以创新能力培养为目标深化电类基础课程实践教学改革

2015-12-23付扬

实验室研究与探索 2015年9期

付扬

(北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048)

0 引言

电类专业基础课是指“电路原理”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”、“电子技术课程设计”及“电子技能训练(Ⅰ，Ⅱ)”等课程，为我校自动化、电气工程及自动化、信息工程、电子科学与技术、计算机等专业学生开设，是高等学校电类专业基础的核心课程，其特点是量大面广，教学内容几乎涉及电气电子信息学科的各个领域。电类专业基础课程实验教学对于工科学生综合素质的提高，特别是创新能力的培养，有着独特的、不可替代的作用。长期以来我们也是一直说致力于教学改革，但是更多的是嘴上谈兵，由于观念和条件等限制，实际改革力度远没达到人才培养的目的，教学中重知识传授轻能力培养的观念还没有根本改变，实践教学薄弱的问题没有根本解决。

北京工商大学全面深入开展综合教学改革，在2012 级4 个专业进行综合改革试点，在2013 级全面推进本科教学综合改革，涉及到专业建设、课程建设、人才培养、师资队伍建设等各环节，对实施方案的科学性、系统性、规范性、可执行性要求很高，将使这次改革成为学校本科教学发展史上一次深刻的革命。以学校综合教学改革为契机，对于电类基础课程的建设，改革实践教学是一个重要的内容，其目的是切实提高学生的创新精神和实践能力［1］。

1 我校电类基础实践教学问题分析

我校电类基础实践教学存在的弊端主要体现为:

(1)重理论轻实验。把实验教学仅当作一个理论教学的辅助环节，忽视实验教学本身的规律及其对学生的实践能力的培养，学生不重视本课程的实验教学，学生实验课上表现出积极性不高，有些学生比较懒散、抄实验数据以蒙混过关，教师的精力不是全部放在启发引导学生能力的发展上，而是过多地放在了看住学生不抄数据，机械的督促学生动手，不是从根本上使学生自己愿意做实验。

(2)实践平台单一，实验学时严重不足。实验只是在比较少的计划学时内进行，虽然口口声声说开放实验室，但往往开放时间和学生课程冲突，更关键的是没有教师的随时指导而导致学生的积极性逐渐丧失，造成很少有学生课余时间进实验室进行实践环节的训练，使开放实验室流于形式，学生进实验室的时间太少。

(3)实践内容设置与能力培养缺乏适应性，内容安排缺乏合理性。验证性实验偏多，缺少偏综合和设计性实验，长期以来轻设计，缺实践，对学生创新教育与创业训练的重视和投入远远不足，从而影响了学生学习的主动性和积极性。

(4)实验教学方法落后，教师的思想意识对学生能力培养认识不足。在教学上仍然采用传统的实验教学方法，教师过于详细讲述实验内容，甚至教师用ppt课件将电路连线也画出来，学生照着连接线路，严重制约了学生能力的培养。学生在现成的实验板上按照老师讲的或实验指导书内容进行各种操作、测试，在现成的表格中记录数据、分析数据和验证结论，导致学生在实验中依赖性强，使学生的思维能力受到了限制，创新精神和实践能力长期得不到培养。

基于上述原因，改革迫在眉睫。我们着力地深化电类基础课程实践教学改革，以厚基础、强实践、重创新为指导思想，以培养高素质应用型、创新型人才为目标，以培养和提升学生实践能力和创新精神为着力点，构建多平台、多层次电类基础课程实践教学体系［2］。

2 构建多平台、多层次电类基础课程实践教学体系

对于电类专业基础课实践环节，根据知识与能力增长规律，按照能力培养体系设定各相应的知识传授、技能训练及综合应用教学环节［3］，以创新能力培养为目标，构建多平台、多层次电类基础课程群实践教学体系结构见图1。

图1 多平台、多层次实践教学体系结构图

2.1 依托课后延续教学等平台，大力度增加实践环节学时

从图1 看出，实验平台除计划内学时外，以我校深化综合教学改革为契机，有效地增加了课外延续实验平台和开放实验平台，并且课外延续实践教学已经纳入在培养方案中，其计划将更加系统性地对学生能力进行培养。课后延续教学使实践学时真正得到大力度的增加，并规范有序地安排课程表给予保证实施，有效提供给学生提高实践能力和创新能力的机会和条件，具体学时如表1 所示。从表1 可见，改革后实践学时将大幅提高，电路原理实验为32 学时，模拟电子技术实验为42 学时，数字电子技术实验为34 学时，电子技能训练(Ⅰ、Ⅱ)2 个学期共计153 学时，在同类院校中也是领先的。

表1 实验课程计划内学时和课外延续学时学时

学校给与了课后延续教学实践条件的保障。因为设计题目较多，并且要制版、焊接、出成品，实验室为配合学校的综合教学改革，在原有的优良实验教学环境下，在学校的支持下，实验室加强了大量的元器件等配备，加大实验室开放力度，向学生提供更多的实验资源和实验场地，充分发挥自己的聪明才智，培养学生自主创新能力，并积极配合指导教师，实现在实验室制版等工作。

同时建设“电类基础实验教学”网络平台，开发“电类基础实验”课程网上学习系统，即实验预习指导、实验思考、仿真实验软件、知识点检索等资源。为配合开放式实验教学运行模式，开发学生实验网上预约系统，同时根据网上学生预约情况，适时安排实验教师，以保证有实验教师适当引导，避免学生因实践环节困难而产生畏难和退缩，使得学生愿意到实验室，避免开放实验室流于形式［4-5］。

2.2 以能力培养为主线，确立六个环节、三个层次的实践教学体系

我们确立了六个环节、三个层次的实践教学体系［6-7］，见图1。

(1)层次一。电路原理、模拟、数字电子技术基础实验，是基础层实践环节，其目的是培养低年级学生的观察和认知能力、动手能力，启迪创新意识。

在电路、电子技术实验内容上，压缩验证性实验，加强本课程内的综合性实验和设计性实验。精选一些具有基础课教学特点的验证性实验，使学生在加深对理论课内容理解的同时也锻炼仪器仪表的使用，在此基础上，加强设计性和综合性实验，在实施过程中，教师设计一些课题，让学生自选题目，然后设计完成，做到理论与实践相结合，提升学生的兴趣。

(2)层次二。电子技术课程设计和电子技能训练，是应用层实践环节，以独立综合实验课程为主体，强化理论知识和工程技能知识，培养学生知识运用能力和综合能力。

电子技术课程设计和电子技能训练课程是独立设置的课程，学生从电路设计、工艺设计、到制作电路试样、测试及优化一系列过程到综合实验分析、报告的完成等都由学生自主独立地完成，锻炼了学生动手能力的同时极大地提高了学习热情和积极性，增强了责任心和工程意识，培养了综合素质和工作能力［8］。

(3)层次三。电子竞赛和大学生科技创新，是创新层实践环节，以电子竞赛、大学生科学研究计划项目、参加教师科研等独立创新类项目为主体，为设计、探究、研发型实践，旨在培养学生工程设计能力、以最终实现创新能力的提高。

电子竞赛和科技创新是对所学的科学体系知识进行全面的应用，在此阶段，教师只提供必要的技术指导，实验室提供必要的实验设备和场地，要求学生自己论证方案、设计电路、购买元器件、搭建实验平台，独立完成实验研究，将知识传授与能力培养有机结合、实现知识、素质、能力的一体化培养［9-10］。

由此可见，创新的实践教学实现了以学生为本，以能力培养为主线，实行层次化梯度教学，逐步增加深度和难度，采用基础型、应用型和研究型等分层次、多环节、相互衔接的实验教学体系。阶梯式实践环节，使学生的素质和能力培养逐步深化，最终实现创新能力的提升［11］。

3 优化实践教学方法和手段，保障实践教学体系的实施

担任理论课教师，同时要求担任实践环节教学，教师在教学中强调“三个结合”，即理论基础与实践应用结合、基本技能与创新意识结合、工程应用与研究设计结合［12］。

3.1 开展以学生为主体的启发讨论等教学方式

在实践教学中，把传授知识、培养学生创新能力和研究性思维贯穿在实践教学的始终，采取以自主式、合作式、研究式为主的多元化教学方式。根据实践层次的不同，开展启发式、讨论式、参与式实验教学。注重以学生为主体，采用问题引导的交互式教学模式，使学生在实验活动中由被动变为主动，由“要我做实验”变为“我要做实验”，给学生提供了独立活动的空间。引导学生如何发现问题、分析问题，培养学生获取新知识的能力、再学习的能力和创造发挥的能力［13］。

3.2 因材施教，鼓励个性发展

在实验教学中，为学生营造宽松的、能够潜心研究的实验环境和氛围。对较弱的学生鼓励指导，循序渐进，对优秀学生多提供参加科技创新活动的机会，鼓励他们自主选题、大胆创新，充分调动学生学习的主动性和积极性，引导学生自我训练，强调学生个性化发展，加强对学生科学态度、团队精神和创新意识的培养。有一部分突出的学生经过锻炼后，实验设计能力和创新意识皆被激发出来，对各种科技竞赛皆充满兴趣和渴望，受到各种竞赛指导教师的肯定和欢迎，并取得良好成绩［14-15］。

3.3 充分发挥计算机在实验教学中的作用

改变传统的实验模式，以EDA 技术作为突破口，充分利用各种工具软件进行设计仿真，着力培养学生运用现代化设计工具能力、电子电路综合设计能力和工程设计能力，实施“虚实结合”、“软硬兼施”的实验教学手段，如现代化仿真软件Multisim、Labview、Matlab、Pspice 等进行电路的仿真分析，可以指导实际电路的调试，把虚拟仿真和硬件实验有机地结合起来，加快实验进程。引入超大规模数字电路设计的QuartersⅡ软件，甚至在高层次本科生中学习片上系统SOPC 设计，使用SOPC Build、NiosⅡ设计，可以高效灵活地设计各种数字电路，学生掌握VHDL 等硬件描述语言，学会自顶向下的系统设计方法，使设计技术达到先进的水平［16］。

4 结语

针对人才培养中学生工程实践、创新能力薄弱的难题和瓶颈，我们在电类基础课实践中构建了多平台、多层次实践教学体系，以有效地培养学生的创新能力。创新课后延续实践环节，大力度地增加了实践环节学时，弥补传统教学模式的不足，切实倡导了以学生为主体的教学模式。学生的积极主动性明显被调动起来，学生对实践环节有了更深程度的理解与感悟，充分感受到成功后的喜悦，促使学生主动学习，独立思考，营造了良好的学习氛围。该教学改革的实施有力地推动了我校工科电类各专业课程教学体系的改革与创新，学生参加创新实践活动积极踊跃，表现出极大的热情和自信，参加竞赛并获各类奖项越来越多，我校在2014 年北京市电子竞赛中，取得了参赛以来的最好成绩，获奖等级和获奖人数明显增加，2 个队获一等奖，其中有1 个队成绩达到满分100 分，6 个队得二等奖，11 个队获3 等奖，改革有效地提升了学生的综合素质和创新能力。

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