美國布里奇波特大學電子信息工程專業(yè)的實驗教學研究

鄭慶慶, 吳 謹, 朱 磊, 鄧慧萍, 王 琦

(武漢科技大學 信息科學與工程學院, 湖北 武漢 430081)

1 教學理念注重學生能力的培養(yǎng)

所謂教學理念,是對教學活動的看法所持有的基本態(tài)度和觀念,它決定了課堂教學的內(nèi)容和方式。在美國教師的教學理念中,看重的是學生相關(guān)能力的提升和相關(guān)方法的掌握,對一些零碎的知識不是很在乎,授人以漁,而不是授人以魚,學生記得少而領(lǐng)悟得多。教學管理外松內(nèi)緊[3]。無論對學生還是教師,整個學習氛圍自由舒適,非常人性化。教室里的桌椅樣式繁多,并且可以移動,學生在課堂上姿勢輕松隨意,學生選課也有很大的空間[4],不同年級的學生可以選同一門課,也可以跨專業(yè)選課。美國高校沒有按年級和專業(yè)劃分的班級,只有按課程組成的班級,一個班級最多不超過30人。給予了學生充分的自由后,課堂紀律反而很好,外表寬松的管理并不等于無序、無度。內(nèi)緊表現(xiàn)在教師對學生都嚴格要求,除了考勤,上課還需要積極與教師互動,學生可以隨時打斷教師提出問題,而每講完一部分內(nèi)容,教師也會詢問：Any questions?課后作業(yè)種類多,不只是單一的課后習題。課程的考核方式和成績評定完全由授課教師決定。這樣的教學理念和管理方式使得美國在學生的能力培養(yǎng)方面更勝一籌。

2 教學方法注重學生自主學習

美國高校在教學方法上更加注重學生的自主學習[5]。美國教師課堂上只選講教材上的內(nèi)容,跳躍性很大,一般講解重點和難點,而其余部分要求學生課后自主學習,否則上課是跟不上教師的進度的。而在中國課堂上,教師更加注重知識體系的系統(tǒng)性和全面性,一章一章地按先后順序搭建起整個知識框架,恨不得所有知識點都講到,所以中國的教師太累,學生很輕松,美國恰好相反。以電子信息工程專業(yè)實驗課程為例,實驗開始之前,美國教師一般只講10 min左右的理論知識,而且這些理論更貼近實際,與理論課不重復,互為補充。而實驗注意事項、操作步驟等統(tǒng)統(tǒng)不講,由學生在預習階段自行閱讀實驗指南,隨后教師可以離開實驗室,由一名實驗助理(research assistant,RA)負責和學生在實驗過程中的互動,包括解決實驗中出現(xiàn)的問題、答疑以及檢查實驗結(jié)果。實驗助理一般由優(yōu)秀的研究生擔任,既減輕了教師的負擔,也鍛煉了學生獨立思考和動手的能力。美國是一個非常善于管理和使用人才的國度,發(fā)揮研究生的作用使教師有更多時間和精力投入科研項目,值得借鑒[6]。

電子信息工程專業(yè)不僅需要學生掌握專業(yè)知識,而且能夠運用必要的工具進行系統(tǒng)設計、開發(fā)。為了提高學生的綜合能力,美國大學采用了豐富多彩的教學方法[7],旨在學生參與,自主學習。隨堂小測試、工程案例分析、小組討論、PPT演講,項目設計等都是經(jīng)常開展的教學活動。例如生物信號處理的課堂上,Gupta教授曾要求學生查閱當前最先進的醫(yī)學圖像處理技術(shù)方面的文獻,并3人一組,做一個PPT演講。這樣的教學活動培養(yǎng)了學生獲取、篩選、加工信息的能力和語言表達能力,團隊協(xié)作能力。結(jié)合實際應用也激發(fā)了學生的學習熱情。實驗課上給學生介紹該領(lǐng)域最前沿的網(wǎng)絡資源PhysioNet,里面有很多免費的數(shù)據(jù)庫和工具箱,更加形象直觀地展示了生物信號處理技術(shù)的實際應用過程,圖1所示為nstdb數(shù)據(jù)庫中通過參數(shù)設置獲得一個10 s的應激噪聲片斷。Gupta教授還為本科生提供了參加學術(shù)會議的機會,要求學生自行制作海報,并進行作品口頭介紹,不一定要發(fā)表論文,但一定要有自己的思想和見解,原創(chuàng)性強。而在中國,只有研究生才有這樣的機會。

圖1 PhysioNet主頁，nstdb數(shù)據(jù)庫中信號參數(shù)設置，該參數(shù)設置下的信號波形圖

3 教學資源配備良好

中美高校在教學的軟硬件配備方面存在一定的差距。以布里奇波特大學的通信實驗室和信號處理實驗室為例,工具箱和示波器都較中國的先進,臺式計算機型號都比較新,操作系統(tǒng)是Windows 10,各種軟件也是最新的正版軟件,部分實驗教學設施如圖2所示。電子類的設備更新較快,如果設備不能及時更新,會導致實驗設備利用率低,實驗效果不理想,從而影響教學效果和學生的學習興趣[7]。

美國高校非常重視教育信息化,學校建有供全校師生共同使用的網(wǎng)絡平臺,對于開放性實驗室的建設提供了必要的支持。圖書館、各部門的計算機及個人計算機上只需用戶輸入一個識別自己身份的賬號和密碼就可以登錄該網(wǎng)絡平臺,獲取自己所需的數(shù)據(jù)信息。不僅開放給本校的學生、教師,也開放給訪問學者等外來臨時人員,有效促進了校際和國際間的學術(shù)交流與合作。例如布里奇波特大學的CANVAS就是這樣的一種平臺,教師可以在上面發(fā)布作業(yè)、教學大綱、實驗指南,課后思考題、階段性的成績、PPT講義等材料。學生可以看到和下載這些材料,同時可以看到選了這門課其他學生的電子郵箱,可以和師生在線討論,也可以利用電子郵箱進行聯(lián)系。中國高校目前也有一些類似的網(wǎng)絡平臺,但是利用率不高,主要是學生人數(shù)眾多,而中國教師背負的教學科研任務繁重,在線回復不夠及時、互動的頻率不夠。由于一個個回復相同的問題太費時間,有些教師就干脆留到在課堂上統(tǒng)一講解,這就需要改進我們的網(wǎng)絡平臺,增設一些能夠提高效率,減輕教師負擔的功能。另外國內(nèi)這種網(wǎng)絡平臺的建設和使用由于資金問題和技術(shù)問題等尚未普及,需要進一步推廣實施[6]。

圖2 美國布里奇波特大學的部分實驗教學設施

4 考核體系注重能力和過程

電子信息工程專業(yè)的實驗考核在整個課程考核體系中占據(jù)重要的地位。美國高校對學生成績的考核非常靈活[8],教師有權(quán)力自行制定考核形式,但一定要在第一堂課就讓學生明確。例如生物信號處理課程的考核體系中,實驗占30%,PPT演講占20%,考試占30%,作業(yè)占20%,小測試(額外的獎勵分)占5%,數(shù)字信號處理課程的考核包括實驗30%,作業(yè)20%,項目10%,考試40%。實踐類成績均占據(jù)了總成績的60%～70%,由此可見,美國的考核體系重實驗、重能力。考試課程也同樣，即使期末考試得滿分,如果沒有其他平時成績,總成績也是不合格,說明考核體系十分注重學習過程。

中國高校考核體系普遍是平時成績+期末考試,平時成績最多只能占到30%,實驗是平時成績的一部分,所占比例就更小了,期末考試是重頭戲,這樣的考核方式仍然是重結(jié)果輕過程,重知識輕能力[3]。這種簡單的考核方式給教師的工作帶來了方便,卻體現(xiàn)不出培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新為指導的教學理念。

5 對電子信息專業(yè)實驗教學改革的建議

美國高校經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程,有些教學經(jīng)驗值得我們學習,但要實事求是,根據(jù)我國國情靈活借鑒,筆者現(xiàn)提出以下幾點建議[9]：

(1) 實驗教學的內(nèi)容要與時俱進,信息技術(shù)的發(fā)展日新月異,實驗器材和指導書要及時更新；

(2) 改變實驗課程講授方式,留給學生更多主動學習的機會,增強動手能力和獨立思考能力；

(3) 課程考核體系應重能力,重過程,實驗操作、PPT演講、小組討論、案例分析、文獻查閱等各種形式的考核都要歸入其中。考查學生的綜合能力,例如信息查詢能力、語言表達能力、獨立思考分析能力、小組協(xié)作能力、實際動手操作能力等,而不僅僅是知識點的記憶和理論上的空談。

6 結(jié)語

電子信息工程專業(yè)實驗教學對于培養(yǎng)大學生的實踐能力、創(chuàng)新能力具有非常重要的意義。美國布里奇波特大學在“學生為本、能力為魂,綜合開放、注重實效”的教學理念指導下,教學方法注重學生的參與和自主學習,考核體系注重能力和過程,給我們展示了一個成功的案例。經(jīng)過多年的高校教育改革,我國高校的實驗教學也取得了很大的進展,如何借鑒美國經(jīng)驗,立足中國國情,充分利用現(xiàn)有的資源,改進教學效果,提高學生的綜合能力和創(chuàng)新意識，是我們進一步需要研究的問題[10]。