電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺建設

王墨林, 易茂祥, 戚昊琛

(合肥工業大學 電子科學與應用物理學院, 安徽 合肥　230009)

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電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺建設

王墨林, 易茂祥, 戚昊琛

(合肥工業大學 電子科學與應用物理學院, 安徽 合肥230009)

針對電子科學與技術專業實踐教學的重要性,以培養創新人才為目標,建設創新教育綜合實驗大平臺,探索和構建新的實踐教學體系、實驗平臺管理體制和創新教育評價機制。

電子科學與技術； 創新教育； 綜合實驗大平臺； 實踐教學體系； 評價機制

電子科學與技術是現代信息技術的重要支柱學科,是設計各種電子元器件、集成電路和集成電子系統、光電子系統的技術學科,也是我國正大力發展并急需人才的重要技術領域[1-2]。電子科學與技術專業一級學科包括物理電子學、電路與系統、微電子學與固體電子學、電磁場與微波技術4個二級學科。合肥工業大學電子科學與技術專業建立于1958年(前身為電子真空器件專業),經過50多年的專業建設,電子科學與技術專業在學科建設和學生培養方面取得了較大進展,為我國電子行業培養了一大批研究、開發應用的高級工程技術人才,為國家電子工業的發展做出了重要貢獻。

實踐教學在電子科學與技術專業人才培養中占有重要地位,是培養應用型人才、實施專業素質教育的重要環節之一[3-4]。隨著招生規模的擴大以及對學生創新能力要求越來越高,建立完善的、多層次的、開放式的創新教育綜合實驗大平臺對于促進實踐教學改革、培養具有良好的科學素養、應用能力和創新意識的電子工程高級專門人才具有十分重要的作用。

1　電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺建設的探索與實踐

我們貫徹教育部關于“高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃”等有關文件精神,根據本專業的特點和人才培養目標,以就業為導向,充分體現“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的培養模式,依托專業實驗室、科研基地、實習基地,按照“完善的、多層次、開放式”的構建原則,構建了服務于本專業的創新教育綜合實驗平臺[5-6]，見圖1。

電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺的建設,立足實驗教學、兼顧學科發展和人才培養,將實驗室、科研基地、實習基地整合建設成具有一定先進性的綜合實驗大平臺[7]。

圖1　電子科學與技術專業創新教育實驗教學大平臺結構圖

1.1以培養創新人才為目標,構建具有創新能力的實踐教學體系

具有創新能力的實踐教學體系對于培養高素質的創新人才具有非常重要的意義。參照國內其他高校實踐教學體系(見表1),結合我們的專業特點和辦學特色,通過創新教育綜合實驗大平臺的建設,構建從基礎→提高→綜合這樣多層次、遞進性的實踐教學體系中平臺[8-9]，見圖2。

表1　國內部分高校實踐教學體系情況

圖2　實踐教學體系中平臺結構

實踐教學體系與課程教學體系是不可分割的整體。依據課程教學體系,實踐教學環節包括電子實習、工程訓練C、社會實踐課程設計A、專業綜合實驗、課程設計、畢業實習、畢業設計等環節。根據專業現狀,本專業教學計劃每隔2～3年修訂一次。為了加強實踐環節,2013版教學計劃在2011版教學計劃的基礎上,進一步提高實踐環節的學時和學分。以“集中安排的實踐環節”為例,學分從2008版教學計劃的41學分, 提高到2011版教學計劃的42學分,2013版教學計劃的45學分,比例從2011版的22%提高至2013版的24%。

1.1.1基礎層

根據教育部頒發的本科專業目錄規范,在學科基礎課程方面,注重加強學科基礎課程學時比重。“電路分析基礎”課程由56學時增加到64學時,“電子技術基礎”由原來的一門課程分成“模擬電子技術基礎”和“數字電子技術基礎”兩門課程,增加了2個學分。在實驗教學方面,將原來的隸屬于課程的實驗,獨立開設實驗課程。如IC設計課程設計、微電子綜合實驗及綜合創新實踐等,大大加強了實驗環節,促進了理論教學與實驗教學相結合。

基礎實驗層涵蓋了電子科學與技術專業所有課程的專業實驗。通過8～12學時的實驗,掌握儀器設備的使用,加深對基礎知識的理解,用以達成以基礎實驗來培養學生基本操作能力為目的的實踐教學體系[10]。專業實驗以驗證性實驗為主,并逐步增加綜合性和設計性實驗項目。力求使得驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗比例達到:20%:60%:20%。以超大規模集成電路設計實驗為例,實驗學時8個學時,要求學生掌握版圖設計方法、了解軟件設計平臺使用方法,并培養獨立實驗能力。學時分配見表2。

表2　超大規模集成電路設計實驗學時分配

1.1.2提高層

提高層以培養學生科學研究的創新思維方法和發現問題、提出問題、解決問題的能力，以及重點培養進行科學研究的能力和創新能力為目標。以課程設計為例,提高層涵蓋了所有的專業主干課程的課程設計。在FPGA的課程設計中,開發多個規模和難易程度合適的應用FPGA進行設計的課題,例如8路流水燈控制器電路設計、簡易數字鐘設計、多級密碼鎖設計等。學生經過查找資料、選擇方案、設計仿真器件或電路、檢查版圖設計、撰寫設計報告等一系列實踐過程,使學生得到一次較全面的FPGA設計工程實踐訓練,通過理論聯系實際,提高和培養創新能力,為后續課程的學習、畢業設計及畢業后的工作打下基礎。

完善的教學實習基地是高質量完成實踐教學的重要保障之一。學校、學院充分利用學科專業和人才優勢,積極與企事業聯合建立學生實習實踐基地,包括安龍迅半導體實習實踐基地、中電科技43所實習實踐基地等16個校內、外實習實踐基地。這些實習實踐基地為本科生提供了很好的生產實習場所。通過在基地的實習,學生對項目開發整體流程、規范、企業管理等方面都有了切身體會和較為全面的了解,對培養學生的工程實踐能力和創新精神起到了積極的作用,有效地解決了當前工程實踐教學環節落后于工程一線的難題,并有效推動了學校與企業之間的產學研合作。

1.1.3綜合層

創新能力的培養僅依靠教學實驗室、實習基地是不夠的,因此必須充分發揮院內科研機構條件和科研教師的指導力量。學院積極倡導“融教學與科研為一體”,鼓勵高年級的本科生參與研究生的實驗和教師的科研項目,以便利用科研機構的先進設備和教師的悉心指導,將科研工作的內容、方法、手段教給學生。通過科研項目的實施,使學生有一個系統檢驗和應用所學知識的機會,樹立學生創新意識,培養學生創造性思維能力。

學校、學院制定一系列政策,鼓勵大學生科技創新,引導學生積極主動參與各項競賽或大學生創新計劃實驗項目,在免試研究生推薦、獎學金評定、學分認定等方面給予一定優惠。每年從本專業三年級學生中招收自愿參加全國電子設計競賽的學生,提供場地和實驗儀器設備等資源,并派專業教師作為指導教師。學生實行自主管理,創新訓練全部利用課余和節假日時間進行。認真實施大學生各類創新實驗項目是培養學生科研實踐能力和創新能力的重要環節之一。大學生創新實驗計劃強調過程培養,以科學研究為項目實施的主要形式,在教師的指導下,由學生自主設計、自我管理、自我組織、獨立完成。在項目的實施過程中,經過提出問題、研究設計、實驗操作、整理數據、歸納推理、得出結論或建議等環節的完整科學訓練,鍛煉學生的創新性思維,提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力,培養學生的實踐精神,訓練學生的學術品格。

電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺,以培養綜合型創新人才為目的,以循序漸進培養、提高學生實踐能力的基本規律為主線[11]。新的實踐教學體系激發了學生學習的主動性、積極性，培養了學生的創新精神,提高了學生的實踐動手能力。學生在實驗室進行科技活動情況見圖3。

圖3　學生在實驗室內進行科技活動

1.2以實驗平臺高效運行為目標,推行實驗平臺科學管理機制

電子科學與技術專業創新教育綜合實驗平臺規模大,功能的復合性和綜合性強,因此實驗平臺必須要有相應的科學管理機制。實驗儀器設備、實驗人員管理、實驗平臺運行都將納入學院綜合管理體系[12-13]。

1.2.1加強實驗設備管理,合理和充分利用設備資源

我們根據實驗平臺建設的總體目標,利用各種專項資金,在原有實驗設備的基礎上購買新設備,為開設新實驗和提高實驗水平提供了硬件條件。例如FPGA與嵌入式系統綜合實驗室，目前除了通用FPGA開發套件和多功能FPGA專業開發平臺等先進硬件設備外,還擁有華大EDA軟件、Synopsys和Candence等EDA相關軟件。這些硬件和軟件既能夠滿足所有本科課程實驗與設計要求,又能與其他設備相配合使用,滿足一些復雜系統設計的需要。學院與全球最大的IT服務供應商——Cadence公司簽署合作協議,通過校企合作新模式共建“合肥工業大學-Cadence聯合實驗室”。Cadence協助聯合實驗室搭建先進的軟件實驗平臺,將最前沿的技術引進教學過程,提高集成電路設計領域人才培養的實習實訓水平。

在一個實驗大平臺的環境里,可以合理分配臺套數,統一實驗設備管理制度,資源共享,滿足不同層次的實驗教學、科研和人才培養的需要。尤其是合理使用大型儀器設備,做到物盡其用。

1.2.2加強實驗人員管理,建立高水平的實驗人員隊伍

實驗大平臺的建設,對實驗技術人員工作能力、綜合素質、知識更新提出新的要求。本著“以人為本、公平公正、競爭上崗、優勝劣汰”的原則,優化實驗隊伍結構,鼓勵實驗人員參與制定實驗室發展規劃及各項科研、教研項目,積極開展自制實驗儀器項目,定期開展業務培訓，促進實驗教學內容向設計性、創新性、綜合性實驗轉變。

1.2.3建立科學的實驗平臺管理機制,加大實驗室開放力度

實驗平臺實行院、系兩級管理,實行主任負責制。為保證實驗平臺的長期穩定運行與發展,結合學校和學院相關實驗室建設與管理規范,建立完善的實驗平臺的運行管理相關規章制度,并嚴格執行。在保證完成教學科研任務的前提下,積極開展綜合開放、社會服務和技術開發,開展學術、技術交流活動。

隨著實驗平臺的建設與完善,實驗室硬件設施與環境、實驗人員技術水平、實驗室管理都發生了較大改變，擺脫了原來各個小實驗室的“獨自為政”的局面,提高了實驗室的利用率和儀器設備的共享率,基本實現資源共享和師資統配管理，保證了不同層次實驗教學的順利進行。

2　以促進創新教育實施為目標,探索和構建相應的創新教育評價機制

利用實驗大平臺建設,建立相應的創新教育評價機制。

2.1實驗教學評價機制

實驗教學評價機制主要考察學生的學習效果和教師的教學能力。對于學生實驗的成績評定以考勤、實驗完成情況、實驗報告為依據綜合評分。這樣的考核會更加注重學生的實驗過程、團隊的合作意識及對實驗儀器設備的掌握能力。尤其對于綜合性和設計性實驗,提倡方案的多樣性,使學生有機會充分展示自己的能力。對于教師的考核既可以通過學生實驗的效果來評價,也可以通過專家督導組的實驗聽課制度來實現。建立實驗教學中相應的反饋機制，學生及時將實驗教學中的問題反饋給教師,便于教師及時解決問題；教師不斷反饋自己的教學成果給學生,使學生獲得更好的學習效果。

2.2學生科研能力評價機制

大學生科研能力的評價內容包括研究性學習能力的評價、科研實踐能力的評價以及科研創新能力的評價。本著客觀、公正、科學的評價原則,通過教師評價、同學互評和學生自評等方法定性或定量來實現學生科研能力的評價。

創新教育評價是“以人為本”的個性化教育評價[14-15]。構建科學的創新教育評價機制,一方面可以鼓勵教師將科研與教學融為一體,另一方面,激發學生科研創新的勇氣與潛力,進一步推進大學生科研能力的培養和創新人才的培養。

3　電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺建設的成效

實驗教學平臺以教學實驗室為依托,主要承擔實驗教學工作。經過多年的建設,現有實驗室面積1 600 m2,擁有實驗設備800余臺套,儀器設備總價值4 000余萬元(其中10萬元以上大型設備2 000余萬元),可開設26門課內實驗及獨立實驗課程,其中實驗項目136個,年接納學生4 576名,完成實驗人時數1 500 928,對滿足本科專業人才培養需求,具有必要的、積極的支撐作用。以基礎實驗教學平臺為依托,優化實驗項目配置,調整更新實驗內容,增加與生產實踐緊密結合的設計性、綜合性實驗項目。目前我們綜合性、設計實驗開出率達到80%。大大激發了學生學習的熱情與積極性,使學生的實踐能力與創新能力得到鍛煉與提高。

以研究室和創新基地、實習實踐基地為依托建立科技創新平臺,主要面向研究生和高年級的本科生。依靠創新科研平臺,改變研究生培養教育中存在的“重理論、輕實踐”的現象,提高研究生的培養質量；為本科生科技創新活動提供有效的技術支持和實驗裝備,提升我校學生參加國家創新實驗比賽的技術水準。同時可為本科畢業設計提供有效的支持,力爭改變電子科學相關專業畢業設計課題“軟多硬少”的現狀。近年來多名學生獲得大學生創新實驗項目立項,先后在挑戰杯全國大學生課外學術科技作品、大學生電子設計大賽及全國機器人大賽中取得優異成績。通過各種大賽的獲獎,形成了實驗平臺建設與科技創新活動良性互動的機制。

通過綜合實驗平臺的多年建設,形成了具有特色的電子科學與技術專業人才培養模式。電子科學與技術專業畢業生的人文素質、科學素養、應用能力和創新意識,深受用人單位的歡迎。其中,優秀畢業生的考研錄取率比例也較高,近3年的考研和就業情況見表3。

表3　近3年電子科學與技術專業考研、就業率

4　結語

電子科學與技術專業創新教育綜合實驗大平臺建設的目標是通過對現有實踐教學體系的改革與創新,以學生能力培養為主線,強化工程實踐能力,滿足學生自主研學和創新要求,培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才。大平臺的建設是一項復雜的系統工程,也是長期而艱巨的任務。隨著學科的發展和專業改革的深入,平臺建設與管理也在逐步前進和規范。

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Construction of comprehensive experimental platform of electronic science and technology of innovation education

Wang Molin, Yi Maoxiang, Qi Haochen

(School of Electronic Science & Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Aiming at the importance of electronic science and technology professional practical teaching, taking cultivate innovative talents as the goal, this article puts forward to construct a comprehensive experimental platform for building innovative education, explorate and construct a new practical teaching system, an experimental platform management system and an innovative education evaluation mechanism.

electronic science and technology; innovation education comprehensive experimental platform; practical teaching system; evaluation mechanism

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.003

2015- 08- 25

安徽省項目“工科大學生創新教育模式與質量評價機制研究”(XJ201312)

王墨林 (1972—)，女(回族),安徽合肥, 碩士,高級實驗師,主要從事電子科學與技術專業實驗教學和實驗室管理.

E-mail:hfutwml@163.com

G642.3

A

1002-4956(2016)3- 0008- 05