高校电子实训教学中的工程能力培养

张 迅，唐如龙

长期以来,高校电工电子实训教学基本处于理论教学的附属地位,视为对理论教学的补充和延伸。虽然也强调了对学生动手能力的培养,理论与实际相结合,但在重 “学”轻 “术”的氛围中,处于 “陪衬”的定位十分明显[1]。那么,该课程目标定位是什么呢?又如何达成呢?本文认为,高校电子实训教学应重在对学生工程能力的培养。

1 电子实训教学的地位分析

现在人们已取得共识：在工科院校中,对学生工程能力的培养应贯穿于教学全过程[2-3]。工程是实际的改造世界的物质实践活动和建造实施过程,工程是要有所创造,从而为人类生存发展条件建造所需要的人工自然与物品。工程知识的主要形式是工程原理、设计和施工方案等,工程活动的基本方式是计划、预算、执行、管理、评估等[4]。而工程能力,简言之,是以工程为对象,含设计、施工、维护、管理等一系列实践活动能力的总和[5]。能力总是和一定的实践活动联系在一起的,是人们完成一项目标或者任务所体现出来的素质。学生工程能力则是一种智力潜能,是理论知识与实践技能相结合的产物。电子实训教学,在培养学生工程能力过程中,发挥着独特的作用,这是由电子实训教学在整个教学体系中的地位所决定的。

现在,南华大学各专业的总学时均在2 500学时左右,其中理论教学约1 750学时,占70；实践教学750学时,占30。理论教学的主要任务是认识世界和解释世界[6]。以电子专业为例,电子理论教学即说明电子现象及电子运动的规律。当下,由于电子科学的技术化和电子技术的科学化紧密相连,电磁场与波、电磁材料与器件、光电材料与器件、半导体与集成电路、电路与电子线路及其系统已成为了该专业学习和研究的对象。理论教学是解决“知”(seek-to-know)的问题,而实践教学是解决 “做”(seek-to-do)的问题。在重 “学”轻 “术”的教育模式下,实践教学作为巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径,是培养学生科学素质的重要平台,是理论教学的延伸,是为理论教学服务的[7]。但如果将学生工程能力培养作为工科院校主要职责,理论教学的主要任务则是为培养学生工程能力作知识上的 “铺垫”。因为,如果把后者 (学生工程能力)比作一艘船,那么,前者 (理论知识教学)就是为这艘船提供燃料。同时,还应该看到,由于现代工程技术的独立性越来越强,已经具有了从原来依附科学到超越科学的本质属性,形成了工程科学[8]。从这个角度看,实践教学的功能与任务绝不是理论教学的 “附庸”与 “从属”,而应具有相对独立的地位；对应的课程也应具有主体课程的资质。电子实训教学作为电子与非电子专业实践教学的重要组成部分,也是这样。

高校实践教学环节可归结为 “三实”,即实验、实训和实习,如图1所示。

图1 “三实”关系图

如以学生工程能力培养作参照系,三者的功能是不一样的。尽管本科教学实验可以划分为基础型、设计型和探究型3种类型[9],但实验课的基本功能是通过对理论和定律的验证,使学生巩固和理解基本理论知识和掌握基本技能。这里的基本技能是和实验有关的一些技能,包括实验方案的制定,实验装置的设计,实验参数的选择,实验仪器的配备等。应该说,与工程发生的是间接的而不是直接的关系。实习,顾名思义,就是在实践中学习。大学实习,无论是认识实习、生产实习和毕业实习(也称毕业顶岗实习),都是直接投入 “工程”之中的一种实践活动,是检验和提高学生工程能力的平台。实训是职业技能实际训练的简称,是指在学校控制状态下,按照人才培养规律与目标,对学生进行职业技术应用能力训练的教学过程[10]。对于学生工程能力的培养,实训的作用是介于实验和实习之间的：相对实验来说,离 “工程”近,是工程的 “预演”或 “预习”；相对于实习来说,离“工程”尚有一定的时空差异。由此看来,实训在“三实”中占有重要地位,是学生在校期间获得工程能力的重要途径。

2 在电子实训教学中培养学生的工程能力

本文所说的实训,是指以校内实训中心 (有些学校称为工程训练中心)为平台的实训。电子实训教学即以该空间为依托,以其全部的教学资源为手段,以参与训练的学生为客体,通过教学主体(教师),运用其教学资源 (手段),作用于客体并使其发生变化 (能力提高和素质增强)的过程。因此,它是一个主体、客体和手段相互组合,并发生结构性变化的过程。在不同结构状态下,其教学效果和效率是不一样的。本文从教学任务模块分析入手,讨论其结构的变化。

2.1 电工电子实训教学原则和方法

电工电子实训教学的中心任务是让学生掌握某些典型的电子产品的装配与调试,为此,必须掌握两种工艺——焊接工艺和PCB制作工艺,学会常用仪器和工具的使用,识读和选择常用电子元器件,并掌握有关设计软件 (如Protel)的运用。本文将教学任务等同于课程内容。因为,课程内容是在一门课程中所教授或所包含的知识,也是指一些学科中特定的事实、观点、法则和问题等[11]。课程内容是课程的核心要素,是实现课程目标的载体,是安排学生学习活动的依据。那么,基于课程内容,我们如何在电子实训教学中,来提高学生的工程能力呢?教学任务主要包括6个模块,如图2所示。

图2 教学任务模块图

本文在模块1中安排了双管振荡警报器、音频信号发生器、直流稳压电源、555报警电路、抢答器电路、收音机、单片机时钟以及温度计等多种产品的安装与调试。在模块6中利用DXP绘制PCB图。其余4个模块内容与一般高校类似。应该说,每个模块的教学对学生工程能力形成和提高都是必须和有益的,但是,不同的教学原则与方法,其效果是不同的。本文所说的教学原则即教学的出发点。这里存在两种不同的教学原则,即技术原则和工程原则。前者将教学视为一种技术活动,后者视为一种工程活动；前者重在 “应当怎样造物”方法与手段的说明,后者重在造物 (一人工物)本身的设计与创造,而这种创造不仅需集合多种技术,同时还必须集合科学、经济、管理、文化、社会和环境等诸多非技术因素才能实现。显然,前者是为后者服务的,是手段；后者是目的,是我们教学活动的出发点。如图2所示模块5的教学,基于技术原则,只要讲清仪器、工具的性能和使用方法就行了；而基于工程原则,还需讲清领用、保管、爱护等诸多管理与经济方面的问题。在模块1和模块3的教学中,出发于工程原则的教学,应视为一种 “产品”的生产,包括工艺设计、工艺过程的展开、加工制作和检验等。同时,因为任何工艺过程的展开都是在一定的 “管理平台”上进行的,所以还牵涉到团队组建、分工协作、人际关系处理等诸多社会层面的问题。实践证明,将工程原则贯穿于每一模块的教学中,是有助于培养学生工程能力的,因为这里内含了工程知识和工程活动方式。

出发于不同的教学原则来组织教学内容,实际上是在微观领域里回答 “何种教学方式最有价值”的问题,而立足于教学活动诸要素的结构安排,同样会影响其教学效果与学生能力的培养。

2.2 采用建构主义理论，培养工程能力

如前所述,狭义地看,教学活动就是教师、教学手段 (介质)和学生三要素的组合过程。这种组合会形成一定的结构。影响这种结构除了要素的排序外,还有对各要素地位和作用的界定和赋予。譬如,以学生为中心,教师为辅助,那么,这种教学过程就是一种服务过程；反之,就是一种居高临下的灌输过程。作为介质 (介于教师与学生之间)的教学手段也一样,传统的和现代的,其功能是不同的。另外,重视与不重视该手段的运用,其作用也是不一样的。那么,基于工程能力培养,这三要素应如何组合、形成一种什么样的结构呢?受现代的学习理论启示,本文认为,实训是在学生学习和掌握了一定理论知识的基础上进行的,从工程能力培养角度看,采用建构主义理论[12]是合适的。建构性的学习和教学强调学习者的主动探索,但并不轻视教师的作用,教师的引导和帮助对于学生的思考和知识建构来说是极为重要的。另外,在建构性的教学中,学生和学生之间也将会进行更充分的沟通和合作。建构性的学习是一种自我调节的学习。老师也为学习者设计各种任务和课题,但学生要自己确立该任务所包含的子任务,明确自己要解决的问题,以及达成各个目标的方法和途径。另外,学习者要不断监视自己对知识的理解程度,判断自己的进展及与目标的差距,采取各种增进理解和帮助思考的策略。学习者还要不断反思自己及他人的见解的合理性,看它们是否与自己的经验体系一致,是否符合经验事实,以及推论中是否包含逻辑错误等。因为建构性的学习不是简单地让学习者占有别人的知识,而是建构自己的知识经验,形成自己的见解。学习者对学习过程的自我监视和调节部分地需要学习者去单独完成,同时也需要学习者小组来共同设计和控制,特别是当他们合作去完成某些任务的时候[13]。为提高学生的工程能力,本文在图2所示模块1教学中,要求学生独立大胆地完成整个实训项目,教师进行实训指导时应当注重引导,而非辅导。对于学生操作不正确的情况,应当引导其自主思考和分析问题,而不是直接将问题和解决办法和盘托出,这样才能确保学生真正掌握知识,提高动手能力以及分析问题和解决问题的能力。

3 结束语

现在人们在观念上业已认识到,在工科院校或者综合院校的工科专业,应以培养学生的工程能力为教学过程的宗旨。但是在实际操作中,由于存在“路径依赖”,如何处理好理论教学和实践教学的关系,仍需艰苦的探索。在实训教学过程中,如何摆正教师和学生的关系,采用什么样的教学原则和方法,才有助于学生工程能力的形成,也有许多工作要做。基于此,本文初步总结和梳理了作者在上述两方面的认识和实践活动。教学实践表明该教学方法有助于提高学生的动手能力以及分析问题和解决问题的能力。

[1]王志蔚.地方本科高校课程体系转型待解的五个问题[J].教育探索,2017(1)：43-46.

[2]刘吉臻.工程教育课程改革的思维转向：工程化的视角[J].高等工程教育研究,2006(4)：42-45.

[3]李红梅,江志斌,郑益慧.强化工程能力培养的高校课程体系改革[J].高等工程教育研究,2013(5)：140-144.

[4]刘则渊,许振亮,庞杰,等.现代工程前沿图谱与中国自主创新策略[J].科学学研究,2007,25(2)：193-203.

[5]陈文,张民.基于 “卓越计划”的大学生工程能力提升策略研究[J].黑龙江教育 (高教研究与评估版),2014(1)：72-74.

[6]刘彦鹂,杨振兰,周展怀.电工电子实训课的教学与实践探索[J].广东工业大学学报 (社会科学版)2006,6(s1)：147-148.

[7]王伟平,廖晓科,张一斌,等.高等学校电子工艺实习课程的研究[J].实验室研究与探索,2008,27(4)：119-121.

[8]陈亚玲.重建我国高等工程教育的思考——基于工程及高等工程教育本质的视角[J].大学：学术版,2010(4)：19-25.

[9]赵建华.本科教学实验的分类研究[J].中国大学教学,2012(1)：12-12.

[10]左建勇.面向工程的实训教学模式与案例分析[J].实验室研究与探索,2011,30(7)：157-161.

[11]江山野主编译.简明国际教育百科全书·课程[M].北京：教育科学出版社,1991.

[12]温彭年,贾国英.建构主义理论与教学改革——建构主义学习理论综述[J].教育理论与实践,2002(5)：17-22.

[13]张建伟,陈琦.简论建构性学习和教学[J].教育研究,1999(5)：56-60.