电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台建设

王墨林, 易茂祥, 戚昊琛

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 安徽 合肥　230009)



电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台建设

王墨林, 易茂祥, 戚昊琛

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 安徽 合肥230009)

针对电子科学与技术专业实践教学的重要性,以培养创新人才为目标,建设创新教育综合实验大平台,探索和构建新的实践教学体系、实验平台管理体制和创新教育评价机制。

电子科学与技术； 创新教育； 综合实验大平台； 实践教学体系； 评价机制

电子科学与技术是现代信息技术的重要支柱学科,是设计各种电子元器件、集成电路和集成电子系统、光电子系统的技术学科,也是我国正大力发展并急需人才的重要技术领域[1-2]。电子科学与技术专业一级学科包括物理电子学、电路与系统、微电子学与固体电子学、电磁场与微波技术4个二级学科。合肥工业大学电子科学与技术专业建立于1958年(前身为电子真空器件专业),经过50多年的专业建设,电子科学与技术专业在学科建设和学生培养方面取得了较大进展,为我国电子行业培养了一大批研究、开发应用的高级工程技术人才,为国家电子工业的发展做出了重要贡献。

实践教学在电子科学与技术专业人才培养中占有重要地位,是培养应用型人才、实施专业素质教育的重要环节之一[3-4]。随着招生规模的扩大以及对学生创新能力要求越来越高,建立完善的、多层次的、开放式的创新教育综合实验大平台对于促进实践教学改革、培养具有良好的科学素养、应用能力和创新意识的电子工程高级专门人才具有十分重要的作用。

1　电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台建设的探索与实践

我们贯彻教育部关于“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”等有关文件精神,根据本专业的特点和人才培养目标,以就业为导向,充分体现“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的培养模式,依托专业实验室、科研基地、实习基地,按照“完善的、多层次、开放式”的构建原则,构建了服务于本专业的创新教育综合实验平台[5-6]，见图1。

电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台的建设,立足实验教学、兼顾学科发展和人才培养,将实验室、科研基地、实习基地整合建设成具有一定先进性的综合实验大平台[7]。

图1　电子科学与技术专业创新教育实验教学大平台结构图

1.1以培养创新人才为目标,构建具有创新能力的实践教学体系

具有创新能力的实践教学体系对于培养高素质的创新人才具有非常重要的意义。参照国内其他高校实践教学体系(见表1),结合我们的专业特点和办学特色,通过创新教育综合实验大平台的建设,构建从基础→提高→综合这样多层次、递进性的实践教学体系中平台[8-9]，见图2。

表1　国内部分高校实践教学体系情况

图2　实践教学体系中平台结构

实践教学体系与课程教学体系是不可分割的整体。依据课程教学体系,实践教学环节包括电子实习、工程训练C、社会实践课程设计A、专业综合实验、课程设计、毕业实习、毕业设计等环节。根据专业现状,本专业教学计划每隔2～3年修订一次。为了加强实践环节,2013版教学计划在2011版教学计划的基础上,进一步提高实践环节的学时和学分。以“集中安排的实践环节”为例,学分从2008版教学计划的41学分, 提高到2011版教学计划的42学分,2013版教学计划的45学分,比例从2011版的22%提高至2013版的24%。

1.1.1基础层

根据教育部颁发的本科专业目录规范,在学科基础课程方面,注重加强学科基础课程学时比重。“电路分析基础”课程由56学时增加到64学时,“电子技术基础”由原来的一门课程分成“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”两门课程,增加了2个学分。在实验教学方面,将原来的隶属于课程的实验,独立开设实验课程。如IC设计课程设计、微电子综合实验及综合创新实践等,大大加强了实验环节,促进了理论教学与实验教学相结合。

基础实验层涵盖了电子科学与技术专业所有课程的专业实验。通过8～12学时的实验,掌握仪器设备的使用,加深对基础知识的理解,用以达成以基础实验来培养学生基本操作能力为目的的实践教学体系[10]。专业实验以验证性实验为主,并逐步增加综合性和设计性实验项目。力求使得验证性实验、综合性实验、设计性实验比例达到:20%:60%:20%。以超大规模集成电路设计实验为例,实验学时8个学时,要求学生掌握版图设计方法、了解软件设计平台使用方法,并培养独立实验能力。学时分配见表2。

表2　超大规模集成电路设计实验学时分配

1.1.2提高层

提高层以培养学生科学研究的创新思维方法和发现问题、提出问题、解决问题的能力，以及重点培养进行科学研究的能力和创新能力为目标。以课程设计为例,提高层涵盖了所有的专业主干课程的课程设计。在FPGA的课程设计中,开发多个规模和难易程度合适的应用FPGA进行设计的课题,例如8路流水灯控制器电路设计、简易数字钟设计、多级密码锁设计等。学生经过查找资料、选择方案、设计仿真器件或电路、检查版图设计、撰写设计报告等一系列实践过程,使学生得到一次较全面的FPGA设计工程实践训练,通过理论联系实际,提高和培养创新能力,为后续课程的学习、毕业设计及毕业后的工作打下基础。

完善的教学实习基地是高质量完成实践教学的重要保障之一。学校、学院充分利用学科专业和人才优势,积极与企事业联合建立学生实习实践基地,包括安龙迅半导体实习实践基地、中电科技43所实习实践基地等16个校内、外实习实践基地。这些实习实践基地为本科生提供了很好的生产实习场所。通过在基地的实习,学生对项目开发整体流程、规范、企业管理等方面都有了切身体会和较为全面的了解,对培养学生的工程实践能力和创新精神起到了积极的作用,有效地解决了当前工程实践教学环节落后于工程一线的难题,并有效推动了学校与企业之间的产学研合作。

1.1.3综合层

创新能力的培养仅依靠教学实验室、实习基地是不够的,因此必须充分发挥院内科研机构条件和科研教师的指导力量。学院积极倡导“融教学与科研为一体”,鼓励高年级的本科生参与研究生的实验和教师的科研项目,以便利用科研机构的先进设备和教师的悉心指导,将科研工作的内容、方法、手段教给学生。通过科研项目的实施,使学生有一个系统检验和应用所学知识的机会,树立学生创新意识,培养学生创造性思维能力。

学校、学院制定一系列政策,鼓励大学生科技创新,引导学生积极主动参与各项竞赛或大学生创新计划实验项目,在免试研究生推荐、奖学金评定、学分认定等方面给予一定优惠。每年从本专业三年级学生中招收自愿参加全国电子设计竞赛的学生,提供场地和实验仪器设备等资源,并派专业教师作为指导教师。学生实行自主管理,创新训练全部利用课余和节假日时间进行。认真实施大学生各类创新实验项目是培养学生科研实践能力和创新能力的重要环节之一。大学生创新实验计划强调过程培养,以科学研究为项目实施的主要形式,在教师的指导下,由学生自主设计、自我管理、自我组织、独立完成。在项目的实施过程中,经过提出问题、研究设计、实验操作、整理数据、归纳推理、得出结论或建议等环节的完整科学训练,锻炼学生的创新性思维,提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,培养学生的实践精神,训练学生的学术品格。

电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台,以培养综合型创新人才为目的,以循序渐进培养、提高学生实践能力的基本规律为主线[11]。新的实践教学体系激发了学生学习的主动性、积极性，培养了学生的创新精神,提高了学生的实践动手能力。学生在实验室进行科技活动情况见图3。

图3　学生在实验室内进行科技活动

1.2以实验平台高效运行为目标,推行实验平台科学管理机制

电子科学与技术专业创新教育综合实验平台规模大,功能的复合性和综合性强,因此实验平台必须要有相应的科学管理机制。实验仪器设备、实验人员管理、实验平台运行都将纳入学院综合管理体系[12-13]。

1.2.1加强实验设备管理,合理和充分利用设备资源

我们根据实验平台建设的总体目标,利用各种专项资金,在原有实验设备的基础上购买新设备,为开设新实验和提高实验水平提供了硬件条件。例如FPGA与嵌入式系统综合实验室，目前除了通用FPGA开发套件和多功能FPGA专业开发平台等先进硬件设备外,还拥有华大EDA软件、Synopsys和Candence等EDA相关软件。这些硬件和软件既能够满足所有本科课程实验与设计要求,又能与其他设备相配合使用,满足一些复杂系统设计的需要。学院与全球最大的IT服务供应商——Cadence公司签署合作协议,通过校企合作新模式共建“合肥工业大学-Cadence联合实验室”。Cadence协助联合实验室搭建先进的软件实验平台,将最前沿的技术引进教学过程,提高集成电路设计领域人才培养的实习实训水平。

在一个实验大平台的环境里,可以合理分配台套数,统一实验设备管理制度,资源共享,满足不同层次的实验教学、科研和人才培养的需要。尤其是合理使用大型仪器设备,做到物尽其用。

1.2.2加强实验人员管理,建立高水平的实验人员队伍

实验大平台的建设,对实验技术人员工作能力、综合素质、知识更新提出新的要求。本着“以人为本、公平公正、竞争上岗、优胜劣汰”的原则,优化实验队伍结构,鼓励实验人员参与制定实验室发展规划及各项科研、教研项目,积极开展自制实验仪器项目,定期开展业务培训，促进实验教学内容向设计性、创新性、综合性实验转变。

1.2.3建立科学的实验平台管理机制,加大实验室开放力度

实验平台实行院、系两级管理,实行主任负责制。为保证实验平台的长期稳定运行与发展,结合学校和学院相关实验室建设与管理规范,建立完善的实验平台的运行管理相关规章制度,并严格执行。在保证完成教学科研任务的前提下,积极开展综合开放、社会服务和技术开发,开展学术、技术交流活动。

随着实验平台的建设与完善,实验室硬件设施与环境、实验人员技术水平、实验室管理都发生了较大改变，摆脱了原来各个小实验室的“独自为政”的局面,提高了实验室的利用率和仪器设备的共享率,基本实现资源共享和师资统配管理，保证了不同层次实验教学的顺利进行。

2　以促进创新教育实施为目标,探索和构建相应的创新教育评价机制

利用实验大平台建设,建立相应的创新教育评价机制。

2.1实验教学评价机制

实验教学评价机制主要考察学生的学习效果和教师的教学能力。对于学生实验的成绩评定以考勤、实验完成情况、实验报告为依据综合评分。这样的考核会更加注重学生的实验过程、团队的合作意识及对实验仪器设备的掌握能力。尤其对于综合性和设计性实验,提倡方案的多样性,使学生有机会充分展示自己的能力。对于教师的考核既可以通过学生实验的效果来评价,也可以通过专家督导组的实验听课制度来实现。建立实验教学中相应的反馈机制，学生及时将实验教学中的问题反馈给教师,便于教师及时解决问题；教师不断反馈自己的教学成果给学生,使学生获得更好的学习效果。

2.2学生科研能力评价机制

大学生科研能力的评价内容包括研究性学习能力的评价、科研实践能力的评价以及科研创新能力的评价。本着客观、公正、科学的评价原则,通过教师评价、同学互评和学生自评等方法定性或定量来实现学生科研能力的评价。

创新教育评价是“以人为本”的个性化教育评价[14-15]。构建科学的创新教育评价机制,一方面可以鼓励教师将科研与教学融为一体,另一方面,激发学生科研创新的勇气与潜力,进一步推进大学生科研能力的培养和创新人才的培养。

3　电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台建设的成效

实验教学平台以教学实验室为依托,主要承担实验教学工作。经过多年的建设,现有实验室面积1 600 m2,拥有实验设备800余台套,仪器设备总价值4 000余万元(其中10万元以上大型设备2 000余万元),可开设26门课内实验及独立实验课程,其中实验项目136个,年接纳学生4 576名,完成实验人时数1 500 928,对满足本科专业人才培养需求,具有必要的、积极的支撑作用。以基础实验教学平台为依托,优化实验项目配置,调整更新实验内容,增加与生产实践紧密结合的设计性、综合性实验项目。目前我们综合性、设计实验开出率达到80%。大大激发了学生学习的热情与积极性,使学生的实践能力与创新能力得到锻炼与提高。

以研究室和创新基地、实习实践基地为依托建立科技创新平台,主要面向研究生和高年级的本科生。依靠创新科研平台,改变研究生培养教育中存在的“重理论、轻实践”的现象,提高研究生的培养质量；为本科生科技创新活动提供有效的技术支持和实验装备,提升我校学生参加国家创新实验比赛的技术水准。同时可为本科毕业设计提供有效的支持,力争改变电子科学相关专业毕业设计课题“软多硬少”的现状。近年来多名学生获得大学生创新实验项目立项,先后在挑战杯全国大学生课外学术科技作品、大学生电子设计大赛及全国机器人大赛中取得优异成绩。通过各种大赛的获奖,形成了实验平台建设与科技创新活动良性互动的机制。

通过综合实验平台的多年建设,形成了具有特色的电子科学与技术专业人才培养模式。电子科学与技术专业毕业生的人文素质、科学素养、应用能力和创新意识,深受用人单位的欢迎。其中,优秀毕业生的考研录取率比例也较高,近3年的考研和就业情况见表3。

表3　近3年电子科学与技术专业考研、就业率

4　结语

电子科学与技术专业创新教育综合实验大平台建设的目标是通过对现有实践教学体系的改革与创新,以学生能力培养为主线,强化工程实践能力,满足学生自主研学和创新要求,培养具有创新精神和实践能力的高素质人才。大平台的建设是一项复杂的系统工程,也是长期而艰巨的任务。随着学科的发展和专业改革的深入,平台建设与管理也在逐步前进和规范。

References)

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Construction of comprehensive experimental platform of electronic science and technology of innovation education

Wang Molin, Yi Maoxiang, Qi Haochen

(School of Electronic Science & Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Aiming at the importance of electronic science and technology professional practical teaching, taking cultivate innovative talents as the goal, this article puts forward to construct a comprehensive experimental platform for building innovative education, explorate and construct a new practical teaching system, an experimental platform management system and an innovative education evaluation mechanism.

electronic science and technology; innovation education comprehensive experimental platform; practical teaching system; evaluation mechanism

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.003

2015- 08- 25

安徽省项目“工科大学生创新教育模式与质量评价机制研究”(XJ201312)

王墨林 (1972—)，女(回族),安徽合肥, 硕士,高级实验师,主要从事电子科学与技术专业实验教学和实验室管理.

E-mail:hfutwml@163.com

G642.3

A

1002-4956(2016)3- 0008- 05