构建分层次实验教学体系 培养创新型人才

梁 丽

(北京工商大学 计算机与信息工程学院,北京 100048)

0 引 言

随着建设创新型国家战略的提出，培养满足社会需求的高素质创新型人才已成为高校人才培养的重要目标之一。实验教学是连接理论知识与工程应用的桥梁，是培养学生实践能力和创新意识的重要途径，深化实验教学改革和提高实验教学质量是当前高校教学改革的重要任务[1]。我院电子信息类专业将培养与提高学生科学实验素质和创新能力作为实验教学改革的重点，重组了实验教学体系，构建了合理的知识结构，更新了实验教学内容，优化了实验教学方法和手段，按照多层次、开放性的实验教学新体系组织实验教学，取得了显著的成效[2]。

1 构建分层次实验教学体系

实验教学体系的改革，必须遵循实验教学的规律。我院坚持知识传授、能力培养、素质教育全面协调发展的实验教学理念，以学科群设置实验教学体系，从根本上改变实验教学依附于理论教学的传统观念，将实验教学与理论教学有机地结合起来，使实验教学由从属、辅助地位变为创新素质培养的独立环节[3]。

按相关学科培养目标与计划进行统盘考虑，调整了实验课程设置，建立了以平台(基础实验课程平台、拓展实验课程平台和研究创新平台)为基础、按知识群设置课程模块、按知识点设置课程系列的分层次实验教学体系，各实验课程又相应开设有不同层次的实验[4]。建立相关的实验中心，对实验教学进行全面的研究和布署，对各个实验子系统进行优化配置，避免重复和脱节，使各个子系统相互依托、相互协调，形成一个有机的整体。根据学科发展的特点，优化实验知识结构，突出学科的交叉与综合。加强相关学科之间的横向联系、相关课程之间的纵向联系，使实验内容相互联系、相互渗透，形成较完整的知识体系[5]。

基础实验课程平台是学科各专业交叉融合而凝练出的知识模块，包括电路原理、电子技术基础、微机原理及接口技术、信号与系统等实验课程。拓展实验课程平台加强了综合性强的实践内容，包括通信原理、电子设计自动化(EDA)、数字信号处理(DSP)、嵌入式系统等实验课程。利用全天候开放的创新实验室及电子技术、单片机原理及应用、微机原理及应用、EDA、嵌入式系统等开放实验室，开设了研究创新型实验供学生在课内外选做，使学生得到科学研究思想和方法的综合训练，培养团队合作精神和创新意识。

分层次实验教学体系的建设，既保证了对学生基本专业技能的训练，又为学生提高了锻炼其创新意识和充分发挥其创造能力的空间。

2 更新和整合实验教学内容

在实验内容设置上，本着注重培养学生工程素质，注重知识的实用性和先进性的原则，以能力培养为主线，我院实行层次化梯度教学，逐步增加深度和难度。根据教学目的、教学对象、教学条件的不同，按照由简单到复杂、由单一到综合的原则，将实验项目内容分为基础性实验、综合设计性实验、研究创新性实验3个层次，教学目的层次分明、循序渐进[6]。

基础性实验重点在于加深学生对理论知识的理解，加强学生基本实验技能的训练。在保留并规范传统的基本训练基础上，减少验证性实验，增加综合设计性、研究创新性实验。综合设计性实验侧重于强化专业操作技能，培养学生综合运用所学知识和运用现代科技手段分析和解决实际问题的能力。对于这类实验，由学生根据所选实验项目自行制定实验方案，教师只做方案评审及方法指导，给学生留有独立思考的空间，使学生主观能动性和创造性得到发挥[7]。研究创新性实验旨在培养学生探索精神和创新意识，可以结合各专业课程的课程设计、大学生创新实验室的创新、设计、制作等有关活动实施教学。采用循序渐进的教学模式，学生由“被动接受”逐步转变到“主动学习”，再到“综合能力的培养”，从而使学生在实验研究方法、实验设计思想等科学素质方面与动手实践操作方面得到锻炼和提高[8]。

在教学中不断注入能反映科技发展新动向的实验内容，使学生掌握现代电子信息技术的新技术、新器件和新方法，增强了实验的新颖性和实用性，扩大学生的知识面[9]。例如，在电工平台中引入可编程逻辑控制器(PLC)技术的教学；在电子技术平台中引入大规模集成电路、高密度可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程逻辑器件(FPGA)、ISP技术的教学；在信号采集与处理平台中引入DSP技术的教学；在微型机及应用平台中引入嵌入式系统的教学；利用Multisiml0在计算机上进行仿真实验，可以设计、测试和演示各种电子电路；利用MAX-PLUSⅡ提供的设计环境和设计工具，可以高效灵活地设计各种数字电路，等等。

3 改进实验教学方法和手段

在实验教学中，我院实施以学生自主研究学习为主、教师指导为辅的教学方法，采取引导式、启发式教学，将培养创新能力和研究性思维贯穿整个实验教学之中。在教学上真正实现从“带实验”到“指导实验”、从“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变，尽量以实验任务书来代替实验指导书，实验项目一般只提出实验要求，由学生自主选择设计方案、电路设计、器件选择、指标测试、结果分析等，使学生积极参与到教学活动中来，变被动的学习状态为主动思考，使学生有独立思考的空间，激发他们的求知欲、想象力和探索精神[10]。

实现教学手段现代化是实施素质教育的必要条件，是电子信息类专业教育现代化的重要组成部分，是教育改革的大势所趋。基于实验内容更新的发展需求，我院引入了EDA技术、ISP技术、DSP技术、嵌入式技术、PLC技术和虚拟仪器技术等现代化实验手段，组建了一批满足实验教学发展需要的先进的实验室。例如，设立了EDA实验室，在实验中引入CPLD、FPGA、ISP技术、MAX-PLUSⅡ和电子电路辅助分析(PSPICE/Multisiml0)等EDA软件以后，采用“实验设计—计算机仿真—元器件选择—实验实施”的教学过程，将实际电路设计、焊接安装调试与实验系统装置的应用相结合，把虚拟仿真和硬件实验有机地结合起来，既克服了纯仿真的非真实性缺陷，又能利用计算机辅助设计指导实际电路调试，加快了实验进程。采用多种实验方法和手段，培养学生运用现代化设计工具的能力，全方位地锻炼学生的实践能力[11]。

4 实行开放式实验教学

开放式实验教学模式，是指实验时间、空间、内容、手段及教学方法等都是开放的，学生可以根据自己的专业、能力和爱好，选择相应的实验项目，也可以将自己的创意带到实验室来实现，让学生体验创造性学习的乐趣，激发学生的创新意识，提高学生的实践技能[12]。

开放性实验教学体现了以人为本的教学观念，让学生成为实验的主体，给学生提供了一个主动获取实践知识与发展潜能的良好环境，使学生由被动式实验转变为主动探索式实验。因此，开放式实验教学模式是一种有效地培养学生思维能力、实践能力和创新能力的教学模式[13]。

5 建立科技创新实习基地

我院开设了电子工艺实习、“电子技能训练”专业选修课，建立了电子信息创新实验室，组建了电子协会，形成了可供学生开展科研实践活动的实习基地。

我院筹建的电子信息创新实验室，以创新教育、多学科综合、开放管理为建设宗旨，突出创新、综合特色，强调工程教育的实践性，充分考虑学科高度综合、相互渗透、交叉融合的发展趋势，以电子信息类技术基础、专业基础实验为主线，将电子信息技术综合实验实训系统、嵌入式系统技术、现代电子测试系统及虚拟仪器技术等内容纳入建设范围，成为一个涵盖创新体系内容，对学生进行创新思维、协作精神、知识整合项目、科研成果转化等各种层次训练的全方位开放式创新实践训练基地[14]。

“电子技能训练”专业选修课，结合全国大学生电子设计竞赛工作开展教学，使学生由单元设计向系统设计过渡，全程参与系统设计的全过程，掌握现代化仪器设备、EDA技术在系统设计中的应用，使学生在新技术应用能力、新器件的开发能力、查阅科技资料的能力、自学能力等方面得到培养[15]。以开放式实验教学平台为基础，开展课外科技活动，为学生提供了更加广阔的自主研究空间。经过系统的实验教学和技能训练，我院学生的实践能力和创新意识显著提高，在历届全国大学生电子设计竞赛中取得了较好的成绩。

6 结 语

实践表明，分层次、多元化的实验教学有利于激发学生的积极性和创造性；有利于因材施教，培养不同层次学生应有的能力；有利于落实学生工程实践能力，特别是创新意识和能力的培养；有利于实验资源的优化和整合，建成一个跨院系的、面向全校开放的实验教学大平台[16]。

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