以多目標(biāo)產(chǎn)出為導(dǎo)向的應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究與改進(jìn)*

◆劉天舒 房建東 王艷榮 張曉東

0 引言

在“十四五”規(guī)劃人才需求多樣化背景下，培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型人才成為時(shí)代對(duì)高校的要求。因此，研究建設(shè)電子信息類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)科學(xué)合理的教學(xué)體系，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力、交流合作能力為課程的出發(fā)點(diǎn)，是一門(mén)綜合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)為一體的自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的建模思維能力，讓學(xué)生通過(guò)閱讀文獻(xiàn)及結(jié)合實(shí)際來(lái)提出解決實(shí)際問(wèn)題的方案。在仿真實(shí)測(cè)過(guò)程中，讓學(xué)生掌握一些基本的仿真平臺(tái)、實(shí)測(cè)工具及嵌入系統(tǒng)，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、繪制真值表及編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生交流借鑒、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、客觀評(píng)價(jià)和不斷優(yōu)化的能力。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的不足

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系主要分為三部分：教師設(shè)定實(shí)驗(yàn)題目，規(guī)定實(shí)驗(yàn)相關(guān)要求，設(shè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間；學(xué)生在規(guī)定學(xué)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交和答辯；教師結(jié)合答辯情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)物進(jìn)行評(píng)分。這種教學(xué)體系的好處在于由教師設(shè)定題目更符合教學(xué)理論學(xué)習(xí)要求，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論的深度掌握，但也存在不足。

1）實(shí)驗(yàn)題目固化設(shè)置，易禁錮學(xué)生的創(chuàng)新性思維，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程古板單一，難以提高學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)踐的積極性，沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活緊密結(jié)合起來(lái)[2]；

2）教師難以掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程目標(biāo)完成情況及存在的問(wèn)題，使得學(xué)生將側(cè)重點(diǎn)傾向于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)，從而造成學(xué)生“重視理論，輕視實(shí)踐”，教師“強(qiáng)調(diào)知識(shí)灌輸，忽視能力培養(yǎng)”的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的提高[3]；

3）評(píng)價(jià)體系僅以答辯、實(shí)驗(yàn)報(bào)告為標(biāo)準(zhǔn)，缺乏對(duì)個(gè)性化學(xué)生的評(píng)價(jià)關(guān)注，不利于激發(fā)學(xué)生興趣，同時(shí)對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的養(yǎng)成造成不利影響。

2 應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系方法改進(jìn)

本次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為主體，自主選題，通過(guò)運(yùn)用邏輯器件和傳感器，設(shè)計(jì)出滿足一定性能或特定功能的電子電路，通過(guò)運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行原理仿真，對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行實(shí)測(cè)。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的不足主要進(jìn)行五個(gè)環(huán)節(jié)的改進(jìn)，分別是選題、方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)代工具使用、實(shí)驗(yàn)分析、評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)四輪答辯來(lái)檢測(cè)以上環(huán)節(jié)的達(dá)成度。

2.1 選題

題目的選擇決定后續(xù)實(shí)驗(yàn)的研究方向，是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)階段大部分實(shí)驗(yàn)選題方式主要是從教師規(guī)定的已有題目中進(jìn)行選擇，本次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)對(duì)選題的改進(jìn)更加嚴(yán)謹(jǐn)且多樣化：首先讓學(xué)生通過(guò)閱讀文獻(xiàn)綜述、進(jìn)行選題需求分析、判別其應(yīng)用定位，最終進(jìn)行一輪答辯，評(píng)定選題是否具有可行性、實(shí)用性、創(chuàng)新性。其中，可行性體現(xiàn)在方案是否具有電子技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的理論支持，邏輯抽象是否合理，同時(shí)要求學(xué)生結(jié)合自身能力和規(guī)定時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)用性體現(xiàn)在方案構(gòu)思是否滿足現(xiàn)階段市場(chǎng)應(yīng)用需求，開(kāi)發(fā)方案是否實(shí)用；創(chuàng)新性體現(xiàn)在學(xué)生是否具有解決問(wèn)題能力，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[4]，符合教學(xué)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和意義。答辯環(huán)節(jié)學(xué)生可通過(guò)PPT形式展示其結(jié)構(gòu)框圖、邏輯抽象、理論支持等內(nèi)容，證明選題的合理性。

2.2 方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要是教師為學(xué)生安排好實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，學(xué)生按照規(guī)程操作即可，很少注重學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)時(shí)所必備的觀察、分析、處理等技能的培養(yǎng)，這必然不利于學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)[2]。本環(huán)節(jié)的改進(jìn)側(cè)重于學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的運(yùn)用，掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)是這門(mén)課程的先決條件，課堂的專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)是前提。為提高每位學(xué)生的課堂積極性，讓學(xué)生在課前主動(dòng)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并通過(guò)二輪答辯環(huán)節(jié)來(lái)檢測(cè)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握程度，有效督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過(guò)系統(tǒng)功能、技術(shù)路線、方案論證、比對(duì)分析等考核，考查學(xué)生是否具備根據(jù)任務(wù)需要應(yīng)用電子技術(shù)、選配資源及開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案的能力。

2.3 現(xiàn)代工具使用

現(xiàn)階段已有對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施進(jìn)行的改進(jìn)，主要為以開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室為基地，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合所學(xué)專(zhuān)業(yè)、根據(jù)市場(chǎng)需求自選實(shí)驗(yàn)課題，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，使專(zhuān)業(yè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)不局限于教學(xué)大綱內(nèi)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[5]。本環(huán)節(jié)的改進(jìn)側(cè)重于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器的開(kāi)放型選擇和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估，不局限于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器。本次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中學(xué)生大量運(yùn)用現(xiàn)代工具，如單片機(jī)、溫度傳感器、LED液晶屏、CAD、Multisim 和MATLAB等。主要通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真分析、功能測(cè)試、性能比對(duì)、方案優(yōu)化等環(huán)節(jié)，判斷學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的完成度；通過(guò)第三輪答辯環(huán)節(jié)考核團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)水平、解決問(wèn)題的正確性以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)運(yùn)用是否合理可行；通過(guò)師生交流，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)結(jié)果反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，不斷強(qiáng)化改進(jìn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)分析

本環(huán)節(jié)的設(shè)立主要為判斷學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和匯總能力，不再單一依據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，將成果展現(xiàn)形式多樣化，本次實(shí)驗(yàn)以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告為必備成果展示形式，增加宣傳海報(bào)視頻展、單片機(jī)或傳感器等設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)物展、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)展以及用Autodesk Maya 等軟件設(shè)計(jì)3D動(dòng)畫(huà)成果展等成果展示形式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，目的是培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)放性思維。本環(huán)節(jié)的改進(jìn)可以定量地對(duì)應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在客觀上劃分檔次，提高師生的積極性。

2.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)學(xué)生個(gè)人成績(jī)的評(píng)價(jià)是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的有效措施，對(duì)學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法的完善是今后工作中要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。評(píng)價(jià)方法要能夠真實(shí)地反映每位學(xué)生所完成的工作，教師做出的改進(jìn)主要是教學(xué)考核采用多元化的考核評(píng)價(jià)機(jī)制，以學(xué)生動(dòng)手能力、綜合能力及創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)為主，對(duì)學(xué)生的操作規(guī)范、預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和技能測(cè)試情況等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[6]。本次應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系堅(jiān)持“倡導(dǎo)主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，結(jié)果過(guò)程并重”的原則[7]，鼓勵(lì)學(xué)生依據(jù)需求定位結(jié)合創(chuàng)新思維使用現(xiàn)代工具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要在分階段答辯測(cè)評(píng)和團(tuán)隊(duì)自評(píng)兩個(gè)方面進(jìn)行細(xì)化。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1 所示。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

團(tuán)隊(duì)自評(píng)是組長(zhǎng)與秘書(shū)對(duì)組內(nèi)成員的打分，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括工作量、工作難度、團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)等的綜合評(píng)價(jià)，所有成員打分之和為15分，目的是避免評(píng)價(jià)體系對(duì)全面性的重視失之偏頗問(wèn)題。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系缺乏對(duì)個(gè)性化學(xué)生的評(píng)價(jià)關(guān)注，該項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)立既有利于教師因材施教，也有利于學(xué)生全面發(fā)展和個(gè)性化發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生激發(fā)創(chuàng)新熱情。

3 教學(xué)成效分析

經(jīng)過(guò)本次教學(xué)體系的改進(jìn)，學(xué)生積極參與實(shí)踐，結(jié)合應(yīng)用電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行選課，部分實(shí)驗(yàn)題目匯總?cè)绫?所示。從表中可以看出：學(xué)生選題覆蓋面廣泛，需求分析全面，應(yīng)用定位新穎，符合應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的選題要求。通過(guò)選題環(huán)節(jié)的改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、全面考慮問(wèn)題、理論結(jié)合實(shí)際需求的能力。學(xué)生通過(guò)方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)代工具使用、實(shí)驗(yàn)分析等改進(jìn)環(huán)節(jié)，四次答辯和師生交流，對(duì)方案進(jìn)行多次改進(jìn)，最終多樣化展示其成果，有3D動(dòng)畫(huà)仿真、實(shí)物講解、網(wǎng)頁(yè)宣傳等形式，部分成果展示如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分成果展示

表2 部分實(shí)驗(yàn)題目

4 結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以著重加強(qiáng)應(yīng)用電子技術(shù)課程知行合一為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)此次改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力、交流合作能力，鼓勵(lì)學(xué)生多參與實(shí)踐環(huán)節(jié)，定期匯報(bào)交流，在教師多輪答辯指導(dǎo)下，學(xué)生能少走彎路、高效學(xué)習(xí)。最終以四個(gè)課程目標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合四次答辯考核、提交的實(shí)物和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以及團(tuán)隊(duì)自評(píng)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，符合公平公正原則，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提升學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)參與實(shí)踐的積極性，實(shí)現(xiàn)以產(chǎn)出為導(dǎo)向的應(yīng)用電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。