美国布里奇波特大学电子信息工程专业的实验教学研究

郑庆庆, 吴 谨, 朱 磊, 邓慧萍, 王 琦

(武汉科技大学 信息科学与工程学院, 湖北 武汉 430081)

1 教学理念注重学生能力的培养

所谓教学理念,是对教学活动的看法所持有的基本态度和观念,它决定了课堂教学的内容和方式。在美国教师的教学理念中,看重的是学生相关能力的提升和相关方法的掌握,对一些零碎的知识不是很在乎,授人以渔,而不是授人以鱼,学生记得少而领悟得多。教学管理外松内紧[3]。无论对学生还是教师,整个学习氛围自由舒适,非常人性化。教室里的桌椅样式繁多,并且可以移动,学生在课堂上姿势轻松随意,学生选课也有很大的空间[4],不同年级的学生可以选同一门课,也可以跨专业选课。美国高校没有按年级和专业划分的班级,只有按课程组成的班级,一个班级最多不超过30人。给予了学生充分的自由后,课堂纪律反而很好,外表宽松的管理并不等于无序、无度。内紧表现在教师对学生都严格要求,除了考勤,上课还需要积极与教师互动,学生可以随时打断教师提出问题,而每讲完一部分内容,教师也会询问：Any questions?课后作业种类多,不只是单一的课后习题。课程的考核方式和成绩评定完全由授课教师决定。这样的教学理念和管理方式使得美国在学生的能力培养方面更胜一筹。

2 教学方法注重学生自主学习

美国高校在教学方法上更加注重学生的自主学习[5]。美国教师课堂上只选讲教材上的内容,跳跃性很大,一般讲解重点和难点,而其余部分要求学生课后自主学习,否则上课是跟不上教师的进度的。而在中国课堂上,教师更加注重知识体系的系统性和全面性,一章一章地按先后顺序搭建起整个知识框架,恨不得所有知识点都讲到,所以中国的教师太累,学生很轻松,美国恰好相反。以电子信息工程专业实验课程为例,实验开始之前,美国教师一般只讲10 min左右的理论知识,而且这些理论更贴近实际,与理论课不重复,互为补充。而实验注意事项、操作步骤等统统不讲,由学生在预习阶段自行阅读实验指南,随后教师可以离开实验室,由一名实验助理(research assistant,RA)负责和学生在实验过程中的互动,包括解决实验中出现的问题、答疑以及检查实验结果。实验助理一般由优秀的研究生担任,既减轻了教师的负担,也锻炼了学生独立思考和动手的能力。美国是一个非常善于管理和使用人才的国度,发挥研究生的作用使教师有更多时间和精力投入科研项目,值得借鉴[6]。

电子信息工程专业不仅需要学生掌握专业知识,而且能够运用必要的工具进行系统设计、开发。为了提高学生的综合能力,美国大学采用了丰富多彩的教学方法[7],旨在学生参与,自主学习。随堂小测试、工程案例分析、小组讨论、PPT演讲,项目设计等都是经常开展的教学活动。例如生物信号处理的课堂上,Gupta教授曾要求学生查阅当前最先进的医学图像处理技术方面的文献,并3人一组,做一个PPT演讲。这样的教学活动培养了学生获取、筛选、加工信息的能力和语言表达能力,团队协作能力。结合实际应用也激发了学生的学习热情。实验课上给学生介绍该领域最前沿的网络资源PhysioNet,里面有很多免费的数据库和工具箱,更加形象直观地展示了生物信号处理技术的实际应用过程,图1所示为nstdb数据库中通过参数设置获得一个10 s的应激噪声片断。Gupta教授还为本科生提供了参加学术会议的机会,要求学生自行制作海报,并进行作品口头介绍,不一定要发表论文,但一定要有自己的思想和见解,原创性强。而在中国,只有研究生才有这样的机会。

图1 PhysioNet主页，nstdb数据库中信号参数设置，该参数设置下的信号波形图

3 教学资源配备良好

中美高校在教学的软硬件配备方面存在一定的差距。以布里奇波特大学的通信实验室和信号处理实验室为例,工具箱和示波器都较中国的先进,台式计算机型号都比较新,操作系统是Windows 10,各种软件也是最新的正版软件,部分实验教学设施如图2所示。电子类的设备更新较快,如果设备不能及时更新,会导致实验设备利用率低,实验效果不理想,从而影响教学效果和学生的学习兴趣[7]。

美国高校非常重视教育信息化,学校建有供全校师生共同使用的网络平台,对于开放性实验室的建设提供了必要的支持。图书馆、各部门的计算机及个人计算机上只需用户输入一个识别自己身份的账号和密码就可以登录该网络平台,获取自己所需的数据信息。不仅开放给本校的学生、教师,也开放给访问学者等外来临时人员,有效促进了校际和国际间的学术交流与合作。例如布里奇波特大学的CANVAS就是这样的一种平台,教师可以在上面发布作业、教学大纲、实验指南,课后思考题、阶段性的成绩、PPT讲义等材料。学生可以看到和下载这些材料,同时可以看到选了这门课其他学生的电子邮箱,可以和师生在线讨论,也可以利用电子邮箱进行联系。中国高校目前也有一些类似的网络平台,但是利用率不高,主要是学生人数众多,而中国教师背负的教学科研任务繁重,在线回复不够及时、互动的频率不够。由于一个个回复相同的问题太费时间,有些教师就干脆留到在课堂上统一讲解,这就需要改进我们的网络平台,增设一些能够提高效率,减轻教师负担的功能。另外国内这种网络平台的建设和使用由于资金问题和技术问题等尚未普及,需要进一步推广实施[6]。

图2 美国布里奇波特大学的部分实验教学设施

4 考核体系注重能力和过程

电子信息工程专业的实验考核在整个课程考核体系中占据重要的地位。美国高校对学生成绩的考核非常灵活[8],教师有权力自行制定考核形式,但一定要在第一堂课就让学生明确。例如生物信号处理课程的考核体系中,实验占30%,PPT演讲占20%,考试占30%,作业占20%,小测试(额外的奖励分)占5%,数字信号处理课程的考核包括实验30%,作业20%,项目10%,考试40%。实践类成绩均占据了总成绩的60%～70%,由此可见,美国的考核体系重实验、重能力。考试课程也同样，即使期末考试得满分,如果没有其他平时成绩,总成绩也是不合格,说明考核体系十分注重学习过程。

中国高校考核体系普遍是平时成绩+期末考试,平时成绩最多只能占到30%,实验是平时成绩的一部分,所占比例就更小了,期末考试是重头戏,这样的考核方式仍然是重结果轻过程,重知识轻能力[3]。这种简单的考核方式给教师的工作带来了方便,却体现不出培养能力、提高素质、突出创新为指导的教学理念。

5 对电子信息专业实验教学改革的建议

美国高校经历了漫长的发展历程,有些教学经验值得我们学习,但要实事求是,根据我国国情灵活借鉴,笔者现提出以下几点建议[9]：

(1) 实验教学的内容要与时俱进,信息技术的发展日新月异,实验器材和指导书要及时更新；

(2) 改变实验课程讲授方式,留给学生更多主动学习的机会,增强动手能力和独立思考能力；

(3) 课程考核体系应重能力,重过程,实验操作、PPT演讲、小组讨论、案例分析、文献查阅等各种形式的考核都要归入其中。考查学生的综合能力,例如信息查询能力、语言表达能力、独立思考分析能力、小组协作能力、实际动手操作能力等,而不仅仅是知识点的记忆和理论上的空谈。

6 结语

电子信息工程专业实验教学对于培养大学生的实践能力、创新能力具有非常重要的意义。美国布里奇波特大学在“学生为本、能力为魂,综合开放、注重实效”的教学理念指导下,教学方法注重学生的参与和自主学习,考核体系注重能力和过程,给我们展示了一个成功的案例。经过多年的高校教育改革,我国高校的实验教学也取得了很大的进展,如何借鉴美国经验,立足中国国情,充分利用现有的资源,改进教学效果,提高学生的综合能力和创新意识，是我们进一步需要研究的问题[10]。