电子技术实践教学改革与体系构建的研究

花汉兵，王建新，班 恬

（南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094）

电子技术实践教学改革与体系构建的研究

花汉兵，王建新，班 恬

（南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094）

为了培养学生的基本实践能力、设计能力及创新能力，该文基于电子技术实践教学，提出了“自顶向下”的实践教学改革方法，构建了“一条主线、三大层次、六个类别”的实践教学体系，在教学内容上体现了不同层次、多个类别的实验内容，从而激发了学生实践学习的兴趣。实践表明，通过教学改革的研究与探索，电子技术实践育人工作取得了实效，对于高校实践教学改革具有重要的借鉴和推广意义。

实践教学；自顶向下；教学体系；能力培养

《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》指出：“实践教学是学校教学工作的重要组成部分，是深化课堂教学的重要环节，是学生获取、掌握知识的重要途径。”同时又指出：“进入21世纪以来，高校实践育人工作得到进一步重视，内容不断丰富，形式不断拓展，取得了很大成绩，积累了宝贵经验，但是实践育人特别是实践教学依然是高校人才培养中的薄弱环节，与培养拔尖创新人才的要求还有差距。”

实践教学在高校发展中呈现的“短板效应”［1－2］，究其原因是多方面的。国家要求“教学为要、科研为基”，实际操作过程中，仍然存在“先科研后教学、先理论教学后实践教学”的现象，清华大学顾秉林校长在清华大学第22次教育工作讨论会开幕式上的讲话指出：国外不少著名大学的教授甚至诺贝尔奖得主都亲自在实验室里辅导实验，而我们却将指导实验与实习看成是课堂教学之外的“辅助性工作”。国家要求实施“完善教师分类管理和分类评价办法，明确不同类型教师的岗位职责和任职条件”、“改革薪酬分配办法，实施绩效工资，分配政策向教学一线教师倾斜”，而实际上从事实践教学的教师晋升空间有限，师资队伍流失较为严重，无法安心工作，另一方面又吸引不到优秀人才。没有优质的实践师资队伍，是无法保证实践教学质量。现阶段大学生重理论轻实践的思想也是其原因之一［3－5］，理论考试好，实践水平却有待提高。另外，实践教学内容不及时更新，且多为验证性内容，设计性和创新性实验较少，使学生失去实验的兴趣。实践项目也缺乏层次性，不利于大学生实践能力的培养［6］。

加强实践教学已成为提高高校人才培养质量急切需要解决的重大课题，基于此，本文对电子技术实践教学改革与能力培养等方面进行研究与探索。

1 “自顶向下”的实践教学改革方法

《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》指出：“制定加强高校实践育人工作的办法……配齐配强实验室人员，提升实验教学水平。组织编写一批优秀实验教材。加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设，……”。积极进行实践教学改革，着力构建长效机制，推动实践育人工作取得成效。以电子技术实践教学为例，构建了如图1所示的“自顶向下”的实践教学改革系统分层框图。

图1 “自顶向下”的实践教学改革分层框图

图1中电子技术实践教学改革框架中的“顶”为系统总要求，即电子技术实践教学改革；“向下”指的是根据系统总要求，逐步分解为若干个子系统，……，直到分解为可实现的多个各具特定子功能的基本模块“*”为止。

由“电子技术实践教学改革”总要求，可以分解为实践教学体系构建、实践教学内容更新、实践教学条件保障、实践教学管理运行等4大模块。这4大模块的具体实现则可分别分解为：1）实践教学体系模块，通过“一条主线、三大层次、六个类别”构建；2）实践教学内容模块，通过实验项目开发、实验教材编写等更新实验教学内容；3）实践教学条件模块，通过师资队伍建设、设备设施配置等保障实验教学；4）实践教学管理模块，通过“2＋2”、雇员制、人事代理制等方式建立有效运行机制。这些基本模块是电子技术实践教学改革中具体的、可行的、可操作的改革措施。因此该“自顶向下”的框架方法，使得电子技术实践教学改革得以真正落实和开展，也使得教学改革具有实践意义和推广价值。

2 构建“一条主线、三大层次、六个类别”的实践教学体系

从人才培养体系整体出发，基于电子技术实践教学，构建了以基本实践能力（课内实验／综合实验）、设计能力（EDA设计／课程设计）、创新能力（课外科技活动／电子设计竞赛）等3层次能力培养为主线的“一条主线、三大层次、六个类别”实践教学体系，如图2所示。

图2 电子技术实践教学体系

第一层次包括模拟电子线路、数字逻辑电路、高频电子线路等课程内基本实验以及电工电子、模拟电路与数字电路等综合实验。课内实验是验证课程中某一原理或理论的实验，加深学生对基本知识、基本理论的理解［7］。综合实验是将一门或多门课程知识综合应用的实验，使学生能够把握所学前后课程之间的联系［8］。课内实验和综合实验主要培养了学生掌握实验方法、实验手段、实验数据的记录与整理、实验报告的规范撰写等基本实践能力。

第二层次包括基于Multisim的EDA设计（I）、基于QuartusII的EDA设计（II）以及电子线路课程设计。EDA是电子设计自动化Electronic Design Automation的简称，EDA设计是以计算机为基本工具，借助于软件设计平台，完成电子电路的设计。课程设计是以电子技术工程为背景，结合电子线路专业知识的设计。EDA设计、课程设计均是在教师的指导下，学生根据所给课题要求，查阅资料，自行拟定实验方案、方法及步骤，完成电子电路的设计与实现。EDA设计和课程设计主要培养了学生的自主学习、自主研究的电子技术设计能力。

第三层次包括大学生课外科技活动和学院“华为杯”电子设计竞赛、省大学生电子设计竞赛、全国大学生电子设计竞赛。以设计竞赛为契机，坚持学生课外科技活动不断线。以“启发引导、留有余地、注重创新”为原则，开展教师结合科研拟题、学生观察生活找题及大学生科研训练等多种形式的课外科技活动，并形成常态化。竞赛一般是按照自愿报名与首轮筛选—基础理论与实践培训—二次筛选与赛前针对性培训—竞赛的过程来进行的［9］，以此建立起优秀学生的选拔和培养制度。在培训过程中，学生三人一组，并聘请了技术专长的中青年教师，组成了不同方向的课题组进行有针对性的、专业性的讲解单片机应用系统设计、FPGA与DSP系统设计、嵌入式系统应用设计、高频放大及功率放大电路设计等方面的专业知识，内容涉及面广，为学生从事的科技创新活动夯实基础。近年来，学生在全国大学生电子设计竞赛中先后获得全国二等奖7项，江苏赛区一等奖21项、二等奖28项。

“一条主线、三大层次、六个类别”体系是以能力培养为核心、分层次的实践教学体系，具有自身系统性和科学性，形成了以学生为本，知识、能力与素质协调发展的现代实践教学理念［10］。以此可以进一步推广为“一条主线、三大层次、X个类别”的实践教学体系，从而深入推进本科教育教学改革。

3 融入科技创新和教学改革成果，拓展实践教学内涵

将前沿知识、教育改革和教育研究最新成果充实到教学内容中，切实提高实践教学质量，而开发实验项目和编写实验教材正是不断更新实践教学内容的主要载体。

电子设计自动化技术的发展和推广应用极大地影响了电子技术实践教学思想、教学方法和培养目标，丰富了实验项目。在保留经典实验项目的基础上，注重层次化和模块化的实验项目开发［11－12］，有利于启迪学生科学思维和创新意识。1）综合性实验项目更新，实验内容涉及电子技术相关的综合知识。学生运用多方面知识、多种实验方法，按照项目要求进行实验。2）设计性实验项目更新，实验内容可以是实验方案的设计，也可以是系统的分析与设计。学生在教师的指导下，根据实验项目和实验条件，自己设计方案、确定实验方法、选择实验器材、拟订实验程序，并对实验结果进行分析处理［13－14］。3）创新性实验项目更新，内容结合教师的在研项目或由实践能力强的学生自拟项目。几名学生组成小组，运用多方面知识、综合多学科内容，在自身所研究的领域或教师选定的学科方向，针对某一或某些选定研究目标进行研究和探索。

优秀的实验教材内容能及时反映实验教学改革与研究的成果，体现新技术、新方法等现代实验技术手段，有利于学生自主训练和创新能力培养。目前国内外有一系列相关电子实践教材，如Stephen L.Herman著的电子技术优秀实验教材《Electronics for Electricians》，该书的结构体系独特、内容涵盖面广、叙述简明扼要、实践性很强。每个单元的开头都有明确体现主要内容的教学要求，与实践相关的部分描述较为详细，甚至可直接按其进行操作，利于读者自学和进行实验。在测试方法、测试步骤等方面，按实验的先后顺序，采用循序渐进、由简到繁的方法，提示读者完成实验，利于提高读者的实践能力。

教材是体现教学内容与方法的知识载体，是教师进行教学的一个基本工具。在电子技术实践教学改革过程中，借鉴国外实验教材的特点，积极规划和编写《电子技术实践教程》《EDA技术与实验》等实验教材。《电子技术实践教程》（2015年2月出版）内容涵盖了模拟电子技术实验、数字电子技术实验、高频电子线路实验及电子技术综合设计等，将电子知识的理论与实践、基础与综合有机地结合在一起，在培养学生基本实践能力的基础上，着力培养创新意识和创新能力。EDA技术是将计算机技术应用于电子电路设计过程的一门新技术，在通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。为了使学生将传统的电子线路设计思想和现代的电子线路设计相结合，精心编写《EDA技术与实验》（2013年8月出版）实践教材，内容涵盖了模拟电子技术中典型电路的仿真分析和设计方法、数字电子技术中典型电路的硬件语言描述及仿真与实现，使学生掌握现代电子设计方法，以实现实验教材内容与科研、工程、社会应用实践密切联系。

4 加强师资队伍建设和设备配置，优化实践教学条件

实践教学条件保障要求有教学科研实践经验丰富、热爱实践教学的专兼职教师队伍及先进的设备设施、现代化的环境配置。

由于实践教学常被认为是辅助性工作，因此实践师资队伍往往被划为教辅人员，导致“博士不愿进、硕士进不来”的局面，而实践教学队伍的水平直接关系着高校创新人才培养的质量。因此一方面实验教师积极深造，不断提高自身学术水平。积极参加教学改革，先后获得“电子技术实践教学改革与研究”等多项校级教育教学研究课题及多项教学仪器设备自制项目等，不断提高实践教学水平。另一方面理论课教师积极从事实践教学，实现理论与实践教学融会贯通。如模拟电子线路课程教学的教师继续担任模拟电路方面的EDA设计（I）的实践教学，数字逻辑电路课程教学的教师继续担任数字电路方面的EDA设计（II）的实践教学。电子技术实践教学的专兼职师资队伍教学科研创新能力不断增强，在2015年全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛中，教师所研制的实验教学案例获得一等奖2项、二等奖2项；在2014年江苏省大学生电子设计竞赛中，4位教师指导的7组学生全部获奖，其中一等奖3项，二等奖4项。

实践育人基地是开展实践育人工作的重要载体。以学校“一提三优”工程为标准，努力加强实验教学中心的内涵建设，由此开展的实验中心建设项目，为电子技术实践教学质量的持续发展提供先进的设备配置和现代化的环境配置。本着与时俱进的原则，采用了一些在技术上更为先进的软件和设备，以满足综合性、设计性、创新性等现代实验教学的要求。如可编程逻辑器件开发软件由MAX＋PLUSII更新为QUARTUSII软件，可编程逻辑器件芯片由EPF10K10LC84到EP1C12Q240C8及至更新为EP3C25F324C8，实现了软硬件的升级换代。基础实验教学楼的建设及现代化的环境配置则适应了实验开放管理和学生自主学习的需要，从而推动实验室建设与实验教学改革的良性互动。

5 探索多种形式，健全实践教学管理运行机制

建立先进的运行机制和管理体制，是完善实验教学质量保证体系的关键。实践教学涉及仪器设备维护、实验室管理等诸多环节，因而加强实践教学管理队伍的建设显得尤为重要。但多种原因的存在使得实验室面临管理人员不足的现象，为此探索了“2＋2”、人事代理制、雇员制等多种形式。

“2＋2”形式主要是对优秀本科毕业生，愿意留在实验室担任助教或助管两年，可取得保送研究生资格。人事代理制和雇员制则是面向社会公开招聘，其中人事代理制要求应聘者的学历层次较高。“2＋2”和人事代理制人员既可承担实验室管理工作，又可协助指导学生实践活动，是实践师资队伍的一种有效补充。雇员制人员则是完全承担实践环节的管理工作。这些人事制度的改革，有效地健全了实践教学管理运行机制，完善了实践教学质量保证体系。

6 结束语

加强高校实践教育，绝不是对理论教育重要性的否定，而是理论创新的重要途径。基于电子技术实践教学，提出了具体的、可行的、可操作的“自顶向下”的实践教学改革方法，构建了先进的“一条主线、三大层次、六个类别”实践教学体系。通过实验项目开发和实验教材编写，及时反映教学改革与研究成果。通过优化实践教学条件和健全实践教学管理运行机制，确保实践育人工作取得实效。

［1］孟庆繁.在学习中创新在创新中发展——浅谈《实验室研究与探索》在实验室工作创新中的作用［J］.实验室研究与探索，2012，31（11）：12－14.

［2］胡今鸿.实验教学队伍脱离“教辅”问题的探索与实践［J］.实验技术与管理，2013，30（1）：5－7.

［3］顾秉林.秉承实践教育传统，加强创新能力培养，提高学生全面素质［J］.清华大学教育研究，2006，27（1）：1－7.

［4］孟祥福，郑婷婷，郭长彬，等.有机化学实验教学改革与实践［J］.高等理科教育，2014（6）：60－63.

［5］廖庆敏.深化示范中心内涵建设，不断提高学生实践与创新能力［J］.实验技术与管理，2014，31（2）：107－109.

［6］李培根，许晓东，陈国松.我国本科工程教育实践教学问题与原因探析［J］.高等工程教育研究，2012（3）：13.

［7］易婷.“数字信号处理”课程课内配套实验的设计［J］.电气电子教学学报，2013，35（4）：89－90.

［8］苏国韶，张小飞，秦钢年.综合型与创新型实验教学的改革与实践［J］.高教论坛，2010（2）：58－60.

［9］花汉兵.电子创新实验基地建设及运行管理研究［J］.实验室研究与探索，2005，24（3）：93－94.

［10］吴向明.高校人才培养的长尾理论：从规模到质量［J］.高教与经济，2008（3）：84－88.

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［12］盖功琪，宋国利.开放式实验教学管理模式的研究与实践［J］.实验室研究与探索，2010，29（2）：162－164.

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［14］尹立苹，刘雁红，韩聪.高校实验教学考核模式的研究与探索［J］.实验科学与技术，2009，7（5）：73－75.

Study on the Reform of Practical Teaching and the Construction of Practical System in Electronics

HUA Hanbing，WANG Jianxin，BAN Tian
（School of Electronic and Optical Engineering，Nanjing University of Science＆Technology，Nanjing 210094，China）

In order to cultivate students’basic practical ability，design ability and innovation ability，this paper puts forward method of“top－down”practice teaching.Themethod based on the practical teaching of electronic technology practice.To cultivate the students’practical ability，designed capability and innovational ability，the practical teaching system is constructed，which includes“onemain line，three levels and six categories”.The experiment contextwith different levels and categories can stimulate students’interest in learning practice.Through the research and exploration of teaching reform，the actualeffectof educating people has achieved practical results.The research is popularization and significance for the reform of practical teaching in colleges and universities.

practical teaching；top－down；teaching system；ability training

G642.0

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.012

2015－09－01；修改日期：2017－04－17

南京理工大学高等教育教学改革研究立项课题（2013－A－13）。

花汉兵（1973－），男，硕士，副教授，主要从事电路与系统的教学及其研究工作。