本科電子類創新型應用人才培養模式的研究與實踐

葛瑜

【摘要】電子工業的高速發展對電子類人才的創新應用能力提出了更高的要求。電子類大學生創新應用能力的培養是目前電子學科教育亟待解決的重點問題。首先對我國本科電子類創新型人才培養的現狀進行了分析；其次借鑒國外電子類人才培養模式，從優化人才培養流程、設計課程體系、改革教學方法等提出了構建本科電子類大學生創新應用培養模式的框架。。

【關鍵詞】 本科電子類；創新型應用人才；培養模式；研究與實踐

引言

為適應21世紀新時期我國社會主義現代化建設的對高素質電子創新人才的迫切需要，急需培養出高質量的電子創新技術人才，但傳統的人才培養模式存在教學方法落后，教學模式陳舊；長期以來，國內本科應用電子類專業的教學體系上原本就存在重理論研究輕實踐應用的現象，僅有比重不高的實踐技能的教學內容絕大多數都集中在完成學生初次就業所需的成熟知識和技能等“門檻”培訓，缺少著眼于學生職業拓展能力的中級層次技能和高級層級創新技能的培養；在實踐教學形式和方法上，基本依靠計算機教學軟件開展單純的演練式、驗證式實驗教學，缺乏對創新能力的培養；教學活動學生按照專業設定的限制分別按照各自所屬專業的教材和實踐內容學習及訓練，各專業互相獨立，未能按照實際工作和業務需要相關聯，使學生技能呈現條塊割裂狀態，不利于學生技能水平的綜合提升。另外仍有相當一部分教師沒有做過真正意義上的科研，沒有直接參與過產品的研發和改進，沒有經歷過實際工作的鍛煉，自然難以適應創新教育工作，培養出的學生電子工程實踐能力較差，難以適應社會需求等弊端。

1.國外本科電子類創新型應用人才的培養及啟示

為了適應電子技術和信息技術的發展需要，更好地培養學生采用新知識、新技術、新方法和新手段分析問題、解決問題的能力，我們的高等教育迫切需要在教學過程中精選教學內容，引進新技術、新方法，重組知識結構，架構合理的系列課程體系，完善課程設置，同時經常性地，優化人才培養方案。2006年，MIT（麻省NT學院）針對高等工程教育的特點，提出了CDIO工程項目教育理念，CDIO的含義是C（coneeive）構思、D（Design）設計、I（Implement）實現和O（Operate）運作，旨在培養具備較高素質的實用型和創新應用型人才。20世紀80年代，美國啟發性教育和探究式教育得到廣泛應用，并出現多種模式，代表性教育模式有“蘇格拉底式”、“案例教學式”、“基于基本問題的學習”、“探究性學習式”等。日常教育活動中，教師教授課程的首要目的是啟發學生主動尋求知識的本質而不是單純的以知識轉移為目的。課堂上教師注重課題氣氛的活躍及學生的互動性，賦予學學生更多的思考空間，社會實踐環節在教學中是不可缺少的。

美國高等教育對創新型應用人才的培養不僅僅局限于校園內，同時也延伸到社會實踐領域，開拓大學生創新應用實踐能力。首先，鼓勵學生參與科學研究，構建學校、社會企業之間合作橋梁。從學生步入校園之日起為學生制定科研計劃，注重學生特別是經管類學生知識層面及實踐層面的多元化發展，關注學生交叉性學科的學習，為創新能力的培養奠定基礎。從教學計劃中，學生能有效的把教學資源和校外資源相結合，積累專業技能和經驗的基礎上提升職業素養。學生課堂教學與開展社會實踐活動時要與社會需求相結合。課堂教學中以“學生為中心”，注重發展學生個性，提倡因材施教，強調多元化，案例教學中以具有前沿性實際性案例為主。社會實踐活動中，鼓勵學生參與與時俱進的社會實踐活動。

3.本科電子類創新型應用人才培養模式框架構建

3.1課程體系建設

電子創新人才必須具備堅實的數理基礎、電子技術和計算機應用技術基礎，掌握最新的電子技術、信息及其處理技術和計算機技術。在此基礎上，制定了科學規范的培養計劃，改革了課程設置、教學內容。堅持素質教育和實踐教學齊頭并進，滿足新時期對高素質的應用型人才的需求。具體體現在以下方面：

（一）優化課程設置，加強重點課程建設

在原培養方案下，電路、模擬電路、數字電路和單片機原理的開設時間分別在第三、第四、第五學期，而第五學期又是專業課的最佳修學時期，導致這個學期要有7門左右的課程，所以學生的壓力很大，直接影響了后續的專業課的學習。經過調整后，把模擬電路、數字電路和單片機原理分別提前了一個學期，為學生提供了充足的專業課的學習時間。

另外原來的電子類課程很多，但是卻很泛泛，導致多而不精。為了改變這種狀況，我們加強了重點課程的建設。例如重點加強了電路、單片機原理、EDA（FPGA）技術等三門課程的建設。這三門課之前實驗課時少，又沒有課程設計，所以學生修過后掌握得并不好。改革后這三門課程都加設了課程設計，這樣讓學生能夠學以致用，收到了良好的教學效果。

（二）以專業方向為導向建設特色課程

根據電子類課程體系現狀和社會發展對電子創新人才的要求，結合專業方向，建設特色課程：

1）加強對相關課程的教學大綱研究和修訂

加深對國家教委相關課程教學指導委員會制定的課程基本要求的理解，并處理好課程學科的系統性與服務性的關系。例如：電路理論是電類專業的基礎，它應為各專業的學科方向服務。在教學內容的選取上應以本專業后續課程必需、夠用為度，不應過于強調電路基礎課程學科理論體系的完整性，可刪去部分過深和過于嚴謹的內容。應在充分理解基本要求的前提下，修改和制定出各專業電路課程的教學大綱。在教學活動中要認真加以執行，并不斷改進。

2）合理設置相關課程的教學內容

過去電子類平臺課的課程設置，基本上是本科各專業的教學內容完全類同，沒有區別。經過改革，將相關課程根據專業要求的深度不同、側重點不同，科學的研究并合理的設置相關課程的教學內容，加強與各專業后續專業課程內容的銜接。

3）研究新時期相關課程的教學重點與難點

如何對教材內容進行選取，增加什么，刪去或少講什么，應明確精講多練的目標。首要問題是在不增加教學時數前提下，突出重點，并適當地增強學生的練習。我們應著眼現階段系統學科的發展，并結合實際，穩步地改革教學內容。此外，新形勢要求教師在傳授學什么的同時，必須強調和突出如何學。教學重點的轉移，除了要求任課教師注意學生牢固掌握基本的理論知識、具有熟練的分析計算能力和掌握基本的實驗技能這些傳統的教學要求外，還必須在引導學生學會怎樣學習、培養創新能力以及加強工程計算的基本訓練、培養嚴謹的科學作風等方面下功夫。

（三）加強實驗課程建設

實驗課是課程的一個非常重要的環節，它不僅是學生獲得知識的重要手段，而且是培養學生實踐技能、動手能力、理論聯系實際能力以及觀察、分析和解決實際問題能力的主要途徑。以單片機原理與接口技術為例，介紹實驗課程教學改革。

單片機是一門技術應用型課程，實踐性很強，學生不通過有效的實踐環節的訓練，掌握單片機應用系統的設計調試是不可能的。我院現有的實踐教學環節不能滿足教學要求。只有充分認識實踐性教學環節的作用，才能有效提高學生動手和解決問題的能力；只有通過實踐教學才能幫助學生深刻理解理論知識.把抽象、零散的書本知識系統化、實際化。

1）發揮現有實驗的作用。按照教學大綱，單片機課程都配有實驗環節，但是都沒有發揮應有的作用。有些是課程基本完成后，再集中做實驗。有些是實驗的源程序交給學生，到時學生只要敲入程序即可，這些做法使實驗沒有起到應有的作用。要發揮現有實驗的作用，應要求學生提前預習實驗內容，編寫實驗程序。實驗時加強指導，教學生調試程序的方法。

2）增加課外實驗的機會。課內提供的大部分實驗是驗證性的，且實驗課時是固定的。若是讓學生自己編寫實驗程序，在兩個實驗課時內不一定能調試通過。為了取得好的實驗效果，就要增加課外的實驗課時。比如可以增加開放實驗，可以在課內安排的實驗以外，再設計一些附加的實驗，供學得好的有余力的學生自行選做。還可以指導學生動手制作一些簡單的實驗板，可以與上位機聯機調試程序，交給

他們自己使用，對學習單片機很有益。

3）用軟件仿真彌補實驗設備的不足。目前單片機原理課程。用于實驗的設備多采用實驗箱或硬件仿真器配目標實驗板為主。這種配置方式直接導致了實驗臺套數有限，不能做到人手一臺，使實驗效果大打折扣。實驗項目有限、實驗時間固定、設備維護工作量大等現實問題也對實驗產生不良影響，更新設備又受到資金的約束。解決實驗設備不足的問題可以借助于軟件仿真技術。

4）切實安排好單片機課程設計。單片機課程學完后。學生的感覺是掌握了一些零碎的知識.會看一些獨立的程序段，但是對一個單片機應用系統的開發卻不行，安排一個課程設計將會改變這一狀況。在國外的大學，課程設計是單片機課程的重要組成部分。參考國外院校的經驗，我們應該在單片機課程開始就布置課程設計，3～4人一組完成一個小項目，由于時間分散了，學生有充分的時間做項目，項目內容可以適當多一點。這樣帶著問題帶著壓力，學生會在課程學習中發揮主觀能動性，邊學理論邊實踐，很快會入門，掌握相應的技能。經過這樣的課程設計的鍛煉.對學生參與后期的畢業設計以及電子競賽都是有好處的。

3.2教學方法改革

教學改革的組織者、實施者是教師，學校自身必須要采取有效措施激發起教師改革的積極性與主動性。

（一）教師主講與引導學生自學相結合

在教學過程中，不但要講授教材內容，更重要的是努力提高學生的自學能力，注重培養學生的學習自覺性及思維靈活性，鼓勵學生之間進行學習交流和討論，形成良好的學習氛圍，從而提高學習效率。

（二）提高學生分析問題和解決問題的能力

在教學實踐中，應多總結，多交流，并積極改革實踐教學方式，例如針對主干課程開設相應的課程設計，在制定課程設計的訓練內容時，應遵循循序漸進、由易到難的原則，分為基本技能訓練、綜合技能訓練兩個階段進行改革。

1）基本技能訓練。為了考察學生的基本知識以及基本的技能，保留了部分基礎性的電子設計題目。通過基礎性設計使學生掌握各種元器件的工作原理和相關測試儀器的使用方法，從而使他們基本具備設計、調試和測量簡單電路的能力。選擇采用獨立設課的教學形式學習電路和電子技術，完成系列電工、電子技術實驗。該層次要求學生理論聯系實際，完成嚴格的電工、電子實驗技能訓練。該層次中增加設計型、綜合型實驗內容的比例，有利于培養學生分析問題、解決問題的能力，提高創新能力，為后續拓展層的實驗教學打下堅實的理論和實踐基礎。基本技能訓練的要求是：培養學生基本工程素質、基本實驗技能和分析問題、解決問題的能力。

2）綜合技能訓練。綜合技能訓練是學生實驗和小型設計環節的核心層。學生要完成嚴格的專業課程的實驗技能訓練和設計能力鍛煉。綜合技能訓練基本要求是：掌握扎實的專業實驗技能，具有系統分析、設計、應用的能力，特別是綜合運用所學知識的能力和創新能力，強調自主學習、自主實驗。

另外，實踐教學是學生從理論知識到實踐知識，最后到實踐能力的認知過程。

1）電子技術是發展最快、應用最廣的一門技術。由于電子工業發展迅猛，產品更新換代周期越來越短，新元件和器件不斷涌現，新技術、新的設計方法和手段層出不窮。為了讓學生跟上時代的發展，掌握新知識、新器件和新技術，在設計中盡量淘汰比較陳舊的器件和落后的技術。定做一些成套的單片機開發裝置，這些新型實驗裝置既要保留部分傳統的模塊，如模數轉換模塊、中斷模塊、鍵盤顯示模塊等，同時為了與實際應用相結合，還要增加一些特定的接口，如GPS、紅外、GPRS，USB口等，這些模塊之間相互獨立，并且將其管腳信號引出，從而方便測試和連接。以便學生根據設計要求進行課程設計。

2）EDA技術的開發和應用，強烈沖擊了傳統的教學觀念和教學模式。就當前而言，EDA技術更多的是指可編程邏輯器件的設計技術，即芯片內的電路設計自動化。可編程器件PLD具有設計靈活、仿真調試方便、體積小、容量大、I/O口豐富、成本低廉、易編程和加密的特點。采用EDA技術可以提高實驗效率并能進行大型綜合性和設計性實驗，引導學生主動學習和個性化發展。因此在設計中引入了EDA技術，加強新技術的運用，真正達到從軟件設計到硬件的實現。

3）在測試儀方面，不僅向學生提供傳統的儀器，如萬用表、信號發生器、示波器，還向學生提供了邏輯筆、邏輯分析儀、芯片測試儀、仿真示波器和任意信號發生器等比較先進便捷的儀器，從而方便了學生故障的排除，加快設計的進度。

（三）采用項目驅動法培養學生的職業能力和創新能力

所謂的項目驅動法，也稱為項目教學法，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。應該滿足以下條件：1）該工作過程用于學習一定的教學內容，具有一定的應用價值。2）能將某一教學課題的理論知識和實際技能結合起來。3）學生有獨立制定計劃并實施的機會，在一定時間范圍內可以自行組織、安排自己的學習行為。4）項目工作具有一定的難度，要求學生運用新學習的知識、技能，解決過去從未遇到過的實際問題。

在項目教學中，學習過程成為一個人人參與的創造實踐活動，注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。學生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題和解決問題的思想和方法。

在項目的教學中，項目的設計、編排非常關鍵，直接影響教學效果。選取項目要以教學的內容為依據，以現實的對象為材料，既要包含基本的教學知識點，還要注意根據學生的特點，盡可能設計一些帶有趣味性、實用性、可行性的任務，使學生愿學、愛學、樂學，才能調動學生解決問題的積極性。例如，在電力電子技術課程中，結合晶閘管整流電路知識和觸發電路知識的學習，設計了“調光燈”的設計和制作。通過這個項目的驅動學習，學生不僅學習了現行教材中晶閘管電路的相關知識，同時還接觸到許多教材中沒有的新知識、新技術，例如PROTEL工具軟件的應用。教師和學生可共同參與項目的選取，教師要注意啟發學生去主動發現身邊的素材，選擇難度適合的工程項目。

項目驅動法教學的實施主要包括：項目導入→項目剖析→任務分解→知識點應用→目標搭建→目標組合→項目完成。以“調光燈”設計為例，教師導入項目時，把總目標分成實驗內容和實訓內容兩個模塊：將實驗模塊細分為晶閘管的測量及判斷、晶閘管可控整流電路以及晶體管觸發電路三個實驗項目；將實訓模塊細分為調光燈電路的分析、調光燈電路的安裝和調光燈電路的調試三個實訓項目。通過這樣的目標分解，進入當前知識點學習，學習中注重引導學生獨立思考，對知識點自行理解和消化，在此基礎上，鼓勵學生獨立探索解決問題的方法，即如何應用知識點及其組合來完成一個個目標任務，再將各目標任務按照邏輯關系組合起來，形成此項目完整的解決方案。

項目學習評估是項目驅動法教學模式的一個重要環節。項目驅動法教學的評價注重學生在項目完成的期間能力發展的過程，測評內容包括學生參與活動各環節的表現以及作業質量。教師應根據項目的形式設置評估標準，客觀公正地評價學生的學習效果。學生在完成項目的過程中可能會存在各種各樣的問題，教師在評估中要指出問題的所在及解決方法，使學生的各種能力在評估中得到提高。在評估方法上，主要評價學生是否達到項目的目標要求，關注學生在完成項目中的進步程度，這樣有利于學生職業能力、實踐能力和創新能力的培養。