电子技术综合创新实践教学模式探索

李积英

实践教学是培养学生动手能力、研究能力以及创新能力的重要途径，本文结合兰州交通大学实际情况，以综合创新实践教学思维为引导，结合《电子技术实验》课程，从该课程的实验内容、实验方式、实验教学情境设计、实践教学过程等4个方面进行了有益探索。通过3届学生的实施结果表明：电子技术综合创新实践教学模式，激发了学生自主学习的兴趣，提高了学生的实践创新能力。

《电子技术》是自动化、电气、电子信息类等专业的重要基础课程，更是从事通信、电子等相关领域人员必须掌握的基本知识。该课程具有很强的理论性、工程性和实践性。传统模拟电子技术实验的指导思想是以单元电路实验作为基础，逐步学习实验原理、电路的测试方法、仪器仪表的使用等基础知识， 然后掌握单元电路的学习方法。近年来国家大力提倡创新创业教育，对学生的动手能力提出了更高的要求，同时通过对学生的长期调查发现，仅依靠传统课堂实际教学，学生普遍存在形象思维强、逻辑思维差的特点， 这也决定了学生的学习兴趣取向，绝大多数学生喜好实验实训、喜欢动手操作而不喜欢枯燥的理论学习。基于此，我们提出电子技术综合创新实践教学模式的探。

1 传统的电子技术实验存在问题

传统电子技术实验室存在投入高、维护费用高、易受时间与地点限制等问题，影响教学质量。而实验教学是高等院校工科教育的重要组成部分，是学生验证学科理论、加深课堂记忆的重要环节，随着信息和电子技术的发展，各种形式的实验室实践模式也在不断地丰富和完善，不同模式的选择将对工程教育的经济和效率产生重要影响。虚拟实验室以计算机为平台，相对于传统动手实验室，首先它更为廉价和安全，学生得到的结果是经过程序计算得到的理论值，重复实验将得到相同的实验结果，减少了处理实验误差的时间和精力，有利于加深对实验操作和实验结果的记忆；其次虚拟实验室以其较低的设备场地需求和较高的实验室利用率成为缓解工程实验室教学资源压力的新选择。国内外对虚拟实验室已经进行了大量的研究与开发，如华中科技大学开发了互动型数字逻辑虚拟实验教学平台，并在其基础上开发了单片机原理、微机原理、计算机组成原理和接口技术等虚拟实验。美国的加里福尼亚大学伯克利分校开发了虚拟网络实验室（VINT），用于网络协议的研究与开发，较好地解决了系统结构和系统建模问题。目前国内外在虚拟实验的研究方面虽然已经取得一些成果，随着软件技术和虚拟现实技术的迅速发展，开发统一的虚拟实验平台已经成为一种发展趋势。

2 综合创新实践教学模式

与理论教学相比，电子技术实验教学需要的经费更多、占用的场地大。面对教学建设经费有限和教学场地不足的困难，实施引入启发创新模式的实验教学改革需要因地制宜、量力而行。结合我校的实际情况，原有的一批电子技术实验装置存在着可视化程度差、价格昂贵、占用空间大、可开展的实验项目有限等问题，虽然可支撑一部分经典的验证性实验项目，但已落后于知识点不断更新和新实验不断拓展的教学要求。为了解决上述问题，项目拟充分利用已有资源，从实验内容、实验方式、教学情景设计3个方面入手作出改进，为电子技术实验教学全面引入虚实结合的创新实验教学模式奠定基础。

2.1 实验内容的改进

在不增加实验学时数的前提下，充实实验内容，实现重要理论知识点的全覆盖，合理化验证性实验，增加自主创新设计性实验学时的比重，突出新增的自主创新设计性实验。具体措施如下：

（1）浓缩原实验内容，仅保留经典验证性实验的经典部分，为新增自主创新设计性实验创造学时空间。

（2）找出原实验内容未覆盖的重要理论知识点（特别是前沿的电子新技术），参照工程教育模式有针对性地开发自主创新设计性实验。充分利用全国和甘肃省大学生电子设计竞赛资源，结合理论教学内容將历年来的赛题改编成自主创新设计性实验内容且综合、系统地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用新型软件设计出具有实用价值和一定工程意义的电子电路；扩展新知识的学习，培养综合运用能力，增强独立分析与解决问题的能力；培养严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。

2.2 实验方式的改进

改进后的实验内容包含经典验证性和自主创新设计性2种不同类型。它们的最佳实验方式与实验室能提供的条件密切相关。在不增加教学经费和场地的前提下，被保留下来的经典验证性实验仍然以现实的方式进行，而新增的自主创新设计性实验则以仿真的方式进行。具体措施如下：

（1）将保留下来的经典验证性实验和新增的自主创新设计性实验安排在不同的实验场地同时进行，实行学生分批流转的实验制度，大幅度地提高实验装置、实物教具、专业仿真软件的使用率，保证每个学生获得平等的实践能力锻炼机会。同时，组建由多名教师组成实验指导教学小组，以应对同一时间、不同场地开展多个实验的需求。

（2）充分考虑学生的培养计划和课程教学大纲，挑选Multisium/Simulink作为自主创新设计性实验使用的专业仿真软件，以便增强电子技术课程与其他课程尤其是其后续课程间的关联度。借助专业仿真软件的强大功能，营造一种“虚拟现实”的实验环境，为学生能够验证自主创新设计方案的可行性和进一步优化自主创新设计方案提供便利。

2.3 教学情景设计的改进

电子技术实验教学与理论教学密不可分。在教学情景上实现部分实验教学与部分理论教学的交互，可进一步强化学生对“理论联系实践”的认知。具体措施如下：

（1）为实现教学情景交互，精选实验教学和理论教学内容。从理论教学内容中选取了“电子技术的应用”这一章节在实验室里进行，通过现场演示实物教具的辅助手段，增强向学生传授理论知识和实验技能的效果；又从实验教学内容中选取了“交流实验方案与结果”这一环节在教室里进行，通过学生集中汇报实验方案及结果和教师当场点评的互动方式，完善学生运用所学知识解决工程问题的整个实践教学过程。

（2）扩充实物教具，将历年来我校学生在全国和甘肃省大学生电子设计竞赛的获奖作品纳入实物教具的范畴。这些获奖作品不但元器件可视，而且全部由学生自己设计和制作完成，极具教育价值和意义。如图1所示，设计含教学情景交互设计的实验教学安排。

2.4 阶梯式综合设计实践教学过程

开设综合设计性实验，选题是关键，它对实验教学质量起着至关重要的作用。因此，综合设计性实验选题既要与课程内容密切相关，又要留有拓展空间；既要涵盖若干综合问题，又要考虑到学生的知识水平、操作技能等诸多因素；既要初步涉及工程背景，又要在实验室能够进行操作实践；同时还要有一定的趣味性，并且还要有阶梯性，由浅入深，循序渐进，先把学生引入大门，再让学生去探索大门里面的奥秘。具体措施如下：

将教学过程分为：验证性实验依然采用传统模式的教学方法，学生跟随教师在原电子技术实验装置上进行实验，重点在于在教师的规范示范下学生学习如何通过实验验证已学理论的正确性。自主创新设计性实验则采用启发创新模式的教学方法，学生基于虚拟仿真软件独立地完成从方案设计到验证的整套实验过程，重点在于在教师的启发引导下学生自主地运用已学的知识去解决实际问题。为了能让学生顺利地适应自主创新设计性实验的要求，教师以实物教具演示教学作为前奏，为学生提供問题剖析、解决方案可行性论证、电路设计、实验验证的范例。学生参照范例，随后即可开展自主创新设计性实验。自主创新设计性实验中最重要的环节是师生双方就实验方案与结果展开研讨，教师着重帮助学生深入了解实验方案的优缺点和实验结果的完备程度，在教师的启发引导下学生给出合理的改进方案，并完成“圆满的收官”。引入了启发创新模式以后，实验教学在考核机制上也发生了改变。

3 结束语

传统的电子技术教学模式中大多数学生更偏向于实践实训环节，而实验室资源有限、实验教学经费多和占用的场地大等因素导致实验教学效果不理想。为强化实践教学效果实施引入启发创新模式的实验教学，该创新实践教学模式在我校已有的教学资源基础上，从实验内容、实验方式、教学情景设计3个方面入手作出改进，为电子技术实验教学全面引入虚实结合的创新实验教学模式奠定基础。在实验内容方面增加自主创新设计性实验学时的比重；实验方式方面新增自主创新设计性实验并通过仿真的方式进行；教学情境方面加强实践与理论的交互，实现真正的“理论联系实践”。此外针对综合设计实践教学环节更加注重学生的主体地位，在老师的引导下让学生利用已有的知识独立的解决问题。

通过对三届学生的实践教学结果证实了该电子技术综合创新实践教学模式，激发了学生自主学习和创新意识，提升了学生自主实践并解决问题的能力，提供了更广阔的平台让学生展现自我，提高了学生的实践创新能力。

（作者单位：兰州交通大学电子与信息工程学院）