“挑戰杯”競賽與實驗教學融合的研究型教學模式探索

楊 健, 蔡述庭, 谷愛昱, 王永華, 李學識

(廣東工業大學 自動化學院，廣州 510006)

0 引 言

“挑戰杯”競賽作為展示學生科技創新能力和工程素養的平臺，已經成為衡量大學生科技創新能力的“奧林匹克”，目前該競賽已成為我國電子類專業學生規模最大、最具影響力的賽事之一，得到了絕大多數設有電子類專業的各類高校的積極響應，參賽者中也產生了一大批卓有成績的青年學者和學科帶頭人[1-2]。可見，“挑戰杯”競賽對培養學生的創新能力和科學素養具有重要的作用，這既符合了當前基于產出的教育模式的新要求，又迎合了企業用人標準向工程能力和創新意識傾斜的剛性需求，因此越發得到各大高校的廣泛重視[3-4]。

1 “挑戰杯”暴露的實驗教學中的實際問題

然而，在看到“挑戰杯”意義的同時，還應該冷靜地認識到競賽也充分暴露了一些實際問題，背后所凸顯出的培養模式的短板，只有通過切實有效的實驗教學改革來解決[5-8]。高等院校逐年擴大招生力度，而生源數量卻逐年下降，這使得高校在面對“挑戰杯”時處于兩難的境地：一方面生源質量整體下滑，另一方面“挑戰杯”所帶來的創新思維要求卻不斷提高。在新形勢的要求下，針對傳統的實驗教學模式的改革已迫在眉睫。這主要表現在以下幾個方面：①實驗教學過于注重共性訓練和培養，驗證型實驗比重過大，忽略了多層次人才培養的新要求；②實驗內容過于陳舊，與競賽題目相比工程性、系統性和復雜性不足；③實驗教學方法單一，僅強調課堂上教師的單向知識傳授，未能有效調動學生的主觀能動性，實驗室布局欠合理，開放力度不夠，致使實驗教學效果不佳；④各門實驗課各自為戰，未有效發揮實驗教學課程群的合力作用，缺乏融匯貫通多門課程的綜合性、創新性實驗設計。

2 “挑戰杯”與實驗教學融合的探索

基于以上原因，參考兄弟院校相關改革經驗[9-15]，開展了“挑戰杯”競賽與實驗教學融合的研究型教學模式的探索，建立和完善了創新型人才培養實驗教學新模式。

2.1 打破傳統實驗教學理念，加強電子信息類實驗教學課程群的建設

“挑戰杯”競賽的特點是：面向實際應用，強調系統性、設計性綜合性。涉及到諸如模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子技術、微機原理、單片機原理及應用等一系列的理論課程，以及模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、電子技術課程設計、單片機原理及應用課程設計等一系列的實踐性教學環節。學生必須具有綜合運用多門課程的相關知識解決某一實際工程問題的能力，這就要求教師必須在實驗教學理念上破除傳統的“各門實驗課獨立設置，所涉及知識點相對獨立”的陳舊觀念，將各門實驗課程有機融匯貫通起來，建設電子信息類實驗教學課程群，設計出合理的跨越多門課程知識點的綜合性實驗及課程設計，有效引導學生產生創新思維。

2.2 提出實驗教學多層面能力要求，實現多層次人才培養

根據“挑戰杯”對學生能力要求層次，可將電子信息類實驗分為基礎知識教學、綜合能力培養教學、創新能力培養教學3個層面。基礎知識教學對應于實驗教學中的驗證型實驗，旨在培養學生應用基本電學理論完成對常用電子元器件的使用和常見電路的分析和測試。綜合能力培養教學對應于實驗教學中的提高型實驗，要求實現各門實驗課中各單元電路的設計，以及多單元協作的功能電路的設計，目的在于培養學生提出方案、選擇最優方案，并能夠對方案合理建模的能力，強調解決復雜工程問題的能力。創新能力培養教學主要基于開展面向電子信息類縱向實驗教學課程群的綜合型實驗和課程設計的建設，向學生提供包括信號檢測、控制、傳輸與處理等應用型較強的復雜系統的綜合設計型實驗課題，及相關的教師科研課題、大創項目課題等的選題工作，重在培養學生創新設計和綜合分析能力，強調系統性和創新性。

2.3 緊跟技術發展趨勢，創新實驗教學內容

嘗試將競賽題目有關學科的知識點和實驗方法引入本科教學中，促進教學實驗內容的更新。增加設計型、綜合型實驗，既考慮與前面教學內容的延續性又考慮與后續課程之間銜接性。實驗教材內容要及時更新，廣泛引入集成運放、FPGA、DSP、ARM等常見元器件的各類應用。實驗內容的綜合性和系統性強調學生的自學能力，由于學生能力的差異性，要求實驗教師能提供及時有效的指導，這就要求加強實驗教師隊伍建設，深化校企合作，通過考察、聯合培養、企業特派員等合作形式，不斷提高實驗教師自身的工程素養。

2.4 改進實驗教學方法，完善實驗教學手段

教學方法是否合適將直接決定教學效果，與“挑戰杯”競賽融合的實驗教學方法改變了傳統的教學方式，將討論、互動教學、探索引入實驗室課堂，實現“邊理論，邊實踐”的理論實驗教學融合的新模式。根據實驗內容的需要，教師可事先布置討論內容，由學生通過文獻檢索、資料整理自行對實驗相關理論和實驗內容進行學習，通過使用發放給學生的基于虛擬儀器的便攜式實驗套件(NI MyDaq口袋式實驗套件)，學生還可提前在宿舍開展實驗的驗證部分和預設計部分的工作。在課堂上，教師引導學生展開更深入的實驗綜合設計的討論，讓學生成為課堂的主體，從而提高學生的能動性和問題意識。同時，在實驗的各階段引入如Multisim、Pspice、Proteus等先進的電路分析設計輔助工具，提供實驗設計方案的設計、仿真驗證和比較的有效手段。這樣，學生首先通過實驗仿真對實驗原理有了初步認識，結合具體實驗要求，在仿真過程中完成相應實驗內容，并不斷修改完善，通過模擬、分析、驗證，對多種實驗方案進行比較和優化，選擇最佳的實驗方案，并最終在實驗板上加以實現。激發了學生實驗興趣，提高解決實際問題的工程實踐能力。

2.5 改進實驗教學環境，完善實驗教學管理制度

“挑戰杯”競賽和實驗教學的融合同樣包括教學環境的改善。進一步加強實驗室的開放力度，在保證課內實驗教學正常開展的基礎上，優化實驗室的開放管理制度，在實驗用房管理、開放實驗室數量、開放時間、開放形式、預約制度、耗材管理等方面進行改進。為了向學生提供創新實驗的環境和條件，大力新建創新實驗室，增設理論課討論區，實現邊理論邊實踐的螺旋式能力上升。同時提高高精儀器設備的使用率，滿足學生的個性實驗與創新實驗的要求。

3 結 語

基于“挑戰杯”競賽的實際要求提出了研究性教學模式改革。因此“挑戰杯”競賽的成績是其改革成果的重要體現之一。從實際效果來看，改革取得了初步的成效。在2015年的第十四屆“挑戰杯”競賽中，我校共獲得了2項特等獎，2項一等獎，2項二等獎，在“挑戰杯”智慧城市專項賽中又獲得1項特等獎和1項三等獎，學校以總分420分排名全國第二的優異成績摘得“優勝杯”。可見，改革舉措對于提高我校學生的創新能力和科學素養，提升我校的影響力和知名度都起到了非常積極的促進作用。