以創新能力培養為目標 深化電類基礎課程實踐教學改革

付 揚

(北京工商大學 計算機與信息工程學院，北京100048)

0 引 言

電類專業基礎課是指“電路原理”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”、“電子技術課程設計”及“電子技能訓練(Ⅰ，Ⅱ)”等課程，為我校自動化、電氣工程及自動化、信息工程、電子科學與技術、計算機等專業學生開設，是高等學校電類專業基礎的核心課程，其特點是量大面廣，教學內容幾乎涉及電氣電子信息學科的各個領域。電類專業基礎課程實驗教學對于工科學生綜合素質的提高，特別是創新能力的培養，有著獨特的、不可替代的作用。長期以來我們也是一直說致力于教學改革，但是更多的是嘴上談兵，由于觀念和條件等限制，實際改革力度遠沒達到人才培養的目的，教學中重知識傳授輕能力培養的觀念還沒有根本改變，實踐教學薄弱的問題沒有根本解決。

北京工商大學全面深入開展綜合教學改革，在2012 級4 個專業進行綜合改革試點，在2013 級全面推進本科教學綜合改革，涉及到專業建設、課程建設、人才培養、師資隊伍建設等各環節，對實施方案的科學性、系統性、規范性、可執行性要求很高，將使這次改革成為學校本科教學發展史上一次深刻的革命。以學校綜合教學改革為契機，對于電類基礎課程的建設，改革實踐教學是一個重要的內容，其目的是切實提高學生的創新精神和實踐能力［1］。

1 我校電類基礎實踐教學問題分析

我校電類基礎實踐教學存在的弊端主要體現為:

(1)重理論輕實驗。把實驗教學僅當作一個理論教學的輔助環節，忽視實驗教學本身的規律及其對學生的實踐能力的培養，學生不重視本課程的實驗教學，學生實驗課上表現出積極性不高，有些學生比較懶散、抄實驗數據以蒙混過關，教師的精力不是全部放在啟發引導學生能力的發展上，而是過多地放在了看住學生不抄數據，機械的督促學生動手，不是從根本上使學生自己愿意做實驗。

(2)實踐平臺單一，實驗學時嚴重不足。實驗只是在比較少的計劃學時內進行，雖然口口聲聲說開放實驗室，但往往開放時間和學生課程沖突，更關鍵的是沒有教師的隨時指導而導致學生的積極性逐漸喪失，造成很少有學生課余時間進實驗室進行實踐環節的訓練，使開放實驗室流于形式，學生進實驗室的時間太少。

(3)實踐內容設置與能力培養缺乏適應性，內容安排缺乏合理性。驗證性實驗偏多，缺少偏綜合和設計性實驗，長期以來輕設計，缺實踐，對學生創新教育與創業訓練的重視和投入遠遠不足，從而影響了學生學習的主動性和積極性。

(4)實驗教學方法落后，教師的思想意識對學生能力培養認識不足。在教學上仍然采用傳統的實驗教學方法，教師過于詳細講述實驗內容，甚至教師用ppt課件將電路連線也畫出來，學生照著連接線路，嚴重制約了學生能力的培養。學生在現成的實驗板上按照老師講的或實驗指導書內容進行各種操作、測試，在現成的表格中記錄數據、分析數據和驗證結論，導致學生在實驗中依賴性強，使學生的思維能力受到了限制，創新精神和實踐能力長期得不到培養。

基于上述原因，改革迫在眉睫。我們著力地深化電類基礎課程實踐教學改革，以厚基礎、強實踐、重創新為指導思想，以培養高素質應用型、創新型人才為目標，以培養和提升學生實踐能力和創新精神為著力點，構建多平臺、多層次電類基礎課程實踐教學體系［2］。

2 構建多平臺、多層次電類基礎課程實踐教學體系

對于電類專業基礎課實踐環節，根據知識與能力增長規律，按照能力培養體系設定各相應的知識傳授、技能訓練及綜合應用教學環節［3］，以創新能力培養為目標，構建多平臺、多層次電類基礎課程群實踐教學體系結構見圖1。

圖1 多平臺、多層次實踐教學體系結構圖

2.1 依托課后延續教學等平臺，大力度增加實踐環節學時

從圖1 看出，實驗平臺除計劃內學時外，以我校深化綜合教學改革為契機，有效地增加了課外延續實驗平臺和開放實驗平臺，并且課外延續實踐教學已經納入在培養方案中，其計劃將更加系統性地對學生能力進行培養。課后延續教學使實踐學時真正得到大力度的增加，并規范有序地安排課程表給予保證實施，有效提供給學生提高實踐能力和創新能力的機會和條件，具體學時如表1 所示。從表1 可見，改革后實踐學時將大幅提高，電路原理實驗為32 學時，模擬電子技術實驗為42 學時，數字電子技術實驗為34 學時，電子技能訓練(Ⅰ、Ⅱ)2 個學期共計153 學時，在同類院校中也是領先的。

表1 實驗課程計劃內學時和課外延續學時 學時

學校給與了課后延續教學實踐條件的保障。因為設計題目較多，并且要制版、焊接、出成品，實驗室為配合學校的綜合教學改革，在原有的優良實驗教學環境下，在學校的支持下，實驗室加強了大量的元器件等配備，加大實驗室開放力度，向學生提供更多的實驗資源和實驗場地，充分發揮自己的聰明才智，培養學生自主創新能力，并積極配合指導教師，實現在實驗室制版等工作。

同時建設“電類基礎實驗教學”網絡平臺，開發“電類基礎實驗”課程網上學習系統，即實驗預習指導、實驗思考、仿真實驗軟件、知識點檢索等資源。為配合開放式實驗教學運行模式，開發學生實驗網上預約系統，同時根據網上學生預約情況，適時安排實驗教師，以保證有實驗教師適當引導，避免學生因實踐環節困難而產生畏難和退縮，使得學生愿意到實驗室，避免開放實驗室流于形式［4-5］。

2.2 以能力培養為主線，確立六個環節、三個層次的實踐教學體系

我們確立了六個環節、三個層次的實踐教學體系［6-7］，見圖1。

(1)層次一。電路原理、模擬、數字電子技術基礎實驗，是基礎層實踐環節，其目的是培養低年級學生的觀察和認知能力、動手能力，啟迪創新意識。

在電路、電子技術實驗內容上，壓縮驗證性實驗，加強本課程內的綜合性實驗和設計性實驗。精選一些具有基礎課教學特點的驗證性實驗，使學生在加深對理論課內容理解的同時也鍛煉儀器儀表的使用，在此基礎上，加強設計性和綜合性實驗，在實施過程中，教師設計一些課題，讓學生自選題目，然后設計完成，做到理論與實踐相結合，提升學生的興趣。

(2)層次二。電子技術課程設計和電子技能訓練，是應用層實踐環節，以獨立綜合實驗課程為主體，強化理論知識和工程技能知識，培養學生知識運用能力和綜合能力。

電子技術課程設計和電子技能訓練課程是獨立設置的課程，學生從電路設計、工藝設計、到制作電路試樣、測試及優化一系列過程到綜合實驗分析、報告的完成等都由學生自主獨立地完成，鍛煉了學生動手能力的同時極大地提高了學習熱情和積極性，增強了責任心和工程意識，培養了綜合素質和工作能力［8］。

(3)層次三。電子競賽和大學生科技創新，是創新層實踐環節，以電子競賽、大學生科學研究計劃項目、參加教師科研等獨立創新類項目為主體，為設計、探究、研發型實踐，旨在培養學生工程設計能力、以最終實現創新能力的提高。

電子競賽和科技創新是對所學的科學體系知識進行全面的應用，在此階段，教師只提供必要的技術指導，實驗室提供必要的實驗設備和場地，要求學生自己論證方案、設計電路、購買元器件、搭建實驗平臺，獨立完成實驗研究，將知識傳授與能力培養有機結合、實現知識、素質、能力的一體化培養［9-10］。

由此可見，創新的實踐教學實現了以學生為本，以能力培養為主線，實行層次化梯度教學，逐步增加深度和難度，采用基礎型、應用型和研究型等分層次、多環節、相互銜接的實驗教學體系。階梯式實踐環節，使學生的素質和能力培養逐步深化，最終實現創新能力的提升［11］。

3 優化實踐教學方法和手段，保障實踐教學體系的實施

擔任理論課教師，同時要求擔任實踐環節教學，教師在教學中強調“三個結合”，即理論基礎與實踐應用結合、基本技能與創新意識結合、工程應用與研究設計結合［12］。

3.1 開展以學生為主體的啟發討論等教學方式

在實踐教學中，把傳授知識、培養學生創新能力和研究性思維貫穿在實踐教學的始終，采取以自主式、合作式、研究式為主的多元化教學方式。根據實踐層次的不同，開展啟發式、討論式、參與式實驗教學。注重以學生為主體，采用問題引導的交互式教學模式，使學生在實驗活動中由被動變為主動，由“要我做實驗”變為“我要做實驗”，給學生提供了獨立活動的空間。引導學生如何發現問題、分析問題，培養學生獲取新知識的能力、再學習的能力和創造發揮的能力［13］。

3.2 因材施教，鼓勵個性發展

在實驗教學中，為學生營造寬松的、能夠潛心研究的實驗環境和氛圍。對較弱的學生鼓勵指導，循序漸進，對優秀學生多提供參加科技創新活動的機會，鼓勵他們自主選題、大膽創新，充分調動學生學習的主動性和積極性，引導學生自我訓練，強調學生個性化發展，加強對學生科學態度、團隊精神和創新意識的培養。有一部分突出的學生經過鍛煉后，實驗設計能力和創新意識皆被激發出來，對各種科技競賽皆充滿興趣和渴望，受到各種競賽指導教師的肯定和歡迎，并取得良好成績［14-15］。

3.3 充分發揮計算機在實驗教學中的作用

改變傳統的實驗模式，以EDA 技術作為突破口，充分利用各種工具軟件進行設計仿真，著力培養學生運用現代化設計工具能力、電子電路綜合設計能力和工程設計能力，實施“虛實結合”、“軟硬兼施”的實驗教學手段，如現代化仿真軟件Multisim、Labview、Matlab、Pspice 等進行電路的仿真分析，可以指導實際電路的調試，把虛擬仿真和硬件實驗有機地結合起來，加快實驗進程。引入超大規模數字電路設計的QuartersⅡ軟件，甚至在高層次本科生中學習片上系統SOPC 設計，使用SOPC Build、NiosⅡ設計，可以高效靈活地設計各種數字電路，學生掌握VHDL 等硬件描述語言，學會自頂向下的系統設計方法，使設計技術達到先進的水平［16］。

4 結 語

針對人才培養中學生工程實踐、創新能力薄弱的難題和瓶頸，我們在電類基礎課實踐中構建了多平臺、多層次實踐教學體系，以有效地培養學生的創新能力。創新課后延續實踐環節，大力度地增加了實踐環節學時，彌補傳統教學模式的不足，切實倡導了以學生為主體的教學模式。學生的積極主動性明顯被調動起來，學生對實踐環節有了更深程度的理解與感悟，充分感受到成功后的喜悅，促使學生主動學習，獨立思考，營造了良好的學習氛圍。該教學改革的實施有力地推動了我校工科電類各專業課程教學體系的改革與創新，學生參加創新實踐活動積極踴躍，表現出極大的熱情和自信，參加競賽并獲各類獎項越來越多，我校在2014 年北京市電子競賽中，取得了參賽以來的最好成績，獲獎等級和獲獎人數明顯增加，2 個隊獲一等獎，其中有1 個隊成績達到滿分100 分，6 個隊得二等獎，11 個隊獲3 等獎，改革有效地提升了學生的綜合素質和創新能力。

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