電子技術綜合創新實踐教學模式探索

李積英

實踐教學是培養學生動手能力、研究能力以及創新能力的重要途徑，本文結合蘭州交通大學實際情況，以綜合創新實踐教學思維為引導，結合《電子技術實驗》課程，從該課程的實驗內容、實驗方式、實驗教學情境設計、實踐教學過程等4個方面進行了有益探索。通過3屆學生的實施結果表明：電子技術綜合創新實踐教學模式，激發了學生自主學習的興趣，提高了學生的實踐創新能力。

《電子技術》是自動化、電氣、電子信息類等專業的重要基礎課程，更是從事通信、電子等相關領域人員必須掌握的基本知識。該課程具有很強的理論性、工程性和實踐性。傳統模擬電子技術實驗的指導思想是以單元電路實驗作為基礎，逐步學習實驗原理、電路的測試方法、儀器儀表的使用等基礎知識， 然后掌握單元電路的學習方法。近年來國家大力提倡創新創業教育，對學生的動手能力提出了更高的要求，同時通過對學生的長期調查發現，僅依靠傳統課堂實際教學，學生普遍存在形象思維強、邏輯思維差的特點， 這也決定了學生的學習興趣取向，絕大多數學生喜好實驗實訓、喜歡動手操作而不喜歡枯燥的理論學習。基于此，我們提出電子技術綜合創新實踐教學模式的探。

1 傳統的電子技術實驗存在問題

傳統電子技術實驗室存在投入高、維護費用高、易受時間與地點限制等問題，影響教學質量。而實驗教學是高等院校工科教育的重要組成部分，是學生驗證學科理論、加深課堂記憶的重要環節，隨著信息和電子技術的發展，各種形式的實驗室實踐模式也在不斷地豐富和完善，不同模式的選擇將對工程教育的經濟和效率產生重要影響。虛擬實驗室以計算機為平臺，相對于傳統動手實驗室，首先它更為廉價和安全，學生得到的結果是經過程序計算得到的理論值，重復實驗將得到相同的實驗結果，減少了處理實驗誤差的時間和精力，有利于加深對實驗操作和實驗結果的記憶；其次虛擬實驗室以其較低的設備場地需求和較高的實驗室利用率成為緩解工程實驗室教學資源壓力的新選擇。國內外對虛擬實驗室已經進行了大量的研究與開發，如華中科技大學開發了互動型數字邏輯虛擬實驗教學平臺，并在其基礎上開發了單片機原理、微機原理、計算機組成原理和接口技術等虛擬實驗。美國的加里福尼亞大學伯克利分校開發了虛擬網絡實驗室（VINT），用于網絡協議的研究與開發，較好地解決了系統結構和系統建模問題。目前國內外在虛擬實驗的研究方面雖然已經取得一些成果，隨著軟件技術和虛擬現實技術的迅速發展，開發統一的虛擬實驗平臺已經成為一種發展趨勢。

2 綜合創新實踐教學模式

與理論教學相比，電子技術實驗教學需要的經費更多、占用的場地大。面對教學建設經費有限和教學場地不足的困難，實施引入啟發創新模式的實驗教學改革需要因地制宜、量力而行。結合我校的實際情況，原有的一批電子技術實驗裝置存在著可視化程度差、價格昂貴、占用空間大、可開展的實驗項目有限等問題，雖然可支撐一部分經典的驗證性實驗項目，但已落后于知識點不斷更新和新實驗不斷拓展的教學要求。為了解決上述問題，項目擬充分利用已有資源，從實驗內容、實驗方式、教學情景設計3個方面入手作出改進，為電子技術實驗教學全面引入虛實結合的創新實驗教學模式奠定基礎。

2.1 實驗內容的改進

在不增加實驗學時數的前提下，充實實驗內容，實現重要理論知識點的全覆蓋，合理化驗證性實驗，增加自主創新設計性實驗學時的比重，突出新增的自主創新設計性實驗。具體措施如下：

（1）濃縮原實驗內容，僅保留經典驗證性實驗的經典部分，為新增自主創新設計性實驗創造學時空間。

（2）找出原實驗內容未覆蓋的重要理論知識點（特別是前沿的電子新技術），參照工程教育模式有針對性地開發自主創新設計性實驗。充分利用全國和甘肅省大學生電子設計競賽資源，結合理論教學內容將歷年來的賽題改編成自主創新設計性實驗內容且綜合、系統地應用已學到的模擬電路、數字電路的知識，在單元電路設計的基礎上，利用新型軟件設計出具有實用價值和一定工程意義的電子電路；擴展新知識的學習，培養綜合運用能力，增強獨立分析與解決問題的能力；培養嚴肅認真的工作作風和科學態度，為以后從事電子電路設計和研制電子產品打下初步基礎。

2.2 實驗方式的改進

改進后的實驗內容包含經典驗證性和自主創新設計性2種不同類型。它們的最佳實驗方式與實驗室能提供的條件密切相關。在不增加教學經費和場地的前提下，被保留下來的經典驗證性實驗仍然以現實的方式進行，而新增的自主創新設計性實驗則以仿真的方式進行。具體措施如下：

（1）將保留下來的經典驗證性實驗和新增的自主創新設計性實驗安排在不同的實驗場地同時進行，實行學生分批流轉的實驗制度，大幅度地提高實驗裝置、實物教具、專業仿真軟件的使用率，保證每個學生獲得平等的實踐能力鍛煉機會。同時，組建由多名教師組成實驗指導教學小組，以應對同一時間、不同場地開展多個實驗的需求。

（2）充分考慮學生的培養計劃和課程教學大綱，挑選Multisium/Simulink作為自主創新設計性實驗使用的專業仿真軟件，以便增強電子技術課程與其他課程尤其是其后續課程間的關聯度。借助專業仿真軟件的強大功能，營造一種“虛擬現實”的實驗環境，為學生能夠驗證自主創新設計方案的可行性和進一步優化自主創新設計方案提供便利。

2.3 教學情景設計的改進

電子技術實驗教學與理論教學密不可分。在教學情景上實現部分實驗教學與部分理論教學的交互，可進一步強化學生對“理論聯系實踐”的認知。具體措施如下：

（1）為實現教學情景交互，精選實驗教學和理論教學內容。從理論教學內容中選取了“電子技術的應用”這一章節在實驗室里進行，通過現場演示實物教具的輔助手段，增強向學生傳授理論知識和實驗技能的效果；又從實驗教學內容中選取了“交流實驗方案與結果”這一環節在教室里進行，通過學生集中匯報實驗方案及結果和教師當場點評的互動方式，完善學生運用所學知識解決工程問題的整個實踐教學過程。

（2）擴充實物教具，將歷年來我校學生在全國和甘肅省大學生電子設計競賽的獲獎作品納入實物教具的范疇。這些獲獎作品不但元器件可視，而且全部由學生自己設計和制作完成，極具教育價值和意義。如圖1所示，設計含教學情景交互設計的實驗教學安排。

2.4 階梯式綜合設計實踐教學過程

開設綜合設計性實驗，選題是關鍵，它對實驗教學質量起著至關重要的作用。因此，綜合設計性實驗選題既要與課程內容密切相關，又要留有拓展空間；既要涵蓋若干綜合問題，又要考慮到學生的知識水平、操作技能等諸多因素；既要初步涉及工程背景，又要在實驗室能夠進行操作實踐；同時還要有一定的趣味性，并且還要有階梯性，由淺入深，循序漸進，先把學生引入大門，再讓學生去探索大門里面的奧秘。具體措施如下：

將教學過程分為：驗證性實驗依然采用傳統模式的教學方法，學生跟隨教師在原電子技術實驗裝置上進行實驗，重點在于在教師的規范示范下學生學習如何通過實驗驗證已學理論的正確性。自主創新設計性實驗則采用啟發創新模式的教學方法，學生基于虛擬仿真軟件獨立地完成從方案設計到驗證的整套實驗過程，重點在于在教師的啟發引導下學生自主地運用已學的知識去解決實際問題。為了能讓學生順利地適應自主創新設計性實驗的要求，教師以實物教具演示教學作為前奏，為學生提供問題剖析、解決方案可行性論證、電路設計、實驗驗證的范例。學生參照范例，隨后即可開展自主創新設計性實驗。自主創新設計性實驗中最重要的環節是師生雙方就實驗方案與結果展開研討，教師著重幫助學生深入了解實驗方案的優缺點和實驗結果的完備程度，在教師的啟發引導下學生給出合理的改進方案，并完成“圓滿的收官”。引入了啟發創新模式以后，實驗教學在考核機制上也發生了改變。

3 結束語

傳統的電子技術教學模式中大多數學生更偏向于實踐實訓環節，而實驗室資源有限、實驗教學經費多和占用的場地大等因素導致實驗教學效果不理想。為強化實踐教學效果實施引入啟發創新模式的實驗教學，該創新實踐教學模式在我校已有的教學資源基礎上，從實驗內容、實驗方式、教學情景設計3個方面入手作出改進，為電子技術實驗教學全面引入虛實結合的創新實驗教學模式奠定基礎。在實驗內容方面增加自主創新設計性實驗學時的比重；實驗方式方面新增自主創新設計性實驗并通過仿真的方式進行；教學情境方面加強實踐與理論的交互，實現真正的“理論聯系實踐”。此外針對綜合設計實踐教學環節更加注重學生的主體地位，在老師的引導下讓學生利用已有的知識獨立的解決問題。

通過對三屆學生的實踐教學結果證實了該電子技術綜合創新實踐教學模式，激發了學生自主學習和創新意識，提升了學生自主實踐并解決問題的能力，提供了更廣闊的平臺讓學生展現自我，提高了學生的實踐創新能力。

（作者單位：蘭州交通大學電子與信息工程學院）