新形勢下以學(xué)習(xí)為中心的電子信息類實(shí)踐課程的構(gòu)建與改革

武一，韓力英

（河北工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，天津 300401）

0 引言

教育部吳巖司長在教育2020年收官系列新聞發(fā)布會上指出，中國高等教育已經(jīng)進(jìn)入普及化發(fā)展新階段，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高校要準(zhǔn)確識變、積極應(yīng)變、主動求變，緊緊圍繞立德樹人根本任務(wù)，緊緊扭住全面提高人才培養(yǎng)能力的核心點(diǎn)，全面推動專業(yè)建設(shè)，課程建設(shè)，打造具有國際水平的一流專業(yè)、一流金課。吳司長在答記者問時(shí)談到普及化高等教育有四個(gè)特點(diǎn)，多樣化的特征，學(xué)習(xí)化的特征，個(gè)性化的特征和現(xiàn)代化的特征。特別是2020年一場突如其來的疫情促使高校改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使在線教學(xué)，掀起高等教育領(lǐng)域的“學(xué)習(xí)革命”，實(shí)現(xiàn)了中國高等教育“變軌超車”[1]。疫情期間，所有高校全部實(shí)施在線教學(xué)，全國108萬高校教師開出1719萬門次課程，學(xué)生在線學(xué)習(xí)人數(shù)達(dá)到35億人次，改變了教和學(xué)的關(guān)系，形成了時(shí)時(shí)、處處、人人皆可學(xué)的教育新形態(tài)，突顯了本科教學(xué)的學(xué)習(xí)化特征。同時(shí)也暴露出了一些問題，在網(wǎng)絡(luò)允許的情況下，理論課程很容易地可以轉(zhuǎn)成MOOC學(xué)習(xí)或者在線實(shí)時(shí)教學(xué)，但是實(shí)踐課程就沒有那么容易了，要么等疫情結(jié)束學(xué)生返校后再開課，要么就是降低質(zhì)量要求，實(shí)踐改成完全仿真或者純粹地寫設(shè)計(jì)論文結(jié)束課程。

面對當(dāng)前高等教育的新特點(diǎn)以及可能會出現(xiàn)的種種新情況，高校應(yīng)該更加重視人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，把本科教育放在人才培養(yǎng)的核心地位、教育教學(xué)的基礎(chǔ)地位、新時(shí)代教育發(fā)展的前沿地位[2-3]。作為高校電子信息類實(shí)踐課程如何改革，如何建設(shè)，是值得探討的話題。本文就當(dāng)前形勢下，我校電子信息類實(shí)踐課程在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和課程建設(shè)的教學(xué)理念，教學(xué)方法，教學(xué)成果方面改革情況進(jìn)行闡述，以供其他高校相關(guān)專業(yè)和課程學(xué)習(xí)和借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

電子信息類實(shí)驗(yàn)為弱電實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多是以實(shí)驗(yàn)箱為主，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱如圖1所示，器件都是固定好的，這種實(shí)驗(yàn)箱一般價(jià)位在5000-10000之間，經(jīng)過幾輪學(xué)生實(shí)驗(yàn)以后，上面常用到的器件損壞嚴(yán)重，或者與計(jì)算機(jī)相連的仿真器存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，致使實(shí)驗(yàn)根本無法順利進(jìn)行下去，而且?guī)缀醵际枪潭ㄔ趯?shí)驗(yàn)室不允許外借，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課也必須是在固定的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。時(shí)間空間都必須嚴(yán)格遵守課程和實(shí)驗(yàn)室的要求。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也幾乎都是統(tǒng)一的，只是大家根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的多少和實(shí)驗(yàn)室空間來進(jìn)行分組，統(tǒng)一2學(xué)時(shí)或者4學(xué)時(shí)做一個(gè)做傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即使是綜合性實(shí)驗(yàn)，最多也就4學(xué)時(shí)課堂時(shí)間，通常都是只有少數(shù)組別能夠做出來，大部分同學(xué)最后都是觀察一下做出來的同學(xué)的結(jié)果而已，對設(shè)計(jì)過程，硬件調(diào)試過程還是一知半解，久而久之，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程也就停留在按時(shí)出勤了，按時(shí)寫報(bào)告交報(bào)告就能得高分的狀態(tài)，至于是否真正調(diào)試出正確得結(jié)果無所謂。特別是在遇到特殊情況學(xué)生不能來實(shí)驗(yàn)室上課的情況下，課程更是無法開設(shè)，這種傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)形式嚴(yán)重打擊了學(xué)生的積極性，不利于學(xué)生實(shí)踐工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

圖1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱

近年來，河北工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院在實(shí)踐教學(xué)設(shè)備方面進(jìn)行了全新的改革建設(shè)。首先更新了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對于理論課課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，例如數(shù)電課程實(shí)驗(yàn)箱我們課程組自己設(shè)計(jì)成了這樣，如圖2所示，即使一個(gè)小小的加法器實(shí)驗(yàn)都是要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)，從器件的選擇到電路的連接，每一步都是學(xué)生親自動手完成，中間各個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)問題，要求學(xué)生自己查找解決，培養(yǎng)了學(xué)生動手能力，工程實(shí)踐能力以及解決問題能力。但是復(fù)雜一些的像交通燈實(shí)驗(yàn)，即使學(xué)生自己提前預(yù)習(xí)設(shè)計(jì)好電路圖和進(jìn)行了軟件仿真，如圖3所示。在課堂2學(xué)時(shí)內(nèi)要將這樣復(fù)雜的電路連接調(diào)試好，也只能有極少數(shù)學(xué)生能夠順利完成。大部分同學(xué)只能完成簡單的單路交通計(jì)時(shí)器硬件連接設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

圖2 自己開發(fā)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)箱

圖3 數(shù)字電子技術(shù)交通燈仿真設(shè)計(jì)圖

圖4 單路交通計(jì)時(shí)器硬件連接設(shè)計(jì)

當(dāng)然，像素電這樣的理論課程課內(nèi)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置并不是很多，只是一些基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，輔助學(xué)生對理論知識的理解。對于綜合性和設(shè)計(jì)性非常強(qiáng)的實(shí)踐課程，統(tǒng)一建設(shè)了口袋實(shí)驗(yàn)室。如圖5所示。在授課期間學(xué)生每人持有一塊口袋實(shí)驗(yàn)板，學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新大賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，學(xué)生也可以從實(shí)驗(yàn)室借出一開口袋實(shí)驗(yàn)板一直持有到使用結(jié)束?？诖鼘?shí)驗(yàn)板集成度高，性價(jià)比高，不容易損壞，便于攜帶，更重要的是使用口袋實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行設(shè)計(jì)不受時(shí)間空間限制，可以利用碎片時(shí)間，有學(xué)生反映，自己在用EGO1實(shí)驗(yàn)板做一個(gè)萬年歷項(xiàng)目的時(shí)候，完全沉浸其中，忘記了吃飯和睡覺，就一直想把它調(diào)試好。這種學(xué)習(xí)狀態(tài)是在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)沒有的，可見口袋實(shí)驗(yàn)板這種實(shí)踐課程形式，更能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和創(chuàng)新能力。

圖5 口袋實(shí)驗(yàn)板

電子信息類實(shí)踐課程除了在實(shí)體中心實(shí)驗(yàn)室（包括學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室）建設(shè)時(shí)更新了硬件實(shí)體實(shí)驗(yàn)設(shè)備外，還搭建了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，主要針對數(shù)字圖像處理，高頻電子線路，光線通訊，通信原理，信號與線性系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程，建立了開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室管理的信息化，提高了實(shí)驗(yàn)室資源利用率促進(jìn)了學(xué)校間的資源共享。學(xué)生打破時(shí)、空限制，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心提供的虛擬器材自己動手搭建和調(diào)試實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停S富了實(shí)物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入新的活力和新的內(nèi)容。

到目前為止，河北工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院通過匯聚校內(nèi)外資源，建立了國家級電子與通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，構(gòu)建了虛實(shí)結(jié)合分層遞進(jìn)式的實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行形勢，如圖6所示，軟硬件平臺的建設(shè)，為學(xué)生解決復(fù)雜工程問題提供了條件。

圖6 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模塊

2 課程建設(shè)

前面已經(jīng)提到高等教育的四個(gè)特征，河北工業(yè)大學(xué)作為地方院校，本科教育就應(yīng)該以國家戰(zhàn)略需求為牽引，以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目標(biāo)，那么課程建設(shè)就要考慮學(xué)生的個(gè)性化與普適化要求，充分利用互聯(lián)網(wǎng)＋等信息技術(shù)[4-5]，保障全體學(xué)生最大化學(xué)習(xí)各種知識、提高素養(yǎng)。作為實(shí)踐課程，不能再做40年前的小榔頭，教學(xué)內(nèi)容和方式必須因時(shí)而變，因需而設(shè)。低年級時(shí)的基礎(chǔ)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對工程實(shí)踐有了一個(gè)初步的了解，后期就是高階能力的培養(yǎng)。電子信息工程學(xué)院，目前已經(jīng)完成了從教學(xué)內(nèi)容到教學(xué)方法，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)再到創(chuàng)新實(shí)踐課程的整合改革，三個(gè)專業(yè)的實(shí)踐課程如表1所示。下面以EDA技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程為例，針對當(dāng)前形勢，對實(shí)踐課程改革進(jìn)行剖析。

表1 三個(gè)專業(yè)實(shí)踐課程設(shè)置

3 《EDA技術(shù)綜合設(shè)計(jì)》課程改革案例剖析

3.1 教學(xué)理念

文獻(xiàn)[6]中總結(jié)出“新工科”下高等工科教育人才的培養(yǎng)目標(biāo)。那么新形勢下，實(shí)踐課程的教學(xué)理念就要基于工程教育和創(chuàng)新教育，以高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度為標(biāo)準(zhǔn)，為培養(yǎng)具有批判意識、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)“新工科”人才而進(jìn)行。實(shí)踐課程的設(shè)置目的在于培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識的綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)開發(fā)能力，工程實(shí)踐問題的解決能力，自我知識提升的終身學(xué)習(xí)能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)同合作的組織管理能力，所以實(shí)踐教學(xué)要充分考慮學(xué)生發(fā)展的層次化，內(nèi)容設(shè)置要多樣化，教學(xué)方式要靈活化，EDA技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程就是從這些方面考慮，基于項(xiàng)目的理念[7-9]，進(jìn)行啟發(fā)式的教學(xué)[10]，多方合作打造了一個(gè)以學(xué)習(xí)為中心的全新實(shí)踐課程，使學(xué)生多自由度自主健康發(fā)展學(xué)習(xí)，提升教師的教學(xué)質(zhì)量。

3.2 教學(xué)改革思路

EDA技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程主要圍繞教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法從四個(gè)方面進(jìn)來全面改革。

（1）重構(gòu)了教學(xué)設(shè)計(jì)方案、打造了可視隨動的立體化教材。EDA技術(shù)課程組在教和學(xué)的方式上進(jìn)行了多次探討，得出這類實(shí)踐課程的前沿發(fā)展在企業(yè)，學(xué)校必須和企業(yè)合作，融合信息技術(shù)，協(xié)同育人，以此達(dá)到校企共贏。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，教學(xué)設(shè)計(jì)方案從“內(nèi)容教學(xué)”向“思維教學(xué)”轉(zhuǎn)變，從“知識教育”向“能力教育”轉(zhuǎn)變，從“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”[11-13]再到“以學(xué)習(xí)為中心”轉(zhuǎn)變。課程組選了和依元素科技有限公司合作，充分利用依元素的合作方，賽靈思官方微信向?qū)W生推出最新的技術(shù)培訓(xùn)和相關(guān)技術(shù)發(fā)展前沿動態(tài)，構(gòu)建了泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)將學(xué)生做的項(xiàng)目上床到河北工業(yè)大學(xué)云平臺，并且實(shí)時(shí)更新，形成了可視化的立體教材。

（2）重構(gòu)了能力本位的學(xué)習(xí)體系和內(nèi)容。按照“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行能力達(dá)成和拔尖人才培養(yǎng)。充分考慮學(xué)生的普適化和個(gè)性化需求以及終身學(xué)習(xí)的能力培養(yǎng)需求，設(shè)計(jì)分級課程內(nèi)容和分級課程培養(yǎng)目標(biāo)，將課程內(nèi)容項(xiàng)目設(shè)計(jì)分為基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、綜合和創(chuàng)新四個(gè)層級，培養(yǎng)目標(biāo)分為基礎(chǔ)能力、綜合能力、創(chuàng)新能力達(dá)成。每一屆學(xué)生設(shè)計(jì)項(xiàng)目不斷更新，保持與時(shí)俱進(jìn)，使之具有前沿性和時(shí)代性。

（3）重構(gòu)了教學(xué)空間、學(xué)習(xí)方法、教與學(xué)的關(guān)系。打破時(shí)空限制，通過配置口袋實(shí)驗(yàn)板，將兩三周短學(xué)期實(shí)踐課程延伸到半學(xué)期甚至一學(xué)期、學(xué)校企業(yè)建立了現(xiàn)場、在線培訓(xùn)空中課堂，形成了時(shí)時(shí)、處處、人人皆可學(xué)的教學(xué)新形態(tài)，一切教學(xué)活動均服務(wù)于“以學(xué)習(xí)為中心”的教學(xué)模式，最大化挖掘了學(xué)生的創(chuàng)新能力、提升了教師的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，教師輔導(dǎo)采用現(xiàn)場和線上兩種方式，實(shí)驗(yàn)室教師工作時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室、授課教師全天候QQ在線答疑解惑，學(xué)生分享設(shè)計(jì)以現(xiàn)場分享和錄制視頻上傳作業(yè)庫相結(jié)合的方式進(jìn)行。

（4）重構(gòu)了實(shí)踐教學(xué)全面考核評價(jià)體系。實(shí)踐教學(xué)評價(jià)不能簡單地以階段性結(jié)果考核定成績，例如文獻(xiàn)[14]中提出一套包含學(xué)生、教師、專家及教學(xué)管理人員三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系?，F(xiàn)場驗(yàn)收時(shí)學(xué)生對開發(fā)工具的熟練掌握程度，翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生講解自己的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過程，以及遇到問題時(shí)的解決方案等全部納入考核評價(jià)體系中，從項(xiàng)目延伸、價(jià)值塑造、法律法規(guī)、團(tuán)隊(duì)合作、反思創(chuàng)新、學(xué)習(xí)方法、解決問題的能力、情感等全面進(jìn)行考核，把立德樹人作為教育的根本任務(wù)[15]。

3.3 教學(xué)效果

EDA技術(shù)課程組與依元素合作對省級資源共享課程“EDA技術(shù)”，先后進(jìn)行了分級教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新等校企合作，并以此參加了鼎陽杯全國案例教學(xué)大賽獲得了國家級二等獎3項(xiàng)，賽區(qū)一等獎2項(xiàng)，并獲得2020年國家“校企合作，雙百計(jì)劃”典型案例，立項(xiàng)了校級教改項(xiàng)目2項(xiàng)，教育部產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目2項(xiàng)，河北省省級教改項(xiàng)目1項(xiàng)，并且被立項(xiàng)為了學(xué)校優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目。最近幾年每年暑假都有學(xué)生到現(xiàn)場（2019年）或者在線（2020年）參加依元素公司的培訓(xùn)課程。同時(shí)，利用EDA技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和延伸學(xué)習(xí)，也培養(yǎng)了多名學(xué)生獲得校級省級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

本文從本科實(shí)驗(yàn)室設(shè)備更新和實(shí)踐課程改革兩個(gè)方面闡述了新形勢下實(shí)踐課程的改革探索，可以為高校應(yīng)變科技進(jìn)步，適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的人才培養(yǎng)而定位實(shí)踐課程提供改革方向，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才提供改革思路，為校企合作、協(xié)同育人課程改革方式提供有力的借鑒意義，為推動高校一流課程建設(shè)、企業(yè)進(jìn)步提升競爭力具有重要的促進(jìn)作用，為應(yīng)變疫情等突發(fā)事件實(shí)踐教學(xué)的順利開展提供經(jīng)驗(yàn)，更是為企業(yè)提供新型工科人才的保障。