信息类课程实验平台建设的研究与实践

宋建华，朱勇，王晓飞

摘 要：信息类课程是电子通信类专业重要的基础课程。为提高该系列课程对学生实践和创新能力的培养，实现有特色、高素质的工程技术人才培养目标，黑龙江大学电子工程学院构建了一个信息类课程综合实验平台，建立三个层次实践教学体系，实行开放实践教学模式，对培养学生的实践能力、创新思维和科研能力进行了有益尝试和探索。

关键词：信息类课程；实验平台；创新能力

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）08-0038-02

一、建设信息类课程实验平台的必要性

培养具备创新精神和实践能力的合格大学生是高校的使命，也是一件十分复杂的系统工程。为了完成这一历史重任，需要高校从人才培养战略规划、教育思想和教育观念、人才观、教学观、人才培养模式、教育资源配置与合格师资培养等多个方面同时进行改革[1]。

实验室是高校教学、科研的主要基地。很长时间以来，实验室往往是按课程设置的，依附于某个专业或教研室，实验教学仅仅从属于理论教学，机械地验证理论的正确性，使培养出来的学生虽然具有一定的基本素质，但实际动手能力较弱又缺乏创新精神，分析问题和解决问题的能力不尽如人意。信息类课程包括信号与系统、数字信号处理、随机信号处理、数字图像处理和DSP原理及应用等课程，是通信工程及相关专业理论基础课的核心，掌握信号分析和处理的方法、信号处理器的设计及应用是非常重要的。黑龙江大学通信工程系结合实际情况和专业特点，按照教学改革和培养创新人才的需要，对信息类课程实践教学体系进行了改革，包括实验课程体系的构建、实践内容的整体优化及学生工程应用能力的培养等，建设课程体系实验综合平台，以求达到增强学生实践动手能力，培养学生创新意识的目的[2]。

二、建设信息类课程实验平台的意义

（一）有利于相关课程的优化融合

信息类系列课程之间关系密切，在充分区分各门课程差异的基础上，找到信息类课程之间彼此内在的联系，妥善地进行课程内容的划分与衔接、教学内容的主次安排及增删、实验课程的设置和实践环节的统筹等。经过课程内容的优化、融合，打破信号与系统、数字信号处理、数字图像处理、随机信号处理及DSP原理及应用等课程的实验内容长期以来各自为政的局面，形成在信息类课程大概念下的教学模式[3]。

（二）有助于理论课的学习和理解

信息类相关课程有一个共性的特点是，课程内容抽象，很多重要公式、定理和性质所涉及的数学知识比较多，由于内容抽象深奥，易使学生在这类课程学习中陷入厌学甚至不学的恶性循环。同时，基础教学设备投入不足，实践教学内容侧重理论，疏于实践，验证性实验较多，设计性、综合性实验偏少，致使学生发现问题和解决问题的能力偏低。信息类综合实验平台的建设，有助于帮助学生从抽象、刻板的公式中走出来，使学生能够全新地去理解和认识信号的综合处理过程。同时，也有助于利用有限的实验经费，去提高实验室的综合效益，实验室集中管理的优越性已显现出来[4]。

（三）有利于合理配置资源

随着科学技术的不断进步，信息类系列课程之间的渗透和交叉越来越密切，使得原有的以专业或教研室为基础的实验室分配体制已不能适应时代发展，存在以下诸多问题。

一是信息类各门课程的实验室层次低并且重复建设情况比较严重，同时占用的实验室房间也较多，仪器设备的重复购置率高，这样造成了投资分散，无法集中有限的经费去改善实验教学条件，影响了实验室的健康发展。二是实验室大多没有专门的责任人，多数由理论课授课教师兼职管理，这样造成责任不够清晰，管理不规范，导致仪器设备损坏现象比较严重。三是仪器设备和房屋的利用率较低，实验室只有在理论课上课的学期才进行实验，一般也就一两个月的使用期，每年大多数时间处于闲置状态。因此，合理配置实验教学仪器、实验室房间，科学调度安排实验工作人员已是当务之急，构建信息类课程实验平台就是进行这一改革的有益尝试[5]。

（四）有利于学生创新能力素质的培养

信息类课程实验平台的整合可以充分保证该体系课程实验教学的完整性和实践性，进一步帮助学生对课堂讲授理论知识消化理解，反过来，也有利于利用理论知识去分析和解决遇到的一些现实问题，增强他们的实际动手能力。实验教学中除了对信息类课程的相关知识进行实践外，更重要的是向学生传授通信电子类学科的学习方法和思维方式，培养他们的兴趣爱好，激发他们对追求先进科学知识的渴望。同时，该平台给予学生一个“自作主张”的机会，有什么好的想法和创意都可以来尝试。各种激励方式，目的都是为了给学生创建一个个性化的平台，充分发挥他们的聪明才智，不断培养他们的实际动手能力，提高其综合竞争力，成为既有扎实的理论基础又有较强动手能力的“创新型”人才。

三、构建信息类课程实验平台的有效路径

（一）优化实验教学环境

对信息类系列课程内的原有实验室进行整合，坚持综合性、系统性和共享性原则。对过时陈旧跟不上技术发展的仪器设备一律淘汰，集中资金更新一批理念先进、性能优良的设备，并对所有实验室设备按照功能、种类和用途进行分类编码，建立设备文件档案和计算机数据库，调配使用统一由课程组实验室主任安排，做到集中管理、统筹规划。通过更新房间和人员职能，每一个实验室房间都有专人管理，每一个实验室工作人员也尽可能做到人尽其用，从整体上提高了实验设备和实验房间的利用率，实验教学环境有了明显的改观。在信息类课程综合实验室的大平台下，实验室等级和实验教学的层次也得到了提升，有力地推动了综合性和设计性实验的开出以及开放式实验教学的实施。

（二）改革实验教学体系并整合实验教学内容

信息类系列课程实现了从连续信号与系统分析到离散信号与系统分析，从确定信号分析到随机信号分析的跨越，从一维分析到二维分析的过渡，从理论及算法分析到硬件平台实现的学用结合，最后通过综合课程设计实现对整个信息类课程内容的综合应用。多年以来，黑龙江大学电子工程学院电子信息工程、通信工程及电子信息科学与技术等专业都给予这些课程高度重视，但也存在门数多、学时多、相互之间重复交叉、实践教学薄弱等问题。为此，在重新修订实验教学计划和教学大纲时，对目前的信息类五门课程的实验教学体系进行了改革，对其教学内容也进行了整合与优化。以资源开放共享为基础，遵循“整合优化、集成系统”的原则，构建递进式、层次化、模块化的实验教学体系。特别强调将数学工具MATLAB引入到这些课程的教学与实验中，开发了基于MATLAB的综合实验环节，该环节对学生学好信息类课程具有很好的辅助作用，一些实验通过MATLAB实现具有很强的直观性和实时性，而且在实验过程中，学生可自行修改参数并可独立对系统进行设计，这有力地提高了他们的动手热情，调动起他们的学习积极性 [6-7]。

（三）建立三层次实践教学体系

依据通信电子类人才培养目标的要求和特点，建立由基础型、提高型和创新研究型实验三个层次组成的多层次实验教学体系。

1.基础型实验。实验内容主要是对理论课上讲授的重点和难点内容进行验证和演示，学生可根据实验指导书的要求，在教师的指导下按照既定的方法来完成，是培养学生的动手能力和设计能力的基础。这类主要包括演示性和验证性等一些比较简单和并不十分复杂的实验，该类实验与理论课一一对应，紧密结合，是理论课程的有益补充 [8]。

2.提高型实验。主要是综合性和设计性实验。该类实验以信息类课程为基础，有明确的实验指标要求，要求学生能综合利用几门课程知识来解决一些实际问题。提高型实验除了要求学生具有较高的实践动手和编程能力外，还要求他们运用多元思维方式、多种实验方法以及不同的手段去分析问题和解决问题。

3.创新研究型实验。主要通过学生对实验的探索，加强自身的研究性学习，培养创新实践能力和科学研究能力。该类型实验学生可根据自己的学习特长，针对某一研究目标，结合教师的科研项目来开展。要求学生针对相应选题，至少查阅相关文献资料20篇以上，写出文献综述，并根据所获取的知识来确定实验待研究内容，并与指导教师共同拟定实验方案。创新研究型实验的主要目的就是培养学生自主研发和创新能力，如果成果具有一定的应用价值，可申报学校的创新创业训练课题并获得创新学分[9]。

（四）实行开放实验教学模式

为了留给学生更多的时间和空间，实行开放式实验教学，开放式教学既包括时间开放也包括内容开放。实验平台基本实现了实验教学的网络化和信息化，在不影响正常教学实验的前提下面向整个电子工程学院和部分其他学院相关专业学生开放，每学期开始时，将所有开放性实验项目通过校园网向学生公布，学生可以网上预约、具体实验项目和仪器设备等相关信息查询以及实验教学资源下载等，实验室根据报名情况和实验条件将报名学生进行分组。同时，学生进入实验室后，还可以在教师的辅助下进行自主选题或者自行进行项目开发。通过这种相对比较灵活实验室开放体系，大大激发了学生的学习热情，调动了他们勇于创新、热于创新的积极性。

参考文献：

[1]阳太林.以学生创新能力的培养为中心改革高校实验教 学[J].实验技术与管理，2005，（10）.

[2]王益，黄文，陈吉忠等.建设学科实验大平台，促进创新 人才培养[J].实验室研究与探索，2003，（1）.

[3]方益明.电子专业信号处理类课程系统改革的研究与实 践[J].中国电力教育，2009，（2）.

[4]钟杰，孙建迎，仇念文等.优化整合实验教学资源的研究 与实践[J].实验室科学，2009，（5）.

[5]张莉，陈振峰，牛丽红等.药学相关实验课程整合的探讨 [J].中国高等医学教育，2008，（3）.

[6]曾庆军，徐绍芬，韦中利等.自动化专业控制类课程群 实验教学改革[J].实验室研究与探索，2006，（5）.

[7]韩萍，倪育德，苏志刚等.信号类课群建设与实践[J]. 电气电子教学学报，2009，（1）.

[8][9]何苏勤，王建林.信息类教学实验平台的建设与实践 教学改革[J].实验室研究与探索，2006，（1）.