以多目標產出為導向的應用電子技術創(chuàng)新實驗教學體系研究與改進*

◆劉天舒 房建東 王艷榮 張曉東

0 引言

在“十四五”規(guī)劃人才需求多樣化背景下，培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型、技能型人才成為時代對高校的要求。因此，研究建設電子信息類及相關專業(yè)科學合理的教學體系，具有極其重要的現實意義[1]。應用電子技術創(chuàng)新實驗以培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新實踐能力、交流合作能力為課程的出發(fā)點，是一門綜合模擬電子技術和數字電子技術為一體的自主創(chuàng)新實驗課程，在教學過程中培養(yǎng)學生的建模思維能力，讓學生通過閱讀文獻及結合實際來提出解決實際問題的方案。在仿真實測過程中，讓學生掌握一些基本的仿真平臺、實測工具及嵌入系統(tǒng)，通過觀察實驗現象、分析實驗數據、繪制真值表及編制設計說明書設計仿真實驗報告等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生交流借鑒、發(fā)現問題、分析問題、客觀評價和不斷優(yōu)化的能力。

1 傳統(tǒng)實驗教學體系的不足

傳統(tǒng)實驗教學體系主要分為三部分：教師設定實驗題目，規(guī)定實驗相關要求，設定實驗報告提交時間；學生在規(guī)定學時進行實驗及實驗報告的提交和答辯；教師結合答辯情況及實驗報告和實物進行評分。這種教學體系的好處在于由教師設定題目更符合教學理論學習要求，可促進學生對理論的深度掌握，但也存在不足。

1）實驗題目固化設置，易禁錮學生的創(chuàng)新性思維，使得實驗教學課程古板單一，難以提高學生主動參與實踐的積極性，沒有引導學生將實驗與實際生活緊密結合起來[2]；

2）教師難以掌握學生實驗過程目標完成情況及存在的問題，使得學生將側重點傾向于實驗報告的撰寫，從而造成學生“重視理論，輕視實踐”，教師“強調知識灌輸，忽視能力培養(yǎng)”的現象，嚴重制約學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的提高[3]；

3）評價體系僅以答辯、實驗報告為標準，缺乏對個性化學生的評價關注，不利于激發(fā)學生興趣，同時對學生團隊協(xié)作能力的養(yǎng)成造成不利影響。

2 應用電子技術創(chuàng)新實驗教學體系方法改進

本次創(chuàng)新實驗是以學生為主體，自主選題，通過運用邏輯器件和傳感器，設計出滿足一定性能或特定功能的電子電路，通過運用相關軟件進行原理仿真，對設計電路進行實測。針對傳統(tǒng)實驗教學體系的不足主要進行五個環(huán)節(jié)的改進，分別是選題、方案設計、現代工具使用、實驗分析、評價指標。通過四輪答辯來檢測以上環(huán)節(jié)的達成度。

2.1 選題

題目的選擇決定后續(xù)實驗的研究方向，是創(chuàng)新實驗的關鍵所在。現階段大部分實驗選題方式主要是從教師規(guī)定的已有題目中進行選擇，本次創(chuàng)新實驗對選題的改進更加嚴謹且多樣化：首先讓學生通過閱讀文獻綜述、進行選題需求分析、判別其應用定位，最終進行一輪答辯，評定選題是否具有可行性、實用性、創(chuàng)新性。其中，可行性體現在方案是否具有電子技術相關專業(yè)的理論支持，邏輯抽象是否合理，同時要求學生結合自身能力和規(guī)定時間完成實驗；實用性體現在方案構思是否滿足現階段市場應用需求，開發(fā)方案是否實用；創(chuàng)新性體現在學生是否具有解決問題能力，目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[4]，符合教學實驗的目標和意義。答辯環(huán)節(jié)學生可通過PPT形式展示其結構框圖、邏輯抽象、理論支持等內容，證明選題的合理性。

2.2 方案設計

實驗教學方案設計環(huán)節(jié)主要是教師為學生安排好實驗設計方案，學生按照規(guī)程操作即可，很少注重學生完成實驗時所必備的觀察、分析、處理等技能的培養(yǎng)，這必然不利于學生解決實際問題能力的培養(yǎng)[2]。本環(huán)節(jié)的改進側重于學生對專業(yè)知識的運用，掌握專業(yè)知識是這門課程的先決條件，課堂的專業(yè)知識教學是前提。為提高每位學生的課堂積極性，讓學生在課前主動學習專業(yè)知識，并通過二輪答辯環(huán)節(jié)來檢測學生對專業(yè)知識的掌握程度，有效督促學生自主學習。通過系統(tǒng)功能、技術路線、方案論證、比對分析等考核，考查學生是否具備根據任務需要應用電子技術、選配資源及開發(fā)設計系統(tǒng)方案的能力。

2.3 現代工具使用

現階段已有對實驗實施進行的改進，主要為以開放實驗室為基地，鼓勵學生結合所學專業(yè)、根據市場需求自選實驗課題，進行實驗設計開發(fā)，使專業(yè)開放性實驗不局限于教學大綱內的實驗內容[5]。本環(huán)節(jié)的改進側重于對學生實驗儀器的開放型選擇和實驗結果的評估，不局限于實驗室現有儀器。本次創(chuàng)新實驗中學生大量運用現代工具，如單片機、溫度傳感器、LED液晶屏、CAD、Multisim 和MATLAB等。主要通過系統(tǒng)設計、仿真分析、功能測試、性能比對、方案優(yōu)化等環(huán)節(jié)，判斷學生對實驗的完成度；通過第三輪答辯環(huán)節(jié)考核團隊設計水平、解決問題的正確性以及相關專業(yè)理論知識運用是否合理可行；通過師生交流，使學生從實驗結果反思實驗過程中存在的問題，不斷強化改進。

2.4 實驗分析

本環(huán)節(jié)的設立主要為判斷學生對實驗結果的分析和匯總能力，不再單一依據創(chuàng)新實驗設計說明書和仿真實驗報告的撰寫進行評價。為了促進學生的創(chuàng)新性思維，將成果展現形式多樣化，本次實驗以實驗設計說明書和仿真實驗報告為必備成果展示形式，增加宣傳海報視頻展、單片機或傳感器等設計產品實物展、網頁設計展以及用Autodesk Maya 等軟件設計3D動畫成果展等成果展示形式，進行實驗結果分析，目的是培養(yǎng)學生的開放性思維。本環(huán)節(jié)的改進可以定量地對應用電子技術創(chuàng)新實驗在客觀上劃分檔次，提高師生的積極性。

2.5 評價指標

針對學生個人成績的評價是檢驗學生學習成果的有效措施，對學生成績評價方法的完善是今后工作中要重點解決的問題。評價方法要能夠真實地反映每位學生所完成的工作，教師做出的改進主要是教學考核采用多元化的考核評價機制，以學生動手能力、綜合能力及創(chuàng)新能力評價為主，對學生的操作規(guī)范、預習情況、實驗設計、實驗過程、實驗結果和技能測試情況等進行綜合評價[6]。本次應用電子技術創(chuàng)新實驗評價體系堅持“倡導主動實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，結果過程并重”的原則[7]，鼓勵學生依據需求定位結合創(chuàng)新思維使用現代工具設計開發(fā)系統(tǒng)，對評價指標主要在分階段答辯測評和團隊自評兩個方面進行細化。評價指標體系如表1 所示。

表1 評價指標體系

團隊自評是組長與秘書對組內成員的打分，評價內容包括工作量、工作難度、團隊貢獻等的綜合評價，所有成員打分之和為15分，目的是避免評價體系對全面性的重視失之偏頗問題。傳統(tǒng)評價體系缺乏對個性化學生的評價關注，該項指標的設立既有利于教師因材施教，也有利于學生全面發(fā)展和個性化發(fā)展，促進學生激發(fā)創(chuàng)新熱情。

3 教學成效分析

經過本次教學體系的改進，學生積極參與實踐，結合應用電子技術專業(yè)知識進行選課，部分實驗題目匯總如表2所示。從表中可以看出：學生選題覆蓋面廣泛，需求分析全面，應用定位新穎，符合應用電子技術創(chuàng)新實驗的選題要求。通過選題環(huán)節(jié)的改進，培養(yǎng)學生分析問題、全面考慮問題、理論結合實際需求的能力。學生通過方案設計、現代工具使用、實驗分析等改進環(huán)節(jié)，四次答辯和師生交流，對方案進行多次改進，最終多樣化展示其成果，有3D動畫仿真、實物講解、網頁宣傳等形式，部分成果展示如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新實驗部分成果展示

表2 部分實驗題目

4 結束語

創(chuàng)新實驗以著重加強應用電子技術課程知行合一為出發(fā)點，通過此次改進，培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新實踐能力、交流合作能力，鼓勵學生多參與實踐環(huán)節(jié)，定期匯報交流，在教師多輪答辯指導下，學生能少走彎路、高效學習。最終以四個課程目標為標準，結合四次答辯考核、提交的實物和設計說明書以及團隊自評等指標進行評價，符合公平公正原則，增強學生的團隊協(xié)作能力，提升學生獨立思考、主動參與實踐的積極性，實現以產出為導向的應用電子技術創(chuàng)新實驗教學目標。