深化實驗教學改革 提高電類專業學生綜合素質

姜 晟 王衛星 李 震 孫道宗

（華南農業大學 工程學院，廣東 廣州 510640）

一 引 言

在我國現代高等教育工作中，“注重提高學生綜合素質，培養學生的創新能力”已成為我國新世紀人才的培養目標，同時也要求教育工作者根據實際情況，轉變傳統教學理念，通過加強教學模式與教學方法等多方面改革，切實提高學生綜合素質，以滿足社會對高素質人才的需求[1-3]。實驗教學承擔著理論實踐轉換、提高學生動手能力、激發學生創新性等重要任務，同時實驗教學改革也成為了高等教育改革中的重要環節之一。

二 傳統實驗教學問題分析

（一）實驗教學方法單一

目前我國多數院校的實驗教學仍然沿襲傳統教學方法：以教師為主，學生在規定時間內統一按實驗指導書所提供的實驗步驟完成相同實驗[4][5]。這種教學方法嚴重挫傷了學生學習積極性和創新性，使學生對實驗課不感興趣甚至產生抵觸情緒。實驗技術、手段的落后更加不利于學生緊跟科技發展前沿，并從中學習新知識、新技術。因此，一套行之有效的教學方法將會對培養學生的動手能力、創新能力和激發學生主觀能動性起到積極的作用。

（二）實驗裝置靈活性不足

實驗裝置是完成實驗任務、達到實驗目的的重要工具。現有大部分實驗裝置均采用實驗箱形式，一般由一個或多個固化模塊組成。這種實驗箱雖然能夠提供豐富的實驗項目，但仍存在由于模塊固化、接口電路不豐富，難以開展多知識點融合實驗；驗證性實驗居多，學生難以利用實驗箱進行綜合性、設計性實驗；實驗箱的設計難以與各院校實際教學側重點相結合，從而造成資源浪費或欠缺等諸多弊端[6-7]。

（三）實驗課程結構安排不合理

實驗課程結構一般由驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗組成。但由于以實驗箱形式的教學儀器限制，一般院校的實驗課程安排多以驗證性實驗為主，而綜合性、設計性實驗課程開設比例較小，不利于切實提高學生動手能力和課程知識點的深入理解，限制了學生解決技術問題的思維方式[8][9]。

（四）實驗室開放管理制度不合理

高校實驗室的全面開放已成為高校實驗室研究的熱門話題[10]。開放實驗室為實現學生的能力培養目標起到了重要作用，為此，國家教育部也把高校實驗室開放工作作為高校教學水平考核和評估的重要組成部分。由于缺乏合理的開放管理制度，目前大多數高校實驗室開放工作普遍存在著開放時間與學生課余時間相沖突的現象，即“實驗室開放時無學生使用，學生要使用時實驗室又在承擔教學任務”，在一定程度上影響了實驗室開放使用效率，造成了實驗資源浪費[11][12]。

三 電類專業實驗教學改革措施

電類專業的開設旨在培養基礎扎實、動手能力強、創新、研發能力強且適應我國經濟社會和科學技術高速發展需要的高素質人才，而要達到高素質的培養目標就要求我們對舊的教學方法、教學內容以及教學觀念進行改革，只有不斷的改革和完善才能夠對電類專業的可持續發展提供強有力的保障。實驗教學作為大學本科教學的重要組成部分，應當走在改革的前沿，為提高學生綜合素質打下堅實的基礎。為配合我校本科培養計劃的實施，適應培養創新人才的需要，我院針對電類專業學生通過實驗方法、實驗課程結構、實驗室開放管理制度等方面進行深化改革，并取得了一定的成果。

（一）實驗教學方法改革

傳統的實驗教學方法是學生按實驗指導書進行預習并提交預習報告，在實驗課上通常大部分時間都是由教師對實驗目的，實驗儀器，實驗內容進行講解，要求學生按要求完成實驗，最后提交實驗報告。由于時間限制，留給學生動手的時間很少，很難對實驗原理得到直觀的理解。顯然，這種教學方法在很大程度上限制了學生的學習思維和動手能力的提升。因此，實驗教學要結合不同的實驗類型展開進行。在驗證性實驗教學中教師應注重培養學生良好的實驗操作習慣，增強學生數據處理、程序編寫等實驗相關技能。當掌握了一定的實驗技能后，綜合性實驗可以提高學生對各知識點的聯系能力，實驗過程中要求教師對學生加以引導，留給學生充足的動手時間，培養發散性思維以及獨立解決問題的能力。設計性實驗是對學生綜合知識的掌握和實驗設計能力進行的全面考察。在實驗設計過程中，教師要加強與學生之間的溝通與探討，鼓勵學生開展想象力，設計出合理新穎的實驗方案，通過團隊合作完成實驗內容并達到實驗目的。教學方法的改革不僅是實驗教學改革的基礎，同時也對激發學生創新性和提高動手能力起著重要、積極的作用。

（二）實驗裝置開發

根據實際情況進行實驗裝置開發可以實現實驗教學與理論教學緊密結合，充分調動學生學習的主觀能動性。為了進一步提高學生的動手能力，深化實驗教學改革，我院電子信息工程教研室結合《單片機原理與應用技術》課程的教學重點，為學生量身定做了一款綜合實驗開發板，以便更全面、系統地進行單片機實驗教學，開發板如圖1所示。開發板以可編程單片機芯片AT89S52為核心，集成了RS-232串口轉換電路、LCD接口電路、AD /DA 轉換電路、溫度傳感電路、以及蜂鳴電路，系統功能框圖如圖1所示。開發了LED 顯示、8鍵按鍵、GPS模塊和電機驅動等模塊，并在開發板上預留了豐富的接口電路與I/O口資源以滿足系統擴展需要，最小系統與可選模塊實物圖如圖2所示。在利用綜合實驗開發板進行的單片機課程設計中，多數同學和老師對于該開發板的使用效果給出了“易學易懂，有助于系統掌握單片機開發和動手能力的提高，并有利于激發學生學習積極性”的高度評價。

圖1.單片機綜合實驗開發板

（三）實驗課程結構改革

通過實驗課程結構改革，合理調整各類型實驗比例結構，加強學生動手能力培養是提高學生綜合素質的重要手段之一。針對以往實驗教學中“驗證性實驗多、綜合設計實驗少”的現象，我院以培養學生動手能力、提高學生綜合素質為主線，對電類專業的實驗課程結構進行了及時、合理的調整，加強了綜合性、設計性實驗的開設力度，并與后續設置的課程設計、畢業設計形成一套完善的實踐教學體系。在綜合性、設計性實驗教學中，注重培養學生獨立思考問題、綜合分析和解決問題的能力，擴大學生視野和知識面，拓展學生綜合應用本學科的知識和方法進行專業領域設計、開發、管理、評價等的能力和集體協作能力。從根本上改善了傳統實驗課程結構所帶來的學生動手能力弱，綜合設計能力差等負面效果。

（四）實驗室開放管理制度改革

圖2.實驗室開放預約管理系統

開放實驗室的重要目的是充分發揮實驗室資源優勢，使學生利用課余時間到實驗室中進行科學研究實驗。為了避免學生課余時間與實驗室開放時間相沖突，提高實驗室開放使用率，我院設置了全天開放以及預約開放兩種類型的開放實驗室，并建立了實驗室開放管理系統。全天開放型實驗室是面對我校所有師生特別設置的實驗室，進行全天開放，由專業實驗人員管理，并且配備多種高端、貴重儀器設備，如美國泰克公司的函數任意波形發生器AFG-320、邏輯分析儀TLA5203、雙頻GPS接收機等。預約開放實驗室由我院現有的各專業實驗室承擔，由學生登錄實驗室開放管理系統，根據實驗室工作安排進度與實驗室管理教師進行預約。預約實驗室配備數字示波器、函數信號發生器、直流穩壓電源等基礎實驗設備。為提高實驗室開放效率，實現實驗室開放管理智能化，我院根據實際情況開發設計了一套基于B/P模式的實驗室開放管理系統，系統界面如圖2所示。學生登錄系統后輸入研究內容、所需設備與耗材以及預約人員等相關信息后，由相關實驗室負責人對預約申請進行審核答復，并對實驗室開放工作進行合理安排。實驗室開放不僅為學生提供了科研場所與設備，同時也對提高學生動手能力與綜合素質起到了積極有效的作用。

四 結束語

通過對實驗教學進行深入改革，切實提高了學生動手能力和綜合素質。在改革實施的近幾年時間里，我院電類專業學生科技創新佳績不斷。2011年全國大學生電子設計競賽獲全國一等獎2項、全國二等獎3項；2009年全國大學生電子設計競賽獲全國一等獎1項、全國二等獎3項；周立功“Actel杯”FPGA設計競賽獲全國特等獎1項。

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