跨學(xué)科視角下的電工電子公共實驗教學(xué)探索

何杏宇，楊桂松，周亦敏

（1. 上海理工大學(xué)公共實驗中心，上海 200093；2. 上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

隨著技術(shù)的進步與發(fā)展，不同知識領(lǐng)域相互滲透，高校學(xué)科日益交叉融合[1]。為了順應(yīng)知識的演進和學(xué)科發(fā)展以及培養(yǎng)具有跨學(xué)科視野和協(xié)同創(chuàng)新意識的復(fù)合型人才，許多高校已經(jīng)打造面向全校科研和教學(xué)的公共實驗平臺[2]。公共實驗平臺一方面可以滿足交叉學(xué)科的科研和教學(xué)需求，有利于開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，另一方面可以實現(xiàn)實驗室、儀器設(shè)備、師資、實驗材料、科研資源的高度共享，提高了實驗資源的利用率。公共實驗平臺給實驗教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)，使傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式不再適用。為此，本文將針對公共實驗教學(xué)的特點，對跨學(xué)科視角下的電工電子實驗教學(xué)模式進行分析和探索。

1 跨學(xué)科對電工電子公共實驗教學(xué)帶來的挑戰(zhàn)

信息技術(shù)的發(fā)展使得電工電子技術(shù)成為眾多交叉學(xué)科的基礎(chǔ)課程，因此，公共實驗平臺下的電工電子實驗課程需要為不同的交叉學(xué)科服務(wù)，例如汽車電子、醫(yī)療器械、能源控制、測試技術(shù)、生物電子等專業(yè)。跨學(xué)科視角下的電工電子實驗教學(xué)不僅需要兼顧不同學(xué)科的應(yīng)用需求，而且要考慮來自不同學(xué)科的學(xué)生興趣和基礎(chǔ)層次差異[3]。為了能夠有針對性的對電工電子公共教學(xué)進行改革，本文對跨學(xué)科視角下的公共實驗教學(xué)工作所面臨的問題作了如下總結(jié)：

（1）不同學(xué)科與電工電子技術(shù)的結(jié)合點不同，學(xué)生興趣各異。不同學(xué)科與電工電子技術(shù)的結(jié)合點各不相同，不同學(xué)科的學(xué)生對電工電子技術(shù)感興趣的內(nèi)容也各不相同[4]。例如，汽車電子專業(yè)體現(xiàn)機械與電子控制技術(shù)的結(jié)合，利用信號控制技術(shù)實現(xiàn)制動、牽引、變速、轉(zhuǎn)向；生物電子專業(yè)注重生物分子與電子信息號處理的結(jié)合，利用電子信號處理技術(shù)對生物分子進行識別、采集、放大和傳導(dǎo)；醫(yī)療器械專業(yè)重視電子測控技術(shù)，研究各種關(guān)于醫(yī)療檢測的傳感器、精密儀器以及圖像處理設(shè)備等。通過對學(xué)生進行問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同學(xué)科學(xué)生對電工電子技術(shù)的關(guān)注點也不相同，他們通常對自己所學(xué)專業(yè)背景下電工電子技術(shù)知識更感興趣并且理解接收效果更好。然而，在傳統(tǒng)的電工電子實驗教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容固定且統(tǒng)一，并且實驗教師往往是電學(xué)專業(yè)出身，所引用的教學(xué)應(yīng)用案例也都是從通信、計算機以及電子信息相關(guān)專業(yè)的角度出發(fā)，這種默認(rèn)非電專業(yè)與電類專業(yè)擁有相同背景知識的做法，一方面比較難引起其他非電專業(yè)學(xué)生的共鳴，另一方面對非電類學(xué)生增加了學(xué)習(xí)理解難度。

（2）學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，需求各有高低。對于來自不同專業(yè)的學(xué)生在電工電子技術(shù)基礎(chǔ)知識的掌握程度各不相同這一點，很容易理解，對于相同專業(yè)的學(xué)生由于興趣各異也可能產(chǎn)生不同的學(xué)習(xí)需求這一點，也是電工電子公共實驗教學(xué)應(yīng)該關(guān)注的。例如，有一部分非電專業(yè)的學(xué)生只想掌握簡單的電工電子技術(shù)，將主要精心放在本學(xué)科知識上，只希望將來能夠在與電類專業(yè)技術(shù)人員合作時具備溝通和提出合理需求的能力，而另一部分非電專業(yè)的學(xué)生則非常專注鉆研電工電子技術(shù)在其專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和創(chuàng)新。即使電學(xué)專業(yè)的學(xué)生的對電工電子技術(shù)知識的研究深度和需求也是各有高度的。例如，一部分電學(xué)專業(yè)學(xué)生更關(guān)注理論研究，希望通過實驗來鞏固他們對理論知識的理解，另一部分電學(xué)專業(yè)學(xué)生則具有更好的動手能力，希望通過各種電子設(shè)計競賽來加強自己的實踐創(chuàng)新能力。然而，傳統(tǒng)的電工電子實驗教學(xué)更加注重基礎(chǔ)，教學(xué)形式單一，大部分采用集中授課形式，雖然可以在一定程度上關(guān)注學(xué)生的多元性，但對學(xué)生進行因材施教，尤其對有創(chuàng)新能力的學(xué)生進行系統(tǒng)化培養(yǎng)上仍有局限性。

（3）覆蓋面廣，人數(shù)多，文案工作繁雜。公共實驗平臺下的電工電子實驗課程要接納來自不同專業(yè)的學(xué)生，面對眾多的學(xué)生人數(shù)，實驗教師不僅要對學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)、設(shè)計指導(dǎo)、進度跟進和實驗報告檢查等各個環(huán)節(jié)的情況進行記錄和存檔，另外還要對學(xué)生課后補做實驗進行輔導(dǎo)和答疑的登記和管理[5]。然而，目前大部分教學(xué)環(huán)節(jié)的文案工作都人工執(zhí)行，存在重復(fù)性勞動，不方便長時間和大規(guī)模管理和存檔，并且容易出錯[6]。

2 電工電子實驗教學(xué)針對跨學(xué)科和公共教學(xué)的適應(yīng)性調(diào)整

公共實驗教學(xué)具有跨學(xué)科、覆蓋面廣、人數(shù)多等特點，并且這些特點引發(fā)了教學(xué)與管理上的諸多問題，我們分別從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)管理和授課形式上進行了適應(yīng)性調(diào)整的探索。

2.1 教學(xué)模式的層次化和教學(xué)內(nèi)容的多樣化

為了滿足不同學(xué)科、不同基礎(chǔ)和興趣的學(xué)生需求，需要改變以往單一的教學(xué)模式，建立層次化的教學(xué)模式，可以將電工電子實驗分為三個層次：基礎(chǔ)型、提高型和設(shè)計型。其中，基礎(chǔ)型和提高型實驗采用集中授課的形式，設(shè)計型實驗難度較大，具有特定的應(yīng)用背景，可以采用多樣化的教學(xué)內(nèi)容，針對不同學(xué)科背景的同學(xué)設(shè)計不同的實驗項目，學(xué)生可以根據(jù)各自的專業(yè)背景和興趣愛好選擇相應(yīng)的實驗項目。例如，一門36學(xué)時的電工電子創(chuàng)新實驗課程，前期18個學(xué)時為基礎(chǔ)型實驗教學(xué)，其內(nèi)容包括電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)型實驗；中期10個學(xué)時為提高型實驗教學(xué)，其內(nèi)容包括與單片機和嵌入式開發(fā)相關(guān)的提高型實驗；后期為8個學(xué)時的設(shè)計型實驗，其內(nèi)容為學(xué)生從設(shè)計型實驗項目庫中選擇的 1個自己感興趣的實驗項目。設(shè)計型實驗主要針對動手和創(chuàng)新能力強、興趣濃厚的同學(xué)，不采用集中授課方式，而是采用開放式實驗教學(xué)模式，給學(xué)生提供全天開放的創(chuàng)新實驗室，學(xué)生可以根據(jù)自身興趣和專長，加入不同實驗教師指導(dǎo)的關(guān)于不同應(yīng)用背景的創(chuàng)新小組，自由地在創(chuàng)新實驗室進行自主研究和設(shè)計，如表1所示。

2.2 教學(xué)資源的開放化

為了體現(xiàn)跨學(xué)科實驗教學(xué)上的靈活度和自由度，除了教學(xué)內(nèi)容多樣化和教學(xué)形式多樣化外，還需要實現(xiàn)教學(xué)資源的開放化，主要是以學(xué)生為主導(dǎo)，讓學(xué)生擁有了更多的學(xué)習(xí)自主性，使學(xué)生能夠自由地選擇實驗內(nèi)容和實驗時間，給學(xué)生提供自由發(fā)展的空間，易于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，利于實踐能力的培養(yǎng)。教學(xué)資源的開放包括兩個方面：一方面是教學(xué)內(nèi)容的開放，實驗教師可以通過網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)布教學(xué)進度安排以及授課內(nèi)容，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取實驗安全規(guī)定、實驗儀器使用手冊、實驗原理介紹、實驗步驟指導(dǎo)以及應(yīng)用案例剖析等相關(guān)信息；另一方面是實驗室的開放，實驗室的開放又分為三種：一種是計劃內(nèi)實驗室預(yù)約開放，主要針對沒有做的實驗進行補做，課內(nèi)沒有完成的實驗進行補做、續(xù)做或重做；二是競賽培訓(xùn)實驗室開放，主要針對學(xué)科競賽、選拔、培訓(xùn)的綜合性和設(shè)計性實驗，例如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)；三是自由式開放，以供學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好、開展的創(chuàng)新項目的進展情況等不受時間、內(nèi)容限制的自主訓(xùn)練和創(chuàng)新的實驗。

表1 電工電子創(chuàng)新實驗課程內(nèi)容Tab.1 The content of electrical and electronics innovation experiment course

2.3 教學(xué)管理的網(wǎng)絡(luò)化

針對公共實驗教學(xué)覆蓋面廣和學(xué)生人數(shù)眾多的特點，將教學(xué)資源和教學(xué)管理流程進行網(wǎng)絡(luò)化，建立公共實驗網(wǎng)絡(luò)管理平臺。該平臺包括選課子系統(tǒng)、基于虛擬儀器技術(shù)的線上預(yù)習(xí)系統(tǒng)、軟硬件資源庫、用于實驗室開放和維護的實驗室管理子系統(tǒng)以及用于實驗報告網(wǎng)上提交和評閱的評分子系統(tǒng)。通過該平臺，學(xué)生可以方便地獲取教學(xué)資源、實驗室開放和設(shè)備使用信息，教師則可以方便地了解教學(xué)進度、設(shè)備管理以及實驗室維護情況。該平臺不僅能夠服務(wù)更多的學(xué)生，而且能夠提高教學(xué)效率，將師生從無意義的文案工作中解脫出來，將重心放在實際能力培養(yǎng)本身，如圖1所示。

2.4 實驗教師的思維轉(zhuǎn)變

在公共教學(xué)平臺下的電工電子實驗教師也應(yīng)該轉(zhuǎn)變教學(xué)思維，豐富自己的專業(yè)知識，多了解不同學(xué)科的應(yīng)用背景知識，在對待不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)層次、不同興趣的學(xué)生時應(yīng)該采用不同的教學(xué)方式，不論是在課內(nèi)教學(xué)還是開放式指導(dǎo)都夠因材施教，為學(xué)生提供多樣化的教學(xué)內(nèi)容和實驗項目。

圖1 公共實驗網(wǎng)絡(luò)管理平臺架構(gòu)Fig.1 The architecture of public experimental network management platform

3 結(jié)束語

本文針對公共實驗平臺的跨學(xué)科、覆蓋面廣、服務(wù)對象多而雜的特點，提出層次化、多樣化、開放化和網(wǎng)絡(luò)化的電工電子公共實驗教學(xué)新模式，不僅能夠滿足不同學(xué)科不同興趣以及不同能力的學(xué)生需求，有利于培養(yǎng)多樣化的工程型人才，而且能夠促進電工電子實驗教師教學(xué)能力和教學(xué)效率的提高，有利于實驗設(shè)備和實驗室的管理和維護。

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