工程實踐與科技創新系列課程的實踐

張士文，張 峰，殳國華，鄭益慧

(上海交通大學電工電子實驗教學中心，上海 200240)

卓越工程師計劃十分重視提高大學生解決實際問題的實踐能力和創新創業能力［1］。如何設置合理的實踐課程，提高他們的動手能力、分析問題解決問題的能力是高校面臨的挑戰［2-4］。工程實踐與科技創新(簡稱科創)系列課程是我校面向電類專業本科生開設的以工程實踐及創新能力培養為主的課程，藉此可以改善學生理論聯系實際的能力。

1 課程總體設置及特點

1.1 科創課程的四個階段

目前，工程實踐與科技創新系列課程包含循序漸進的四個階段。第一階段(“科創I”)面向大一新生。這是電類專業的必修課，主要進行基本焊接和基本儀器的使用訓練。同時，通過一定的競技使學生產生較為濃厚的興趣，從而為進一步學習打下良好的基礎。第二、三、四階段(“科創 II、III、IV”)的課程分別面向一、二、三年級開設，內容從調試局部電路或軟件，設計并完成包含硬件及軟件的小系統，到最終能夠自主設計并調試較為復雜的系統。

1.2 課程的運行機制

在課程組整體規劃的基礎上，各系(中心)均可設計融研究、創新和實踐于一體并符合相應階段要求的模塊，形成同一級別。多個方向的課程供學生選擇，極大的豐富了各階段的內容。

每個新申報的課程模塊都須先經課程組討論同意，并報學院及教務處批準以后才能實施。各模塊均要有詳細的課程大綱和活動計劃安排，包括:題目、學分、內容、預期達到的目標、課堂講座的次數及主講教師、科技活動的場所及指導人員、成果考核與驗收形式等。

由此可見，科創系列課程既是一個整體，又是若干個互相競爭的個體。各系(中心)在課程組的把關下設計、組織運行不同的課程模塊，學生完全根據興趣愛好和個人規劃選課。這種在統一管理下的競爭機制有效地調動了參與教師的積極性，提高了系列課程的質量。

1.3 科創課程的開設情況

科創系列課程采用工程實踐與科技創新“II-A”和“II-B”等形式的名稱。這里 I，II，III，IV 表示階段，A～F為各系(中心)設計的模塊編號。學生能夠通過課程名稱了解該課程的級別及開設部門。模塊階段分布及對學生能力培養目標如圖1所示。

圖1 科創系列課程體系時間分布及其能力培養目標

2 各階段內容實例

2.1 “科創I”的課程內容

“科創I”是兩個學分的大電類專業的必修課，主要以作品焊接和組裝為主，提供了自動小車的焊接與調試、萬用表及無線話筒的焊接與安裝調試等課程項目。學生通過實踐，可以對電路的焊接、零件組裝、常用工具的使用及基礎儀器的操作有一定的了解。在部分項目中，選用以貼片封裝為主的器件，對學生提出了較高的要求，使其能夠適應今后的主流電子產品設計。同時，這些課程也具有一定的實用性及趣味性，如在自動小車的項目中，采用課程比賽等方式，促使學生思考，嘗試改進電路參數，使性能達到最優。針對電氣信息類試點班的學生，增加了單片機控制電動小車運行軌跡等內容，在實踐課程實施“做中學”和“邊玩邊學”的教學理念。

2.2 “科創II-B”的課程內容

“科創II-B”為我中心開設的第二階段課程。我們設計了融圖像處理、軟件算法、單片機通信和電機驅動等知識于一體的題目:“計算機控制小車走迷宮”，內容如圖2所示。該題要求學生還能夠在PC機上通過算法實現迷宮(及小車)的圖像采集和小車定位，并生成控制指令，使小車順利走出迷宮。該題目偏重于用軟件算法解決小車的識別及控制，是小系統中的一部分。參與學生通常處于一年級下或二年級上，已修完高級語言程序設計(C或Java等)，能夠編寫簡單的程序，但缺乏大型程序設計經驗及自學能力。學生通過本課程的訓練，可以提高軟件編寫與調試能力。同時，他們也可以學習單片機及電機控制電路，對硬件設計有初步的認識。

圖2 “科創II-B”課程內容示意圖

2.3 “科創III-C”的課程內容

在“科創III-C”課程中，我們設計了一個集手機編程、單片機和通信技術等知識的題目:“手機控制小車自主運動”。要求學生利用Android系統的手機或平板電腦實現小車的無線控制，整個題目是一個完整的小系統，包含嵌入式系統軟件設計、硬件設計。本階段的學生處于二年級下或三年級上，通過第二階段的訓練，學生將可具有較好的編程能力及一定的硬件設計調試能力，手機編程足以吸引他們深入其中。除此之外，單片機系統設計、藍牙通信技術和玩具小車的控制方法，使學生在玩中學到了先進的技術，使其軟硬件水平又有了飛躍。

2.4 “科創IV-C”的課程內容

第四階段是科創系列課程的最高階段，學生在這里可以大顯身手。我們借鑒“IEEE電腦鼠走迷宮”競賽，將其適當簡化后引入課程，設計了這個小車自主走迷宮的題目。要求學生從零開始，設計一部能夠自主走迷宮的小車。這個模塊融機械設計、加工、電路設計、調試、嵌入式系統和軟件算法于一體，集趣味性和挑戰性于一身，對參與學生提出了較高的要求，為后續的科技競賽和畢業設計等工作打下良好的基礎。表1總結了各科創階段課程模塊涉及到的實踐內容及難度。

表1 科創各階段模塊涉及到的內容

3 課程的運行保障及效果

科創系列課程具有內容新穎、緊跟技術變化和提倡創新等特點。由于學生在實踐過程中往往缺乏理論課的支撐，(尤其是一、二年級的學生)，我們針對這種情況，提供若干次課程講座，講解涉及到的知識及常見問題。同時提供課程網絡交流平臺及閱讀材料，安排專門的教師網上答疑，鼓勵學生自行查找資料，組織小組討論，共同解決遇到的問題。通過這些措施，能夠保證絕大多數學生能夠順利完成實踐項目。

根據我校培養計劃，電類專業學生需在四個階段的科創系列課程中，根據興趣愛好自由的在每個階段至少選擇一門課程，從而獲得8個以上的綜合實踐類學分。其他專業的學生可以根據興趣及個人基礎選擇合適的課程。至今已經有近6000名學生經歷了系列課程訓練，被學生認為是“最有特色也最有價值的課程之一”。

我校科創系列課程是經過多年積累、完善而形成的一系列實踐課程。課程組緊跟時代的腳步，不斷改進課程模塊設置，以吸引更多的學生參與，為提高學生的綜合素質做出積極的貢獻。

［1］鄭益慧.三位一體構建工程拔尖人才培養新模式［J］.北京:中國高等教育.2011(12):38-40

［2］孫巖，刁鳴，江凌.研究型大學的學生科技創新實踐平臺建設［J］.上海:實驗室研究與探索.2010(11):116-118

［3］袁焱，周玲玲，龍滬強.構建信息工程實驗教學新體系［J］.南京:電氣電子教學學報.2010(3):98-100

［4］楊幽紅.能力導向的工科院校模塊化課程體系設計與實施［J］.武漢:高等工程教育研究.2011(3):100-103