面向工科大學生通識教育的課程改革探索與實踐

摘要：根據“卓越計劃”的人才培養方針，針對現行課程設置導致學生“只見樹木，不見森林”等問題，提出“三個注重”的教改目標，即注重整體、注重通識、注重工程。在此指導下，充分結合電子系統中各功能模塊既相對獨立又緊密聯系的特點，開設面向工科大學生的通識型選修課“模塊化電子系統設計”。通過一系列精心設置的模塊演練和系統綜合，幫助學生建立對電子系統的感性體驗，領會系統視角與模塊分解辯證統一的方法論，學以致用，提高實踐動手能力，培養創新理念和團隊意識。教學過程中，學生始終興趣盎然，思維踴躍，教學效果良好。

關鍵詞：課程改革；整體觀點；通識教育；工程應用

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）27-0056-02

“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，旨在培養和造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量的工程技術人才。[1]以“寬口徑、厚基礎、打通專業分割”為特征的通識教育是孕育卓越工程師的必要條件，開展面向低年級大學生的通識課程已成為新時期高等教育改革的共識和方向。[2]本文分析當前高校工科人才培養中存在的不足，開展課改探索工作，針對性地開設面向低年級工科大學生的通識型選修課程，取得了良好的教學實踐效果，對“卓越計劃”具有積極的推進作用。

一、教改背景

電類專業是大學工科的重要組成部分，是“卓越計劃”的重要實施對象。以筆者所在的同濟大學為例，電類相關的工科專業主要分布于電子與信息工程學院、機械與能源工程學院、汽車學院、交通運輸工程學院，涉及自動化、電子信息工程、計算機科學與技術、電氣工程及其自動化、車輛工程等十多個專業。各專業制定并遵照各自的培養計劃設置課程，體現了各自的專業特色，在長期的教學實踐中不斷發展完善，取得了豐富成果，但逐漸也暴露出一些問題。經分析，可歸納為三個方面。

1.只見樹木，不見森林

現有的課程設置重微觀而輕宏觀：強調單科知識的完備性和專業性，而對各科間的內在邏輯關聯揭示不足，對系統整體架構的揭示不足。以自動化專業為例，從大二開始，學生需陸續修讀“電路”“模電”“數電”“自動控制”“電機拖動”“單片機”“傳感器”“電力電子”等十余門專業課。各科目獨立授課、獨立實驗、獨立考查，自成一個完備而封閉的體系，而缺乏一個將各科所學加以融合運用的機會。因此，在學生看來，只是按部就班地修讀了一門門孤立的科目，通過了一門門孤立的考試，“碎片式的知識越來越多，關聯性的思維能力越來越弱”。[3] “只見樹木，不見森林”，始終不能在總體的高度上建立起對電子系統的概貌認識和全局把握，難以形成連貫的知識脈絡和完整的知識體系。

2.講練脫節，目標不明

現有的課程設置重“基礎”而輕應用：強調理論基礎的重要性，而在理論—實踐相結合，特別是及時結合方面存在不足，在“學以致用”方面存在不足。由于課時數、班容量等限制，通常采取先大規模集中授課，講完基礎理論，再分批實驗的方式。從理論到實踐的時間跨度過大，有些課程的理論環節和實驗環節甚至被安排在不同學期，學生被高強度地灌輸大量理論，卻遲遲無法通過實驗、實踐加以消化吸收，“一邊學一邊忘”，理論學習和實踐學習被割裂開來，“實踐—理論—實踐”的認知鏈條被割裂開來。學生往往困惑于“學的有什么用”，“學的怎么用”，以致產生“學的其實沒用”的錯誤認識，最終自覺或不自覺地被引向純粹為應試而學。目的不清，方向不明，導致學習積極性不高，效果不佳。

3.缺乏體驗，興趣不足

現有的課程設置重結論而輕過程：強調知識的學術性和正確性，而感性認知和直觀體驗不足。學生動手實踐的形式局限于源自理想化假設的書面演算和源自已知結論的重復驗證式實驗。[4]因此在學生看來，只是在被動地接受一些抽象空泛、不知所云的教條和干巴巴的結論，始終缺乏面對實際系統進行自由嘗試、探索的經歷，缺乏活生生的感性認識和直觀體驗，缺乏從挫折、失敗中歸納新知的樂趣，自然難以引起學生持續的注意力和學習興趣。

上述三個問題的長期存在將使學生逐漸喪失對學習的好感和認同感。由此培養和選拔出的人才往往是會背書、會做題、會考試的“學霸”和“考神”，而難以產生滿足社會需求的卓越工程師，因此亟待改進。

二、教改構想與實踐

針對上節中歸納的問題，筆者根據“卓越計劃”的目標要求，提出“三個注重”，即注重整體、注重通識、注重工程，并在教改實踐中加以貫徹落實。在同濟大學開設了面向工科專業大二、大三學生的通識類選修課“模塊化電子系統設計”。

1.設課目標

電子系統是通過各型元器件、集成塊的有機結合，完成某種功能的統一整體。如圖1，一個典型的電子系統通常由若干“模塊單元”組成：處理核心模塊（MCU、ARM）、傳感模塊（照度、溫度、濕度、紅外、超聲波等）與執行模塊（電機、閥門、LED及相關驅動電路）、通信模塊（串口、CAN總線、藍牙、WIFI等）等。各“模塊單元”按照一定物理規律、電氣規范、接口標準而相互聯結、互相配合，共同實現系統功能。筆者設置“模塊化電子系統設計”通識課，既著眼于電子系統本身的有機整體性，又利用上述“模塊單元”在結構和功能上的相對獨立性，運用“系統”的全局視角和整體觀點，通過“模塊化”方式來構建和設計電子系統，旨在給出一種讓學生“在系統中學習模塊”的新型實驗教學模式。

2.課程特色

作為一門面向低年級工科大學生的通識型選修課，該課程更側重于入門、體驗，而不求面面俱到、高端精深，力圖體現三個特點：

（1）注重“森林”，突出系統整體的視角。培養學生樹立完整的系統理念和全局觀點。[5]盡管是學習模塊，但不是一個個孤立的模塊，而是系統中的模塊。始終堅持整體的觀點進行模塊實驗，始終從“森林”的視角出發研究一個個“樹木”，確保對電子系統全貌的把握。

（2）注重“接口”，突出通識教育的宗旨，培養學生形成跨學科專業的知識結構和綜合能力。[6]為體現其通識性，該課程面向同濟大學的全體工科大學生，對生源專業和理論基礎不加額外限制；鼓勵和支持學生跨專業選修。力圖通過電子系統的實例設計，打通各專業接口，拓展學生知識面，為今后深入鉆研奠定基礎。

（3）注重“興趣”，突出工程應用的體驗。培養學生產生濃厚的學習興趣。[7]學生在老師的指導下，通過自己的動手嘗試和摸索，體驗規律、掌握方法、歸納問題，按照“實踐—理論—再實踐”的步驟，逐步認識和熟悉電子系統中各模塊的特性，學以致用，學而及時致用，在實踐中加以深化理解、體會。

3.教學與考核方式

該課程總體架構如圖2所示。

（1）實驗室作為授課地點。為便于學生動手嘗試、實踐，筆者選擇嵌入式系統實驗室而非傳統教室作為該課程的授課地點。該實驗室配備投影儀、黑板，每張實驗臺上均有臺式計算機、嵌入式系統開發板、電源插座，可進行簡單的電路焊接、組裝。

（2）講練穿插的教學方式。在具體的教學實踐過程中，筆者盡量避免以往滿堂灌導致的講練脫節等弊端，采用講練結合、靈活穿插的形式。每堂課開始時先在系統層面進行宏觀概述，然后以系統為主線研究各個模塊；每個模塊的講解都緊密結合相應的器件，并適時設置一些簡單練習，給學生親自動手練習的機會。進一步再啟發學生對練習進行自由修改、發揮，通過不斷嘗試、觀察現象，逐漸形成對電子系統的感性體驗。

（3）以小組為單位完成學習任務。選課學生自由組合，每2人為一個研究小組。學習時保持相對的獨立性，自主學習。解決問題、完成任務時通過協商進行分工，開展研討合作。這種方式較好地平衡了獨立思考和團隊合作的關系，對兩種能力均加以培養和訓練。

（4）課堂表現與作品展示相結合的考核方式。成績評定分平時表現與成果演示兩個部分。由于課堂上除短時講解之外，在絕大多數的練習時間教師深入各小組了解、參與、引導學生的討論和動手實踐，因此能夠充分掌握每個學生的學況。學生以小組為單位完成作品，提交書面報告，并進行現場演示和解說，回答教師提問。

三、教改效果

該課程開設以來，生源廣泛，包括電氣、電子、通信、自控、汽車、軌交、運輸等幾乎所有與電相關的工科專業。經過前一階段的教學實踐，收到了很好的教學效果，得到了選課學生的高度認可，達到了預定的課改目標。

學生的學術思維得到糾正，整體觀點的方法論樹立。由于采用了面向案例應用的教學方式，又不斷強調系統視角和整體觀點，所以學生始終把握電子系統整體概貌，始終清楚當前所做模塊工作在系統整體中所處的地位和應有的功能。問題清晰，目標明確，可以充分發揮主觀能動性，積極動腦思考，積極動手嘗試各種方案。

學生的學術視野得到拓寬，跨學科的綜合能力提升。經過16周共32課時的學與練，學生在教師的引導下，以小組為單位，獨立完成了2套電子系統，實現了較為簡單但完整的功能。在親自動手實踐的過程中，跳出了傳統學科劃分的窠臼，打通了不同專業領域的接口，擴大了知識面，體現了“寬口徑、厚基礎、多選擇”的通識教育特色，為今后深入鉆研打下了良好的基礎。

學生的學術興趣得到激發，主動學習的熱情高漲。通常大學課堂的出勤率，特別是選修課的出勤率不盡如人意，任課老師不得不通過點名簽到等形式勉強維持；遲到早退現象更是屢禁不絕。但該課程的情況則恰恰相反，學生始終興趣盎然，興致勃勃，不僅每堂必至，而且總是在上課前就提早趕到，下課后仍遲遲不愿離開，即使在期末結課后仍意猶未盡，希望有后續課程開設。

四、結束語

當前高校的卓越工程師教育應在“三個注重”方面予以加強或改進。為此根據“卓越計劃”的培養目標，開設了面向低年級工科大學生的通識型選修課“模塊化電子系統設計”，闡述了該課程的目的、體系、特點以及具體教學方案，貫徹了“注重整體”“注重通識”“注重工程”的教改思路。教學實踐結果說明其成效顯著，達到教改的預期目標。下一步筆者將充分總結前期實踐經驗，修訂教學大綱，完善教學內容與教學進度安排，以此為抓手，更好地推進“卓越計劃”。

參考文獻：

[1]張曉報.我國“985工程”大學“卓越工程師教育培養計劃”的實踐與反思[J].高校教育管理，2013，（6）：1-7.

[2]李有亮.通識教育視閾下的應用型人才培養[J].高校教學管理，

2014，（1）：59-64.

[3]姚纓英，范承志，林平.電類技術基礎課程改革的探索與實踐[J].中國大學教學，2012，（3）：54-56.

[4]畢崗，陳國宏，丁金婷.層次系統鏈條式電路類課程實踐教學模式[J].中國大學教學，2012，（7）：76-78.

[5]李明弟，鹿曉陽，孟令君.基于系統論視角的實驗教學體系[J].實驗室研究與探索，2012，（3）：119-122.

[6]王春鳳，李旭春，薛文軒.電力電子技術實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，（9）：127-130.

[7]徐達文.電子信息工程專業卓越工程師培養的教學模式研究[J].中國電力教育，2014，（2）：24-25.

（責任編輯：王祝萍）