電子信息專碩“綜合實驗環(huán)節(jié)”改革探索

武迎春 劉 麗 李素月 康 琳

太原科技大學(xué) 山西太原 030024

為培養(yǎng)經(jīng)濟社會發(fā)展急需的應(yīng)用型人才,我國2009年開始面向應(yīng)屆生招收“全日制專業(yè)型碩士”。電子信息專業(yè)作為IT行業(yè)人才培養(yǎng)的主干專業(yè),近年來在專業(yè)型碩士招生中呈穩(wěn)定增長趨勢?！熬C合實驗環(huán)節(jié)”作為電子信息專業(yè)型碩士必修實踐課程,對提高學(xué)生解決實際工程問題的能力、加強培養(yǎng)學(xué)生研究工程問題的意識具有重要意義[1-2]。當(dāng)前電子信息專業(yè)“綜合實驗環(huán)節(jié)”的開展大多基于學(xué)生選做固定實驗題目,根據(jù)實驗要求完成實驗系統(tǒng)搭建、軟硬件設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力與工程研究能力。然而,固定實驗題目的設(shè)置,不能有效結(jié)合每個學(xué)生的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu),也沒有充分綜合不同學(xué)生的研究方向,導(dǎo)致該環(huán)節(jié)在推進過程存在“三無”問題:(1)無趣,學(xué)生普遍認為實驗內(nèi)容設(shè)置枯燥,不足以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;(2)無效,該環(huán)節(jié)與后期導(dǎo)師分配的具體研究任務(wù)銜接性不強,對后期研究工作促進效果不明顯;(3)無用,該環(huán)節(jié)對后期學(xué)生就業(yè)方向引導(dǎo)性不強,對工作中實際工程問題的解決指導(dǎo)價值較小。

針對此種狀況,國內(nèi)各高校教師對實驗環(huán)節(jié)的實施方案進行了多方面的教學(xué)探索,王海等人通過精心組織教學(xué)環(huán)節(jié)、優(yōu)化考核機制等多項措施,來調(diào)動學(xué)生實驗過程中的自主學(xué)習(xí)意識[3];呂海霞等提出以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為驅(qū)動的“內(nèi)接專業(yè)、外接產(chǎn)業(yè)”的校企協(xié)同的實踐教學(xué)模式,實現(xiàn)了高校人才培養(yǎng)與社會人才需求的對接[4];李幼真等提出面向拔尖人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)改革方案,通過引入科研訓(xùn)練實驗項目、成立課外實驗探索小組,以及組織各類學(xué)科競賽等實驗教學(xué)改革措施,提高了實驗課程的趣味性和挑戰(zhàn)度[5]。然而,這些舉措大多針對本科生實驗教學(xué)的有效開展進行探索[6-7],較少針對“全日制專業(yè)型碩士”群體深入探究實驗內(nèi)容的設(shè)置,也沒有從應(yīng)用類創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標角度考慮實驗過程的控制?；诖?本文以應(yīng)用類創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標為導(dǎo)向,探索電子信息專業(yè)碩士“綜合實驗環(huán)節(jié)”教學(xué)改革實踐方案。

1 應(yīng)用類創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標下的綜合實驗環(huán)節(jié)改革

本文聚焦“綜合實驗環(huán)節(jié)”要求學(xué)生利用多門課程相關(guān)知識去分析問題和解決問題的特點,從實驗內(nèi)容更新、實驗過程強化、實驗考核優(yōu)化等幾個方面提出了具體的教學(xué)改革方案。課程的整體改進思路如下圖所示。

“綜合實驗環(huán)節(jié)”改革整體思路圖

1.1 以學(xué)生為主體的實驗內(nèi)容更新與實驗題目動態(tài)優(yōu)化

實驗“無趣”,實質(zhì)在于實驗內(nèi)容選取、實驗講解不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性;實驗“無效”,主要表現(xiàn)為實驗針對性不強,不能結(jié)合個體學(xué)生的研究方向“量身定制”,使其在后期學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中不能融會貫通;實驗“無用”,表現(xiàn)在實驗內(nèi)容不能圍繞電子信息領(lǐng)域主流技術(shù)展開,沒有充分結(jié)合歷年來畢業(yè)學(xué)生就業(yè)方向設(shè)置實驗題目?；谝陨戏治?實驗內(nèi)容設(shè)置應(yīng)結(jié)合電子信息領(lǐng)域?qū)W科前沿,并以學(xué)生實踐能力需求為基礎(chǔ),充分考慮學(xué)生的個人興趣、研究方向、就業(yè)方向動態(tài)優(yōu)化實驗題目。

基于以上教學(xué)改革思路,我們進行了教學(xué)實踐探索。例如研究生張同學(xué),其研究方向為三維成像,希望將來從事系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)工作,且個人對圖像獲取、處理有較高的熱情。結(jié)合實驗室硬件條件,為其選定題目為“基于三維成像的自動化碼垛系統(tǒng)設(shè)計”。以該題目為背景,實驗教師講解攝像機標定、三維面型重建、機械臂手眼標定等原理,作為后期系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)。在實驗內(nèi)容講解時,教師不僅僅局限講授實驗范圍內(nèi)的基本知識與基本技能,還應(yīng)將實驗內(nèi)容相關(guān)的前沿知識引入課堂,介紹與實驗內(nèi)容相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用實例,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 從“模塊化”到“系統(tǒng)化”的實驗過程強化

綜合實驗環(huán)節(jié)采用“模塊化”設(shè)計,先按照知識點將實踐環(huán)節(jié)涉及的內(nèi)容劃分為若干個模塊,針對每個學(xué)生選定的實驗題目,再將不同模塊按照一定的邏輯組合成一個系統(tǒng)?；?.1節(jié)舉例中張同學(xué)選定的實驗題目:“基于三維成像的自動化碼垛系統(tǒng)設(shè)計”,其涉及模塊為“目標識別”“攝像機標定”“深度獲取”“手眼標定”,學(xué)生通過學(xué)習(xí)模塊原理與功能,再將各模塊集成,以完成整體系統(tǒng)設(shè)計。在實驗過程中,張同學(xué)使用的模塊與其他同學(xué)存在一定交叉,可以充分培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)與團隊協(xié)作能力。

“模塊化”到“系統(tǒng)化”的實驗體系的搭建,后期將形成以下顯著優(yōu)勢:(1)通過具體實例完成基礎(chǔ)課程的綜合,促進學(xué)生專業(yè)知識體系構(gòu)建;(2)體現(xiàn)實驗題目設(shè)置的靈活性,模塊可以根據(jù)電子信息領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展不斷更新,體現(xiàn)專業(yè)前沿技術(shù),這樣可以有效促進實驗內(nèi)容的不斷更新;(3)加強學(xué)生內(nèi)部交流,不同學(xué)生不同題目,但采用的部分模塊相同,即可以加強團隊協(xié)作,又避免了實驗過程中的抄襲問題。(4)對個性化培養(yǎng)計劃的定制具有促進作用,幫助學(xué)生銜接后期研究任務(wù),同時為學(xué)生就業(yè)后解決實際工程問題提供指導(dǎo)。

1.3 以能力與素質(zhì)雙重提升為培養(yǎng)目標的課程思政引入

在研究生的培養(yǎng)過程中,專業(yè)實踐能力培養(yǎng)固然重要,但同時要注重思想道德品質(zhì)的培養(yǎng)。綜合實踐環(huán)節(jié)的課程思政引入相對容易,在實驗任務(wù)下發(fā)前,教師進行前沿技術(shù)介紹是課程思政最直接的切入點。任課老師應(yīng)廣泛搜集對應(yīng)實驗主題下我國取得的技術(shù)突破,針對具體實例引入愛國主義教育,并通過圖片、表格、視頻等多種形式輔助先進科技成果展示,讓學(xué)生在實驗過程中充分感受中國廣大科學(xué)研究工作者與工程技術(shù)人員的偉大之處。

1.4 以學(xué)生實踐能力提升為總指標的多樣化考核評價方式

目前,綜合實踐環(huán)節(jié)的考核評價結(jié)果由學(xué)生課堂表現(xiàn)及實驗報告成績組成,課堂表現(xiàn)根據(jù)學(xué)生課堂參與度、積極度及實驗知識問答組成,成績評價結(jié)果較為主觀,且實驗知識問答受題目難易程度的影響,不能給出公平評價。實驗報告千篇一律,不能體現(xiàn)學(xué)生動手能力與創(chuàng)新性。基于此,本課題擬以學(xué)生實踐能力提升為總指標,實施多樣化考核評價方式。具體舉措包括:(1)線上評價與線下評價相結(jié)合;(2)實驗前預(yù)習(xí)評價、實驗過程評價、實驗結(jié)果評價相結(jié)合;(3)答題、撰寫報告、編程操作、講解匯報能力評價相結(jié)合;(4)個人能力與團隊協(xié)作能力評價相結(jié)合。針對具體實驗,其評價方式如下表:

多樣化評價方式表

2 條件保障

“綜合實驗環(huán)節(jié)”教學(xué)改革的推行需要以學(xué)校各類實驗室、平臺為支撐。我校電子信息專業(yè)碩士在電子信息工程學(xué)院的招生方向為新一代電子信息技術(shù)與通信工程。初期,電子信息專業(yè)碩士“綜合實踐環(huán)節(jié)”主要在本學(xué)院數(shù)字信號處理實驗室開展,實驗室作為教學(xué)實驗室,主要承擔(dān)本科生、研究生的實驗任務(wù)。根據(jù)學(xué)生個體情況進行“量身定制”實驗題目后,為了充分利用學(xué)院現(xiàn)有實驗資源,實驗地點將拓展到學(xué)院各類科研實驗室(2D/3D實驗室、工業(yè)機器人實驗室、大數(shù)據(jù)實驗室等)。同時,需要充分利用學(xué)校建立的研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地、產(chǎn)學(xué)研合作基地、協(xié)同創(chuàng)新中心,為實驗的高效進行提供豐富的軟硬件資源。

3 教學(xué)改革中教師面臨的挑戰(zhàn)

基于本文提出的“綜合實驗環(huán)節(jié)”教改思路,在實踐中還存在諸多挑戰(zhàn)。第一,基于學(xué)生個人興趣、研究方向、就業(yè)方向、學(xué)科前沿為學(xué)生定制實驗題目,雖然可以極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,為學(xué)生后期進入研究課題、從事專業(yè)領(lǐng)域工作奠定良好基礎(chǔ),但增加了對任課教師綜合專業(yè)素質(zhì)的要求。任課老師需要學(xué)習(xí)了解本專業(yè)在培養(yǎng)目標定制時設(shè)定的學(xué)生研究方向,同時熟悉對應(yīng)研究下涵蓋的關(guān)鍵技術(shù),以便從專業(yè)角度宏觀把握學(xué)生實驗題目。第二,將實驗內(nèi)容對應(yīng)的核心技術(shù)進行“模塊化”,需要任課老師整理、定制、開發(fā)相應(yīng)的功能模塊。有些功能模塊可以直接下載開源代碼,有些功能模塊可以在實驗設(shè)備采購時定制,但對于一些特殊的功能模塊,需要專業(yè)教師進行開發(fā),這對教師的系統(tǒng)開發(fā)能力提出了更高的要求。同時,任課老師需要具備一定的工程實踐能力,能夠以應(yīng)用為需求,為學(xué)生開發(fā)實驗?zāi)K。第三,課程思政的引入需要以教師了解學(xué)科技術(shù)前沿,熟悉專業(yè)技術(shù)應(yīng)用案例,同時深入學(xué)習(xí)國家政策方針,才能有效培養(yǎng)學(xué)生的社會主義核心價值觀。第四,引入多樣化考核評價方式后,學(xué)生綜合能力的有效考核需要借助資深教師多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗,不能因為考核多樣化,嚴重增加學(xué)生的作業(yè)量。應(yīng)在達成考核評價目標的前提下盡量減少形式作業(yè),更側(cè)重于實驗過程中“學(xué)生完成+教師評價”同步進行。因此,任課教師需要多方面向具有教學(xué)改革經(jīng)驗的前輩請教,學(xué)習(xí)、總結(jié)、借鑒高效的考核評價方法,提高考核效率?？傊?教改過程中對任課教師專業(yè)知識、動手能力、綜合素質(zhì)有更高的要求,教師只有不斷學(xué)習(xí),努力提高自身綜合素養(yǎng),才能應(yīng)對教學(xué)改革過程中面臨的挑戰(zhàn)。

結(jié)語

以應(yīng)用類創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標為導(dǎo)向,研究了電子信息專業(yè)碩士“綜合實驗環(huán)節(jié)”教學(xué)改革方案。在實驗選題上,綜合考慮學(xué)生興趣、研究方向、就業(yè)方向,提出了以學(xué)生為主體的實驗內(nèi)容更新與實驗題目動態(tài)優(yōu)化方法。為了強化實驗過程,根據(jù)實驗內(nèi)容將知識點模塊化,采用從“模塊化”到“系統(tǒng)化”的實驗體系,加強學(xué)生對電子信息領(lǐng)域關(guān)鍵前沿技術(shù)的理解與應(yīng)用。實驗講解環(huán)節(jié)以前沿技術(shù)介紹作為課程思政切入點,培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感與國家榮譽感。在實驗效果評價上,建立以學(xué)生實踐能力提升為總指標的多樣化評價方式,完成實驗過程考核與結(jié)果考核。充分利用學(xué)校現(xiàn)有各類實驗與平臺,為教學(xué)改革順利推行提供良好實驗條件保障。最后分析了教學(xué)改革過程中面臨的挑戰(zhàn),教師只有不斷學(xué)習(xí),努力提高自身綜合素養(yǎng),才能應(yīng)對教學(xué)改革過程中出現(xiàn)的問題。