的安裝方法；編寫電子計算器軟件，并完成整體功能；根據(jù)設(shè)計需求，整理出系統(tǒng)框圖；掌握代碼編寫方法，學(xué)會調(diào)試代碼等。

（2）項目概述及時間安排，一般為一周時間，包括每天的教學(xué)內(nèi)容和必須完成的實驗任務(wù)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容自主完成軟件框架的構(gòu)思和代碼的編寫，負(fù)責(zé)人每天進行進度檢查，并對每項任務(wù)的完成度進行打分。在明確的實驗任務(wù)和目標(biāo)的壓力下，每個學(xué)生參與程度和積極性得到了大幅的提高。

（3）能力考核包括三個指標(biāo)。項目理解能力：是否能正確理解項目所完成的功能，并認(rèn)可項目功能；目標(biāo)執(zhí)行能力：按照既定的時間，按時完成項目，并保證功能正常；開發(fā)協(xié)調(diào)能力：在開發(fā)過程中，遇到問題，和周末資源的溝通協(xié)調(diào)能力，能很好地和項目組同事和諧高效地工作。

（4）項目輸出，主要包括源碼和使用說明文檔。項目驗收要求：有清晰完整的設(shè)計思路；有規(guī)范的軟件編碼；正確的實驗結(jié)果；熟練實驗編程軟件；以項目組為單位上臺講解并演示。

項目式實驗教學(xué)使學(xué)生親身實踐項目開發(fā)的流程，學(xué)生邊做邊學(xué)，學(xué)的快，進步快，這是對課堂教學(xué)的有效實踐，也是公司實習(xí)的提前預(yù)演。這種教學(xué)模式讓學(xué)生從枯燥的驗證性實驗中解脫出來，此類實驗展開以來受到學(xué)生一致好評。

3.2 自制實驗設(shè)備，促進競賽成果轉(zhuǎn)化

學(xué)生自制實驗設(shè)備一直是普通高等院校的短板，但是根據(jù)教學(xué)需求和現(xiàn)實情況，普通院校也可以研制實驗設(shè)備，學(xué)生在科技競賽中的成功作品可以固化為開放實驗中的實驗項目，既豐富了開放實驗項目，也有利于成果的轉(zhuǎn)化。同時在實驗設(shè)備的研制過程中，開拓了學(xué)生的思維，選拔優(yōu)秀學(xué)生加入競賽團隊，充實隊伍力量，形成良性循環(huán)。以此作為開放實驗教學(xué)的補充，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

新工科實驗室的改革與創(chuàng)新應(yīng)緊密圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，改革實驗教學(xué)體系，這對于培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力有著非常重要的作用，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的有力保障和支撐，實驗教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)大學(xué)生的“創(chuàng)新精神和實踐能力”作為教學(xué)主要任務(wù)。