系統(tǒng)化課外實踐訓練的研究與探索

楊 祎, 梁 猛

(西安郵電大學 電子工程學院, 陜西 西安 710121)

系統(tǒng)化課外實踐訓練的研究與探索

楊 祎, 梁 猛

(西安郵電大學 電子工程學院, 陜西 西安 710121)

為增加學生專業(yè)學習興趣、提高學生動手實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識,改革了課外科技活動,系統(tǒng)化課外實踐訓練。以光電信息科學與工程專業(yè)的課外實踐教學模式為例,建立了金字塔形的課外實踐訓練體系、階梯形的課外實踐教學內(nèi)容和階段性的組織管理方式。通過實踐證明,改革取得了良好的效果,為培養(yǎng)學生主動學習習慣和創(chuàng)新意識提供了一種可行模式。

課外實踐訓練； 光電信息科學與工程； 創(chuàng)新意識； 科技活動

從教育部提出“專業(yè)綜合改革試點”到“卓越工程師培養(yǎng)計劃”,一直在強調(diào)提高動手實踐能力,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才[1-3]。激發(fā)學生勇于探索未知世界和培養(yǎng)學生主動學習的習慣是為將來形成具有創(chuàng)新能力的人才奠定基石[4]。我校光電信息科學與工程專業(yè)一直注重學生實踐訓練,針對實際問題,從課內(nèi)實驗、集中實踐、開放實驗和課外科技活動等多個環(huán)節(jié)探索培養(yǎng)學生動手實踐能力和創(chuàng)新意識。

1 培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識中的問題

1.1 灌輸式教育導致創(chuàng)新意識淡薄

蕭伯納曾說“如果對人一味地灌輸教導,到頭來他必將什么也學不到”。如今的本科生在中小學階段為了考學與擇校,很少參與科學實驗和社會實踐,缺乏動手實踐能力,完全是被動的灌輸教育,依賴教師,沒有冒險精神,創(chuàng)新意識淡薄,缺乏主動性。這種學習方法已成習慣,延續(xù)到大學[5-6]。

1.2 選擇不合適的專業(yè)導致缺乏學習積極性

在選擇大學和專業(yè)的時候,由于學生缺少社會實踐背景和對未知領(lǐng)域的探索精神,完全以家長引導或社會就業(yè)趨勢為目的進行專業(yè)選擇,結(jié)果在大學里,由于缺乏對專業(yè)的認識,學習過程只見樹木不見森林,不了解所學課程與專業(yè)背景的關(guān)系,不能學以致用,導致被動學習,學生慢慢地就喪失了學習興趣,也被扼殺了探求真理的欲望[7-8]。

1.3 傳統(tǒng)的課程管理模式導致實踐內(nèi)容更新緩慢

大學每一個專業(yè)都有系統(tǒng)的培養(yǎng)方案和課程大綱,為了便于管理和保障學生培養(yǎng)的連續(xù)性,一定時間內(nèi),比如2～4年基本不能做大的修改,學校在實驗室建設(shè)時和教師在授課時都要求與培養(yǎng)方案和課程大綱保持較高的一致性,這就限制了實踐內(nèi)容的更新,使專業(yè)發(fā)展與就業(yè)熱點產(chǎn)生距離,而現(xiàn)今驅(qū)動學生學習的動力就是就業(yè),所以難以激發(fā)學生的專業(yè)學習興趣。

1.4 有限的教學資源導致實踐教學形式化

專業(yè)實驗多為綜合性實驗,實驗設(shè)備價格較昂貴,同時由于大學的考核與激勵政策偏重科研,所以學校對本科實踐教學的設(shè)備資源投入和教師對實驗教學的投入不同程度下降,特別是多年的大學擴招,導致專業(yè)實驗很難做到單人或兩人操作的條件。另外，教師不足，對實驗過程較難監(jiān)控和疏于指導,程序化的實驗考核和管理流于形式,一部分學生應(yīng)付實驗,另有一部分學生雖能親自動手操作,但是不能獨立思考,缺乏分析解決實際問題的能力,最終無法達到實踐教學的目的。

1.5 課外實踐自由隨機導致創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺乏規(guī)劃

為了滿足學生的個性發(fā)展,培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì),學校設(shè)置了課外8學分,學生可以自由選擇課外實踐活動,形式多樣,但要求工科學生必須有3學分的科技實踐活動,如參加學科競賽、教師科研項目和科技制作等。這些科技活動完全是學生自由安排,由于缺乏一定的引導和學習主動性,學生在選擇科技活動時是盲目和隨機的,實踐內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性。極少數(shù)主動性較強、有自主學習意識的學生能達到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的,但是絕大多數(shù)學生要么為了學分隨意應(yīng)付,要么半途而廢,不能通過連續(xù)系統(tǒng)化的實踐培養(yǎng)創(chuàng)新能力[9-10]。

2 培養(yǎng)創(chuàng)新意識的課外實踐教學模式

目前學校的課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)主要有實驗課和集中實踐2種方式。實驗課圍繞特定課程或技能展開,內(nèi)容比較單一,主要是驗證性實驗,培養(yǎng)學生對專業(yè)設(shè)備的基本操作技能,以及對理論知識的感性認識,缺乏對跨學科或跨課程的關(guān)聯(lián)性應(yīng)用[11]。

集中實踐教學有專業(yè)課程設(shè)計、科研訓練、生產(chǎn)實習和畢業(yè)設(shè)計。集中實踐教學是培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用知識的能力,但是相互之間缺乏系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)。

為了補充課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)的不足,針對光電信息科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案,通過在課外8學分的實踐環(huán)節(jié),建立以本專業(yè)學生所需掌握的專業(yè)技能和專業(yè)知識為線索的金字塔形的實踐訓練體系,以學科和專業(yè)核心課程為重心的階梯形的課外實踐教學內(nèi)容,以主動學習和創(chuàng)新意識為培養(yǎng)目的的階段性的考核機制。

2.1 金字形型課外實踐訓練體系

我們以光電相結(jié)合為特色,以工程應(yīng)用為目的,圍繞光電系統(tǒng)設(shè)計,在計算機、電類、光類三大課程模塊的基礎(chǔ)上,循序漸進地從基礎(chǔ)到綜合應(yīng)用進行實踐能力訓練,如圖1所示。

該體系重視基礎(chǔ)能力訓練,首先分3個模塊夯實基本功,訓練學生的動手操作技能和理論知識的簡單應(yīng)用。此處課外實踐以課內(nèi)實驗為基礎(chǔ),將每個模塊中的相關(guān)課程有機結(jié)合,突出實際應(yīng)用,啟發(fā)學生思考,拓展學生思路。

圖1 金字塔形課外實踐教學體系

在具有一定的基本功基礎(chǔ)上,將3個模塊結(jié)合,設(shè)計綜合性應(yīng)用題目。這一過程與課內(nèi)的專業(yè)課程設(shè)計相互補充。專業(yè)課程設(shè)計因為時間較短,一共只有4周,每學期2周,題目的設(shè)計范圍較窄,學生也缺乏足夠的時間思考和分析。因此通過這一階段的課外實踐訓練,可以將專業(yè)課程設(shè)計的學習方式常態(tài)化,強化學生主動學習的習慣及創(chuàng)新意識。

最后為增強學生的自信和就業(yè)競爭力,讓學生設(shè)計一套完整的具有較強應(yīng)用背景和一定先進性的光電系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要將各方面專業(yè)知識進行融會貫通,檢驗學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力。這一部分與畢業(yè)設(shè)計相互補充,通過此階段課外實踐訓練培養(yǎng)學生的實踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

2.2 階梯形課外實踐教學內(nèi)容

根據(jù)課外實踐訓練體系,我們在設(shè)置每學期的實踐內(nèi)容和題目時,注重題目的連續(xù)性和完整性。為了培養(yǎng)學生獨立思考的能力和主動學習的習慣,每學期,在給定總的目標下將任務(wù)分解成若干目標,使學生在能力不斷提高的基礎(chǔ)上逐漸完成本學期的任務(wù)要求[12],見圖2。

圖2 階梯形課外實踐教學內(nèi)容

從大學一年級的第2學期開始,為幫助學生改變學習方法,培養(yǎng)獨立思考的學習習慣,結(jié)合他們正在學習的高數(shù)和大學物理,將大學物理知識與實際生活問題相結(jié)合設(shè)置題目,如單擺振動周期和運動規(guī)律、導彈攔截和導彈追擊等問題的分析和仿真。在此過程中,從Matlab的基本知識入手,掌握Matlab求解數(shù)學問題,引導學生通過建模、推導、求解并圖像可視化操作,理解理論知識與實際問題的關(guān)系,掌握用數(shù)學方法解決物理問題并通過計算機進行仿真和計算。

大學二年級的第1學期,已經(jīng)開設(shè)了電路分析基礎(chǔ),模擬電子技術(shù)及信號與系統(tǒng)等本學科的課程。為幫助學生了解和認識學科內(nèi)容,掌握專業(yè)的基本常識,培養(yǎng)專業(yè)興趣,我們設(shè)置了一個較簡單的完整的信號傳輸系統(tǒng),需要學生將信號與系統(tǒng)課程與模擬電路課程相結(jié)合。在此過程中,我們先給學生1個搭建好的電路,讓學生用所學的模電知識分析和計算,然后通過測試對比理論分析和計算的結(jié)果,幫助學生掌握電路的基本概念,如放大倍數(shù)和帶寬等。在此基礎(chǔ)上給出電路參數(shù),讓學生自己設(shè)計電路,配合模電課程進度先用三極管實現(xiàn)再用運放實現(xiàn),然后將所設(shè)計的電路用于實現(xiàn)信號傳輸系統(tǒng)。

大學二年級的第2學期,學生C語言課程已經(jīng)學完,并開始數(shù)字電路課程的學習。為激發(fā)學生的學習積極性,更加主動、自主學習,提高實踐能力,我們在前一學期完成的任務(wù)基礎(chǔ)上,增加系統(tǒng)功能,將信號傳輸系統(tǒng)中接收道德電路信號進行采集處理。在此過程中,我們針對該任務(wù)需要的功能,首先學習單片機課程與嵌入式課程內(nèi)容,然后完成信號傳輸系統(tǒng)的信號處理與顯示。幫助學生掌握單片機各種接口電路的設(shè)計和測試,使用51開發(fā)板,通過編程實現(xiàn)外圍電路的控制以及簡單的信號處理。

大學三年級的第1學期,光電信息科學與工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課為光學,為培養(yǎng)學生對專業(yè)知識的興趣,同時提高了動手能力和分析能力,我們設(shè)置了光學綜合實踐題目。因為已經(jīng)有了前面大學物理和Matlab課程方面的實踐經(jīng)驗,我們從光學理論課程中的基本概念開始,如光波偏振態(tài)的仿真分析、光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真分析、光波時頻特性仿真分析、波群的仿真、雙光束干涉的仿真、平行平板多光束干涉的仿真、薄膜干涉的仿真、空間相干性的仿真、光的圓孔和矩形孔衍射仿真等各種實驗,加強學生對光學理論的理解,并熟悉光學器件和設(shè)備的使用方法。

大學三年級的第2學期,光電信息科學與工程專業(yè)的主要專業(yè)課是光電子學、光電傳感與檢測和光纖通信等。之前已完成光、電、計算機等基礎(chǔ)課程的理論應(yīng)用及仿真和實踐訓練,為培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識,這學期實踐的主要任務(wù)是將專業(yè)知識和工程應(yīng)用緊密結(jié)合。通過設(shè)計光電系統(tǒng),如無線光通信系統(tǒng)的設(shè)計、光電測試系統(tǒng)設(shè)計、光電傳感系統(tǒng)設(shè)計和光電測量系統(tǒng)的設(shè)計等綜合性題目,指導學生實現(xiàn)系統(tǒng)功能,幫助學生深入理解專業(yè)知識的應(yīng)用價值及學科發(fā)展方向。

大學四年級,專業(yè)學習更加細化,圍繞光電系統(tǒng)設(shè)計,在三年級的系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上加強系統(tǒng)中性能優(yōu)化的設(shè)計,強調(diào)提高指標的理論依據(jù),培養(yǎng)學生應(yīng)用理論解決實際問題的能力以及創(chuàng)新能力。

2.3 階段性的課外實踐組織管理方式

由于實踐內(nèi)容是分學期計劃,每個學期培養(yǎng)的學生能力有不同的著重點,所以組織管理分階段進行。為了鼓勵學生獨立思考和自主學習,每個階段在給出了題目的總目標之后,由教師引導學生從基本知識學起,通過啟發(fā)式和提問式的方法,讓學生獨立思考,然后通過分組討論方式完成目標任務(wù)。因為是課外實踐培訓,只能利用學生的課余時間,如周末和假期,并且學生自由報名,根據(jù)學生在這一過程的參與程度給出不同的學分。

(1) 在每一學期的第一階段,相關(guān)教師會根據(jù)教學培養(yǎng)計劃討論制定本學期的課外訓練目標和內(nèi)容。本階段的組織方式主要考慮學生的知識能力,根據(jù)學生已掌握的知識將任務(wù)分解,避免學生的畏難情緒,才能激發(fā)學生的自信和學習興趣。

(2) 在每一學期的第2階段,教師根據(jù)分解的目標和任務(wù)對學生進行專項培訓。培訓過程采用邊講解邊操作的方式,教師對實踐中出現(xiàn)的問題分別答疑,然后由學生作匯報,教師和其他學生可現(xiàn)場提問,討論回答。本階段的組織主要是改變學生的學習方法,學會在實踐中學習理論知識,同時培養(yǎng)學生的總結(jié)和表達能力。

(3) 在每一學期的第3階段,學生進行分組,針對本學期的總目標和任務(wù)確定組員的分工,然后設(shè)計方案,完成系統(tǒng)功能。此過程學生獨立完成,教師以輔導答疑形式指導。本階段的組織主要培養(yǎng)學生獨立思考和自主學習的能力,同時鍛煉團隊的合作能力

(4) 在每一學期的第4階段,引導學生應(yīng)用理論知識解決實際問題,優(yōu)化系統(tǒng)達到性能指標要求。學生在規(guī)定的時間內(nèi)提交作品,并用PPT進行答辯,其他學生和教師點評和質(zhì)疑,然后集體討論,最后書寫并提交報告。本階段的組織主要培養(yǎng)學生掌握系統(tǒng)設(shè)計方法,提高學生的創(chuàng)新意識、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

3 課外實踐培訓的效果分析

由于課外實踐培訓是學生自由報名,在每學期開始學生都報名積極,雖然有部分學生中途退出,但留下的學生都能堅持學習。通過一學期的教師引導，經(jīng)獨立思考、論證分析和動手實踐,學生受益匪淺。

首先,學生能熟練使用各種實驗的儀器儀表,掌握了用實驗來驗證和獲取理論知識的學習方法,從而改變了被動式學習,提高了學習興趣。

其次,學生的理論知識和理論應(yīng)用能力得到了提高,不但大幅提高了理論課的成績,而且增強了自信,對專業(yè)學習產(chǎn)生了興趣。

第三,學生熟悉了項目設(shè)計基本方法,掌握了分析問題和解決問題的思路,鍛煉了動手實踐能力,養(yǎng)成了獨立思考的習慣,培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。

第四,提高了學生的交流和表達能力,掌握了項目總結(jié)報告的寫作邏輯,鍛煉了團隊協(xié)作精神。

2014年麥可思公司對已畢業(yè)學生的調(diào)查顯示,我校光電信息科學與工程專業(yè)的畢業(yè)生,用人單位工作滿意度位列全校第一。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)化課外實踐使課外科技活動有一個系統(tǒng)的培養(yǎng)體系和管理組織方式,通過設(shè)置金字塔形的實踐教學體系,不斷深化和綜合實踐內(nèi)容,形成階梯形的實踐教學任務(wù),教師在整個培養(yǎng)過程分階段設(shè)計專業(yè)課題,分解任務(wù),逐步引導學生獨立學習和獨立思考的習慣。并且通過討論、提問、總結(jié)匯報和研究報告等形式訓練學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維方式。經(jīng)過多年的實踐,學生在自己動手設(shè)計并實現(xiàn)課題的過程中,逐漸建立了自信,形成了良好的專業(yè)學習習慣,激發(fā)了潛能,不但提高了理論課程成績而且增強了實踐動手能力,取得了良好的效果,為改革課外科技活動、培養(yǎng)學生主動學習習慣和創(chuàng)新意識提供了一種可行模式。

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Research and exploration of systematic extra-curricular practical training

Yang Yi, Liang Meng

(School of Electronic Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)

To increase students’ interest in professional learning, improve their practical ability and cultivate awareness of innovation, extracurricular science and technology activities are reformed. In an example of extracurricular practical teaching mode of Photoelectric Information Science and Engineering major, a pyramid type of extra-curricular practical training system, a ladder type of extracurricular practice teaching content and stage organization management mode are constructed. It turned out to be successful, so a viable mode of cultivating active learning habits and sense of innovation is provided.

extra-curricular practical training; photoelectric information science and engineering; innovation awareness; activity of science and technology

2015- 05- 04 修改日期：2015- 07- 09

西安郵電大學教改項目(102-602010051)

楊祎(1970—),女,陜西西安,碩士,副教授,研究方向為光電子技術(shù)與光通信.

E-mail：yangyi@xupt.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0183- 04