基于自主學習的電子信息學科學做融合的探索與實踐

李志為,鐘清華,李 榕,周衛星

(華南師范大學物理與電信工程學院,廣東廣州 510006)

基于自主學習的電子信息學科學做融合的探索與實踐

李志為,鐘清華,李 榕,周衛星

(華南師范大學物理與電信工程學院,廣東廣州 510006)

隨著電子信息學科與產業的飛速發展,其從業人員的專業知識與技能更新日益加快,要求高校學生具備不斷學習以掌握新知識和技能的終身發展能力。在總結多年實踐教學改革的基礎上,開展了“一個導向,六個融合”的實踐教學探索,通過創新實踐教學方法、建立多元考核體系和建設實驗平臺等措施構建以自主學習為導向、面向學生終身發展能力培養的電子信息專業實踐教學新模式。實踐表明,實現了從以教為主到以學為主的轉變,提升了學生獲取知識并融會貫通的能力,為創新型電子信息人才的培養積累了寶貴的經驗。

終身學習;自主學習;電子信息;學做融合

科學技術的日新月異和產業結構的變動,促使人們必須不斷學習新知識才能在社會發展中永不落伍。黨的十六屆三中全會通過的《中共中央關于完善社會主義市場經濟體制若干問題的決定》中,提出了“構建現代國民教育體系和終身教育體系,建設學習型社會”,而學校教育是終身學習的基礎,除了傳授知識,還要培養學生具備想學、能學、會學、持續學等能力以適應終身發展[1-2]。

30年來,電子信息的發展呈現出從低頻向高頻發展,從分立元件電路逐步向大規模超大規模集成電路發展,從單一功能模擬系統轉向智能化系統方向發展的趨勢。電子信息產業更因技術發展快、產品更新周期短而要求從業人員必須有不斷學習以掌握新知識和技能的終身發展能力[3]。電子信息專業學生學習的最終目的不僅在于求知,更在于致用。傳統的實踐教學偏重于專業知識和技能傳授,缺乏對學生獲得知識架構和融會貫通能力的培養,難以讓學生形成自己的理解,具備獨立思考、獲取知識和解決問題的能力。如果還是為了教授某一知識點或技能而教學,學生進入社會后會很快被淘汰,電子信息教學需要從“授人以魚”向“授人以漁”的理念轉變[4-5]。

1 構建以自主學習為導向、學做融合的實踐教學新模式

自主學習是以學生的主動探索、主動思考、主動操作、自主活動為特征,以促進學生認知、情感、個性行為等全面和諧發展為目的的一種新型教育觀念和教育教學方式[6]。它能讓學生主動進入學習過程,形成自己的理解,養成獨立思考、獲取知識和解決問題的能力[7-10]。學做融合是自主學習的有效手段,然而在應用中普遍存在著以下問題:

(1)學做融合的專業培養缺少系統的、連續的和循序漸進的規劃,只限于單一課程的或局部的改革與實踐;

(2)教學中只是簡單傳授專業的單一知識點和技能,缺乏培養學生獲得知識架構和融會貫通的能力;

(3)實踐過程中過分偏重學生某項實際技能的掌握,缺乏培養學生形成自己的理解、獨立思考、獲取知識和解決問題的能力。

在總結多年電子信息實踐教學改革經驗的基礎上,根據教育部對人才培養模式改革的要求,在廣東省電子信息科學與技術名牌專業和特色專業建設項目的支撐下,我們根據“自主學習,學做融合”的教學理念,在專業基礎課程教學中通過學做融合培養工程技能與意識、基礎知識和概念;在專業課程教學中通過學做融合培養專業知識和運用、系統設計與能力;在科技制作、競賽和科研立項等專業實踐中通過學做融合培養綜合與創新能力。通過實踐構建了以自主學習為導向、學做融合的電子信息類本科實驗教學新模式(見圖1),力求充分發揮學習者的主體作用,讓學生學會自主學習、具備終身發展的能力。

圖1 以自主學習為導向、學做融合的電子信息本科實踐教學新模式

2 改革教學方法,開展“一個導向,六個融合”的實踐教學改革

2.1 基礎技能訓練與興趣培養相融合,提高學習自主性

興趣是學習的內在動力。對所學領域知識很感興趣,學習能帶來身心愉悅,能快速拓寬知識面、提升自身價值。課程體系開設“電子工藝技能訓練”等課程,通過焊接微型調頻收音機、單片機最小系統等實踐,使學生在獲得工藝鍛煉的同時獲得了成功的感受,培養了專業興趣,為后續專業學習提供動力。這一環節注重工程化訓練,強調規范操作,教師少講、學生精做,還要變指導為引導,提倡學生相互討論交流。教師對學生在學習過程中碰到的各種問題,只是引導學生尋找解決問題的思路,并不代其具體操作或排除故障。

2.2 基礎知識與實際應用學習相融合,培養獨立的思考、獲取知識的能力

“模擬電子電路”、“數字系統與邏輯設計”和“信號與系統”等專業基礎課程有著很多的應用案例與背景。采用實際電路實例貫穿課堂與實踐教學環節,引導學生從系統整體和實際問題出發,獨立思考,讓學生自己構建應用電路進行理論驗證和測試方法訓練,完成元器件選擇、電路安裝、焊接調試等,在實踐中加深對所學理論的理解,提高發現問題、解決問題的能力,做到學做融合[11]。例如,針對學生電路應用能力較薄弱的狀況,開展將基礎單元電路進行小系統的設計和組建的實踐,讓學生進一步深化對多級電路的阻抗匹配、增益帶寬等參數影響的理解。通過實踐中學生發現的后級接反相放大器和同相放大器增益差別較大這一實際問題,可讓學生理解反相放大器和同相放大器的輸入電阻有著較大差別,后級的輸入電阻作為前級分立元件放大電路的負載,導致了該現象的出現。學做融合能讓學生深刻地理解在實際電路應用時,必須考慮盡量減小后級電路對前級電路的影響。學生逐步養成從系統整體出發和從實際問題出發考慮問題的電路設計思維方式,初步建立起系統思維,為促進學生的創新能力奠定了堅實的基礎。

2.3 專業課程與社會需求相融合,了解技術與行業發展動態

將有社會需求的實際案例應用到專業課程的教學中,能讓學生了解專業知識與社會需求的關系。專業課程課堂教學以思想方法講授為主,注重設計的案例分析,采取作業內容分層化和個性化的做法,使得水平能力不同的學生,既能夠完成課程所學的知識,又能夠根據自身實際,選擇不同難度的作業來進行綜合實踐能力的訓練,進一步拓展其專業能力,充分發揮學生的主觀能動性[12-13]。給學生每人發放一套自制實驗裝置,將傳統的書面作業形式改為在實驗裝置上完成,作業內容在體現本課程所學知識的基礎上盡量與實際應用結合,學生通過在實驗裝置上復習、鞏固所學知識,同時逐步加深對實驗板硬件結構的了解,對設計軟件的使用也越來越熟練。

2.4 綜合設計與創新項目相融合,提高實際問題的解決能力

根據企業的電子系統設計一般都采用軟件和硬件設計相結合的實際,在教學上加強了軟硬件結合的系統設計訓練,注重先進技術手段和方法的應用,拉近與企業實際應用的距離。例如在“可編程數字系統設計”、“電子系統設計”等技術性課程中,結合創新項目,學生依照工程設計規范要求,根據社會需求,明確設計目的、確定設計要求、制訂設計方案、實施設計任務的步驟,經歷完整的系統設計和實現的全過程,提高解決實際問題的能力。在教學上將過去單純的教師對學生的單向性講授,改為教師與學生、學生與學生之間的交互性教學。教師通過與學生近距離的交流來了解學生的技術掌握程度,對能力較強的學生布置研究性的學習內容,提供實踐條件,使優秀人才脫穎而出。對專業能力突出的學生進行重點培養,讓其成為年級的帶頭人角色,營造良好的學習氛圍。這對于帶動整個年級學生進行自主學習,相互影響促進,起到了事半功倍的效果。

2.5 綜合創新實踐與多學科知識相融合,提高綜合與創新能力

各學科的相互聯系和交叉發展,已經滲透到各行各業的各個領域。綜合創新實踐是檢驗學生知識掌握程度的最好方法。結合教育部的“大學生創新創業訓練計劃”、“挑戰杯”課外學術科技作品競賽等學科競賽活動,鼓勵電子信息專業的學生與物理、材料物理等專業的學生組成團隊,發揮各自優勢,開展與多學科知識相融合的綜合創新實踐,提高綜合與創新能力。

2.6 工程實踐與校企合作相融合,提高工程實踐的真實感

科技進步帶來產業結構升級和換代。從畢業學生反饋的信息來看,學校實踐教學與社會需求存在一定的偏差:

(1)專業培訓方案與就業崗位需求脫節;

(2)缺乏完整的系統工程訓練,工程設計不規范; (3)缺乏團隊合作訓練。

在課外實踐與實習等環節,我們積極聯系社會企業,建立了學生創業實踐基地——瑞邦創業中心,聘請企業的技術骨干擔任客座教師。在創業實踐基地,學生能夠真實感受到企業的運作機制、實驗作品與企業產品之間的差異,及時調整自身的知識結構。合作企業為課外實踐設立若干橫向課題,鼓勵學生組建創新團隊參與科研實踐,讓學生參與部分產品研發或優化工作,培養他們的團隊合作精神。

3 建立多元考核體系,新建保障平臺,推進新教學模式下的條件建設

3.1 建立多元考核體系

日常教學對學生學習的考核評價存在2個誤區:

(1)考核目的不明確,多數是為一門課程考核而考核,而不是圍繞人才培養目標進行考核;

(2)評價體系不合理,一般采用期中、期末兩次考試結果來進行評價,這就造成學生僅僅面向考試而學習,而不是面向知識和能力的提高,考試成績不能反映學生專業知識的掌握程度。

建立多元化的科學考核體系是新模式實踐教學實施的保障。該考核體系縱向依據不同課程實行專題報告、小論文、實物作品、書面考試等多類型考核;橫向依據課程內不同階段實行理論嚴謹性、方案可行性、實施規范性和結果創新性等多方位考核;自主學習能力依據學生主動性、獨立性、協同性及獲取知識和解決問題能力進行考核。成績分數實行基本分和加權分綜合的評分方式,基本分反映學生在基礎知識和基本能力的綜合表現,加權分反映學生在完成設計中的創新程度,客觀地反映了學生的能力,強調個性的發展,更好地鼓勵了創新。

3.2 自主研制實驗套件,量身定制實驗項目

加強實驗手段的工程化,自制實驗套件,可克服傳統實驗箱在工程實踐和課外應用難的弊端。但多數商用的綜合性實驗箱或實驗套件通常為某門課程的教學服務,價格不菲且難以更新,使用率往往不高。特別是它們多適用于基礎知識的學習和驗證,靈活性和擴展性較差,限制了學生自主設計和個性化教學的需求。例如,像S3C2440嵌入式開發板功能強大、電路復雜、價格較高,學生在短時間內難于掌握其硬件電路原理。

自主學習要求學生有更多機會接觸實驗裝置,量身定制的實驗裝置更有利于滿足實踐教學的需求。在教學中我們大量采用自主研制具有自主知識產權的實驗平臺,所有設計資料都向學生開放,在平臺設計和軟件的配置上也完全按照實際工程應用的要求,學生在使用時就像在對待自己設計的電路一樣進行調試,為今后實際的工程開發和工程設計養成了良好的習慣并樹立信心,有效地滿足學生開展課程設計、科技制作、大學生創新訓練等創新活動的需要,使學生的專業學習能夠脫離時間和空間的限制。在專業課程實驗中既采用自制套件完成基本設計,又能通過外加模塊開展創新性設計。在多屆全國大學生電子設計競賽中,利用該實驗套件制作的作品取得了很好的成績。

3.3 加強平臺建設,促進人才培養

打造高水平教學團隊,鼓勵年輕、高學歷教師參與實踐教學,積極參加國家、省重點實驗室的申報建設,與知名企業Altera、Xilinx、Cypress等芯片制造商建立聯合實驗室,為學生盡早接觸前沿技術提供條件。建立學生創新實踐基地和開放實驗室實現實踐時間、實踐場地的全天候開放,為自主學習、終身發展能力培養提供場地支持。

學院、教務處、學工部和團委等單位非常重視實踐教學環節,在政策、經費、場地和組織上提供了有力的保障。先后出臺了“學院關于建設學生課外實踐創新基地進一步加強實踐創新型人才培養的通知”、“完善學院學生課外實踐創新基地管理規定”等制度,加強創新基地的管理。為了更好地管理和跟蹤基地開放情況,基地自主開發了“開放性實驗室管理系統”,建設基地網站,并設計嵌入式終端,學生憑一卡通進出實驗室,完成實驗預約、身份驗證和實驗記錄工作。

4 教學改革成效

項目自2006年起在華南師范大學電子信息科學與技術、通信工程、電子信息工程、物理學、材料物理、科學教育等專業的電子信息類等17門課程中已實施7年,并擴展到各類課外科技實踐和專業競賽,受益學生達2 500多人。2009年和2013年獲華南師范大學教學成果一等獎3項、二等獎1項,2010年獲得廣東省優秀教學成果獎培育項目,2014年獲第七屆廣東省高等教育教學成果二等獎。項目實施期間,還承擔了廣東省教學改革項目1項、學校教學改革項目5項,涉及通信與電子類本科生大類招生和培養、課內外結合的實驗教學改革與實驗平臺建設、實踐管理系統研究與開發等。

項目實施以來,在大學生創新創業實驗項目方面,學生獲國家級項目35項、省級項目54項、校級項目69項,課外科研立項獲學校資助達43項,獲發明專利、實用新型專利和軟件著作權等20多項。學生參加各類科技創新活動和專業競賽成果顯著,共獲省級以上獎項達180多項,其中在2007—2013年共獲全國大學生電子設計競賽國家級一、二等獎13項,在全國師范類院校中成績突出,在廣東省大學生物理實驗設計大賽共獲得省級一等獎22項、二等獎47項和三等獎26項,在廣東省大學生電子設計競賽共獲得省級一等獎24項、二等獎23項和三等獎27項,成績在廣東省內高校中名列前茅。

香港大學、華南理工大學、電子科技大學等知名高校,對獲得進一步深造的我校畢業生的綜合素質與創新能力給予了高度評價。畢業生能適應社會需要,受到用人單位歡迎。據不完全統計,近年來被華為、中興通訊、中國移動、中國電信、中國聯通、三星電子等電子通信行業的知名企業錄用的畢業生超過300多人。

5 結束語

電子信息學科與產業的迅速發展,迫切要求高校電子信息類學生具備有不斷學習以掌握新知識和技能的終身發展能力。在總結電子信息專業實踐教學改革經驗基礎上,開展了“一個導向,六個融合”的實踐教學探索,構建了以自主學習為導向、學做融合的電子信息實踐教學新模式。教學改革取得了較好的成效,學生的學習積極主動性和自主學習能力得到了大幅度的提升,學習方法、持續學習和團隊合作等方面都得到了有效的訓練。學生在科技創新活動和專業競賽中表現突出,專業實踐能力較強,能較好地適應社會企業發展的需求。當然,電子信息專業實踐教學是一項系統工程,需要我們繼續不斷在實踐中探索前行。

References)

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[3]刁鳴,王松武.國家級電工電子實驗教學示范中心建設的若干理論探討與實踐[J].實驗技術與管理,2008,25(6):1-5.

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Exploration and practice of learning to do fusion for electronic information based on autonomic learning

Li Zhiwei,Zhong Qinghua,Li Rong,Zhou Weixing
(School of of Physics and Telecommunication Engineering,South China Normal University,Guang zhou 510006,China)

As the IT industry rapid developing,the expertise and practice skills of the employees are updated day by day,requiring the undergraduates to be equipped with the ability of learning new knowledge and skills unremittingly.Based on years of practical teaching experience and the teaching method called“one direction, six fused factors,”by means of the innovating teaching patterns,establishing multivariant evaluation systems and constructing the experimental platform,a practical teaching mode oriented toward the cultivation of the autonomic learning and lifelong developing ability for the IT major.As shown in practice,this teaching mode achieves the goal of learning-oriented teaching,improves the student’s ability of acquiring and digesting new knowledge,and enriches the experience of cultivating innovation-type IT employees.

lifelong learning;autonomic learning;electronic information;learning to do fusion

G642

A

1002-4956(2015)4-0019-04

2014-09-29修改日期：2014-11-07

廣東省高等教育教學改革工程項目“多學科融合的學生實踐創新能力培養研究與實踐”(粵教高函[2012]204號文:118)

李志為(1977—),男,廣東梅州,碩士,高級實驗師,實驗中心副主任,主要研究方向為無線通信信號處理、電子技術應用.

E-mail:mzlzw＠scnu.edu.cn