以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo) 深化電類基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)改革

付 揚(yáng)

(北京工商大學(xué) 計算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京100048)

0 引 言

電類專業(yè)基礎(chǔ)課是指“電路原理”、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“電子技術(shù)課程設(shè)計”及“電子技能訓(xùn)練(Ⅰ，Ⅱ)”等課程，為我校自動化、電氣工程及自動化、信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計算機(jī)等專業(yè)學(xué)生開設(shè)，是高等學(xué)校電類專業(yè)基礎(chǔ)的核心課程，其特點(diǎn)是量大面廣，教學(xué)內(nèi)容幾乎涉及電氣電子信息學(xué)科的各個領(lǐng)域。電類專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于工科學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，特別是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有著獨(dú)特的、不可替代的作用。長期以來我們也是一直說致力于教學(xué)改革，但是更多的是嘴上談兵，由于觀念和條件等限制，實(shí)際改革力度遠(yuǎn)沒達(dá)到人才培養(yǎng)的目的，教學(xué)中重知識傳授輕能力培養(yǎng)的觀念還沒有根本改變，實(shí)踐教學(xué)薄弱的問題沒有根本解決。

北京工商大學(xué)全面深入開展綜合教學(xué)改革，在2012 級4 個專業(yè)進(jìn)行綜合改革試點(diǎn)，在2013 級全面推進(jìn)本科教學(xué)綜合改革，涉及到專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)、人才培養(yǎng)、師資隊伍建設(shè)等各環(huán)節(jié)，對實(shí)施方案的科學(xué)性、系統(tǒng)性、規(guī)范性、可執(zhí)行性要求很高，將使這次改革成為學(xué)校本科教學(xué)發(fā)展史上一次深刻的革命。以學(xué)校綜合教學(xué)改革為契機(jī)，對于電類基礎(chǔ)課程的建設(shè)，改革實(shí)踐教學(xué)是一個重要的內(nèi)容，其目的是切實(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力［1］。

1 我校電類基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)問題分析

我校電類基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)存在的弊端主要體現(xiàn)為:

(1)重理論輕實(shí)驗(yàn)。把實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅當(dāng)作一個理論教學(xué)的輔助環(huán)節(jié)，忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的規(guī)律及其對學(xué)生的實(shí)踐能力的培養(yǎng)，學(xué)生不重視本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上表現(xiàn)出積極性不高，有些學(xué)生比較懶散、抄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以蒙混過關(guān)，教師的精力不是全部放在啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生能力的發(fā)展上，而是過多地放在了看住學(xué)生不抄數(shù)據(jù)，機(jī)械的督促學(xué)生動手，不是從根本上使學(xué)生自己愿意做實(shí)驗(yàn)。

(2)實(shí)踐平臺單一，實(shí)驗(yàn)學(xué)時嚴(yán)重不足。實(shí)驗(yàn)只是在比較少的計劃學(xué)時內(nèi)進(jìn)行，雖然口口聲聲說開放實(shí)驗(yàn)室，但往往開放時間和學(xué)生課程沖突，更關(guān)鍵的是沒有教師的隨時指導(dǎo)而導(dǎo)致學(xué)生的積極性逐漸喪失，造成很少有學(xué)生課余時間進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使開放實(shí)驗(yàn)室流于形式，學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的時間太少。

(3)實(shí)踐內(nèi)容設(shè)置與能力培養(yǎng)缺乏適應(yīng)性，內(nèi)容安排缺乏合理性。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，缺少偏綜合和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，長期以來輕設(shè)計，缺實(shí)踐，對學(xué)生創(chuàng)新教育與創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的重視和投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，從而影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

(4)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法落后，教師的思想意識對學(xué)生能力培養(yǎng)認(rèn)識不足。在教學(xué)上仍然采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，教師過于詳細(xì)講述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，甚至教師用ppt課件將電路連線也畫出來，學(xué)生照著連接線路，嚴(yán)重制約了學(xué)生能力的培養(yǎng)。學(xué)生在現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)板上按照老師講的或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書內(nèi)容進(jìn)行各種操作、測試，在現(xiàn)成的表格中記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和驗(yàn)證結(jié)論，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中依賴性強(qiáng)，使學(xué)生的思維能力受到了限制，創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力長期得不到培養(yǎng)。

基于上述原因，改革迫在眉睫。我們著力地深化電類基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)改革，以厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新為指導(dǎo)思想，以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，以培養(yǎng)和提升學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神為著力點(diǎn)，構(gòu)建多平臺、多層次電類基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)體系［2］。

2 構(gòu)建多平臺、多層次電類基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)體系

對于電類專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)踐環(huán)節(jié)，根據(jù)知識與能力增長規(guī)律，按照能力培養(yǎng)體系設(shè)定各相應(yīng)的知識傳授、技能訓(xùn)練及綜合應(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)［3］，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建多平臺、多層次電類基礎(chǔ)課程群實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 多平臺、多層次實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)圖

2.1 依托課后延續(xù)教學(xué)等平臺，大力度增加實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時

從圖1 看出，實(shí)驗(yàn)平臺除計劃內(nèi)學(xué)時外，以我校深化綜合教學(xué)改革為契機(jī)，有效地增加了課外延續(xù)實(shí)驗(yàn)平臺和開放實(shí)驗(yàn)平臺，并且課外延續(xù)實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)納入在培養(yǎng)方案中，其計劃將更加系統(tǒng)性地對學(xué)生能力進(jìn)行培養(yǎng)。課后延續(xù)教學(xué)使實(shí)踐學(xué)時真正得到大力度的增加，并規(guī)范有序地安排課程表給予保證實(shí)施，有效提供給學(xué)生提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的機(jī)會和條件，具體學(xué)時如表1 所示。從表1 可見，改革后實(shí)踐學(xué)時將大幅提高，電路原理實(shí)驗(yàn)為32 學(xué)時，模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)為42 學(xué)時，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)為34 學(xué)時，電子技能訓(xùn)練(Ⅰ、Ⅱ)2 個學(xué)期共計153 學(xué)時，在同類院校中也是領(lǐng)先的。

表1 實(shí)驗(yàn)課程計劃內(nèi)學(xué)時和課外延續(xù)學(xué)時 學(xué)時

學(xué)校給與了課后延續(xù)教學(xué)實(shí)踐條件的保障。因?yàn)樵O(shè)計題目較多，并且要制版、焊接、出成品，實(shí)驗(yàn)室為配合學(xué)校的綜合教學(xué)改革，在原有的優(yōu)良實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境下，在學(xué)校的支持下，實(shí)驗(yàn)室加強(qiáng)了大量的元器件等配備，加大實(shí)驗(yàn)室開放力度，向?qū)W生提供更多的實(shí)驗(yàn)資源和實(shí)驗(yàn)場地，充分發(fā)揮自己的聰明才智，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力，并積極配合指導(dǎo)教師，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室制版等工作。

同時建設(shè)“電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)”網(wǎng)絡(luò)平臺，開發(fā)“電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程網(wǎng)上學(xué)習(xí)系統(tǒng)，即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)思考、仿真實(shí)驗(yàn)軟件、知識點(diǎn)檢索等資源。為配合開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行模式，開發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)，同時根據(jù)網(wǎng)上學(xué)生預(yù)約情況，適時安排實(shí)驗(yàn)教師，以保證有實(shí)驗(yàn)教師適當(dāng)引導(dǎo)，避免學(xué)生因?qū)嵺`環(huán)節(jié)困難而產(chǎn)生畏難和退縮，使得學(xué)生愿意到實(shí)驗(yàn)室，避免開放實(shí)驗(yàn)室流于形式［4-5］。

2.2 以能力培養(yǎng)為主線，確立六個環(huán)節(jié)、三個層次的實(shí)踐教學(xué)體系

我們確立了六個環(huán)節(jié)、三個層次的實(shí)踐教學(xué)體系［6-7］，見圖1。

(1)層次一。電路原理、模擬、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，是基礎(chǔ)層實(shí)踐環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)低年級學(xué)生的觀察和認(rèn)知能力、動手能力，啟迪創(chuàng)新意識。

在電路、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)本課程內(nèi)的綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。精選一些具有基礎(chǔ)課教學(xué)特點(diǎn)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在加深對理論課內(nèi)容理解的同時也鍛煉儀器儀表的使用，在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)設(shè)計性和綜合性實(shí)驗(yàn)，在實(shí)施過程中，教師設(shè)計一些課題，讓學(xué)生自選題目，然后設(shè)計完成，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，提升學(xué)生的興趣。

(2)層次二。電子技術(shù)課程設(shè)計和電子技能訓(xùn)練，是應(yīng)用層實(shí)踐環(huán)節(jié)，以獨(dú)立綜合實(shí)驗(yàn)課程為主體，強(qiáng)化理論知識和工程技能知識，培養(yǎng)學(xué)生知識運(yùn)用能力和綜合能力。

電子技術(shù)課程設(shè)計和電子技能訓(xùn)練課程是獨(dú)立設(shè)置的課程，學(xué)生從電路設(shè)計、工藝設(shè)計、到制作電路試樣、測試及優(yōu)化一系列過程到綜合實(shí)驗(yàn)分析、報告的完成等都由學(xué)生自主獨(dú)立地完成，鍛煉了學(xué)生動手能力的同時極大地提高了學(xué)習(xí)熱情和積極性，增強(qiáng)了責(zé)任心和工程意識，培養(yǎng)了綜合素質(zhì)和工作能力［8］。

(3)層次三。電子競賽和大學(xué)生科技創(chuàng)新，是創(chuàng)新層實(shí)踐環(huán)節(jié)，以電子競賽、大學(xué)生科學(xué)研究計劃項目、參加教師科研等獨(dú)立創(chuàng)新類項目為主體，為設(shè)計、探究、研發(fā)型實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力、以最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的提高。

電子競賽和科技創(chuàng)新是對所學(xué)的科學(xué)體系知識進(jìn)行全面的應(yīng)用，在此階段，教師只提供必要的技術(shù)指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)室提供必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場地，要求學(xué)生自己論證方案、設(shè)計電路、購買元器件、搭建實(shí)驗(yàn)平臺，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)研究，將知識傳授與能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合、實(shí)現(xiàn)知識、素質(zhì)、能力的一體化培養(yǎng)［9-10］。

由此可見，創(chuàng)新的實(shí)踐教學(xué)實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為本，以能力培養(yǎng)為主線，實(shí)行層次化梯度教學(xué)，逐步增加深度和難度，采用基礎(chǔ)型、應(yīng)用型和研究型等分層次、多環(huán)節(jié)、相互銜接的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。階梯式實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生的素質(zhì)和能力培養(yǎng)逐步深化，最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的提升［11］。

3 優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)方法和手段，保障實(shí)踐教學(xué)體系的實(shí)施

擔(dān)任理論課教師，同時要求擔(dān)任實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，教師在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)“三個結(jié)合”，即理論基礎(chǔ)與實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合、基本技能與創(chuàng)新意識結(jié)合、工程應(yīng)用與研究設(shè)計結(jié)合［12］。

3.1 開展以學(xué)生為主體的啟發(fā)討論等教學(xué)方式

在實(shí)踐教學(xué)中，把傳授知識、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和研究性思維貫穿在實(shí)踐教學(xué)的始終，采取以自主式、合作式、研究式為主的多元化教學(xué)方式。根據(jù)實(shí)踐層次的不同，開展啟發(fā)式、討論式、參與式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。注重以學(xué)生為主體，采用問題引導(dǎo)的交互式教學(xué)模式，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動中由被動變?yōu)橹鲃樱伞耙易鰧?shí)驗(yàn)”變?yōu)椤拔乙鰧?shí)驗(yàn)”，給學(xué)生提供了獨(dú)立活動的空間。引導(dǎo)學(xué)生如何發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，培養(yǎng)學(xué)生獲取新知識的能力、再學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)造發(fā)揮的能力［13］。

3.2 因材施教，鼓勵個性發(fā)展

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為學(xué)生營造寬松的、能夠潛心研究的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和氛圍。對較弱的學(xué)生鼓勵指導(dǎo)，循序漸進(jìn)，對優(yōu)秀學(xué)生多提供參加科技創(chuàng)新活動的機(jī)會，鼓勵他們自主選題、大膽創(chuàng)新，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，引導(dǎo)學(xué)生自我訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)學(xué)生個性化發(fā)展，加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。有一部分突出的學(xué)生經(jīng)過鍛煉后，實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力和創(chuàng)新意識皆被激發(fā)出來，對各種科技競賽皆充滿興趣和渴望，受到各種競賽指導(dǎo)教師的肯定和歡迎，并取得良好成績［14-15］。

3.3 充分發(fā)揮計算機(jī)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑訣DA 技術(shù)作為突破口，充分利用各種工具軟件進(jìn)行設(shè)計仿真，著力培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)計工具能力、電子電路綜合設(shè)計能力和工程設(shè)計能力，實(shí)施“虛實(shí)結(jié)合”、“軟硬兼施”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，如現(xiàn)代化仿真軟件Multisim、Labview、Matlab、Pspice 等進(jìn)行電路的仿真分析，可以指導(dǎo)實(shí)際電路的調(diào)試，把虛擬仿真和硬件實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來，加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。引入超大規(guī)模數(shù)字電路設(shè)計的QuartersⅡ軟件，甚至在高層次本科生中學(xué)習(xí)片上系統(tǒng)SOPC 設(shè)計，使用SOPC Build、NiosⅡ設(shè)計，可以高效靈活地設(shè)計各種數(shù)字電路，學(xué)生掌握VHDL 等硬件描述語言，學(xué)會自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計方法，使設(shè)計技術(shù)達(dá)到先進(jìn)的水平［16］。

4 結(jié) 語

針對人才培養(yǎng)中學(xué)生工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力薄弱的難題和瓶頸，我們在電類基礎(chǔ)課實(shí)踐中構(gòu)建了多平臺、多層次實(shí)踐教學(xué)體系，以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新課后延續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)，大力度地增加了實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，切實(shí)倡導(dǎo)了以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。學(xué)生的積極主動性明顯被調(diào)動起來，學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節(jié)有了更深程度的理解與感悟，充分感受到成功后的喜悅，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。該教學(xué)改革的實(shí)施有力地推動了我校工科電類各專業(yè)課程教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新，學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)踐活動積極踴躍，表現(xiàn)出極大的熱情和自信，參加競賽并獲各類獎項越來越多，我校在2014 年北京市電子競賽中，取得了參賽以來的最好成績，獲獎等級和獲獎人數(shù)明顯增加，2 個隊獲一等獎，其中有1 個隊成績達(dá)到滿分100 分，6 個隊得二等獎，11 個隊獲3 等獎，改革有效地提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

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