電子實驗環節對工科本科生培養的重要意義

王宇飛?鞏師洋?孫道美

摘要：對于工科生的培養，如果只是基于理論知識的熏陶和專業背景的塑造，是欠缺很大一部分的內容的，而實驗環節對于工科生工程思維和素養的培養和工程經歷的積累來說是必不可少的。本文分析了實驗環節對于工科本科生培養的重要意義，就如何讓學生選擇專業的不同方向進行深入研究，致力于實現學生的天賦最大化。

關鍵詞：電子實驗；工科；比賽

一、目前學校在學生實驗實訓過程中遇到了哪些困境？（以作者所在學校為例，以下簡稱學校）

學校是新成立的二本公立院校，2023年是第五屆畢業生畢業，經過一系列的改革和發展，學校老師越來越意識到實驗訓練對工科生的培養有著潛移默化和實實在在的效果。

（一）實驗實訓對于大學生競賽有直接影響

以2021年電子技術競賽、2022年第24屆機器人和人工智能大賽及第15屆全國三維數字創新設計大賽舉例：

1.2021年電子技術競賽

在競賽過程中，學校老師組織學生進行了為期4個月的培訓和準備，培訓內容包括老師講座、出題和任務完成，老師帶領學生查找往年競賽題目并講解，以及援疆老師分享他們獲獎作品的學習、分析、討論等環節。最終，學校5支隊伍全部獲獎，其中2支隊伍獲得省賽一等獎，另一支隊伍成績優異，被推薦參加國賽。

這次比賽獲獎后，學院和學校對我們的成績十分重視。同時，我們教師的士氣得到了很大的提升，通過這次比賽，我們認識到學生擁有自己的實驗室，并進行基礎實驗和實訓的重要性，因此，我們先后建立了電氣測控實驗室和機械實驗室，并正在籌辦創新創業實驗室。這些實驗室將為學生提供更好的實踐機會，幫助他們更好地學習和成長。

2.第24屆機器人和人工智能大賽

本次比賽，學院測控教研室組長全程承擔了比賽的組織工作，包含場地布置、各種費用報銷和比賽官方的溝通等事宜。在6月參加省賽，有3支隊伍晉級國賽，隨后在8月國賽中，兩個隊伍榮獲全國一等獎。在11月另一個賽道比賽中，又喜獲該賽事的全國一等獎。

學校老師全程陪同學生完成比賽的全部過程。平時，學生自己進行實驗和訓練，遇到解決不了的困難也會主動尋求老師的幫忙一同解決。

3.第15屆全國三維數字創新設計大賽

通過以上比賽獲獎，學校師生士氣再次得到了提升，有些老師主動邀請獲獎指導教師參與比賽，本次比賽，學院最高獎為特等獎晉級國賽，12月的國賽獲得全國三等獎的好成績。

以上就是近兩年機電學院部分比賽獲獎信息，通過這兩年的比賽獲獎，學院學校領導對于工科生的工程思維塑造和工程經驗的培養異常重視，學校新建了實驗實訓樓，購買了大批實驗實訓設備。在課程安排上也給予了很大支持，比如實驗實訓課程要占比30%以上，實驗實訓開出率必須100%，部分專業教師認識不足，經過比賽也逐漸轉變思想，開始扎扎實實做實驗，帶領學生積極參加各種比賽。

（二）學校實驗設備不滿足學生平時實驗實訓需求

當然，目前學校對于實驗實訓這一塊是非常重視的，而在出了一系列成果之后，這種重視程度就成了一種切實摸得著，看得見的效果。平時學生一般就是在教室上課，下課了一些去圖書館，一些回宿舍，一些去運動場，基本就這幾種流向，而學生平時除了學習理論知識外，沒有什么實驗實訓的場地，而比賽的同學還會來實驗室完成比賽環節，做一些實驗，比如動手組裝電路板，學習傳感器、繼電器等知識，或者用電腦畫圖。

學生平時不做實驗，實驗課的時候也有一部分同學不以為然，覺得做不做沒啥影響，甚至在玩手機，要老師多次提醒才懶懶散散地動動手，這樣的現象讓老師們也覺得需要做一些什么，讓學生的思想發生改變[1]。

學校老師平時給學生講比賽獲獎情況，以及比賽的過程，優秀的學生，激勵學生多做實驗，確實起到了一定的效果，參加比賽的學生越來越多，越來越積極，這都是學校師生努力的結果。

（三）地方商品不足以支持實驗實訓

學校是地方上第一所大學，有些實驗實訓設備得從內地寄過來，比如傳感器，電路板等電子器件，在比賽或者畢設的時候這種弊端就明顯體現出來了，比賽周期短，缺什么耗材如果臨時買是來不及的，只能找替代品，效果會大打折扣，同時實驗實訓設備也是從內地購買的，維修或者售后服務，遠遠達不到教師需求。

最重要的是地方的商品不能滿足學生日常小實驗使用，大部分都是網購，平均7-10天左右，尤其疫情防控期間，可能很多實驗只能擱置了。

二、師生共同努力，一個新建學校展現出的生機活力

學校的老師大部分都是剛畢業的博士和碩士，還有一些援疆教授帶和從地區其他學校選派過來的教師領導。盡管摸著石頭過河，但師生們共同努力，學校展現出了生機活力。近年來，學校在比賽方面有了一些起色，老師也看到了希望，士氣得到提升，除了以材料為考核指標外，學校開始注重成果，為學校注入新的活力。

通過學校層次的提升，我們可以感受到，努力是有意義的，已經開始結出了成果。學校教師也開始有了成就感，積極申報課題，發表論文，申請專利和軟著，帶領學生參加各種比賽。

作為一所新建的學校，我們需要鼓勵和支持，同時也需要自信心[2]。我們需要自己出了一些厲害的成果，這是催化劑，可以讓學校教師信心倍增，看到自己的付出有了回報，成果拿得出手，值得被考評。

雞蛋從外打破是食物，從內打破是生命。學生取得成果，就像內部啄破了殼一樣，成了一個自主、奮斗的生命體，讓整個學校活起來了。作為理工類大學，學生想要取得比賽獎項、出成果，必須進行實驗實訓，這對于教師科研素養的訓練是至關重要的。

作為一所新建的大學，教師需要一些底氣和值得驕傲的地方，除了硬件設施，還需要一些軟實力。雖然學校是新建，在基礎設施上還不是很完善，但經過大家共同的努力每年都有一些微不足道的成果，這也為大家打開了取得更大成就的大門。每年都有成果，每年都在進步，長此以往就有可能取得更大的成果，這也都是大家期望的。

三、硬件和軟件的配套

硬件設施包含教學樓、設備等。對于測控專業來說，電路板和傳感器模塊是必不可少的。在測控專業成立之前，這方面的設施是空缺的。但隨著新的高層次人才的引進和電子技術競賽的舉辦，測控教學得到了推動，包括實驗實訓室的建立、設備和耗材的選擇以及課程設計等。這些設施也為全國機器人和人工智能大賽提供了基礎條件。

對于測控專業來說，電路板和軟件是密切相關的，電路板是做嵌入式軟件開發必不可少的。學生或許不太愿意花錢購買這些設備，但對于老師來說，購買電路板用于科研項目是必須且必要，但要給學生購買電路板卻要依靠項目經費或個人工資，這就導致只有部分學生有實驗室進行實驗實訓，其他學生可能會無所適從，被動等待中。目前實驗實訓場地正在建設，愿意來做實驗的學生都可以來做實驗。

四、一所大學可以帶動地方經濟發展

正如上文所說，學校需要當地市場可提供電子元器件等產品，但之前從來沒有此商業市場，如果學校實驗室得到發展，也就催生了商家，這樣就帶動了地方經濟，學校也有就近的電子元器件和實驗實訓設備，學生可隨時購買，如此可以加快實驗進度和開發周期，是一種雙贏的局面。同時，學生畢業以后也可以從事相關專業的儀器儀表設備或者電子元器件產品的采購等工作，服務學校，服務地方，同時成就了自己，這也是共贏。

電子元器件來說，是即用即有最好，因為電子元器件的特點是組裝上或者焊接好就可以直接用，如果是網絡采購寄過來周期太長，影響實驗進度，尤其比賽時候基本來不及。

五、一所大學可以帶動地方產業化

還是以測控專業為例，現在國家自動化，數字化，智能化已經成為趨勢，各種智能儀表，智能家電，智能生活用品日益增多。比如人們現在的手表手環，鼠標，鍵盤，智能小風扇，加濕器等。大到人們使用的手機，都是智能產品，里面都有電路板，再到智能報警系統，門禁系統等，都可以把電路板加進去，學校培養這方面的人才多了，畢業后就會想辦法就業，一部分人或許可以創業開一個電子公司，開發這些產品，從而帶動地方產業的發展。學生對于這些技術的掌握，需要他們在學校里扎實的學習技能，而平時的實驗實訓就是基礎。

六、測控不僅滿足于課內實驗，同時擴展實驗范圍和內容

對于測控專業的學生不要以傳統本科的培養方式來培養，應該以碩士甚至是博士模式來培養他們，當然，也不是說學生的能力就比碩士博士強，碩士和博士至少要3-5年，還要經過本科4年。學習周期畢竟是不一樣的，要不僅只滿足于課內實驗，課內實驗只是基本掌握，在課余，在假期，要發動學生，鼓勵他們參加比賽，布置相應的學習和實驗任務，比如大二上學期學生學習C語言，大三上學期的學生就直接買開發板來做一個簡單的小裝置、小系統。根據上課的效果和經驗來說，把實驗環節加入講課過程中去，是可以極大激發學生的學習興趣的。穿插講一些研究生才接觸的實驗或者內容，對于學生來說也是一種激勵。

因此，測控專業不要僅局限于課內實驗的完成，部分老師一直在線，只要有學生問有關實驗或者學習相關的問題，都會一一解答，幫助學生提高和成長。同時，在回答問題的過程中，對于教師來說也是一種成長和提高。

七、實驗環節對教師的重要作用

實驗環節對于學生來說非常重要，對老師亦然。就實驗來說，老師必須得會，才可以教學生，同時，平時老師也要積極做實驗，以測控專業教師為例，老師學習Arduino開發板。通過兩年的時間自己琢磨，導師指導，主要工作是軟件的編寫，完成了兩套Arduino實驗指導書，一套C語言課程設計資料包，還有組網方向的確定，定下的方向就是控制和組網。期間，老師帶隊比賽，獲得電子技術競賽省賽一等獎，24屆全國機器人及人工智能大賽全國一等獎和15屆全國三維數字創新設計大賽全國三等獎指導老師的成績，出了3個軟著和2個專利，這都是實驗對于教師成長帶來的實實在在的好處。同時打開了該老師科研的大門。

八、通過科研形成科研團隊

不同的實驗有不同的團隊，有些老師偏好于某些實驗種類，比如嵌入式軟件開發，用電路板做項目，那就自然而然形成了一個科研團隊，這對于教師的成長是非常有好處的，教師科研能力越強，一般來說講課又會有內容可講，講的也都是一些實實在在的實驗內容，或者項目經歷，有產出的講課內容使得學生更加感興趣。同時，教師的科研成果也可以加上學生的名字，比如某些學生幫助教師整理或者完善了資料，或者畫了圖做了實驗，那么教師的成果里就可以適當體現出學生參與了工作，對于學生的培養來說也是非常具有激勵作用的。

比如測控有一個新搭建的團隊，也是某老師的軟件開發團隊，他熟練使用Arduino開發板，不僅可以用它來帶比賽，還可以用來做項目有自己的團隊，并已經開始取得一些成果，幫助團隊內老師評職稱或者完成科研任務的同時，不斷為學校做出一些新的成果。

九、實驗才是學生的興趣點

如果工科生只有理論知識，那么是蒼白無力的，我們一定要把實驗內容加進去，本科生比較喜歡學習理論知識，他們還以依照高中的模式，做題，背題和考試，這樣子他們比較熟悉比較輕松。其實如果告訴他們實驗可以發專利，發軟著，可以掛他們的名字，那么他們會更加有干勁，更加愿意投入，我們做實驗的目的是有產出，而產出的一部分獲益分享給學生，可以極大調動學生的積極性和主動性。

本科學生，其實還是愿意動手做實驗的，只是他們不知道實驗做了以后有什么具體的應用，比如我們為什么做實驗，做這些實驗，以后用得到用不到，如果告訴他們這些實驗的具體應用，在以后的工作中用得到，同時可以用技術服務社會，提高自己，給自己一個富足的生活，提供給他們實驗的具體應用場景，他們是非常愿意來學習的。

很多學生對以后沒有規劃，以后找什么工作沒有想法，有一部分人的想法就是，畢業后隨便找個工作，以前的畢業生找工作也挺好找的，沒有壓力感和緊張感，而且工作以后做什么也沒有什么想法。

這就需要老師來引導，告訴學生工作后不僅僅是處理材料，完成日常事務，作為工科生，目標是工程師，要學會把項目思維帶到日常的實驗環節中，最大程度地激發學生的學習熱情和興趣。

要抓住學生的興趣點，需要按照他們學習特點和方向來調整授課內容和思路，一切以學生為本。注意因材施教，比如C/C++軟件開發，有些同學掌握得很快，有些同學百思不得其解，這都需要教師善于發現和引導，做到因材施教。

十、結束語

綜上所述，實驗環節對于工科本科生的培養具有重要意義，如何讓學生選擇專業內不同方向進行深入研究，從而實現自己的天賦最大化，這需要進一步的研究和時間實踐。有些同學對軟件開發感興趣，那么寫代碼他就可以做得很好；有些同學對畫電路板感興趣，那么他設計的電路板就比較好；有些同學喜歡模擬，那么他就適合用仿真軟件做設計。

如何快速區分出學生不同性格特點適合不同的方向，幫助他們盡快找到屬于自己的方向，從而加快他們的成長，縮短他們迷茫和尋找方向的時間，還需要教師在日常教學中多加觀察、總結和引導。

作者單位：王宇飛 鞏師洋 孫道美 新疆理工學院

參? 考? 文? 獻

[1]劉波，毛先柏，劉曼玲.新工科電工電子創新實驗教學改革探索[J].電氣電子教學學報.2020（02）;138-142.

[2]郭鵬，張姣龍.電工電子實驗教學優化及學生創新能力培養[J].教育現代化.2016（02）：50-51.