電子信息類專業(yè)實驗課程體系改革與實踐

王連明, 陳菊芳, 黃繼鵬, 王素秋

(東北師范大學(xué) 物理學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心， 長春 130024)

0 引 言

課程體系是指在一定的教育價值理念指導(dǎo)下，將課程的各個構(gòu)成要素加以排列組合，使各個課程要素在動態(tài)過程中統(tǒng)一指向課程目標(biāo)實現(xiàn)的系統(tǒng)。它是專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和進程的總和，是高校是實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的載體，是保障和提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵[1-2]。我校電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實，富有創(chuàng)新精神和實踐能力的電子信息領(lǐng)域高素質(zhì)、應(yīng)用型專業(yè)人才為目標(biāo)，多年來一直探索構(gòu)建科學(xué)、有效的實驗課程體系，提高學(xué)生的綜合實踐與創(chuàng)新能力。

經(jīng)過多年對專業(yè)畢業(yè)生能力的調(diào)查、分析與總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)具有綜合實踐過程的專業(yè)活動對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)比較有效，如組織學(xué)生參加電子設(shè)計競賽、智能汽車競賽、機器人競賽和教師的科研活動等，但能參加上述活動的學(xué)生畢竟是少數(shù)，更多的同學(xué)綜合實踐能力欠缺，就業(yè)競爭力差。并且，通過活動進行綜合實踐能力培養(yǎng)缺乏系統(tǒng)性、全面性。于是，從2010年開始，我們探討將綜合實踐能力培養(yǎng)融入實驗課程體系，以解決上述問題。

1 對實驗課程體系的反思

在絕大多數(shù)院校的電子信息類專業(yè)的課程體系中，實驗課程一般與某門理論課程相關(guān)聯(lián)，如數(shù)字電路實驗、模擬電路實驗、微機原理實驗、通信原理實驗、高頻電路實驗等分別是學(xué)生學(xué)完數(shù)字電路、模擬電路、微機原理、通信原理和高頻電路理論課后開設(shè)的實驗課程，這些實驗課程的內(nèi)容通常僅限于與之相關(guān)聯(lián)的理論課程的內(nèi)容。這些實驗課程題目通常分為驗證性題目、綜合性題目和設(shè)計性題目，這里的綜合只是基于這一門課程內(nèi)容的綜合，具有很大的局限性。

在實際工作中，電子信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計是需要多門類知識的綜合，而這一層次的綜合能力如果僅僅通過競賽和科研活動是不能全面、系統(tǒng)地培養(yǎng)的，多年的教學(xué)實踐也發(fā)現(xiàn)：學(xué)生雖然學(xué)了很多課程，也做了很多實驗，但在競賽和畢業(yè)論文過程中所體現(xiàn)出來的知識綜合運用能力和實踐能力很差。經(jīng)過認(rèn)真調(diào)研與分析發(fā)現(xiàn)，缺少綜合能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)是主要原因。學(xué)生綜合能力的欠缺不僅嚴(yán)重影響了學(xué)生對更深層次知識的理解，也影響了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)水平和學(xué)生參與創(chuàng)新活動的成果水平，直至影響學(xué)生的未來就業(yè)與發(fā)展。眾多高校都針對本校的實際情況，在學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面做了積極的嘗試[3-10]。針對我校的實際情況，我們擬將綜合能力培養(yǎng)融入實驗課程體系，加以強化。

2 新實驗課程體系的構(gòu)建

針對上述問題，在對專業(yè)知識體系、原有課程體系及學(xué)生能力養(yǎng)成規(guī)律進行深入分析的基礎(chǔ)上，遵循“全面、系統(tǒng)、循序漸進”的綜合能力培養(yǎng)原則，對實驗課程體系進行了調(diào)整，在原有實驗課程基礎(chǔ)上，分階段開設(shè)3門獨立于任何課程的綜合實驗課程，即“電工電子基礎(chǔ)綜合實驗”“電路綜合實驗”和“電子系統(tǒng)綜合實驗”，形成如圖1所示的實驗課程新體系。這3門綜合實驗課的學(xué)分均為1.5學(xué)分，均開課一學(xué)期。

“電工電子基礎(chǔ)綜合實驗”“電路綜合實驗”和“電子系統(tǒng)綜合實驗”形成了實驗課程體系的三個重要節(jié)點，分別在學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)了不同的專業(yè)知識后開設(shè)，循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。

圖1 新實驗課程體系

電工電子基礎(chǔ)綜合實驗在第2學(xué)期開設(shè)，是在學(xué)生學(xué)完電路原理課程，具有了基本電路知識，但對專業(yè)還不十分了解，容易喪失專業(yè)學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上開設(shè)的，其目的在于：通過動手實踐激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，并培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能。在實驗內(nèi)容設(shè)置上，以電路基本元器件的認(rèn)識與簡單應(yīng)用、基本儀器的使用、基本電路的分析與測試為主[11]，實驗題目有：基本儀器使用;電感元件的認(rèn)識與應(yīng)用； 二極管的認(rèn)識與測試；電路圖的識別與電路焊接；RLC電路的阻抗特性分析；一階動態(tài)電路的瞬態(tài)分析；二階動態(tài)電路的瞬態(tài)分析；變壓器特性測試與應(yīng)用；供電與電源系統(tǒng)分析與測試；傳感器認(rèn)識與應(yīng)用；三極管認(rèn)識與應(yīng)用；運算放大器的認(rèn)識。在實驗教學(xué)方法上，注重引導(dǎo)學(xué)生采取實驗手段進行探究，并開設(shè)階段性的實驗討論課，對學(xué)生實驗中的問題進行討論、解答；在實驗電路選取上，注重實用性、趣味性，如“光控LED照明電路”“簡易穩(wěn)壓電源電路”等，使學(xué)生深刻體會專業(yè)知識的作用，提高了專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

電路綜合實驗是學(xué)生修完兩門專業(yè)基礎(chǔ)課——數(shù)字電路和模擬電路和兩門相關(guān)實驗課程——數(shù)字電路實驗和模擬電路實驗后開設(shè)的綜合實驗課程，目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)電路知識進行復(fù)雜電路分析、設(shè)計和實現(xiàn)的能力。實驗題目一般來自全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的電路部分的選題[12-14]，題目每年都會有所更新，這樣既提高了學(xué)生電路綜合能力，也為學(xué)生參加競賽做了賽前準(zhǔn)備。電路綜合實驗部分題目有：增益可控放大器電路設(shè)計;程控濾波器的設(shè)計;紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計;OCL輸出擴音機電路設(shè)計;高效率音頻功率放大器設(shè)計;電壓控制LC振蕩電路設(shè)計;可編程直流穩(wěn)壓電源設(shè)計;實用信號源的設(shè)計;鎖相式頻率合成器的設(shè)計;A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計;D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計;波形的產(chǎn)生、分解與合成電路設(shè)計;多倍壓整流電路設(shè)計;基于鎖相環(huán)的調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計。學(xué)生也可以根據(jù)興趣自主選題。每個題目只給出性能指標(biāo)要求，沒有具體實現(xiàn)方案，需要學(xué)生自主查閱資料進行電路設(shè)計并實現(xiàn)。

為了培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識和競爭意識，本實驗以小組形式進行，2或3人為一組，要求同一題目至少有兩個組選擇，形成組間競爭，增加學(xué)生參與實驗的壓力和動力；實驗室全天開放，學(xué)生可以隨時到實驗室進行實驗，教師每周考核各組的進展情況，計入平時成績；期末考核以答辯和作品展示形式進行。采用這些方法有效地調(diào)動了學(xué)生的實驗積極性和主動性。題目的綜合性和設(shè)計性也使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識真正靈活運用。對于未學(xué)過的知識也能通過自主學(xué)習(xí)掌握并運用，極大地提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和綜合創(chuàng)新能力。

電子系統(tǒng)綜合實驗是在學(xué)生修完所有專業(yè)課程后開設(shè)的最后一門綜合實驗課程。目的是培養(yǎng)學(xué)生融合專業(yè)所學(xué)全部知識，進行電子系統(tǒng)的分析、設(shè)計與實現(xiàn)能力。實驗題目要求具有實用性、先進性，一般來自商業(yè)化的電子產(chǎn)品或全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的儀器部分選題[15]，并且每年會根據(jù)新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r對題目進行動態(tài)更新，使學(xué)生的能力培養(yǎng)與社會需求緊密結(jié)合。電子系統(tǒng)綜合實驗部分題目有：基于IC卡的門禁系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn);四旋翼飛行器自主飛行控制器設(shè)計;基于藍牙技術(shù)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);藍牙智能插座設(shè)計與實現(xiàn);MP3播放器設(shè)計與實現(xiàn);基于FPGA的信號發(fā)生器設(shè)計;基于指紋識別的門禁系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn);基于ZigBee的室內(nèi)無線定位系統(tǒng)研究;自主行走小車設(shè)計與實現(xiàn);手機APP開發(fā)技術(shù)研究;基于FPGA的可配置數(shù)字濾波器設(shè)計;人體感應(yīng)光控LED照明燈設(shè)計。學(xué)生也可根據(jù)興趣自主選題。同電路綜合實驗一樣，每個題目只給出性能指標(biāo)要求，沒有具體實現(xiàn)方案，學(xué)生需要自主查閱資料進行電路設(shè)計并實現(xiàn)；學(xué)生2或3人為一組，至少兩組選擇同一題目，形成組間競爭，激發(fā)學(xué)生實驗積極性。最終成績從平時表現(xiàn)、題目完成情況、答辯情況、形成成果情況4個方面進行評價。本實驗要求學(xué)生必須形成樣機，并鼓勵學(xué)生將實驗中取得的創(chuàng)新性結(jié)果申請專利或發(fā)表文章。

3 改革成效

經(jīng)過6年的實踐，學(xué)生專業(yè)綜合實踐能力顯著提高，畢業(yè)生從事專業(yè)就業(yè)的信心明顯增強。經(jīng)統(tǒng)計，應(yīng)屆本科畢業(yè)生近3年在本專業(yè)領(lǐng)域就業(yè)率持續(xù)攀升，2013年為58%、2014年為68%、2015年達到84%，可見，專業(yè)綜合實踐能力的提升使學(xué)生就業(yè)競爭力逐年提高。

近3年，本科生考研率穩(wěn)定在40%左右，越來越多的學(xué)生被國內(nèi)重點高校錄取，如香港大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、電子科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、吉林大學(xué)等，學(xué)生質(zhì)量受到各高校好評。

4 結(jié) 語

課程體系是學(xué)校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的具體化過程與方法，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。實踐表明，在電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)中，分階段、分層次、循序漸進地將注重綜合實踐能力培養(yǎng)的綜合性實驗課程有機地融入實驗課程體系中，并在教學(xué)過程中，堅持以能力培養(yǎng)為核心、以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點，可有效地促進學(xué)生專業(yè)知識融合和綜合實踐能力、創(chuàng)新能力的提升。

課程體系建設(shè)應(yīng)該是一個不斷深入、不斷探索、不斷更新的過程，如何進一步完善課程體系和改進實驗教學(xué)方法將是我們一直關(guān)注的問題。

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