電子信息類專業實踐創新教育的探索與實踐

任新敏 趙犁豐 崔國霖

中國海洋大學信息科學與工程學院 山東青島 266100

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》中明確指出：推進素質教育的核心是解決好培養什么人、怎樣培養人的重大問題，應著力提高學生服務國家人民的責任感、勇于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力。在建設創新型國家、培養創新型人才的教育發展戰略目標指引下，如何培養創新型人才已經成為新時期我國高校面臨的重要任務，許多理工科高校在這方面進行了積極探索。

對于電子信息類專業，培養的創新型人才應該具有較強的應用能力和實踐能力。近年來，電子設計大賽、國家大學生創新性實驗計劃等各類活動為提升學生的實踐創新能力提供了很好的條件和機會，但參與此類活動的學生畢竟是少數。為使更多的學生有機會參加創新實踐活動，我校自2005年實施了校級本科生研究發展計劃(OUC- SRDP)，由學校劃撥專項經費資助學生開展課題研究或技術開發。項目申報學生在教師指導下自主完成，每個項目組最多6人，實施時間為6～12個月，工作都安排在課外時間進行。SRDP這種有組織的管理形式，可以為本科生開展科學研究和技術開發活動提供專門化的訓練和指導。通過院系的精心組織，把此類實踐活動作為教育教學改革及培養學生創新實踐能力的重要途徑，先后有一大批實踐項目被學校立項，極大提高了參與實踐創新活動的學生的比例。學生既可以直接參與教師科研課題，也可以自己提出項目方案。由于學生參與的積極性很高，指導教師認真負責，取得了豐碩的成果，提高了學生的實踐技能，培養了學生的創新精神。

在各項競賽及SRDP實施的過程中，也暴露了教學環節上的一些問題：(1)傳統教學模式不同程度地存在著“重統一輕個性，重書本輕實踐，重課內輕課外，重傳授輕啟發”等傾向；(2)在實驗教學環節中，演示性實驗多，許多教學實驗箱也僅僅訓練學生線路連接、測量測試、現象觀察，而缺乏開發創新。

為解決此類問題，主要從以下幾方面做了探索與改革。

1 根據課程知識體系調整教學進程

如果按照電子信息類工作和技術特點來劃分，可以簡單歸為“硬件”和“軟件”2種技術范疇，知識體系由相應的課程模塊構成。以數字電路模塊(硬件)為例，相關課程如圖1所示：

“硬件”模塊的核心課程之一為“數字電子電路”，將其開課時間由原來的第4學期提前至第2學期，由此其后續課程都可以相應提前，如微機技術及應用、單片機技術等課程在二年級就可以結束，這樣調整后可以使學生在掌握足夠專業知識的基礎上參加各類創新實踐活動，二、三年級學生對各類實踐活動的參與度最高。課程教學進程調整前，單片機技術在第6學期開設，而學生的許多創新實踐活動都離不開這些專業知識，只好自學，對知識的理解不系統，應用過程中經常會出現各種各樣的問題，實踐活動的訓練效果受到一定影響。但調整后要注意解決好前修、后續課程間的統一協調問題，尤其是將數字電子技術提至模擬電子技術之前，注意先修課程對知識點的覆蓋以及2門課程間知識點的重復問題。

2 倡導研究性學習

要解決實際問題，必須具有運用綜合知識解決問題的能力。研究性學習創造了讓學生充分發揮創新潛能的寬松環境，可以改變以往學生被動接受的學習方式，有效地激活學生的知識儲備，解決實踐中出現的問題。在研究性學習中，教師只起指導作用，扮演的角色更多的是指導者、協助者、參與者。

微機技術及應用等課程采取了研究性學習的教學模式，教師依據課程內容設置多個研究型小題目，學生在課下充分準備，將自己的設計思路、解決問題的過程在課堂上講解，教師做點評，取得了良好的授課效果。這種研究性學習方法將使學生終生受益，在給定任務和要求的情況下，學生從資料收集、方案擬訂、設計以及撰寫報告，都要自行完成，強調學生學習過程的“自主性”。這種面向任務的教學方法給予學生最大的發揮空間，將充分培養學生分析問題與解決問題的能力。

這種教學方法在調動學生學習主動性的同時，對教師的要求也比常規課堂教學高。教師需要將課程內容甚至其他課程內容進行整合，設計合理的訓練題目，題目本身應具有引導性、綜合性、延伸性等特點。(1)引導性：設計能夠引導、帶動學生進入研究狀態的項目，激發學生研究興趣；(2)綜合性：將傳感器、電路、算法、編程、控制等知識點結合，培養綜合能力；(3)延伸性：項目要具有擴展功能，能讓學生在該項目的基礎上進行自主創新。

以設計一個簡單的電子鐘為例，包括計時和顯示電路兩部分。在數字電路中完全采用硬件芯片搭建；而微機技術中則可由一個小的微機系統采用軟件編程實現計時和顯示；用單片機內部定時器通過編程同樣也能實現定時；FPGA同樣也可實現。同樣的題目卻有完全不同的解決方案，可以完全由硬件實現，也可由軟件編程控制硬件電路，同樣是程序可以采用匯編語言、C語言、VHDL語言。此類題目可以引導學生將課程內容應用到解決實際問題上來，尤其對于高年級的學生，由于已有了知識積累，效果更明顯。

另外，電子信息類學生的培養不能忽視價值效益意識這項工程素質的培養。比如在電子鐘的例子中，雖然上述各種實現方法殊途同歸，但不同的方法對應不同芯片的選擇，價格上有差異。我們在對SRDP項目評審以及結題驗收時，都會特別關注項目組對經費的使用這一項。每個項目在立項之初都有經費預算，有的項目組設計方案很好，但硬件選擇完全可以降低成本，而有的項目組則充分考慮到了設計方案是否經濟這一點。SRDP項目訓練對學生來說不僅僅是動手操作，而是一個綜合訓練過程。所以在課堂教學環節中教師就要有意識地要求學生不能紙上談兵，在提出設計思路和方案后，應做充分的市場調研，對方案進行價格比較，合理選擇。良好的經濟意識也是一個工程師必備的素質。

3 分階段實施能力訓練

我們的實驗體系建設針對學生的訓練可概括為三個階段，由淺入深，實現“基本實踐能力訓練、綜合實踐能力訓練、研究創新實踐能力訓練”的層層遞進(如圖2所示)。

第一階段：基本實踐能力訓練。包括面向全體學生的科研講座(Siminar)、基礎型實驗、電子技能實訓、社會實踐等。目的是培養學生的工程意識和基本的研究與創新方法。

第二階段：綜合實踐能力訓練。這個階段既包括面向二、三年級本科生的專業層面，也包括二、三、四年級本科生都可參與的應用層面。目的是培養學生解決實際問題的能力。

第三階段：研究創新實踐能力訓練。采取SRDP、國創、競賽等多種組織形式，充分發揮創新創業基地、教師科研項目或校企聯合的作用。這個階段重點培養學生分析問題、解決問題的能力以及研究、創新能力，并以高年級優秀學生為核心帶動其他學生參與，培養學生的團隊合作能力。

圖2 實踐教學體系框架

實施過程中，采取分階段、分層次有效遞進的方式開展能力訓練，同時以多元化的訓練項目滿足不同層次學生的實踐要求。我們建設的立足點：一是要做到學生受益面廣，讓有興趣的學生都有機會參與進來；二是注重專業技能訓練，掌握了一系列專業技能，才能將書本上的知識活學活用，才能進行電路的設計與開發，才能將一些想法和靈感付諸實施，變為成果，變為產品；三是在平時訓練的基礎上，選拔部分學生參與項目實踐及競賽，提高其競爭能力和團隊合作能力。

4 結束語

實踐表明，創新教育不是一蹴而就的，也不是靠一部分學生參加實踐項目或者競賽就能解決問題的，而應該建立在平時有機訓練的基礎上，而不僅僅是短期訓練。有了積累才會有創新，這與整個教學環節息息相關。