“四级阶梯型”教学法应用的探索与实践

何文森,杨华军,江 萍,柯莎莎

(电子科技大学物理电子学院,四川成都 610054)

“四级阶梯型”教学法应用的探索与实践

何文森,杨华军,江 萍,柯莎莎

(电子科技大学物理电子学院,四川成都 610054)

重点介绍了加强科学基础训练的主要方法和具体措施,构建了以强化学生动手实践能力、创新设计能力和自主编程能力培养为核心的创新实践教学平台。探索出了一条以课堂教学、创新实践平台和大学生创新训练计划相结合的“知识→实践→创新”逐级训练与引导的立体化实践教学途径,经过多年努力,取得了较好的教学效果。

空间光通信;四级阶梯型教学;四层次训练

2009年我校开设了“空间光通信创新实验”课,该课程是一门注重理论与实践相结合的基础型、综合型、设计型、创新型的课程,同年建立了一个大学生创新实践基地[1-2]。针对空间光通信创新实验课“四级阶梯型”、“四层次训练”教学的应用开展了长期教学研究型改革与实践的探索,教学团队探索出了一条以课堂教学、创新实践平台和大学生创新训练计划相结合的“知识→实践→创新”逐级训练与引导的立体化实践教学途径[3-4],着力培养大学生应用系统的理论知识、空间光通信创新实践平台和三维可视化仿真方法解决实际问题的能力。

1 构建科学合理的实践教学内容体系

根据学校本专业培养方案与发展的目标,充分认识到培养大学生的基本实验技能、创新设计能力、工程实践能力、科学研究能力的重要性。构建了以强化学生动手实践能力、创新设计能力和自主编程能力培养为核心的创新实践教学平台[5-6]。并把以设计为主线,以工程训练、科研训练为依托的实践教学内容体系,落实到电子信息类专业实践教学内容体系框架结构中[7-9](见表1)。

表1 教学实践内容体系结构

通过空间光通信基础性系列实验课程的开设,提出了空间光通信创新实验课教学的主要方法。应用理论教学、实验教学、物理建模仿真设计及现代可视化手段,同时通过开展大学生创新训练计划、创新竞赛活动和全国大学生暑期夏令营活动等,培养了大学生物理建模仿真、自主编程创新设计和综合实践动手能力[10]。改变了过去实验课教学模式单一的问题,实现了理论课与实验课教学内容的优化整合[11]。

以工程实践训练和科研训练为依托,就是通过应用空间光通信创新实践平台及科技创新中心等,采用多种现代化教学手段,开展引导大学生参加科研和科技创新竞赛活动,通过强化基础知识、专业实践环节来提高大学生的工程实践和科学研究能力[12]。主要目的就是着力培养大学生应用系统的理论物理知识解决实际问题的能力。

2 “四级阶梯型”教学法

2.1 研究创新型实验教学——视野拓展式训练

(1)主要方法。科技前沿知识讲座,主要内容有:①高精度光纤耦合激光传输理论建模与仿真;②光学天线偏轴理论建模与仿真;③捕获、跟踪与对准(ATP)技术;④光子晶体光纤激光器结构设计与光学天线的光传输特性研究等。通过讲解,介绍了本教学团队主要从事的科研方向和研究成果。

(2)具体措施。素质教育与现代化教学手段并重法。加快入校新生对本专业研究领域的认识和了解,对他们实行视野拓展式训练,引导他们朝着有利于自身发展的学科领域研究方向前进。

2.2 自主科研新实验教学——创新能力激发式训练

(1)主要方法。理论教学、空间光通信基础系列实验、仿真教学和创新设计。

(2)具体措施。提供各种仿真软件、科技创新中心和物理建模仿真设计应用实例。鼓励动员一批学习基础好、动手能力强的学生加入到创新训练计划中来,通过多种现代化教学手段,有意识地引导他们朝着空间光通信研究领域发展,对他们实行开放式教学和创新能力激发式训练;定期举行学习、交流与创新设计活动,提交一份课程小论文,由团队教师兼职负责。

2.3 实践互动新实验教学——创新思维启发式训练

(1)主要方法。理论教学、创新实践平台教学、物理建模仿真设计、课程小论文和新型教学评价体系。

(2)具体措施。提供空间光通信创新实践平台,依托大学生创新训练计划、创新竞赛活动和教师新实验综合创新教改项目等,对参加创新训练计划的大学生实行创新思维启发式训练,定期举行创新训练小组的工作进展汇报和学术交流。及时提供技术指导和学术咨询服务,完成发表学术论文和项目验收流程,由团队教师实行专职负责。

2.4 开放学习新实验教学——创新意识渐进式训练

(1)主要方法。专业课后期拓展研究式教学;科研促教。

(2)具体措施。课程设计、毕业设计等;鼓励动员学习基础扎实、动手实践能力强和有一定系统分析能力的学生加入到研究探索实践小组中来;对学生实行创新意识渐进式训练和激励制度,定期举行探索实践小组的工作进展汇报和学术交流。及时提供技术指导和学术咨询服务,完成发表高水平学术论文和项目验收流程,由教学团队教授、科研人员、青年教师负责。为学生今后攻读研究生或进行科学研究打下坚实的理论基础和积累实践经验。

3 “四层次训练”

建立电子信息类专业实践教学的运行模式,该专业学生实践教学体系分为4个阶段,大一、大二属基础训练,大三、大四把科研方法训练、创新设计、课程设计与毕业设计、科技创新竞赛活动结合起来,培养学生独立分析思考问题、开展科研项目研究和实施解决实际问题的能力。

3.1 第1层：适应与励志教育(大学一年级)

班导师督促新生加强高等数学和大学物理基础训练;阐述夯实基础、强化实践、敢于创新的重要性,通过理论学习与实践完成认识过程的基础训练。

主要目的:提高学生对基础课程的认知度、重视度及积极探索科学知识的学习兴趣,为今后专业课的学习打下牢固基础。

训练途径:以班导师为引导,以学生为主体,强化学生各门课程的基础训练及实验技能的培训。

3.2 第2层：探索与交流教育(大学二年级)

积极开展“空间光通信创新实验”课的探索与交流活动;提供学习、交流与创新设计平台——科技创新中心。

主要目的:培养学生空间光通信综合知识应用和系统分析的能力,以及强化学生创新意识,提高学生综合分析和解决实际问题的能力。

训练途径:提供学习、交流与创新设计平台——科技创新中心,由教学团队教师兼职负责,提供技术指导和咨询服务。

3.3 第3层：实践与体验教育(大学三年级)

导师负责制,提供创新实践平台、学生创新训练计划、教师新实验综合创新教改项目、创新竞赛和全国大学生暑期夏令营活动等。

主要目的:培养学生初步的创新设计能力和系统设计能力,激发学生的创新热情和参与科技创新活动的积极性。

训练途径:提供空间光通信创新实验平台,由教学团队的教师专职负责,为学生提供技术指导和学术咨询服务。

3.4 第4层：开放与提升教育(大学四年级)

综合导师负责制,科研促教,发表高水平学术论文和进行提高训练(鼓励学生参与课题攻关)。

主要目的:强化学生创新设计的综合能力,完成培养“具有鲜明工程实践特色”的电子信息类应用人才的培养目标。

训练途径:鼓励动员学习基础扎实、动手实践能力强和有一定系统分析能力的学生加入到研究探索实践小组中来,参与课题攻关。由教学团队教授、科研人员、青年教师负责,提供技术指导和学术咨询服务。

总之,从培养具有创新精神和实践能力的高级应用型人才的目标出发,将各种形式的实践教学环节构成了既层次分明、各有侧重,又相互渗透、相互促进的实践教学内容体系。

3.5 主要解决了2个教学问题

(1)传统理论教学和实践教学模式单一的问题。通过科技前沿与基础相融合、理论建模与仿真相融合、工程实践与创新相融合、更新课程结构、充实课程内容、完善课程体系,并将“理论、仿真、实践”教学相结合,解决了专业课程传统理论教学和实践教学模式单一的问题。

(2)解决大学生自主创新实践能力训练不足的问题。通过科研前沿与创新实践相结合、自主设计与导师引导相结合、学术研讨与自主撰写论文相结合,培养学生严谨的科学素养、缜密的科学思维、敏锐的洞察力,着力提升学生创新实践能力,解决学生自主创新实践能力训练不足的问题。

4 改革的实施成果

自从2009年本教学团队开展了“空间光通信创新实验”课“四级阶梯型”、“四层次训练”教学应用的改革与实践以来,依据现代教育理念,建立理论完善、结构合理、整体优化的创新教材体系,充分反映了电子信息类专业的教学特色,同年编写了“光学天线”、“空间光通信创新实验”试用教材,并准备修改完善正式出版。建立了大学生创新实践基地,成立了空间光通信工程技术研究中心,并依托这个创新实践平台开展了一系列的教学和科研项目。

(1)研发了20余个空间光通信综合创新设计实验;

(2)2013年“以结构系统化、三维可视化、实践自主化为特色的专业核心课程教学改革与实践”获四川省高等教育第七届教学成果二等奖;

(3)2012年数学物理方法、三维可视化仿真及创新实践的“三位一体”教学模式改革获电子科技大学教学成果一等奖;

(4)《数学物理方法与仿真》教材2014年获“十二五”四川省高等教育规划教材;

(5)“数学物理建模、仿真与光通信创新实践教学改革”获2013—2016年四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目;

(6)团队教师指导大学生创新基金项目46项;指导大学生发表论文46篇(SCI收录6篇);

(7)开展了一系列高水平的科研项目,获得了国家自然科学基金项目2项(编号61271167、11274058)、国家自然科学青年基金项目3项(编号11004024、61006081、60908034)以及横向建设项目等;

(8)发表教研论文30余篇、科研论文100余篇。

取得了显著的教学成果,形成了交叉性学科前沿与创新实践相结合的人才培养模式。

References)

[1]宋卫星.设计性实验教学过程规范化的思考与探索[J].实验技术与管理,2009,26(7):125-127.

[2]孟庆繁,逯家辉,王贞佐,等.强化实践基地建设培养创新型人才[J].实验室研究与探索,2008,27(12):16-18.

[3]杨学军.加强实践动手能力培养改革创新人才培养模式[J].高等教育研究学报,2013,36(1):4-7.

[4]王杰,田璐,梁勇,等.高等学校创新人才培养探析[J].实验技术与管理,2013,30(5):154-156.

[5]李辉.大学生创新能力培养中的创新实践教育平台建设[J].中国大学教学,2013(9):83-85.

[6]王小力,李宏荣,徐忠锋,等.提高教学质量创新拔尖人才培养[J].中国大学教学,2011(12):14-16.

[7]顾秉林,王大中,汪劲松,等.创新性实践教育:基于高水平学科建设的创新人才培养之路[J].清华大学教育研究,2010,31(1):1-5.

[8]钟秉林,董奇,葛岳静,等.创新型人才培养体系的构建与实践[J].中国大学教学,2009(11):22-24.

[9]张友琴,王萍,朱昌平,等.以大学生创新性实验计划为契机培养创新型人才[J].实验技术与管理,2011,28(7):167-170.

[10]张红光,姚宝峰,刘中良,等.促研究性学习提高人才培养质量[J].实验室研究与探索,2014,33(1):177-181.

[11]黎双飞,王娟.实验教学改革对学生创新能力培养的实践与探索[J].实验室研究与探索,2010,29(8):199-201.

[12]李晓春,曲晓海,杨洋,周亮.工程训练教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(1):229-232.

Exploration and practice for“four ladder-type”teaching method

He Wensen,Yang Huajun,Jiang Ping,Ke Shasha
(College of Physical Electronics,University of Electronic Science and Technology,Chengdu 610054,China)

This paper focuses on the main way and physical measure to enhance the scientific basic training,and constructs the innovation practice teaching platform,which centers on strengthening students’ability with the hands-on experience,innovation design ability,and independent programming ability.This paper also explores a“Knowledge-Practice-Innovation”step by step training and three-dimensional path of practice teaching, which combines the classroom teaching,innovation practice platform and college training program.With many years’efforts,the better teaching results are obtained.

space optical communication;four-ladder-type teaching;four levels of training

G642.4

B

1002-4956(2015)4-0182-03

2014-00-16

国家自然科学基金项目(61271167)

何文森(1959—),男,四川成都,高级工程师,主要从事光通信技术研究与仪器研发.

E-mail:hewensen＠uestc.edu.cn