全開放條件下電子設計科創活動教學模式探索

張淑娟 田野 鄭翠娥 楊友福

摘 ?要：以培養學生自主規劃能力、管理協調能力、團結協作能力與科技創新能力為目標，對水聲工程專業創新類課程電子設計科創活動的實驗教學模式進行探索研究，主要涉及整合教學資源、創新教學方法、改革考核評價體系等幾個方面。實踐表明，針對該課程的全開放實驗教學模式是促進學生知識、能力、素質協調發展的有效教學模式。

關鍵詞：教學模式;全開放;協調發展

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）13-0030-04

Abstract： In order to cultivate students' ability of independent planning， management and coordination， unity and cooperation， and scientific and technological innovation， this paper explores the experimental teaching mode of the innovative course Innovation Activity of Electronic Design of underwater acoustic engineering， which mainly involves the integration of teaching resources， innovation of teaching methods， reform of assessment and evaluation system. Practice shows that the full open experimental teaching mode for this course is an effective teaching mode to promote the coordinated development of students' knowledge， ability and quality.

Keywords： teaching mode; full open; coordinated development

隨著院校教育改革的深入開展，人才培養由基于知識教學的模式向基于能力教學的模式轉變。實踐環節在高校教學改革中的地位與作用越來越重要，已成為培養學生自主學習能力、工程實踐能力和科技創新能力的重要教學手段，為此，國內外各大高校都在逐步加大實驗教學改革的力度[1-6]。

在諸多實踐教學改革中，開放實驗教學以其在培養學生綜合素質方面具備的獨特優勢，是目前研究的熱點[7-12]。目前，大多高校已實現了實驗室在時間和空間上的完全開放，即學生可以隨時在約定時間內進入各類實驗室開展實驗。但時間和空間開放只是開放實驗教學的初級階段和基本要求，教學內容、教學方法、教學手段以及觀念意識上的不斷開放與革新才是開放實驗教學進入更高級階段和達到最終目標的關鍵[13]，因此，更深層次的實驗室改革和開放尚待探索和實踐。

本文以水聲工程專業創新類課程電子設計科創活動為例，進行全開放教學模式研究探討，以期為水聲工程專業及其他相關專業創新類課程教學方案的設計和有效開展提供參考和借鑒。

一、實驗教學資源整合

依據原有實驗教學體系，我院實驗中心設有學生基礎教學實驗室和創新實驗室。基礎實驗室主要用于課內實驗的教學活動，創新實驗室用于學生開展科創活動，在建設之初，兩類實驗室的部分教學資源存在重復建設的問題。隨著教學改革的不斷深入，以全開放課程建設為牽引，統籌規劃兩類實驗教學實驗室，首先在實際工作中對硬件資源進行合理的調度和科學配置，對教學資源進行重組性利用，對不同層次、不同類型的實驗項目以及不同需求的學生給予不同實驗平臺的開放支持，將重復性教學資源拓展利用;其次，將現有基礎實驗室以及創新實驗室的教學過程進行信息化管理，為全開放課程提供時間和空間的合理支配，同時使兩個實驗中心的零散時間得到了更有效的利用。教學資源整合后，充分發揮了兩類實驗室各自的優勢，提高了實際工作的效率和質量。

二、教學方案設計

借鑒國內地方高校的先進做法，并結合學校、學院的實際情況，提出全開放條件下“3自主+1引導”的創新類實驗課程教學模式：即學生自主選題、自主方案設計、自主實驗以及各環節的教師引導，真正體現以學生為主體，讓學生自主開展實驗，教師在整個實驗過程主要發揮引導作用，啟發學生積極思考，與學生共同探討、解決實際問題，培養學生的自主學習能力和創新意識。

（一）自主選題

以學生為本，將實驗教學內容重組，達到學生個性化培養的目的。以學生的主觀能動性為導向，打破原有實驗教學固定的組織形式，將不同課程內容的知識點進行結合，并根據實驗室具備的硬件基礎條件及承擔的科研任務，充分考慮學生的個體差異，特別是學習基礎、個性特點和發展志向等方面的多樣性，為不同類型的學生量身定做“分類培養”的實踐教學方案。

電子設計科創活動課程以培養學生的實踐能力，運用所學知識分析問題、解決問題的能力為目標，教師指定一些綜合性、設計性實驗項目為備選題目，例如全國大學生電子設計競賽題目等，同時鼓勵學生根據自己的興趣愛好并結合學院科研項目、擬參加的各類專業競賽、國家級科研訓練項目等自擬題目。在這個過程中鼓勵學生查閱資料，既了解了學科發展前沿，也探知了先進領域，開闊了學生科技創新的思路。這種新的實驗選題方案由簡單到復雜，由基礎到提高，不同層次、不同模塊有機結合，學生可以根據自身條件單獨或組隊完成設計任務，同時也充分鍛煉了學生的項目規劃管理能力。2020年學生典型選題見表1。

（二）自主方案設計

以學生自主設計實驗方案為主，教師指導為輔，達到提高學生實驗規劃能力、整體協調能力的目的。方案設計包括項目指標分析、元器件選型、電路形式確定、實驗條件選取等多個方面，在這個過程中，學生個體需要查閱資料，又要學會與同學、教師交流協調，逐步開展工作并最終完成項目指標。自主設計是鍛煉學生分析問題、解決問題的過程，更是提高學生組織協調能力的重要環節。

方案設計過程中，指導教師全程參與，以設計思路引導為主，尊重學生個體自主性和思維獨特性的發揮，以項目開題答辯的形式檢驗學生自行設計的可行性，同時進行問題指導，注重學生的切身體驗和能力提升，注重學生運用課程知識解決實際問題的能力、獨立思考和判斷的能力、合作性學習和溝通能力的培養。

（三）自主實驗過程

以學生為主體進行實驗過程操作，教師提供所需實驗條件、注意事項以及安全教育，達到提高學生組織協調、動手實踐、靈活應對突發情況等能力培養的目的。

實驗之前，結合實驗項目需要，挑選國內優質MOOC資源進行推送，主要包括：模擬電路、數字電路、可編程原理及器件、水聲學、通信原理等課程。下發實驗指導書，明確實驗內容及要求，安排學生3～5人一組，分解實驗內容，查閱單片機、換能器、模數電路等相關知識，設計試驗方案，確定元器件選型。學生也可以參觀學習教師的科研課題實驗過程，然后結合本組的設計任務，將課題中涉及的實驗內容及方法拆分成幾個小實驗。

實驗之中，根據學生分工，有針對性地對單片機、數模電路、換能器技術、通信原理等進行復習和開展專題討論。簡要講述Altium Ddsigner、Multisim、Keil等軟件的使用，指導學生進行電路原理仿真，PCB板設計，講述元器件引腳辨識、電路焊接技巧。引導學生構建實驗環境、規范實驗操作，要求實驗過程中做好實驗記錄并及時分析實驗數據，與理論仿真計算結果進行對比分析，驗證實驗方案的可行性。

自主實驗過程不僅使得學生的基本實驗技能得到了鍛煉，其學習積極性和科研能力也得到了明顯的提升。同時在課程結束之后，根據學生意愿，組織與科研實驗室對接，讓學生在本科階段參與科學研究，提高其動手能力和科研素養。對于某些優秀課程作品，指導優化系統設計結構及外部組裝，拓展部分功能，組織學生參加各類雙創比賽。

三、考核評價方式改革

傳統專業實驗課的考核方式主要集中在課堂表現以及實驗報告兩個方面，對于實驗報告，學生基本上能夠按照參考書上規范的實驗步驟依次從實驗目的、實驗器材、實驗步驟、結果分析等幾方面撰寫報告，導致所有的實驗報告都具有高度相似的結構框架，極大限制了學生實驗思路的充分發揮和實驗目標的多樣性，無法全面、充分地反映各種實驗方案的特點與設計目的，最終制約了學生創新意識和創新能動性的充分發揮[14]。因此，教師無法從單一的實驗報告中判別該實驗項目的完成度、準確性，無法給出合理的評判，更無法對學生的能力進行客觀評定。

全開放類實驗課程主要考核學生綜合掌握學科知識后解決具體問題的能力、獨立思考和判斷的能力、合作性學習與溝通等幾個方面的能力，基于上述考核目標，并結合課程具體實施方式，提出“2+3+5”式考核模式，即開題占20%，中期占30%，結題占50%，具體分數占比見表2。

最后根據成果形式，進行相應的成果展示，展示作品評價優秀的小組可以獲得附加分數。在各個考核過程中，結合培養目標制定若干具體評價指標和分數，除常規的資料查閱、協調溝通、具體方案設計對比、實驗前準備、實驗中操作、實驗記錄、數據處理、實驗結果討論與分析等部分，還包括學生自我評價和同組學生間互評環節。學生自我評價是學生個人對自己整個學習過程的評價，包括學習態度、知識掌握程度和項目結果滿意程度;組內互評是小組內同學相互評分，學生對組內其他同學的表現給予合理評價，包括項目投入度、合作態度、知識掌握等。最后教師匯總形成實驗總成績。

四、新模式的實施情況和成效

目前，電子設計科創活動課程為我院2014版教學大綱中新增的創新類選修課程，開課學期為本科生的第4、5學期，授課模式根據學生實際情況進行逐年改革，學生選課的積極性也在逐年增加。學生經過課程中的系統性訓練，參加專業相關競賽的種類和數量逐年增加，參與度逐年提高，獲獎率也較開課之前有所變化。對2016-2020年參加過該課程的學生進行參加比賽種類和獲獎率進行統計分析，具體情況見表3。

其中，2016年及以前，學院學生主要參加比賽種類為全國大學生電子設計競賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、數學建模大賽等三大賽事;2017年2人參加了“藍橋杯”大賽并獲獎;2018年6人分兩組參加了第四屆“互聯網+”創新創業大賽全國總決賽榮獲金獎1項，銅獎1項，9人分3組結合課程所學知識點設計出作品“冰層測厚儀”“野外搜救系統”“水下便攜對講機”，參加了第六屆全國“TRIZ”杯大學生創新方法大賽，榮獲省級二等獎2項，三等獎1項;2019年曾選修過本課程的6名學生組2隊參加了中國研究生電子設計競賽并獲得東北賽區一等獎;2020年度，選修課學生除參加上述比賽項目外，5人組隊設計制作“無纜航行器”參加了2020全國海洋智能裝備創新大賽第九屆全國海洋航行器設計與制作大賽暨2020海洋裝備創新賽，并榮獲國家級特等獎1項。選課學生除參賽率、獲獎率提高外，申請國家級大學生創新創業訓練計劃項目和校級科研訓練項目的人數也有所變化，2016年僅2組學生（6人）申請了國家級科研訓練項目但沒有獲批，2020年12組學生（36人）申請了國家級大學生創新創業訓練計劃項目;2021年18組學生（54人）申請了國家級大學生創新創業訓練計劃項目。以上數據說明，學生經過自主系統設計制作訓練以后，在創新能力、協調能力、應對突發情況能力等方面都有所提升。

五、結束語

以水聲工程專業創新類課程電子設計科創活動為例，對如何構建課程教學內容和考核方式進行了探討與實踐，通過教學效果調查，學生認可度較高，很多教學成果已成為了學生申報校級乃至國家級創新創業類項目的素材。實踐表明：該課程的實驗教學改革突破了傳統實驗的限制，是促進學生知識、能力、素質協調發展的有效教學模式，也是新型教學方法研究與人才培養緊密結合的一次大膽嘗試，以期為以學生為本、綜合能力培養為目標的專業創新類課程教學體系科學構建提供參考。

參考文獻：

[1]汪紅，劉科，唐菀.開放融合式實驗教學方法初探[J].高教學刊，2020（1）：119-121.

[2]俞彥勤.保障理工類本科實驗教學質量的幾個重要環節[J].高教學刊，2019（16）：66-68.

[3]呂淑平，趙玉新，王顯峰，等.“雙一流”背景下高校實驗室建設[J].實驗室研究與探索，2018，37（12）：245-248.

[4]郭艷婕，王詩彬，楊立娟，等.機械工程控制基礎的多層次實驗教學體系改革[J].實驗室研究與探索，2020，39（7）：197-202.

[5]趙小明，劉寶，姜飛，等.“新工科”背景下大學生創新實驗室軟環境建設[J].實驗技術與管理，2020，37（2）：240-244.

[6]胡蔓，朱德建，冉棟剛.面向創新人才培養的高校實驗室建設改革[J].實驗技術與管理，2019，36（4）：9-12.

[7]袁金鳳.基于開放式實驗教學模式的改革研究[J].教育教學論壇，2017（42）：259-260.

[8]盧孔寶.以省級實驗教學示范中心為依托的開放管理模式探索[J].實驗室研究與探索，2020，39（11）：160-162+237.

[9]劉高君，鄭舸.機械類開放實驗室信息管理系統應用研究[J].實驗技術與管理，2020，37（7）：254-256.

[10]康海燕，馮曉麗，蔡覺平.加大實驗室開放舉措培養創新創業型人才[J].實驗室研究與探索，2019，38（12）：149-151+168.

[11]盧孔寶.以創新人才培養為核心的實驗室開放模式研究與探索[J].實驗技術與管理，2020，37（1）：257-259.

[12]唐波，黃力，袁發庭，等.新工科建設下的專業課程實驗教學模式改革[J].實驗技術與管理，2019，36（5）：235-238.

[13]楊云濤，關貞珍.全開放條件下“3自”模式實驗教學改革探索[J].黑龍江教育，2020（11）：42-44.

[14]唐朝暉，劉木根.多維度綜合開放實驗教學考核體系[J].實驗技術與管理，2020，37（3）：171-174.