基于卓越計劃的開放實驗教學體系的構建

陳春生，王一賓，胡浪濤

（安慶師范大學計算機與信息學院，安徽安慶246133）

國家從中長期教育改革和人才發展的戰略層面考慮，為培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才，提出了高校“卓越工程師教育培養計劃”[1]。“卓越工程師教育培養計劃”的人才培養目標是提高學生工程實踐創新能力[2]，促進工程教育人才的轉型升級，使中國工程教育人才更加適應經濟社會發展的需要，更加突出人才培養對增強國家綜合國力的重要性[3]。

1 開放實驗教學的內涵

開放實驗教學內容。以學生為主體的原則，實驗資源向學生全面開放[4]，學生作為實驗的主體，可以自主對實驗內容進行設計、掌控實驗過程、分析實驗結果。構建一個完善的開放實驗教學體系，其建設內容涵蓋了管理制度制定、開放式實驗項目、考核方法、評價指標的設計等，其核心是實驗課程結構的優化[5]。

實驗教學體系的側重關系轉變。根據“卓越工程師教育培養計劃”的要求，突出校內實驗和校外實踐相結合的實驗教學模式[6]。以“卓越工程師”為實驗教學培養目標促使實驗教學體系側重關系的轉變[7]。如圖1所示，實驗教學體系從基礎理論實踐驗證向綜合運用、創新實踐進行轉變。根據實驗目的與要求的不同，需要將原有的基礎實驗、技能實驗、綜合設計實驗、創新實驗4個層次的比重進行合理調整，在保持專業技能實驗（以培養動手操作能力為主）不減少的基礎上，適當減少以認知、驗證為主的基礎實驗，合理增加綜合設計和創新實驗，培養學生獨立思考、自主學習的能力，培養學生創新意識、探索精神。

圖1 實驗層次權重示意圖

2 構建開放實驗教學體系

雖然我院學生參加各類競賽大有斬獲，但學生的知識面和基本能力還有待加強，表現為基礎不扎實、創新能力不強、設計思想表達不明確等。為了響應“卓越工程師教育培養計劃”培養造就一批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才[8]，對開放實驗教學體系的構建進行了探討。

2.1 個性化實驗教學

改變以往人才培養方案中的“統一大綱、統一計劃、統一教材、統一考核”的四統一狀態，以保護差異和發展學生個性為主，強調個性化實驗教學，培養學生創新思維。

（1）開放實驗教學實行“三開放”制度。開放實驗時間、內容、元器件。學生可以根據自身時間安排實驗時間，除基礎實驗項目必須完成外，學生可自主選擇實驗項目、設計實現方案。在開放實驗過程中教師起指導作用，自主權充分掌握在學生手中，培養學生獨立思考的能力、釋放學生的個性特點。每學期開學實驗室將征集開放實驗項目，并對實驗項目進行匯總、審批、購買材料等工作。

（2）考核方式多樣化。根據不同的課程采用不同的考核方式，如“數字電子技術”“面向對象程序設計”等綜合型課程可采用分組的課程設計、小組答辯的形式進行考核。“單片機原理與應用”“嵌入式系統設計”等硬件實踐類課程可以采用設計作品、提交設計方案、演示答辯的模式。

同時學院已運行計算機基礎課上機考試系統，為計算機公共基礎提供實驗與考試平臺。學院正在搭建計算機類專業一體化支撐平臺，平臺上有各類開放課程模塊，每個模塊有豐富的實驗項目與題庫，教師與學生均可以手動添加實驗項目與試題，針對學生的考核試卷會隨機生成，達到考試試題的多樣化。

2.2 創新課程設計的教學方式

隨著學習的深入，課程層次的進階，根據不同層次的課程采用不同方式的課程設計。

（1）基礎類型的課程設計。此類課程主要針對低年級所學課程，比如編程類課程，這類課程設計要求學生設計一個小軟件，從需求分析開始到模塊框架的設計和代碼的編寫，學生需給出可行性設計報告，最終需要提交設計報告并參加小組討論。

（2）綜合型課程的課程設計。比如模擬電子線路、電工電路等課程，此類課程設計要求學生設計一個器件的功能模塊，首先需要設計出具體電路，然后根據電路準備芯片焊接成型，最后測試功能模塊的性能。這類課程設計要求學生現場展示并參加答辯提交設計報告。

（3）實踐型課程的課程設計。此類課程設計主要針對高年級的學生，學生必須完成實驗探究型的課程設計，該設計可以作為學生的畢業設計，學生有充足的時間構思、實驗、測試，要求學生設計出功能完整的作品并演示答辯提交設計報告。

3 開放實驗教學的實踐

3.1 項目式實驗教學

對設計性實驗實行項目式教學，以單片機電子計算器的設計為例，前期制定項目計劃說明書，主要包括以下幾個方面的內容。

（1）項目的總體目標是熟悉嵌入式軟件開發流程和學習企業開發規范并按照規范編寫代碼。具體目標：掌握軟件設計工具keil的安裝方法；編寫電子計算器軟件，并完成整體功能；根據設計需求，整理出系統框圖；掌握代碼編寫方法，學會調試代碼等。

（2）項目概述及時間安排，一般為一周時間，包括每天的教學內容和必須完成的實驗任務。學生根據所學內容自主完成軟件框架的構思和代碼的編寫，負責人每天進行進度檢查，并對每項任務的完成度進行打分。在明確的實驗任務和目標的壓力下，每個學生參與程度和積極性得到了大幅的提高。

（3）能力考核包括三個指標。項目理解能力：是否能正確理解項目所完成的功能，并認可項目功能；目標執行能力：按照既定的時間，按時完成項目，并保證功能正常；開發協調能力：在開發過程中，遇到問題，和周末資源的溝通協調能力，能很好地和項目組同事和諧高效地工作。

（4）項目輸出，主要包括源碼和使用說明文檔。項目驗收要求：有清晰完整的設計思路；有規范的軟件編碼；正確的實驗結果；熟練實驗編程軟件；以項目組為單位上臺講解并演示。

項目式實驗教學使學生親身實踐項目開發的流程，學生邊做邊學，學的快，進步快，這是對課堂教學的有效實踐，也是公司實習的提前預演。這種教學模式讓學生從枯燥的驗證性實驗中解脫出來，此類實驗展開以來受到學生一致好評。

3.2 自制實驗設備，促進競賽成果轉化

學生自制實驗設備一直是普通高等院校的短板，但是根據教學需求和現實情況，普通院校也可以研制實驗設備，學生在科技競賽中的成功作品可以固化為開放實驗中的實驗項目，既豐富了開放實驗項目，也有利于成果的轉化。同時在實驗設備的研制過程中，開拓了學生的思維，選拔優秀學生加入競賽團隊，充實隊伍力量，形成良性循環。以此作為開放實驗教學的補充，有利于提高學生的創新能力。

4 結束語

新工科實驗室的改革與創新應緊密圍繞“卓越工程師教育培養計劃”，改革實驗教學體系，這對于培養學生工程實踐能力和創新能力有著非常重要的作用，是高素質人才培養的有力保障和支撐，實驗教學應以培養大學生的“創新精神和實踐能力”作為教學主要任務。