適應新工科發展的電子技術實驗教學改革研究

謝洪途 梁康 姜新橋 陳凱鵬 王國倩

摘? 要：為了適應新工科發展的高素質工程科技人才培養要求，學院電子信息類專業在統籌專業建設發展的基礎上，通過開展電子技術實驗教學改革，以探索新工科發展下學生主動學習能力和實踐創新能力的培養，為培養高水平的工程科技人才提供支撐。文章從實驗教學體系、教學內容、教學手段、教學過程、教學考核和師資建設等方面對電子技術實驗教學進行探索與改革，提出了適應新工科發展的電子技術實驗課程建設的新思路，進一步提升了實驗教學的質量與效果，提高了學生解決實際工程問題、團隊協作、技術交流和自主創新等能力，探索了基于新工科理念深化工科實驗教學改革的新路徑。

關鍵詞：電子技術實驗;新工科;教學改革;工程人才培養;實踐創新能力

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）35-0116-04

Abstract： To meet the training requirements of the high-quality engineering talents for the development of the Emerging Engineering， based on the overall planning and development of the professional construction and development， the teaching reforms of the electronic technology experiment is carried out， and explores the active learning of the college's electronic information majors， under the development of the Emerging Engineering. The cultivation of ability and practical innovation ability provides support for cultivating the high-level engineering and scientific talents. This paper explores and reforms the electronic technology experimental teaching from the aspects of the experimental teaching system， teaching content， teaching methods， teaching process， teaching assessment and teacher construction， and proposes new ideas for the construction of electronic technology experimental courses adapted to the development of the Emerging Engineering. In order to improve the quality and effect of the experimental teaching， students' ability to solve practical engineering problems， teamwork， technical communication and independent innovation， it explores a new way of deep chemical engineering experimental teaching reform based on the concept of the Emerging Engineering.

Keywords： electronic technology experiment; Emerging Engineering; teaching reform; engineering talent training; practical innovation ability

近年來，國內外新一輪的科技革命促進全球新經濟蓬勃發展，從而對高等工程教育發展和工程科技人才培養提出了新的要求[1]。因此，深化高等工程教育改革，建設高等工程教育強國，對支撐和服務我國經濟轉型升級具有重要的現實意義[2]。由于傳統工科教育難以滿足新經濟發展對工程科技人才的需要，教育部門開始大力發展和探索新工科建設， 從“復旦共識”[3]到“天大行動”[4]，再到“北京指南”[5]，為新形勢下高等工程教育指明了改革方向和行動路線。《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》中提出“五新”，即樹立工程教育的新理念、構建學科專業的新結構、探索人才培養的新模式、建立分類發展的新體系，打造教育教學的新質量[2]。新工科創新理念的提出，為工科專業的發展及課程改革提出了新的方向和契機，也對高等工程教育和工程科技人才培養提出了更高的要求，要求工科專業教學重視培養具備良好基礎科學素養和工程創新精神、實驗基礎扎實、綜合實驗素質高，能夠從事基礎和應用研究的高素質人才[2-6]。

為了適應新工科發展的高素質工程科技人才培養要求，學院電子信息類專業在統籌專業建設發展的基礎上，通過開展電子技術實驗的教學改革，以探索新工科發展下學生主動學習能力和實踐創新能力的培養，為培養高水平的工程科技人才提供支撐[7-8]。

一、必要性

實驗課程教學是學校實施高等工程教育、培養學生實踐創新能力的重要途徑。因此，用于開展實驗課程教學的實驗室是教學改革的重要內容，能夠為學生提供良好的實驗場所和實驗條件。根據實施高等工程教育、培養創新工程科技人才的要求，需要進一步重視實驗教學，加強實踐環節，重點培養學生的動手操作能力[7，9]。開展電子技術實驗教學，能夠使所學理論知識獲得實驗驗證，讓學生在實驗中發現問題，然后利用理論知識分析和解決問題，達到鞏固理論知識的目的，從而培養學生的電子技術基本實踐技能。目前，電子技術實驗教學主要存在以下問題。

（一）有限的實驗時間

每次的實驗教學時間比較有限（一般2學時），如果實驗內容較多或者較難，有時很難在有限時間內完成。因此，需要選取較容易的實驗或者簡化的實驗，不過這樣就難以讓學生對知識進行全面的掌握。

（二）實驗主要為驗證性的

開展的實驗主要為驗證性的，其中實驗內容與步驟等是基本確定的，從而缺少自主設計的環節。因此，驗證性實驗雖然能讓學生容易掌握所學理論知識，但是難以培養學生發現、分析和解決問題的能力。

（三）實驗內容缺乏創新性

電子技術實驗教學一般是以電子技術理論課程為基礎的，由理論課老師選定相應的實驗內容，從而導致實驗內容的創新性不強，難以發揮主觀能動性。

（四）實驗場地和條件各異

不同高校對實驗教學建設的投入力度不同，導致實驗場地和條件的差異較大。如果實驗場地和條件不夠完善，而開展實驗教學的學生較多，就難以開展單人單組的實驗，只能多人一組開展實驗，從而難以培養學生的獨立思考和動手實踐能力。

（五）開放性實驗教學較少

雖然教育部強調積極開展開放性實驗教學，但是只有少數實力強的高校建設了開放性實驗，能夠開展開放性實驗教學任務。大部分高校由于各種原因難以真正落實開放性實驗教學任務，從而難以培養學生的創新能力和實踐能力[10]。

為了適應新工科對高等工程教育發展和工程科技人才培養的要求，需要加強理論教學與實踐教學的結合，從而發揮學生的主觀能動性，培養學生的實踐能力和創新精神。電子技術課程是新工科的專業基礎課程，能為后續的專業課程打下堅實的理論和實踐基礎，因此有必要大力開展適應新工科發展的電子技術實驗教學改革研究。

二、改革措施

在分析現有電子技術實驗教學問題的基礎上，根據新工科發展對實驗教學的新要求，開展電子技術實驗教學改革研究，從而通過實驗教學改革培養適應新工科發展的高質量工程技術人才。教學改革內容主要包括：重建實驗教學體系、更新實驗教學內容、改革實驗教學手段、創新組織實驗教學過程、建立多元化實驗考核方式和優化實驗教師知識結構。

（一）重建實驗教學體系

重建實驗教學體系是開展電子技術實驗教學改革的首要任務。電子技術實驗內容可以設置為四個層次，即基礎技能層、綜合設計層、創新實踐層和科技研究層。基礎技能層實驗主要用于對學生電子技術基本知識和技能的培養，比如儀器使用實驗、儀表操作實驗等。綜合設計層實驗主要用于對學生電子技術綜合與設計能力的培養，比如單管放大電路設計實驗、組合邏輯電路設計實驗、功率放大器設計實驗等。創新實踐層實驗主要用于對學生電子技術創新與實踐能力的培養，比如數字電子鐘實驗、競賽搶答器實驗、信號發射器實驗等。創新實踐層實驗是在綜合設計層實驗的基礎上，進一步對學生綜合應用能力和創新能力的培養，從而為從事工程項目研究奠定實踐基礎。科技研究層實驗主要用于對學生工程實踐能力和研究能力的培養，如科研項目、學科競賽和畢業設計等，從而使感興趣的學生有機會加入科研團隊開展科學研究。通過優化整合電子技術實驗教學，構建層次分明的實驗課程模塊，從而形成系統的、綜合的、層次的和模塊化的電子技術實驗教學體系。

（二）更新實驗教學內容

目前，主要開展驗證性和仿真性的實驗，缺乏開放性和創新性實驗，因此教學內容相對單一。此外，忽視交叉課程之間實驗教學的開設，忽視科研項目和學科競賽等相關實驗教學的開展，因此難以提高學生的工程創新和實踐動手能力，不能滿足新工科發展對高質量工程技術人才培養的要求。

選擇實驗教學內容時，要注重實踐性、前沿性和工程性的結合。電子技術實驗教學內容要滿足時代發展的需要、學科發展的需要和人才培養的需要，從而達到適應新工科發展的客觀要求。滿足新經濟和新工科對創新科技人才的需求，滿足新產業和新經濟對高素質復合人才的需求，從而推動時代的發展。滿足電子技術新應用對電子技術的需求，滿足電子新技術發展對專業技術人才的需求，從而促進學科的發展。滿足人才培養對個性和多樣化實驗教學手段的需求，滿足學科發展對實驗教學內容與手段創新的需求，從而實現人才的培養[9]。因此，可以考慮從以下幾個方面進行改進。

1. 先進前沿技術進入實驗教學

在教學過程中，老師應當掌握電子技術的發展現狀和技術前沿，將先進前沿技術引入實驗教學，讓學生及時跟蹤電子技術的最新動態和發展趨勢。因此，在教學過程中積極介紹現代電子技術的地位和優勢，在學習和了解電子技術新技術的基礎上，進一步發揮學生的主觀能動性，從而培養學生的電子技術設計和實踐動手能力。

2. 科研學術成果進入實驗教學

高等院校老師基本都主持或承擔科研項目，從事相關科研學術研究，將科研學術成果引入實驗教學課程，可以提煉出與電子技術相關的實驗教學內容。因此，將科研學術成果融入實驗教學，能夠加深對理論知識的分析和理解，從而實現實驗和理論的完美結合，進一步培養學生的綜合分析能力和電子設計能力。

3. 積極開展產學研合作新模式

新工科培養的學生主要是滿足企業單位對高質量工程科技人才的需求，與企業單位開展產學研合作新模式，能夠為學生提供合適的科學技術研究和工程項目研發的機會和場所，從而培養學生應用理論知識的能力，加強學生科研攻關、團隊協作、管理服務等能力。通過開展產學研合作新模式，使得培養的學生更加滿足企業單位對工程實踐能力的需求。

（三）改革實驗教學手段

“天大行動”之四，要“問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段”[4]。因此，實驗教學要以學生為中心，根據學生的興趣來改革教學手段和方法，增強學生的自主選擇性，發揮學生的主觀能動性，激發學生動手實踐的激情，從而達到培養學生良好的興趣愛好和較強的實踐能力。

因此，根據授課對象和教學內容的特點，可以采用多元化的實驗教學手段和方法，以適應新工科發展的需要。（1）借助現代化教學技術和虛擬仿真手段，利用網絡共享資源（如慕課、微課、視頻課和直播課等），建設電子技術綜合實驗室、電子技術創新實踐實驗室、虛擬仿真實驗室、智能共享實驗室等，將虛擬仿真實驗和現場實踐實驗相結合，從而調動學生的積極性、提高實驗教學的效果。（2）利用多媒體新技術，講師和演示實驗教學內容，通過靈活多樣的動畫視頻，可增加教學內容的趣味性而達到良好的教學效果。（3）利用線上網絡直播進行實驗課程教學，能夠形象生動地與學生進行互動和交流，增強學生的學習興趣，提高教學的效果。（4）建立師生交流群，與學生交流討論實驗中遇到的問題，鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，達到密切關注其學習動態的目的。（5）針對大型綜合類實驗教學，通過引入科研項目、學科競賽等方式，培養學生科學研究的創新思維，提高獨立思考和科研攻關的能力。

（四）創新組織實驗教學過程

根據新工科發展的創新理念，實驗教學過程需要從知識傳授轉變為問題解決與能力培養。實驗開始前，讓學生提前預習實驗內容，根據實驗目的和要求查詢相關資料，以小組或團隊自主設計實驗方案，進行討論交流并修改確定方案。實驗過程中，要求學生根據實驗電路的功能，主連接元器件和搭建電路。對實驗中出現的電路故障或測量問題，在保證安全的情況下讓學生自己尋找原因和排除故障，從而培養發現問題、分析問題和解決問題的能力，提高學生的創新實踐能力。實驗結束后，讓學生針對本次實驗方案設計、實驗操作過程、實驗測量結果進行總結和分析[7]。

此外，針對大型綜合類實驗教學，以小組或團隊自主設計實驗方案、搭建實驗電路、開展實驗測量、進行實驗結果分析等，通過討論、提問、交流等方式，培養學生的實踐創新能力和團隊協作能力[7]。具體實驗過程包含確定實驗任務、設計實驗方案、搭建實驗電路、調試實驗電路、分析實驗結果和撰寫實驗報告等。

（五）建立多元化實驗考核方式

目前，電子技術實驗課程考核與對應理論課考核是分開的，考核成績主要以實驗報告、出勤率等為基礎，因此考核標準不高，教學評價形式化，難以體現學生的實驗水平和實踐動手能力，因此無法準確全面考評學生的工程素質和實踐能力。

為了全面考評學生的工程素質和實踐能力，需要建立多元化的實驗考核方式，主要包括任務解析、方案設計、操作過程、故障分析、故障排除、結果分析、報告撰寫、課堂表現、團隊協作、創新實踐等[7]。多元化考核貫穿整個實驗考核全過程（考核前、考核中和考核后），能夠發揮學生的主觀能動性，激發學生參與實驗的興趣，從而促進實驗教學改革。考核前，學生需要根據實驗任務和要求，收集相關資料，復習基本電路，實驗方案設計和實驗仿真。考核中，根據實驗方案和仿真，進行PCB制作、電路搭建、運行調試、故障分析排除、結果觀測分析。考核后，根據實驗過程和結果，撰寫實驗報告、討論實驗結果、制作實驗PPT、開展實驗匯報。通過全面考核學生的實驗全部過程，準確評價學生的工程素質和實踐能力。

此外，開展實行雙向考核機制，除了對學生的學習情況進行考核，還要對老師的教學情況進行考核。既能發揮學生主觀能動性，激發學生的積極性和興趣，還能促進老師對教學方法手段進行改進完善，進一步提高實驗課程的教學效果。

（六）優化實驗教師知識結構

一般情況下，理論課程老師直接承擔相應的實驗課程教學，或者由新入職的年輕老師承擔實驗課程教學，可能由于老師缺乏專門的實驗課程教學培訓，甚至沒有科學研究和工程實踐經歷，導致達不到實驗課程教學的要求。此外，一般由老師自己確定教學任務、實驗內容和實驗要求等，可能導致流于形式主義，缺乏開放性創新性的實驗項目[7]。

為了提高實驗課程的教學質量和效果，需要擁有實際工程經歷的專職實驗教師，或者需要對實驗教師進行專門的崗前培訓，使實驗教師具備良好的工程實踐能力和較高的工程素養。實驗課程教師還要積極從事科學研究和工程項目，將科研成果引入實驗課程，從而培養學生的創新能力、工程意識和實踐能力。此外，實驗教學教師要加強與理論教學教師的相互溝通交流，注重工程實踐與理論知識的結合，從而建設高質量高素質的電子技術課程教學師資隊伍。

三、結束語

基于新工科的創新理念，高等學校應該在實驗教學中培養綜合專業素質和訓練工程實踐能力，從而進一步提高高等工程教育的質量和效果。

本文開展適應新工科發展的電子技術實驗教學改革研究，主動對標新工科建設目標，從重建實驗教學體系、更新實驗教學內容、改革實驗教學手段、創新組織實驗教學過程、建立多元化實驗考核方式和優化實驗教師知識結構等方面進行初步探討，并提出相應的改革舉措，獲得較好的教學改革效果。學生能夠發揮主觀能動性，增強自學新知識能力，提高創新能力和工程實踐能力。老師積極開展教學研究，完善實驗教學方式和手段，提高實驗課程教學質量和效果。因此，開展適應新工科發展的電子技術實驗教學改革，能夠積極實現高素質高水平工程科技人才培養的目標。

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