基于口袋实验室的电子类专业实践教学改革与研究

郭旻+刘丰

摘 要 电子类专业传统的实践教学方式已经不能适应应用型本科院校对人才培养的要求，我们引入口袋实验室的理念，结合校外资源大力发展我校实践教学条件，在实践教学过程中运用口袋实验室，对培养电子类学生的动手能力、团队协作能力、创新能力都有着显著积极的促进作用， 为我校教学综合改革提供良好的启示和示范作用。

关键词 口袋实验室 实践教学 混合式教学 协同育人

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

0引言

应用型本科院校的核心任务是培养符合市场需要的具有工程实践能力的工程师，实践类课程是电子类专业训练学生将课堂上所学的专业知识应用于实践的基本平台。 随着各个学校都在加大实践环节在教学中的比重，如何形成一套完整有效的实践教学理论体系，设计组织好各个实践环节，切实提高学生的动手能力、创新能力、团队协作与工程能力是一个值得探索的课题

1电子类专业实践教学现状

电子类专业传统的实践教学是以实验室的实验箱或实验台为主，由于更新周期长，一般相对落后陈旧，难以扩展，不能与当前最新的技术挂钩，难以引起学生的学习兴趣。实践环节当中所做的实验也多以验证性为主，实验内容相对简单，缺乏综合性，束缚了学生的思维，因而实验过程不能有效激发学生的主观能动性和自主创新性。而且教学多在实验室进行，实验室具有封闭性和时效性，大大限制了学生实践的地点与时间，学生不能及时有效的把理论与实践相结合。

2引入口袋实验室的理念

口袋实验室是指将传统试验箱的核心功能压缩至一块小开发板上，易于扩展，方便携带与调试。它打破了传统实验室的时空限制，使学生可以在任何时间、任何地点实现其任何实验想法，学生和老师，学生和学生之间可以随时交流实验体会和想法，从而能够有效提高学生学习的趣味性，提高动手实践能力、理论与实践结合能力，强化其探索精神与创新意识。目前口袋实验室理念在国内外多所高校已得到广泛的认可和贯彻，如哈尔滨工业大学、东南大学、清华大学、华中科技大学、西安交通大学等都建立了数量、规模各异的口袋实验室。另一方面，国际知名公司也纷纷注意到“口袋实验室”在高校教学中的流行趋势，并积极推出相关产品支持这一实践教学模式。如ST公司推出的NUCLEO-F401RE用于嵌入式的学习，DIGILENT公司推出的Basys3用于数字电路系统的设计等。

3基于口袋实验室的实践教学培养方案

3.1混合式教学设计

每门课程由教师选定一个适合的口袋实验室，学生人手一块，上课带来，下课带走。教师前期可制作结合该口袋实验室与课程的一系列示范实验小视频，供学生在课前预习；在课上，摒弃传统的给定课题、给定实现方法的实验模式，改为给出课题方向，由学生自主确定实验方案，在口袋实验室上开发调试，观察结果，如遇问题可以与老师及时沟通；在课后，学生可以在寝室、图书馆反复实验，巩固所学知识，有任何新的想法都可以随时随地在口袋实验室上实现。这将极大的激发学生的学习热情与创新能力的培養，显著提高实践课程的教学效果。

3.2建立团队机制，以点带面

在课程设计环节，学生需结合口袋实验室扩展制作更加复杂的电子系统，从方案制订，元器件的选配，硬件调试，软件调试，直到完成制作，工作量较大，需要建立2-3人的团队。我校建有校级示范创新实践基地，每年从大一开始就选拔动手能力强的学生进行专门培养，让这些学生作为每个团队小组的组长，负责全队的设计协调工作，起到以点带面，全面发展的效果。

3.3良性互动，教学相长

在课程考核时，教师可引入多种考核形式。为了培养学生的团队协作与沟通能力，可增加课程讨论环节，拿到课题方向后，每位学生都需查阅资料根据自己的理解给出自己的实验方案，在小组进行讨论比较，最后确定最终一致的方案，老师可在此过程中参与并观察记录；作品完成后每组需进行方案陈述，制作ppt，公开答辩；最后提交书面的设计报告。教师综合学生在整个过程的表现给出成绩等级，同时教师也可以收集大量不同的实验方案，为以后的教学提供有利支撑，这是一个良性的教学相长的过程。

4借助校外资源发展实践条件

4.1与知名企业深度合作

教育部高等教育司每年组织有关企业支持产学合作协同育人项目，深入推进产学合作协同育人，汇聚企业资源，支持高校开展教学内容和课程体系改革、师资培训、实践条件建设、校外实践基地建设、创新创业教育改革和大学生创新创业。我校已成功申报了与ARM公司合作的教学内容与课程体系改革项目：嵌入式系统原理及应用，和实践条件建设项目：创新联合实验室建设。还有与Digilent公司合作的基于EDA的数字电子技术课程改革项目。ARM公司将给我院学生提供NUCLEO-F401RE口袋实验室，用于嵌入式开发学习，NUCLEO-F401RE 是ST公司推出的一款针对高性能STM32F4系列设计的Cortex-M4开发板，具有 mbed 功能。同时还提供 ST Morpho 扩展排针，可连接微控制器的所有周边外设。开发板基于STM32F401RE设计，开发板还集成了ST-LINK/V2-1仿真下载器。并且具备Arduino接口，可接入 Arduino 巨大生态系统的各种 Shield 扩展板，能够轻松快速增加特殊功能。Digilent公司将给我院学生提供若干Basys3口袋实验室，用于数电电路与FPGA的学习。Basys3是围绕着一个Xilinx Artix-7 FPGA芯片 XC7A35T-1CPG236C 搭建的，提供完整的硬件存取电路，可以完成从基本逻辑到复杂控制器的设计。四个标准扩展连接器配合用户设计的电路板，或Pmods接口（A / D和D / A转换，电机驱动器，传感器输入等）其他功能。

4.2 组织学生参加各类竞赛

引入口袋实验室是为了提高学生的实践动手能力和创新能力，平时教师可以收集往年的各类竞赛题目，组织学生基于现有的口袋实验室进行技能训练，知识贮备。积极组织学生参加各个级别的相关竞赛，比如DIGILENT全可编程创新创业设计竞赛，ARM-STM32 校园创新大赛，全国大学生电子设计大赛等。“以赛带学”、“以赛代考” ，充分借助校外资源调动学生学习的积极性，增强工程实践能力。

4.3 提高教师实践水平

高校引入口袋实验室平台，教师的工程能力也需要积极提高。要培养工程型的学生就必须有工程型的教师，我院积极组织教师定期参加相关企业的培训交流，同时要求每名青年教师到相关企业顶岗实践半年，以实际工程项目引领教师实践能力的提高。

5结语

基于口袋实验室的实践教学改革在武汉纺织大学电子与电气学院实施之后，从学生考试成绩、参加各类竞赛、实习单位和用人单位的反馈意见看，学生工程实践能力得到了极大的提升。在实践教学过程中运用口袋实验室，对培养电子类学生的动手能力、团队协作能力、创新能力都有着显著积极的促进作用，为我校教学综合改革提供良好的启示和示范作用。

参考文献

[1] 郭旻.基于EDA 的电子信息类创新实践能力培养体系的探索与实践[J].科技视界，2014，12.

[2] 初竑邑.“口袋实验室”在电子类专业实践教学中的应用[J].教育教学论坛，2016.12.

[3] 包敬海.基于“互联网 +”与口袋实验室的单片机教学改革的探索[J].当代教育实践与教学研究，2017.1.

[4] 姜志鹏.基于“口袋实验室”的实践教学模式实施方法[J].物联网技术，2015.8.