電子工程師實踐能力培養模式探討

摘要：為了加強工科大學生綜合素質和工程實踐能力的培養，以社會需求為導向，以工程實踐為主線，探索培養學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。為此，構建工程型人才培養的實踐教學體系，構筑基礎、設計、綜合三個平臺，以“虛擬+現實”雙模式為依托的實訓體系推進工程實踐與創新教育實踐的融合，夯實學生工程實踐能力，由淺入深地提高他們在電子產品制作、設計與應用等方面的綜合能力，從而適應現代電子信息技術的新發展和新需求。

關鍵詞：工程實踐；電子工程師；“虛擬+現實”雙模式

作者簡介：江友華（1974-），男，江西南城人，上海電力學院電子與信息工程學院，教授；雷景生（1966-），男，陜西韓城人，上海電力學院計算機科學與技術學院，教授。（上海 200090）

基金項目：本文系上海電力學院卓越計劃教學改革立項項目（項目編號：20121607）、上海電力學院重點教改項目（項目編號：20121505）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0032-03

本文以社會需求為導向，以工程實踐為主線，探索培養學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，構建實踐教學與創新教育體系，著重從提高學生工程素質、工程意識和工程能力三方面入手進行教學改革，共同研究和確定培養方案，從軟硬件理論設計、基本電路仿真、電子工藝實訓、印刷電路板設計和加工、產品測試、系統仿真等由淺入深的分層遞進培養模式，提高他們在電子產品制作、設計與應用等方面的綜合能力，著力提升學生的工程素養、培養學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，讓每個學生都能夠享受到實踐教育的鍛煉，從而適應現代電子信息技術的新發展和新需求，解決目前學歷教育與企業實際需求相脫節的現狀，也與國家中長期教育改革和發展規劃綱要決定實施的卓越工程師教育培養計劃指導思想吻合。

一、課題背景

本文針對社會普遍認為大學生理論與實踐脫節、企業評價大學生實踐能力偏弱等現狀的基礎上，并分析目前高校教育所存在的問題：

1.思想認識上對實踐教學重視不夠

不論是教育者還是受教育者都存在對實踐教學的認識不夠，嚴重制約了加強實踐能力培養的具體實施。

2.教師的工程意識和工程實踐能力偏低

在工科院校，中青年教師大都是從校門到校門的“雙門型”教師，他們學到的理論知識很多，卻很少走出校門接受工程訓練，導致他們普遍缺乏現代工程意識、工程素養和工程實踐經驗。

3.實踐類課程體系設置的不合理

目前理論課程一般是按照通識教育課程、學科基礎課程、專業課程等分層遞進模式，但實踐課程體系沒有同理論課程相對應，采用分層遞進模式來實訓使得學生跨越式接受，不能充分有效地吸收知識，實際動手能力沒有得到鍛煉和提高。

4.實驗教學設置不夠完善

實驗教學資源通常是傻瓜式、封閉式試驗箱，學生只需要接幾根線或測試幾個點的電平就可以了，甚至有的同學只要能背誦也可以順利做出實驗，學生被動學習、興趣不高，根本就沒有鍛煉學生的工程實踐能力。此外，實驗教學的學時數也相對偏少，留給學生的自由實踐時間也不多。

5.實習等工程實踐環節流于形式

許多企業講求經濟效益和害怕影響生產秩序，不愿接收實習學生，使得工科院校的生產實習、畢業實習成了“走馬觀花”式的參觀。

6.創新性、參與性的訓練偏少

由于教學實施及學生參與度的不足，大多數學生不能全面地進行實踐鍛煉。

7.教學方法、教學理念、教學內容固化

大多數教師科研任務重，投入科研的時間大于教學時間，家庭壓力大，沒有足夠精力投入教學，致使教師按部就班地采用原有的教學方法、教學理念及教學內容，不去思考和創新新的教學工具（如仿真軟件）、課程內容（科研項目樣機、控制板、科研項目模塊內容）來加強學生工程實踐能力，從而造成教學固化，不與時俱進。

二、培養模式及實施路線

1.以理論教學為引導，構建工程型人才培養的實踐教學體系

制訂合理的課程體系設置、專業計劃和學期課程安排，加強專業課和基礎理論課之間的聯系與梯度，能夠進行辯證施教，能夠使學生有效、循序漸進地學習和掌握所學知識。下面以電子制作與設計平臺為參考，闡述分層遞進培養模式在現代工程師電子制作、設計能力的培養過程。

二年級上半學期的課程設計是電子設計自動化EWB，是為了配合學科基礎課課程體系中設置的“電路”、“模擬電路”課程，使學生能夠運用電子設計自動化EWB軟件進行簡單電路的仿真，鞏固所學電路理論知識，其目的是培養學生電路理論與實踐相結合的知識體系。

二年級下半學期的課程設計是電子工藝實訓，是為了配合學科基礎課課程體系中設置的“電路”、“模擬電路”、“數字電路”課程，使學生能夠認識常用的電子元器件，學會如何查找電子元器件資料；認識線路板的加工生產工藝和過程，并能夠進行線路板元件的手工焊接，然后利用萬用表、示波器等儀器進行簡單的電路調試。其目的是培養學生認識電路、分析電路、調試電路技能。

三年級上半學期的課程設計是PROTEL設計與仿真，是讓學生對所學電路知識進一步升華。其目的是培養學生利用PROTEL軟件根據給定的電路圖進行原理圖設計、PCB制作，使學生有電路系統概念及全局知識。

三年級下半學期的課程設計是電子系統設計與實踐，是為了使學科基礎課、專業基礎課、專業必修課融入一體，形成系統知識。其目的是培養學生能夠根據實際應用與需求進行電路設計，參數設置，軟件編程與硬件制作等綜合能力。

四年級上半學期的課程設計是大學生創新電子設計，是為了讓學生能夠根據其累計的電路知識及設計經驗來設計電路，其目的是培養學生的創新意識。

四年級下半學期的課程設計是大型課程設計（畢業設計），使學生能夠綜合應用所學的各種理論知識和技能，應用全面、系統、嚴格的技術能力去解決實際應用問題。其目的是培養學生的工程實踐能力。

通過分層遞進的課程體系，能夠以“電子設計自動化EWB”、“PROTEL設計與仿真”、“電子系統設計與實踐”、“單片機原理及應用”等課程為目標，將模電、數電、單片機等課程的關鍵知識點融合在一個典型的真實的電子工程系統中，使學生體會到電子產品設計、開發、改進、完善、提高的過程，初步建立起對工程系統的設計思路和實施方案。

2.以學科競賽為目標，學生興趣為動力，提高學生動手能力與創新能力的培養

以學生興趣為動力、吸引一批、帶動一片的模式，提高學生動手能力與創新能力，主要分三種形式來實施。

（1）開放實驗室。為滿足部分學習興趣濃、學習動手能力強的學生需要，為學生開放了實踐與創新應用實驗室，并提供相應的實驗設備及電子耗材，并實行開放式管理，學生只要有興趣、有想法、有時間均可以進入實驗室、體驗電子制作過程，學生也可以根據自己想法、興趣進行實驗項目設計與制作。

（2）學科競賽。通過開放實驗室的鍛煉、社團的準備以及社員的重點培養，挑選出優秀或拔尖學生參加學科競賽。因為通過全國大學生飛思卡爾智能車競賽以及電子設計大賽的參與和實踐，同學能夠學到多學科相結合的技能，包括電子技術、機械結構、算法處理、傳感技術、控制理論等，同時在完成各類文檔、協同作業等方面得到了充分的鍛煉和培養，完成了一個個應用實例，真正達到學以致用，融會貫通，理論和實踐能力得到了較好的提升。

（3）大學生科創。為了鍛煉和培養大學生的創新能力和創新思維，鼓勵大學生科技新秀人才脫穎而出，學校成立了大學生科技創新基金，用于支持大學生科技創新項目。這樣，學生在實施項目的過程中能夠不斷提高自己的專業理論和動手能力，創新思維得到激活，探索精神得到發揚，并在較大程度上帶動了整體的學風，起到了良好的“科創”效應。

3.構筑基礎、設計、綜合三個平臺，推進工程實踐與創新教育實踐的融合，夯實學生工程實踐能力

學生所必需的實踐能力、工程能力和創新能力的提高同實踐條件建設的好壞密切相關。為此，學校按照電子工程師培養的要求構筑基礎、設計、綜合三個平臺，推進工程實踐與創新教育實踐的融合，構建創新型人才培養的實踐教學體系。

（1）以學校工程實踐平臺為基礎。此平臺采用學校工程實踐平臺和企業現場相結合的方式。首先利用學校本身的“電子工程實訓”進行集中工程實踐培訓，請企業輔導教師和本校教師一起授課和輔導，主要講授電子元器件的識別、參數配置、電路板焊接電子工程師所需要掌握的基礎知識。

（2）以企校混合實踐平臺為設計。企業和學校共同投資建立實踐平臺，合作企業開發人員常駐該平臺并且合作企業有合適的項目。然后以項目為導向，選拔學生組成3～5人的開發實踐小組，在校企合作實踐平臺上進行工程實踐，企業教師和校內教師的指導下進行開發實踐。在此平臺實訓環境下，學生可以親自進行嵌入式硬件設計、軟件設計、仿真調試、硬件測試，從而讓學生直觀、全面地了解嵌入式系統設計的各個步驟和方法，真正加深對電子產品的系統化認識，真正提高了學生的電路設計、制作、測試和軟件調試的技能和實戰能力，使得學生在信息技術方面具有扎實的理論基礎和很強的實踐動手能力，具有比較完備的技能，縮短大學生到工程師的距離。

（3）以企業基地作為設計平臺。此平臺利用企業基地及科研力量、環境等進行集中工程實踐培訓，請企業輔導教師和本校教師一起授課和輔導，讓學生真實地進入企業，真實地感受電子產品的工業化實現，從而可以使學生從軟硬件理論設計、印刷電路板設計和加工、產品測試和設計文檔建立等不同的角度掌握相關知識，提高他們在電子信息產品設計、制作、測試技術等方面的綜合能力，實現“學習、工作無縫連接”。

4.以“虛擬+現實”雙模式為依托的電子工程師綜合能力的工程實踐體系，全方位提高學生工程實踐能力

在高等教育“大眾化”的情況下，如何滿足本科生綜合素質和實踐能力、團隊合作和創新精神的培養需要，以項目為引導的實踐與實訓將是一條途徑。通過有效的、合理的實踐與實訓可以為電子信息類專業學生提供完全開放的實習和實訓環境。“遠程虛擬實驗中心”可以為電子信息類實驗提供不受場地限制、不受時間限制的仿真實驗環境。學生可以根據自己的實際情況登記選擇實習和實訓時間段，提高實踐學習的效率。實訓基地訓練概括了一般電子電路制作的全部過程，從理論到實踐、從紙上談兵到實際動手，循序漸進，逐步實現。讓每位同學都親身體驗電子電路設計、制作的成功快樂。開放的目的既可以滿足能力較強學生的發揮，多做一些內容；也可以滿足能力較差的同學有時間完成要求的實訓內容。該工程實踐體系由基于Proteus的遠程虛擬實驗中心實踐模塊來完成與實施，如圖1所示。

通過該實踐平臺可以有效解決實踐能力提高過程中遇到的下列問題，如克服校外實訓基地存在的不足、解決實習實訓教學安排問題、提供開放性實踐環境、提高實踐教學效果、降低實踐教學成本。

三、結論

在高等教育“大眾化”的形勢下，如何滿足本科生綜合素質和實踐能力、團隊合作和創新精神的培養需要，以企業工程實踐為引導的學生實踐與實訓將是一條途徑。本文從以理論教學為引導，構建工程型人才培養的實踐教學體系；以學科競賽為目標，學生興趣為動力，提高學生動手能力與創新能力；構筑基礎、設計、綜合三個平臺，推進工程實踐與創新教育實踐的融合，夯實學生工程實踐能力；以“虛擬+現實”雙模式為依托的電子工程師綜合能力的工程實踐體系，全方位提高學生工程實踐能力等層次進行實施，由淺入深地提高他們在電子產品制作、設計與應用等方面的綜合能力，著力提升學生的工程素養，培養學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，讓每個學生都能夠得到實踐教育的鍛煉，從而適應現代電子信息技術的新發展和新需求。

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