構建分層次實驗教學體系 培養創新型人才

梁 麗

(北京工商大學 計算機與信息工程學院,北京 100048)

0 引 言

隨著建設創新型國家戰略的提出，培養滿足社會需求的高素質創新型人才已成為高校人才培養的重要目標之一。實驗教學是連接理論知識與工程應用的橋梁，是培養學生實踐能力和創新意識的重要途徑，深化實驗教學改革和提高實驗教學質量是當前高校教學改革的重要任務[1]。我院電子信息類專業將培養與提高學生科學實驗素質和創新能力作為實驗教學改革的重點，重組了實驗教學體系，構建了合理的知識結構，更新了實驗教學內容，優化了實驗教學方法和手段，按照多層次、開放性的實驗教學新體系組織實驗教學，取得了顯著的成效[2]。

1 構建分層次實驗教學體系

實驗教學體系的改革，必須遵循實驗教學的規律。我院堅持知識傳授、能力培養、素質教育全面協調發展的實驗教學理念，以學科群設置實驗教學體系，從根本上改變實驗教學依附于理論教學的傳統觀念，將實驗教學與理論教學有機地結合起來，使實驗教學由從屬、輔助地位變為創新素質培養的獨立環節[3]。

按相關學科培養目標與計劃進行統盤考慮，調整了實驗課程設置，建立了以平臺(基礎實驗課程平臺、拓展實驗課程平臺和研究創新平臺)為基礎、按知識群設置課程模塊、按知識點設置課程系列的分層次實驗教學體系，各實驗課程又相應開設有不同層次的實驗[4]。建立相關的實驗中心，對實驗教學進行全面的研究和布署，對各個實驗子系統進行優化配置，避免重復和脫節，使各個子系統相互依托、相互協調，形成一個有機的整體。根據學科發展的特點，優化實驗知識結構，突出學科的交叉與綜合。加強相關學科之間的橫向聯系、相關課程之間的縱向聯系，使實驗內容相互聯系、相互滲透，形成較完整的知識體系[5]。

基礎實驗課程平臺是學科各專業交叉融合而凝練出的知識模塊，包括電路原理、電子技術基礎、微機原理及接口技術、信號與系統等實驗課程。拓展實驗課程平臺加強了綜合性強的實踐內容，包括通信原理、電子設計自動化(EDA)、數字信號處理(DSP)、嵌入式系統等實驗課程。利用全天候開放的創新實驗室及電子技術、單片機原理及應用、微機原理及應用、EDA、嵌入式系統等開放實驗室，開設了研究創新型實驗供學生在課內外選做，使學生得到科學研究思想和方法的綜合訓練，培養團隊合作精神和創新意識。

分層次實驗教學體系的建設，既保證了對學生基本專業技能的訓練，又為學生提高了鍛煉其創新意識和充分發揮其創造能力的空間。

2 更新和整合實驗教學內容

在實驗內容設置上，本著注重培養學生工程素質，注重知識的實用性和先進性的原則，以能力培養為主線，我院實行層次化梯度教學，逐步增加深度和難度。根據教學目的、教學對象、教學條件的不同，按照由簡單到復雜、由單一到綜合的原則，將實驗項目內容分為基礎性實驗、綜合設計性實驗、研究創新性實驗3個層次，教學目的層次分明、循序漸進[6]。

基礎性實驗重點在于加深學生對理論知識的理解，加強學生基本實驗技能的訓練。在保留并規范傳統的基本訓練基礎上，減少驗證性實驗，增加綜合設計性、研究創新性實驗。綜合設計性實驗側重于強化專業操作技能，培養學生綜合運用所學知識和運用現代科技手段分析和解決實際問題的能力。對于這類實驗，由學生根據所選實驗項目自行制定實驗方案，教師只做方案評審及方法指導，給學生留有獨立思考的空間，使學生主觀能動性和創造性得到發揮[7]。研究創新性實驗旨在培養學生探索精神和創新意識，可以結合各專業課程的課程設計、大學生創新實驗室的創新、設計、制作等有關活動實施教學。采用循序漸進的教學模式，學生由“被動接受”逐步轉變到“主動學習”，再到“綜合能力的培養”，從而使學生在實驗研究方法、實驗設計思想等科學素質方面與動手實踐操作方面得到鍛煉和提高[8]。

在教學中不斷注入能反映科技發展新動向的實驗內容，使學生掌握現代電子信息技術的新技術、新器件和新方法，增強了實驗的新穎性和實用性，擴大學生的知識面[9]。例如，在電工平臺中引入可編程邏輯控制器(PLC)技術的教學；在電子技術平臺中引入大規模集成電路、高密度可編程邏輯器件(CPLD)、現場可編程邏輯器件(FPGA)、ISP技術的教學；在信號采集與處理平臺中引入DSP技術的教學；在微型機及應用平臺中引入嵌入式系統的教學；利用Multisiml0在計算機上進行仿真實驗，可以設計、測試和演示各種電子電路；利用MAX-PLUSⅡ提供的設計環境和設計工具，可以高效靈活地設計各種數字電路，等等。

3 改進實驗教學方法和手段

在實驗教學中，我院實施以學生自主研究學習為主、教師指導為輔的教學方法，采取引導式、啟發式教學，將培養創新能力和研究性思維貫穿整個實驗教學之中。在教學上真正實現從“帶實驗”到“指導實驗”、從“以教師為中心”到“以學生為中心”的轉變，盡量以實驗任務書來代替實驗指導書，實驗項目一般只提出實驗要求，由學生自主選擇設計方案、電路設計、器件選擇、指標測試、結果分析等，使學生積極參與到教學活動中來，變被動的學習狀態為主動思考，使學生有獨立思考的空間，激發他們的求知欲、想象力和探索精神[10]。

實現教學手段現代化是實施素質教育的必要條件，是電子信息類專業教育現代化的重要組成部分，是教育改革的大勢所趨。基于實驗內容更新的發展需求，我院引入了EDA技術、ISP技術、DSP技術、嵌入式技術、PLC技術和虛擬儀器技術等現代化實驗手段，組建了一批滿足實驗教學發展需要的先進的實驗室。例如，設立了EDA實驗室，在實驗中引入CPLD、FPGA、ISP技術、MAX-PLUSⅡ和電子電路輔助分析(PSPICE/Multisiml0)等EDA軟件以后，采用“實驗設計—計算機仿真—元器件選擇—實驗實施”的教學過程，將實際電路設計、焊接安裝調試與實驗系統裝置的應用相結合，把虛擬仿真和硬件實驗有機地結合起來，既克服了純仿真的非真實性缺陷，又能利用計算機輔助設計指導實際電路調試，加快了實驗進程。采用多種實驗方法和手段，培養學生運用現代化設計工具的能力，全方位地鍛煉學生的實踐能力[11]。

4 實行開放式實驗教學

開放式實驗教學模式，是指實驗時間、空間、內容、手段及教學方法等都是開放的，學生可以根據自己的專業、能力和愛好，選擇相應的實驗項目，也可以將自己的創意帶到實驗室來實現，讓學生體驗創造性學習的樂趣，激發學生的創新意識，提高學生的實踐技能[12]。

開放性實驗教學體現了以人為本的教學觀念，讓學生成為實驗的主體，給學生提供了一個主動獲取實踐知識與發展潛能的良好環境，使學生由被動式實驗轉變為主動探索式實驗。因此，開放式實驗教學模式是一種有效地培養學生思維能力、實踐能力和創新能力的教學模式[13]。

5 建立科技創新實習基地

我院開設了電子工藝實習、“電子技能訓練”專業選修課，建立了電子信息創新實驗室，組建了電子協會，形成了可供學生開展科研實踐活動的實習基地。

我院籌建的電子信息創新實驗室，以創新教育、多學科綜合、開放管理為建設宗旨，突出創新、綜合特色，強調工程教育的實踐性，充分考慮學科高度綜合、相互滲透、交叉融合的發展趨勢，以電子信息類技術基礎、專業基礎實驗為主線，將電子信息技術綜合實驗實訓系統、嵌入式系統技術、現代電子測試系統及虛擬儀器技術等內容納入建設范圍，成為一個涵蓋創新體系內容，對學生進行創新思維、協作精神、知識整合項目、科研成果轉化等各種層次訓練的全方位開放式創新實踐訓練基地[14]。

“電子技能訓練”專業選修課，結合全國大學生電子設計競賽工作開展教學，使學生由單元設計向系統設計過渡，全程參與系統設計的全過程，掌握現代化儀器設備、EDA技術在系統設計中的應用，使學生在新技術應用能力、新器件的開發能力、查閱科技資料的能力、自學能力等方面得到培養[15]。以開放式實驗教學平臺為基礎，開展課外科技活動，為學生提供了更加廣闊的自主研究空間。經過系統的實驗教學和技能訓練，我院學生的實踐能力和創新意識顯著提高，在歷屆全國大學生電子設計競賽中取得了較好的成績。

6 結 語

實踐表明，分層次、多元化的實驗教學有利于激發學生的積極性和創造性；有利于因材施教，培養不同層次學生應有的能力；有利于落實學生工程實踐能力，特別是創新意識和能力的培養；有利于實驗資源的優化和整合，建成一個跨院系的、面向全校開放的實驗教學大平臺[16]。

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