全開放條件下電子設(shè)計科創(chuàng)活動教學(xué)模式探索

張淑娟 田野 鄭翠娥 楊友福

摘 ?要：以培養(yǎng)學(xué)生自主規(guī)劃能力、管理協(xié)調(diào)能力、團結(jié)協(xié)作能力與科技創(chuàng)新能力為目標(biāo)，對水聲工程專業(yè)創(chuàng)新類課程電子設(shè)計科創(chuàng)活動的實驗教學(xué)模式進行探索研究，主要涉及整合教學(xué)資源、創(chuàng)新教學(xué)方法、改革考核評價體系等幾個方面。實踐表明，針對該課程的全開放實驗教學(xué)模式是促進學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式;全開放;協(xié)調(diào)發(fā)展

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）13-0030-04

Abstract： In order to cultivate students' ability of independent planning， management and coordination， unity and cooperation， and scientific and technological innovation， this paper explores the experimental teaching mode of the innovative course Innovation Activity of Electronic Design of underwater acoustic engineering， which mainly involves the integration of teaching resources， innovation of teaching methods， reform of assessment and evaluation system. Practice shows that the full open experimental teaching mode for this course is an effective teaching mode to promote the coordinated development of students' knowledge， ability and quality.

Keywords： teaching mode; full open; coordinated development

隨著院校教育改革的深入開展，人才培養(yǎng)由基于知識教學(xué)的模式向基于能力教學(xué)的模式轉(zhuǎn)變。實踐環(huán)節(jié)在高校教學(xué)改革中的地位與作用越來越重要，已成為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力的重要教學(xué)手段，為此，國內(nèi)外各大高校都在逐步加大實驗教學(xué)改革的力度[1-6]。

在諸多實踐教學(xué)改革中，開放實驗教學(xué)以其在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)方面具備的獨特優(yōu)勢，是目前研究的熱點[7-12]。目前，大多高校已實現(xiàn)了實驗室在時間和空間上的完全開放，即學(xué)生可以隨時在約定時間內(nèi)進入各類實驗室開展實驗。但時間和空間開放只是開放實驗教學(xué)的初級階段和基本要求，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及觀念意識上的不斷開放與革新才是開放實驗教學(xué)進入更高級階段和達到最終目標(biāo)的關(guān)鍵[13]，因此，更深層次的實驗室改革和開放尚待探索和實踐。

本文以水聲工程專業(yè)創(chuàng)新類課程電子設(shè)計科創(chuàng)活動為例，進行全開放教學(xué)模式研究探討，以期為水聲工程專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)創(chuàng)新類課程教學(xué)方案的設(shè)計和有效開展提供參考和借鑒。

一、實驗教學(xué)資源整合

依據(jù)原有實驗教學(xué)體系，我院實驗中心設(shè)有學(xué)生基礎(chǔ)教學(xué)實驗室和創(chuàng)新實驗室?；A(chǔ)實驗室主要用于課內(nèi)實驗的教學(xué)活動，創(chuàng)新實驗室用于學(xué)生開展科創(chuàng)活動，在建設(shè)之初，兩類實驗室的部分教學(xué)資源存在重復(fù)建設(shè)的問題。隨著教學(xué)改革的不斷深入，以全開放課程建設(shè)為牽引，統(tǒng)籌規(guī)劃兩類實驗教學(xué)實驗室，首先在實際工作中對硬件資源進行合理的調(diào)度和科學(xué)配置，對教學(xué)資源進行重組性利用，對不同層次、不同類型的實驗項目以及不同需求的學(xué)生給予不同實驗平臺的開放支持，將重復(fù)性教學(xué)資源拓展利用;其次，將現(xiàn)有基礎(chǔ)實驗室以及創(chuàng)新實驗室的教學(xué)過程進行信息化管理，為全開放課程提供時間和空間的合理支配，同時使兩個實驗中心的零散時間得到了更有效的利用。教學(xué)資源整合后，充分發(fā)揮了兩類實驗室各自的優(yōu)勢，提高了實際工作的效率和質(zhì)量。

二、教學(xué)方案設(shè)計

借鑒國內(nèi)地方高校的先進做法，并結(jié)合學(xué)校、學(xué)院的實際情況，提出全開放條件下“3自主+1引導(dǎo)”的創(chuàng)新類實驗課程教學(xué)模式：即學(xué)生自主選題、自主方案設(shè)計、自主實驗以及各環(huán)節(jié)的教師引導(dǎo)，真正體現(xiàn)以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自主開展實驗，教師在整個實驗過程主要發(fā)揮引導(dǎo)作用，啟發(fā)學(xué)生積極思考，與學(xué)生共同探討、解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識。

（一）自主選題

以學(xué)生為本，將實驗教學(xué)內(nèi)容重組，達到學(xué)生個性化培養(yǎng)的目的。以學(xué)生的主觀能動性為導(dǎo)向，打破原有實驗教學(xué)固定的組織形式，將不同課程內(nèi)容的知識點進行結(jié)合，并根據(jù)實驗室具備的硬件基礎(chǔ)條件及承擔(dān)的科研任務(wù)，充分考慮學(xué)生的個體差異，特別是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、個性特點和發(fā)展志向等方面的多樣性，為不同類型的學(xué)生量身定做“分類培養(yǎng)”的實踐教學(xué)方案。

電子設(shè)計科創(chuàng)活動課程以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力為目標(biāo)，教師指定一些綜合性、設(shè)計性實驗項目為備選題目，例如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目等，同時鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好并結(jié)合學(xué)院科研項目、擬參加的各類專業(yè)競賽、國家級科研訓(xùn)練項目等自擬題目。在這個過程中鼓勵學(xué)生查閱資料，既了解了學(xué)科發(fā)展前沿，也探知了先進領(lǐng)域，開闊了學(xué)生科技創(chuàng)新的思路。這種新的實驗選題方案由簡單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)到提高，不同層次、不同模塊有機結(jié)合，學(xué)生可以根據(jù)自身條件單獨或組隊完成設(shè)計任務(wù)，同時也充分鍛煉了學(xué)生的項目規(guī)劃管理能力。2020年學(xué)生典型選題見表1。

（二）自主方案設(shè)計

以學(xué)生自主設(shè)計實驗方案為主，教師指導(dǎo)為輔，達到提高學(xué)生實驗規(guī)劃能力、整體協(xié)調(diào)能力的目的。方案設(shè)計包括項目指標(biāo)分析、元器件選型、電路形式確定、實驗條件選取等多個方面，在這個過程中，學(xué)生個體需要查閱資料，又要學(xué)會與同學(xué)、教師交流協(xié)調(diào)，逐步開展工作并最終完成項目指標(biāo)。自主設(shè)計是鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的過程，更是提高學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力的重要環(huán)節(jié)。

方案設(shè)計過程中，指導(dǎo)教師全程參與，以設(shè)計思路引導(dǎo)為主，尊重學(xué)生個體自主性和思維獨特性的發(fā)揮，以項目開題答辯的形式檢驗學(xué)生自行設(shè)計的可行性，同時進行問題指導(dǎo)，注重學(xué)生的切身體驗和能力提升，注重學(xué)生運用課程知識解決實際問題的能力、獨立思考和判斷的能力、合作性學(xué)習(xí)和溝通能力的培養(yǎng)。

（三）自主實驗過程

以學(xué)生為主體進行實驗過程操作，教師提供所需實驗條件、注意事項以及安全教育，達到提高學(xué)生組織協(xié)調(diào)、動手實踐、靈活應(yīng)對突發(fā)情況等能力培養(yǎng)的目的。

實驗之前，結(jié)合實驗項目需要，挑選國內(nèi)優(yōu)質(zhì)MOOC資源進行推送，主要包括：模擬電路、數(shù)字電路、可編程原理及器件、水聲學(xué)、通信原理等課程。下發(fā)實驗指導(dǎo)書，明確實驗內(nèi)容及要求，安排學(xué)生3～5人一組，分解實驗內(nèi)容，查閱單片機、換能器、模數(shù)電路等相關(guān)知識，設(shè)計試驗方案，確定元器件選型。學(xué)生也可以參觀學(xué)習(xí)教師的科研課題實驗過程，然后結(jié)合本組的設(shè)計任務(wù)，將課題中涉及的實驗內(nèi)容及方法拆分成幾個小實驗。

實驗之中，根據(jù)學(xué)生分工，有針對性地對單片機、數(shù)模電路、換能器技術(shù)、通信原理等進行復(fù)習(xí)和開展專題討論。簡要講述Altium Ddsigner、Multisim、Keil等軟件的使用，指導(dǎo)學(xué)生進行電路原理仿真，PCB板設(shè)計，講述元器件引腳辨識、電路焊接技巧。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建實驗環(huán)境、規(guī)范實驗操作，要求實驗過程中做好實驗記錄并及時分析實驗數(shù)據(jù)，與理論仿真計算結(jié)果進行對比分析，驗證實驗方案的可行性。

自主實驗過程不僅使得學(xué)生的基本實驗技能得到了鍛煉，其學(xué)習(xí)積極性和科研能力也得到了明顯的提升。同時在課程結(jié)束之后，根據(jù)學(xué)生意愿，組織與科研實驗室對接，讓學(xué)生在本科階段參與科學(xué)研究，提高其動手能力和科研素養(yǎng)。對于某些優(yōu)秀課程作品，指導(dǎo)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)及外部組裝，拓展部分功能，組織學(xué)生參加各類雙創(chuàng)比賽。

三、考核評價方式改革

傳統(tǒng)專業(yè)實驗課的考核方式主要集中在課堂表現(xiàn)以及實驗報告兩個方面，對于實驗報告，學(xué)生基本上能夠按照參考書上規(guī)范的實驗步驟依次從實驗?zāi)康?、實驗器材、實驗步驟、結(jié)果分析等幾方面撰寫報告，導(dǎo)致所有的實驗報告都具有高度相似的結(jié)構(gòu)框架，極大限制了學(xué)生實驗思路的充分發(fā)揮和實驗?zāi)繕?biāo)的多樣性，無法全面、充分地反映各種實驗方案的特點與設(shè)計目的，最終制約了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能動性的充分發(fā)揮[14]。因此，教師無法從單一的實驗報告中判別該實驗項目的完成度、準(zhǔn)確性，無法給出合理的評判，更無法對學(xué)生的能力進行客觀評定。

全開放類實驗課程主要考核學(xué)生綜合掌握學(xué)科知識后解決具體問題的能力、獨立思考和判斷的能力、合作性學(xué)習(xí)與溝通等幾個方面的能力，基于上述考核目標(biāo)，并結(jié)合課程具體實施方式，提出“2+3+5”式考核模式，即開題占20%，中期占30%，結(jié)題占50%，具體分?jǐn)?shù)占比見表2。

最后根據(jù)成果形式，進行相應(yīng)的成果展示，展示作品評價優(yōu)秀的小組可以獲得附加分?jǐn)?shù)。在各個考核過程中，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)制定若干具體評價指標(biāo)和分?jǐn)?shù)，除常規(guī)的資料查閱、協(xié)調(diào)溝通、具體方案設(shè)計對比、實驗前準(zhǔn)備、實驗中操作、實驗記錄、數(shù)據(jù)處理、實驗結(jié)果討論與分析等部分，還包括學(xué)生自我評價和同組學(xué)生間互評環(huán)節(jié)。學(xué)生自我評價是學(xué)生個人對自己整個學(xué)習(xí)過程的評價，包括學(xué)習(xí)態(tài)度、知識掌握程度和項目結(jié)果滿意程度;組內(nèi)互評是小組內(nèi)同學(xué)相互評分，學(xué)生對組內(nèi)其他同學(xué)的表現(xiàn)給予合理評價，包括項目投入度、合作態(tài)度、知識掌握等。最后教師匯總形成實驗總成績。

四、新模式的實施情況和成效

目前，電子設(shè)計科創(chuàng)活動課程為我院2014版教學(xué)大綱中新增的創(chuàng)新類選修課程，開課學(xué)期為本科生的第4、5學(xué)期，授課模式根據(jù)學(xué)生實際情況進行逐年改革，學(xué)生選課的積極性也在逐年增加。學(xué)生經(jīng)過課程中的系統(tǒng)性訓(xùn)練，參加專業(yè)相關(guān)競賽的種類和數(shù)量逐年增加，參與度逐年提高，獲獎率也較開課之前有所變化。對2016-2020年參加過該課程的學(xué)生進行參加比賽種類和獲獎率進行統(tǒng)計分析，具體情況見表3。

其中，2016年及以前，學(xué)院學(xué)生主要參加比賽種類為全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、數(shù)學(xué)建模大賽等三大賽事;2017年2人參加了“藍橋杯”大賽并獲獎;2018年6人分兩組參加了第四屆“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽榮獲金獎1項，銅獎1項，9人分3組結(jié)合課程所學(xué)知識點設(shè)計出作品“冰層測厚儀”“野外搜救系統(tǒng)”“水下便攜對講機”，參加了第六屆全國“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽，榮獲省級二等獎2項，三等獎1項;2019年曾選修過本課程的6名學(xué)生組2隊參加了中國研究生電子設(shè)計競賽并獲得東北賽區(qū)一等獎;2020年度，選修課學(xué)生除參加上述比賽項目外，5人組隊設(shè)計制作“無纜航行器”參加了2020全國海洋智能裝備創(chuàng)新大賽第九屆全國海洋航行器設(shè)計與制作大賽暨2020海洋裝備創(chuàng)新賽，并榮獲國家級特等獎1項。選課學(xué)生除參賽率、獲獎率提高外，申請國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目和校級科研訓(xùn)練項目的人數(shù)也有所變化，2016年僅2組學(xué)生（6人）申請了國家級科研訓(xùn)練項目但沒有獲批，2020年12組學(xué)生（36人）申請了國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目;2021年18組學(xué)生（54人）申請了國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目。以上數(shù)據(jù)說明，學(xué)生經(jīng)過自主系統(tǒng)設(shè)計制作訓(xùn)練以后，在創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力、應(yīng)對突發(fā)情況能力等方面都有所提升。

五、結(jié)束語

以水聲工程專業(yè)創(chuàng)新類課程電子設(shè)計科創(chuàng)活動為例，對如何構(gòu)建課程教學(xué)內(nèi)容和考核方式進行了探討與實踐，通過教學(xué)效果調(diào)查，學(xué)生認可度較高，很多教學(xué)成果已成為了學(xué)生申報校級乃至國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目的素材。實踐表明：該課程的實驗教學(xué)改革突破了傳統(tǒng)實驗的限制，是促進學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效教學(xué)模式，也是新型教學(xué)方法研究與人才培養(yǎng)緊密結(jié)合的一次大膽嘗試，以期為以學(xué)生為本、綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)的專業(yè)創(chuàng)新類課程教學(xué)體系科學(xué)構(gòu)建提供參考。

參考文獻：

[1]汪紅，劉科，唐菀.開放融合式實驗教學(xué)方法初探[J].高教學(xué)刊，2020（1）：119-121.

[2]俞彥勤.保障理工類本科實驗教學(xué)質(zhì)量的幾個重要環(huán)節(jié)[J].高教學(xué)刊，2019（16）：66-68.

[3]呂淑平，趙玉新，王顯峰，等.“雙一流”背景下高校實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2018，37（12）：245-248.

[4]郭艷婕，王詩彬，楊立娟，等.機械工程控制基礎(chǔ)的多層次實驗教學(xué)體系改革[J].實驗室研究與探索，2020，39（7）：197-202.

[5]趙小明，劉寶，姜飛，等.“新工科”背景下大學(xué)生創(chuàng)新實驗室軟環(huán)境建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（2）：240-244.

[6]胡蔓，朱德建，冉棟剛.面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的高校實驗室建設(shè)改革[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（4）：9-12.

[7]袁金鳳.基于開放式實驗教學(xué)模式的改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2017（42）：259-260.

[8]盧孔寶.以省級實驗教學(xué)示范中心為依托的開放管理模式探索[J].實驗室研究與探索，2020，39（11）：160-162+237.

[9]劉高君，鄭舸.機械類開放實驗室信息管理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（7）：254-256.

[10]康海燕，馮曉麗，蔡覺平.加大實驗室開放舉措培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才[J].實驗室研究與探索，2019，38（12）：149-151+168.

[11]盧孔寶.以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為核心的實驗室開放模式研究與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（1）：257-259.

[12]唐波，黃力，袁發(fā)庭，等.新工科建設(shè)下的專業(yè)課程實驗教學(xué)模式改革[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（5）：235-238.

[13]楊云濤，關(guān)貞珍.全開放條件下“3自”模式實驗教學(xué)改革探索[J].黑龍江教育，2020（11）：42-44.

[14]唐朝暉，劉木根.多維度綜合開放實驗教學(xué)考核體系[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（3）：171-174.