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全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合,竞赛内容既有理论设计,又有实际制作,以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。大学生电子设计竞赛,其意义不仅仅是比赛本身,其对参赛学生的意义是不可小觑的,同时比赛更是带动了电子信息类专业教学体系的改革,促进了电子信息类创新型人才的产生。
1大学生电子设计竞赛是对学生所学
知识的检验及进一步升华,学有所用,相得益彰该竞赛主要针对的是电子信息类的在校学生,在本科期间,会学习电路、数字电子基础、模拟电子基础等基础课程,以及相应的实验,这些是专业基础,是必不可少的。通过对竞赛的准备阶段,会不断地学习充实自己,在深入学习的思考中,对专业基础的认识已远非书本上死板的知识点,而是从中窥出的更有价值的东西。学生通过自己的感悟和学习,会对基础知识有更深刻的认识,有助于其他知识的学习,同时也是对所学基础知识的灵活利用及升华。
2大学生电子设计竞赛促进了相关教学体系的改革,使电子信息类专业蓬勃发展
电子设计竞赛促进传统的教学内容和教学方法的改革,促进适应现代高等教育需要的一个新的教学课程体系的形成。大学生电子设计竞赛已越来越成为推进高校教学改革的有利措施,并使电子信息类专业的教学内容按着理论和实践并重、分析和综合并重的道路发展。[1]
我国现有的教育体制,存在重知识轻能力,重理论轻实践,重分析轻综合,重个体轻协作,重继承轻创新等现象。按传统方法培养的学生,在参加电子设计竞赛时,就会发生诸多的问题。如:理论设计正确却无法在工程上实现,单元电路正确却无法实现系统联调,个人能力很强却各自为政等。原因则在于,电子设计竞赛既强调理论设计,更强调系统实现;既考核学生综合运用基础知识的能力,更注重考察学生的创新意识;试题实用性强、综合性强,涉及的内容是一个课程群而非单一的一门课程。电子设计竞赛反映了电子技术的先进水平,又引导高校在教学改革中,应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力,形式与内容基本符合面向21世纪人才培养的目标和需求,是对传统教学方法的一个挑战,对我们的教学提出了新的要求。课程体系和教学内容的改革思路,必须适应现代高等教育的需要,不断改进教学内容,丰富实验手段,开阔学生视野,强化工程概念,以锻炼学生思维的广阔性,培养其创新能力,使学生的知识和能力达到电子设计竞赛的水平,随着集成技术的飞速发展,集成器件的广泛应用,传统的《模拟电子线路》、《脉冲数字电路》等基础课程的深度和广度已远不能满足电子竞赛和电子信息时代的要求.注重电子新技术的应用,加强大学生基础教育的内涵更新和外延拓展势在必行。
实验教学对于大学生,特别是工科大学生培养实际动手能力至关重要。但是,现行的实验教学内容较陈旧,方法较单一,实验安排过多过细,演示性、验证性实验太多,而综合性、设计性、创新性实验却偏少。这样的实验教学模式,会误导学生学习的目的性,削弱学生学习的主动性,阻碍学生创新思维的发挥和实践能力的提高。而大学生电子设计竞赛的举办,则为课程体系改革和教学内容更新提供了契机。许多院校总结参加竞赛的经验后,纷纷对课程体系进行了调整,在教学计划中将电路类、单片机、计算机原理等课程提前安排;将单一验证性实验逐步转向科学验证、分析设计、系统综合相结合;对传统的实验课进行整合,开设了《电子设计》选修课程和独立的《电子设计综合实验课程》。由于竞赛的需要,也促使实验教学内容不断更新,许多院校已经将一些新器件(如CPLD/FPGA等)和新技术(如EDA、电子电路软件仿真、虚拟仪器技术等)引入实验教学中,从而丰富了实验内容和手段,提高了实验课的技术含量。不少院校还投入巨资建立专门的电子创新设计实验室(基地),为参赛队员提供训练、提高的场地,也面向全校学生,创造自主学习、独立思考的环境,提供发挥创新思维、展示聪明才智的舞台。[2]
3大学生电子设计竞赛通过竞赛的形式,培养大学生创新思维,促进电子信息类创新型人才的产生
大学生电子设计竞赛设计多门学科,多个专业。该项竞赛是对学生设计能力、实践能力、心理素质、团队精神以及体力的一个大挑战,它检验学生的综合运用知识能力和综合实验能力。[3]实践证明,学科竞赛使得优秀学生脱颖而出,其个性与共性都得到了培养和加强。通过多学科知识和实际动手能力的综合运用,学生的主动性得到充分发挥,创新思维得到激发,工程实践的训练得到加强,培养了他们严谨的科学工作态度、理论联系实际的学风、利用信息资源的能力和团队协作精神。此外,参赛学生在信心、勇气以及克服困难的毅力等非理性思维及素质方面也有不同的表现。这些都为学生今后的发展、贡献社会、回报学校打下坚实的基础。[4]
论文关键词:第二课堂 创新能力 教学改革 电信类专业
论文摘要:针对电子电信类专业的特点,制定了各个教学阶段第二课堂活动的基本内容和实施方法,方便了指导教师从事第二课堂的指导活动;在各个教学阶段实施第二课堂教学实践活动,培养学生的创新能力。通过第二课堂实践,我校电子电信类专业的学生对专业课的学习兴趣不断增加,学生的创新显著提高。
第二课堂活动是指在完成专业人才培养方案中的课程和实践环节之外,结合所学知识,在教师指导之下利用业余时问进行的科研和实践活动。为提高学生的综合素质和创新能力,促进学生个性发展,山东工商学院(以下简称“我校”)从2002年开始实施第二课堂与创新学分学校文件规定,实行学分制的本科学生在校期间必须取得第二课堂学分5分,否则不能毕业。
第二课堂与学生所学专业关系密切,学校文件只是给出了宏观的要求,不可能具体到每个学科、每个专业的实施细节就电信类专业来说,专业的理论性强,且具有较强的实践性第二课堂的重点是培养学生的实践能力及创新能力。为了做好电信类专业的第二课堂与创新活动,我们按照教学过程的几个不同阶段,规定了第二课堂与创新活动的内容及评价方法。
一、基础课学习阶段的第二课堂活动
按照规定,学生在学习基础学科和人文社会学科课程时可在教师指导下,利用业余时间开展课程内容专题讨论、学术报告,并写出书面总结,经任课教师考核,学生可以取得1到个第二课堂学分。
在基础课学习阶段,任课教师来自于兄弟院系,他们与学生所在院系没有直接隶属关系。学生所在院系无法直接给这些教师下达第二课堂活动的任务。为此,从2004年开始执行导师制度,即每个班级安排一名专业教师,负责指导该班级的第二课堂活动。
电子信息工程、电子信息科学与技术等专业的学生结合基本原理课程,完成了指导教师布置的用基本原理分析当前金融危机的题目。学生都能够运用所学的知识,对这次金融危机爆发的原因进行深入细致的分析和解释不但巩固了所学知识,同时通过图书、网络等手段了解了当前经济活动的热点问题。
二、专业基础课学习阶段的第二课堂活动
在专业基础课学习阶段,学生可开展课外专题讨论、写读书报告、组织课外科技活动小组等多种形式的活动,由教师考核每项活动可得l到2个该类学分。电信类专业的专业基础课包含电路分析、模拟电子技术、数字电子技术及信号与线性系统分析等课程。模拟电子技术及数字电子技术课程均包含1周的课程设计,且授课学时较多。因此,我们结合电路分析、信号与线性系统分析这两门课程,设置了课外讨论题目。如线性系统的时域解法综述(电路实例),通信系统频分复用方式的频域分析,系统的时域解法与变换域解法的比较等。要求写出书面报告,由指导教师评分。
学生在学习信号与系统时,还未开通信原理课。要完成通信系统的频域分析,要用到频域分析的基本原理(信号的调制与解调、信号滤波),以及通信系统的频分复用系统,后者指导教师可以做适当指导。通过这一题目,学生知道了频域分析的用途,并对后续课程有一个大致的了解,激发其学习兴趣。另外,开展专题演讲活动也可作为这一阶段的第二课堂活动。由学生自己选择题目,并在课下准备材料,制作成幻灯片(限定时间为5分钟);由指导教师组织在多媒体教室进行演讲比赛,指导教师按照演讲情况进行评分。这项活动,可以锻炼学生的组织材料能力、多媒体课件制作能力及演讲能力,能够在工作中更好地表达自己的思路及方案。
三、专业课学习阶段的第二课堂活动
在专业课学习阶段,学生参加教师的科研课题,或由教师组织成立课外科技活动小组,完成一定的科研任务,并撰写文献综述、生产现状调查、研究论文、实验设计等,由教师考核,每项活动可得l到2个该类学分。
在这一阶段,学生已具备一定的专业知识和科技工作能力,但还不完善,需要在教师的指导下才能工作。学生参与第二课堂活动,可在教师指导下,完成某个项目的部分或全部工作,经历科研及开发工作的整个过程,积累科研开发工作经验。
电子设计大赛是第二课堂活动的重要内容。我校自电子信息工程专业成立至今,每年都组织学生参加两年一度的全国大学生电子设计竞赛及山东省大学生电子设计竞赛。竞赛的时间在每年的9月,我们在暑假前组织学生自愿报名,学生组队参加,利用假期进行认真的理论与实践方面的准备,学习单片机的编程技术,常用电子仪器的使用方法,电路图的制版及元器件的焊接技术,以及各种传感器电路及其应用。学生拿到竞赛题目后能够在规定时间内完成设计任务。参加过电子设计竞赛的学生感慨地说,参赛过程学到的东西实在是太多了,好多都是教材中没有的新技术。除此之外,提倡学生根据自己的兴趣进行组合参加各种形式的电子竞赛,如“ZLG杯”ARM嵌入式系统电子设计竞赛,富士通微电子杯MB95200系列MCU竞赛等。至今,我校学生已多次获国家及山东省的奖项。
选拔有能力的学生参与教师的科研课题,这是第二课堂活动的另一项内容。学生到课题组后,教师为学生分配一定的任务并提供适当的条件,学生在教师指导下工作。例如,在嵌入式系统开发中,LCD显示驱动子系统的开发,无线数据传输子系统的开发,这样的小题目非常适合学生去完成。学生在课题组工作,不仅学到了知识,而且得到了在科研团队中的工作经验为今后从事科研工作打下了良好的基础。
学生成立技术协会,也是第二课堂活动的内容。爱好电脑的学生参加电脑技术协会, "协会是学生人数较多的协会学生一起交流电脑装机技术,系统维护技术,网页制作技术等他们把所学到的知识,利用业余时间运用到为同学、教师的服务中。符合勤工俭学条件的,可以在相应部门的岗位上帮助教师做电脑维护工作,学校支付一定的报酬。另外,校外的小企业需要开发网页,大的软件公司不愿承担过小的项目,这种网页开发特别适合学生去做。通过这样的开发过程,学生的网页制作技术水平得到提高,并得到与企业打交道的经验,还得到一定的报酬。
鼓励学生学习嵌入式系统开发技术。虽然专业培养计划中已开设单片机原理课程,但对电信类专业来说,只知道单片机是不够的,还要进一步学习嵌入式系统技术。嵌入式开发系统品种繁多,各种单片机开发板,ARM开发系统价格仅几百元,学生可以结合自己的兴趣,自己购买开发学习板,利用业余时间学习。不少学生把嵌入式系统的开发作为毕业设计的题目,并取得了良好的成绩。
四.总结
关键词:电工电子基础课程;教学改革;实践创新能力
电工电子基础课程是高等学校电类专业的通用基础和专业核心课程,其显著特点是量大面广,教学内容几乎涉及电气电子信息学科的各个领域,在培养学生的工程意识、实践能力和创新精神等方面具有十分重要的作用。近年来,南京航空航天大学以培养航空、航天、民航(以下简称“三航”)领域的未来开拓者为目标,以提升学生实践创新能力为核心,结合国家级电工电子实验教学示范中心建设项目的实施,整合优质教学资源,持续深化电工电子教学改革,形成了具有南航特色的电气电子信息人才培养模式,人才培养质量进一步提高。
一、注重基础与强化能力并重,构建综合性、一体化的电工电子基础课程体系
进入21世纪以来,国家和社会对高素质、创新型工程技术人才的需求越来越强烈,更新教育教学理念、创新人才培养模式是时代对高等学校的客观要求,构建科学合理的课程体系是最基础、最核心的任务。当前,电工电子基础课程体系建设必须遵循两个基本原则:一是适应性原则,即课程体系必须适应国家经济社会发展对创新人才的素质要求,厚基础、强能力、重创新,促进学生的全面发展,提高他们的综合素质和社会适应性。二是针对性原则,即课程体系必须根据不同层次、不同类型高校的人才培养目标,依托学校的办学特色和优势,促进个性化人才培养特色的形成,提高人才培养的针对性。据此,我们做了两个方面的工作:
(1)拓宽知识面向,凸显“三航”特色,构建综合性的电工电子基础理论课程体系。电工电子基础课程是电气电子信息类学科的共同基础和公共平台,不论是电子信息,还是电气自动化,都基于这个公共平台组织教学。同时,航空、航天和民航都是以自动控制为核心,机、电高度综合的学科领域,具有系统化、数字化、信息化、智能化等特点。因此,为适应航空航天器在系统分析、设计、综合等方面对人才知识体系和能力结构的要求,我们依托电气、电子、控制、计算机科学与技术、仪器仪表工程等学科,参照世界一流大学相关学科的课程设置,在传统课程体系的基础上引入“自动控制原理”、“现代控制理论”和“运动控制系统”等“控制”类课程,形成了涵盖“路”、“场”、“信号”、“控制”和“计算机”五大知识模块,基础厚、口径宽、多学科交叉、强弱电结合的综合性电工电子基础理论课程体系,为夯实学生的理论基础、提高综合素质创造了有利条件。
(2)整合实验内容,强化能力培养,构建一体化的电工电子基础实验课程体系。多年来,传统的电工电子实验课程虽然大多已经独立设课,但过分强调实验课程所在学科体系的系统性和完备性,实验内容与理论课程严格对应,将实验项目束缚在课程知识体系之内,容易造成实验课程之间的相互隔离、实验内容的重叠和教学时数的膨胀,不仅影响实验教学效果,而且难以开展跨课程、综合性的创新型实验,制约学生实践创新能力的培养。因此,我们打破实验课程的学科本位桎梏,整合实验教学内容,强化实验课程的整体性,将“电路实验”、“数字电路实验”、“模拟电路实验”、“在系统编程技术”和“电子工艺实践”等课程,融合成为一门分阶段实施、跨多门电工电子基础理论课程的“电工电子实验课程”。主要包括电工电子实验基础(18学时)、数字电路与系统设计(24学时)、模拟电路与系统设计(24学时)、电子电路综合课程设计(36学时)等系列实验模块。新的实验课程体系各实验模块之间相互衔接、逐层深入,最后通过“综合课程设计”对全部实验内容进行系统集成与综合实践训练,使学生在实验中进行大量跨课程的一体化的研究创新实践活动成为现实。
二、知行统一、学思结合,创新实践教学模式
长期以来,电工电子基础实验沿用传统实验教学模式,教学内容和方法单一。从实验教学内容来看,实验项目大都属于基础验证型实验,设计型和研究型实验偏少,具有工程背景或实际应用价值的综合型实验更少,学生在做实验过程中基本上是按照规定的步骤操作,难以激发学习兴趣和主动性,影响学生独立思考问题能力的培养。在实验教学方法上,大多采用老师板书,示范讲授为主,学生自主参与、自行设计的机会较少,不利于学生实践创新能力的培养。
为此,我们遵循知行统一、学思结合的育人原则,坚持以提高学生的实践创新能力为核心,重构实验教学内容体系,改革实验教学方法,完善学生课外科技创新体系,积极推进实践教学模式创新。
(1)重构实验教学内容体系,从“以验证型实验为主”向“以研究创新型实验为主”转变。精心设计实验项目,在优选基础实验项目、减少低水平重复的同时,强调知识的综合应用,依托教师的科研项目,增加跨课程的综合型、设计型项目的比重,增强实验内容的典型性、应用性和研究性,形成了“四层次(验证型、设计型、综合型、创新型)递进、多模块(必做模块、选做模块和拓展模块)菜单式”的实验教学内容体系,有步骤地、系统地提高学生的实践创新能力。该体系有利于学生根据兴趣、特长选择适合自己的实验项目和模块,满足了不同学生的实践能力培养和创新研究需要,为学生提供了自由发展的空间。
(2)改革实验教学方法,从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变。本着“以学生发展为本”的理念,实施以学生为主体、教师为主导、强调学生“三动”的实验教学方法,即学生自己动手、自己动脑、主动学习。针对每一个实验模块,教师重点讲解实验目的、内容与要求,注重启发式、讨论式、引导式等多种教学方法的有机运用,倡导学生多动脑、勤思考、勤提问,引导学生运用所学知识自主解决实验中的问题,而整个实验过程则由学生独立自主地完成,学生必须自己查找资料,自己制订实验方案、设计电路、选择、安装和调试仪表、测量和分析实验数据、撰写实验报告,真正实现从“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变,从而开拓学生思维的深度与广度,培养学生善于思考、主动解决问题的能力。同时,高度重视现代教育技术的运用,注重将多媒体教学与网络化辅助教学、实验室做实验与网络化虚拟仿真实验相结合、纸质教材与CAI课件相结合,用多样化的教学手段赋予学生更大的学习自主性,充分调动了他们的学习积极性和主动性。
(3)完善学生课外科技创新体系,将创新实践由课内延伸到课外。学校整合全校资源,建成了智能控制系统实验室、嵌入式系统开发实验室等6个集综合性、先进性、开放性为一体大的学生电类创新实验室。学校为实验室配备科技创新指导教师,实验室的日常运行全部由学生自主管理,向学生全天开放。依托这些科技创新平台,我们以“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和全国大学生电子设计竞赛为龙头,以国家、省、校、学院四级大学生科技创新项目及教师科研项目为载体,鼓励学生积极开展参与科技创新沙龙、科技节等各类丰富多彩的课外科技创新活动,努力打造系列化、特色化、品牌化的课外科技创新体系。多角度、多层面、大范围资助学生的创新实践,让学生享受到参与科技创新的愉悦,在愉悦的参与中培养学生的实践能力和创新意识。
三、坚持问题导向,引导自主探索,积极推进研究性教学
研究性教学是以研究解决问题为主线,以充分调动学生的主动性和积极性为前提,以培养学生的探究意识和研究能力为目的的教学模式。它一般由五个基本环节有机组合而成:“设趣与展演”、“指要与自学”、“精讲与答疑”、“研讨与回顾”及“训练与总结”。其中,“设趣与展演”是引导激发学生善学、乐学、会学的前提;“指要与自学”是帮助学生自主、自为、探究的关键环节;“精讲与答疑”是传道、授业、解惑的主要途径;“研讨与回顾”是夯实与深化知识的重要保障;“训练与总结”是知识提升与转化为能力的实践检验。这五个教学环节相对独立、互相依存,形成了一个有机整体,层层深入、环环紧扣,体现了以问题为导向、以引导学生自主探索为重点的现代教学理念。从2006年开始,我们以强化“国家级电工电子实验教学示范中心”的内涵建设为契机,以学生的自主性、探索性学习为基础,在“电子线路”、“电路理论基础”、“自动控制原理”等电工电子基础理论课程推行研究性教学,深受学生欢迎。比如,在“电子线路”课程的研究性教学中,我们将“电子线路”理论教学内容划分为半导体器件及模性、二极管应用电路、集成放大器、电路的频率响应、信号运算及处理电路、波形的产生与变换电路、电子系统设计自动化等13个专题及若干子专题,针对这些专题进行 “五环节”教学。下面以“集成放大器”专题下的子专题“差分放大器”的教学为例加以说明:在“设趣与展演”阶段,首先简要介绍集成工艺的特点,如大电容不宜集成、直接耦合易集成等,引导学生得出集成放大器应采用直接耦合,然后通过PSPICE等仿真软件演示直接耦合放大器在环境温度变化时存在温漂现象,从而引出集成放大器如何克服温漂的问题。在“指要与自学”阶段,提示学生思考克服温漂的可能方法,结合集成工艺的特点找出可行方案——差分放大器,然后指导学生从提高共模抑制比的角度出发,逐步完成由“基本差放”到“长尾差放”最终到“恒流差放”的差分放大器的改进和完善过程。在“精讲与答疑”阶段,对差分放大器的特点、结构和主要技术指标计算等重点、难点及关键之处,或学生自学中存在的其他共性的问题进行精讲与答疑。在“研讨与回顾”阶段,分组讨论差分放大器的特点、结构和主要技术指标的计算方法,让同学们竞相发言、表达观点,形成共识,并可利用PSPICE等仿真软件对“基本差放”、“长尾差放”和“恒流差放”进行仿真比较,引导学生系统回顾有关差分放大器的教学内容,帮助学生梳理知识体系。在“训练与总结”阶段,进行差分放大器的分析计算和差分放大器的设计调试训练,前者就是通常的习题训练,后者在实验室进行,在此基础上,学生在教师的指导下,对有关差分放大器的教学内容进行总结,也可以撰写课程研究论文。
研究性教学极大地激发了学生的学习积极性,促进了研究能力和创新精神的提高。我们对近三届全国大学生电子设计竞赛获奖学生的调查结果表明,92%的学生认为研究性教学中的探索过程训练及课程研究论文的写作训练,让他们受益最大,对他们高质量完成竞赛作品起到了非常关键的作用。
四、面向过程,突出创新,实施多元化的学生考评体系
学生学习效果的考评是人才培养的重要环节,考评方法直接影响教学效果。传统的终结性考评方式,主要是依据一张试卷或一份实验报告来评定学生的学业成绩,直接导致学生格外关注考评结果,忽视学习过程,抑制了学生自主学习、自由探索的积极性,不利于实践创新能力的培养。因此,我们把学生考评体系建设作为深化电工电子基础课程教学改革的重要内容,按照“面向教学过程,重平时表现,重实践能力,重创新思维”的原则,建立和实施总结性考试与过程性考查相结合的多元化考评体系。根据理论课程的目标要求,我们主要采用“随堂测试+课程研究论文”的方式,全面评价学生的学习效果。具体做法是:在课堂教学中,强化诊断性的过程考核,每完成一个知识点的教学任务,随即进行随堂测试,及时了解和反馈学生对已讲授知识的理解和掌握情况,并据此及时调整教学进程,使得教师的教与学生的学同步、协调。同时,在课程学习结束后,学生需要撰写相应的课程研究论文,并将其纳入学习效果评价之中。在课程总评成绩中,随堂测试成绩和课程考试成绩占70%,课程研究论文占30%,对于少量创新性强、具有较高研究水平的论文,其占比最高可以达到50%。
针对实验课程教学形式多样、过程复杂的特点,我们采用“平时成绩+实验操作考核+实验报告”的形式,把实验过程的各个环节均纳入考评要素中,从实验态度、能力、结果几个方面进行学习效果的综合评定。在教学过程中,教师通过观察,了解每位学生的实验态度及动手能力;通过提问和讨论,了解学生对理论和实验的掌握程度;通过实验报告,了解学生分析和处理实验结果的水平。在实验成绩中,实验操作占60%,课堂讨论和提问占15%,预习报告占10%,实验报告仅占15%。实践表明,这种考评形式突出强调了实验教学的过程性,有利于引导学生做好、做透、做精每一个实验项目,可以有效地提高实验教学质量。
这些改革探索在我校已实施了5年,涉及8个学院39个专业,每年受益学生超过7000名。实践表明,学生的实践创新能力得到显著提升,产生了一批创新实践成果。近五年来,学生在教师指导下申报立项并完成国家级大学生创新实践项目82项、江苏省大学生创新实践项目42项、校级大学生科技创新基金项目211项。在国内外学术会议和学术刊物上100余篇,在ACM/ICPC国际大学生程序设计大赛、“Imagine Cup”微软全球学生创意大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛等国内外重要学科竞赛中获奖66项。
1.全国大学生电子设计竞赛的意义
1.1有利于培养学生的创新能力,激发学生对实践课的兴趣
传统的实践教学是理论教学的辅助,实验内容多数是验证理论知识,学生根据实验指导书上的方法和步骤就可完成实验,整个实验过程学生完全是被动的[1]。这样的验证实验不能实现对学生实践能力和创新能力的培养,难以激发学生的对实践教学的兴趣。全国大学生电子设计竞赛要求参赛学生在四天内完成从选题、搜集资料、设计方案、分析论证、元器件选择、硬软件设计、组装、调试、测试、排除故障、做出成品和撰写设计报告的全过程,并且要求三人组队参赛,是对学生综合素质的全面考核,具有极大的挑战性[2]。比赛中既要动手操作,又要理论分析。经过培训和参加竞赛的学生,其实践能力与创新能力都得到很大的提高,同时激发了学生对实践教学的兴趣。
1.2有利于增强学生的竞争意识和就业能力
在电子设计竞赛中能脱颖而出的都是理论知识扎实,动手能力强,经过严格训练,具有创新意识和协作精神的优秀学生。无论获奖与否,参加过培训和电子设计竞赛的学生,在系统设计、方案论证、合作精神与创新能力等方面都有很大的提高,在毕业设计中受到老师的青睐,在实际工作中,表现出较好的独立性,创新精神、协作能力与竞争意识,得到社会及用人单位一致的肯定和好评,增强了就业能力[3]。
1.3有利于推动电子技术类课程的教学改革
电子竞赛题目是一批高水平的教授、专家根据电子技术发展的最新信息拟出的。选题涵盖了模拟电路、数字电路、高频电路、单片机应用、可编程器件、传感器技术、自动控制技术和EDA等课程的内容[4],竞赛中既要考察学生的实际动手能力,又要考察学生的理论知识和创新能力;既有涉及知识面广、功能多的系统设计,又有单一功能的电路设计;既有以指标性设计为目的的题目,又有以功能性设计为目的的题目;既有基本要求,又有发挥部分,同时在电子设计竞赛中又鼓励学生使用新技术、新器件和新电路,以满足先进的技术指标。所以,对电子技术类课程的教学改革具有指导和推动作用。
2.对参赛学生的能力要求
参加电子设计竞赛的学生应具备的实践能力包括[5]:电子元器件的识别及使用方法、印制电路板设计与制作等电子设计制作基础;集成直流稳压电源、运算放大器电路、信号产生电路和处理电路、显示电路和A/D转换器等单元电路设计;通用键盘及显示电路、单片机与液晶显示接口电路、单片机与D/A和A/D转换电路等单片机最小系统设计;FPGA最小系统和配置电路的设计及FPGA的最小系统板下载等可编程逻辑器件系统设计,以及资料查阅、综合系统设计、创新设计和撰写设计报告等。
3.电子设计竞赛中反映的问题
我校历届培训及竞赛现场,主要表现出以下一些问题[6]。
(1)查阅参考资料的能力差。在拿到竞赛题目后,学生都是先翻教科书,不去查找具有最新技术的期刊文献,特别是上网搜集资料的能力差。
(2)对知识的综合应用能力不强。对一个制作项目能够提出的设计方案很少,不能对方案进行充分的论证和比较,生搬硬套参考电路,不能设计出简单先进的电路,综合应用所学知识分析和解决问题的能力较差。反映我们的实践教学缺少综合性、设计性实验的训练。
(3)新技术、新器件的应用能力差。有的制作项目如能采用新技术、新器件,如FPGA、CPLD等实现系统设计,不仅性能指标优于传统电路,而且电路简单。反映我们的实践教学内容陈旧,不能紧跟电子科学技术的发展。
(4)不适应工程设计技术指标要求。竞赛中学生对竞赛题目的各类技术指标的实现和改善上感到无从下手。
(5)实验动手能力不强。竞赛过程中,一部分同学在安装、焊接、电路调试、故障查找和排除等过程中操作不熟练,不能适当地设计实验数据表格,不能通过对实验数据的归纳、总结去分析、解决问题。反映我们的实验教学验证性实验多,综合性、设计性的实验少,学生的动手能力和综合运用能力没有得到应有的训练。
(6)单片机知识的应用能力有限。很多竞赛题要用到单片机的知识去完成设计,部分参赛同学因单片机知识与应用能力不够,未能取得较好的竞赛成绩。
(7)设计报告撰写的质量不高。设计报告的格式与内容存在很多缺陷,方案论证不够充分,理论分析不够严谨。反映我们的实验课教学忽视了实验报告这个重要环节。
4.电子技术类课程的实践教学改革
根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求,针对学生在培训和竞赛过程中暴露的问题,我们对电子技术类课程的实践教学进行了如下改革。
4.1改革实践教学体系
依据学科专业特点,结合我校实际,将实践教学从理论教学中分离出来,单独设课、单独考核,构建起一个与理论教学体系相互匹配,相互联系、相互补充,相对独立、科学优化的实践教学体系。将实验教学环节划分为三个层次[7]。
(1)基本技能训练层:以电子工艺实习、实训为教学内容,掌握万用表的使用,电子元器件识别、检测,印制板制作、焊接,直流稳压电源组装,收音机安装调试等基本操作技能。以电路分析、电子测量、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课的实验为教学内容,掌握信号发生器和示波器等常用仪器的使用方法,培养正确记录、处理数据及分析实验结果的能力。
(2)课程设计实验层:以电子技术、单片机技术、EDA技术等课程的实验为教学的主要内容。通过对简单电路的设计,熟悉常用电子元器件,学会查阅元器件手册及通过互联网寻找所需资料的方法,让学生通过安装调试,学会通过调整元件参数,满足实验指标要求。
(3)综合设计实践层:以传感器技术及应用、单片机技术、EDA技术、电子系统综合设计等课程实验、电子设计竞赛等课外活动为实践教学环节,掌握用最先进的设计平台和最新的工具进行高效的综合设计,用组装的系统电路板,用电子设计自动化仿真软件Matlab、Muhisim等工具,进行“虚、实、软、硬”相结合的现代电子技术设计实践。要求学生能独立完成从设计到制作的全过程,提高学生运用所学知识进行电路级的综合设计能力以及系统级的开发应用和创新能力。
4.2更新实验教学内容
实践教学改革的关键是教学内容的改革,要根据认知规律、学科特点、实践教学自身的规律和学生实践能力、创新能力的培养要求,更新实验内容。
(1)减少验证性实验,增加应用性、设计性、综合性、创新性实验。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系统和虚拟仪器等先进的实践教学内容[8]。增加单片机课程设计的实验课时,加强其实验和设计应用,增加EDA技术和Protel课程设计的实验课时,加强Protel电路设计软件和EDA电路设计仿真软件的实践应用;增加电子实习课时,增加和竞赛有关电路的制作内容。实践教学内容要体现最新的科技成果,反映运用现代科学技术成果的新的实验技术和新的实验方法,实现实践教学内容的与时俱进。
(2)增加能培养学生实际操作能力的工艺性操作实践。注重电子元器件特别是新型元器件的使用[9]。元器件选择方面,除个别验证性实验仍保留部分分立器件外,其余均采用集成化,数字化,模块化的器件,如集成稳压电源、集成运放、集成功放、集成A/D,D/A等器件,RAM、EPROM集成电路,以及ASIC可编程控制器。对于综合型、设计型实验,指导学生选择最新器件来完成设计。
(3)对整个课程体系的实验内容进行整体优化组合,将同类课程体系或同类学科的实验项目合并,创建新的综合实验课程,实现学科之间实验内容的互相交叉渗透。修改综合设计内容,把本专业的理论知识同单片机技术和PLC技术更多地结合应用,并把电子设计竞赛知识结合其中。
(4)设立学生科研基金,资助运用新技术、新器件、新思想的电子设计与制作的学生课题[10]。把科研引进教学过程,鼓励学生参与教师的科研工作和生产中急需解决或探索的实际问题的研究,培养学生的方案论证、装配、调整、检测,数据处理、数据分析、总结归纳,撰写科研论文等能力。
4.3改革实践教学方法
(1)实施开放式实践教学
在实践内容、实践时间、实践方法、组织形式等方面实行开放式教学,打破时间、空间的限制,提供给学生进行创造的环境,让学生真正成为学习的主体[11]。在实验内容上,设定必做实验、选做实验和自主实验的比例,前者保证教学基本要求和基本技能训练,后者则由学生根据自身的条件与兴趣,在众多的实验课题中选择,以达到因材施教的目的。课程设计、综合性、设计性实验,教师只提出设计的总体要求和要达到的效果,不制定统一的参数指标,设计步骤,给学生一个较大的创造空间。提倡方案的多样性,给学生充分的创新机会。由学生完成从方案制定、电路设计、元件筛选、焊接组装、程序设计、系统调试到设计报告撰写、答辩等全部过程,教师变指导为引导,充分发挥学生的主动性。
(2)增大实验室开放的力度
在安排好课内实验教学的基础上,充分利用实验室资源,制订实验室的开放项目、开放计划。在实验室开放时间里,为学生提供实验场地的同时,还为学生提供万用表、信号源、示波器、电类实验箱、单片机实验箱等设备,还安排教师进行现场指导。建立现代化的实验中心网上实验预约与管理系统,在开放的平台上,选做实验和自主实验学生可以个人预约,预约的内容包括实验时间、场地、内容、指导教师等,这种“集中”和“自由”相结合的开放管理方式,提高了实验室和仪器设备的利用率。
(3)开设电子技术实践选修课
根据现代电子技术的发展和全国大学生电子设计竞赛的情况,我们为电类专业的学生开设了如“电子制作”、“电子创新设计”等选修实践课,内容包括简单电路、系统电路和有创新特色的电子电路等的设计与制作等,为爱好电子设计的学生提供更多的学习机会。
(4)举办校内电子设计竞赛,激发学生学习兴趣
我校每年举行的全校大学生电子设计竞赛,按照全国大学生电子设计竞赛的方式进行,在为电子设计爱好者提供施展才能机会的同时,也为参加全国大学生电子设计竞赛选拔了队员。在校领导和有关部门的支持及全国大学生电子设计竞赛的影响下,参赛人数逐年增多,大学生电子设计竞赛已成为我校学生最喜爱的科技活动。
(5)认真组织学生参加全国大学生电子设计竞赛
我校是专升本不久的本科院校,电子类专业的办学时间不长,基础薄弱,参加全国性的电子设计大赛的经验更少,我们把参赛作为学习、实训、取经、提高的过程,参赛成绩逐年提高。
【关键词】子信息类专业;实践教学;教学改革
电子信息类专业开设的专业基础课程是对实践性要求很严的课程,要求学生实践动手能力强,以此来适应相关岗位技能和创造性的需要,培养具备优秀的实践能力和创新精神的专业人才是高等教育院校的任务。而实践与创新能力的培养在于实践教学环节,因此实践教学具有重要的教学地位,是培养学生理论联系实际,增强实践和创新能力的重要教学方法。
一、实践教学体系的改革
现阶段,电子信息技术和计算机技术的高速发展对实践教学提出了更高的要求,根据形势和社会发展的要求,电子信息类专业实践教学的创新与改革势在必行,我们需要构建一个新的实践教学体系。坚持以社会需求为主要目标,以服务于社会为主导宗旨,将实践教学环节与理论教学环节合二为一,融为一个整体,运用创新的培训方式培训学生,以专业技术应用能力为主线,培养学生的操作能力、创新能力和理论联系实际的能力,着重培训学生的基本技能能力和综合实践技能能力。为培养学生的实验能力、实际操作能力、独立分析问题和解决问题的能力、创新思维能力和理论联系实际的能力,建立科学合理的实践教学体系,能充分发挥出实验教学的优势,有利于提高教学的质量有重要意义,同时有利于素质教育的高度强化。
二、实践教学内容的改革
根据当前形势,对教学内容重新整合,对实践教学环节重点加强,使实践与理论密切结合。实践教学是使学生深入理解和充分掌握理论知识,学习关于实验基本理论和基本方法,是提高实践能力和创新能力的重要环节。传统的实践教学内容是教师根据课程需要设定一些验证性实验,关于什么原理,学生很少做出分析。一些设计性的实验,也是教师做出设计,学生用实验来进行验证。这样的实践教学方法导致学生的分析和解决问题的能力得不到提升。在实践教学内容的改革方式上主要包括实验课教学和课程设计两个方面。
(1)实验课教学方面:增加实验课教学的比重,把每门课程的实验分为四个方面:由单一验证性的实验变为复杂的基础性实验;要求学生独立思考来完成的比较复杂的设计性实验;学生独自选题设计的综合性实验;学生操作能力的操作性实验。这四个层次的实验的内容由浅至深,逐渐提升学生的实践能力。基础性实验着重于加深学生对基本理论和知识的理解与掌握;设计性实验着重于培养学生分析和解决问题的能力;综合性实验着重于使学生综合运用本门课程的内容,掌握多个重点和知识点;操作性实验着重于使学生加强动手操作与实践能力。通过四个层次的实验,学生会努力提升自己的专业理论知识,综合运用,完成实验,做出优秀合格的作品。
(2)课程设计:课程设计是十分重要的教学环节,它不仅能检验学生对理论知识的掌握程度,也是培养学生创新能力的重要环节。其目的是让学生能自动自发的学习,牢记理论知识并做到自主创新。课程设计任务要有灵活性,使学生有较大的创造空间,有充分的创造机会。教师要多为引导,在授课过程中,不时提出几个实际问题,让学生分组思考并进行讨论,每组在统一后开始实施操作。这样既能提高学生的积极性,又可以培养其思考问题的能力、理论运用能力和创新能力。
三、实践教学方法的改革
电子设计自动化技术是现代电子工程中的一项新技术,是一种基于计算机和信息技术之上的设计方法。它具有图形直观、仿真度高、准确性高等优点。在实践教学中可以将它运用到理论教学中,在教学过程中,弥补了传统设计上的不足之处,增加了教学的趣味性,节省了教学时间,提高了有效率。电子设计自动化技术使学生接触到现代工程技术,运用计算机进行辅助分析设计,运用到实验教学和理论教学中,提高了实践教学的效果。工程实践技术与基本理论的相互结合,数字解析方法与计算机辅助方法的相互结合,是现代教育技术中的一次重要飞跃。
四、电子设计竞赛活动的改革
电子设计竞赛是面向大学生的科技活动,既有理论设计又有实践制作,目的是提高大学生理论知识和实践动手能力。给学生一些电子产品电路的原理图,对学生的要求标准提高,学生可以自主选题,看懂电路原理图之后,选择一个课题并给出其基本的设计原理,在教师的监督下完成设计过程。这样的活动不仅巩固了学生对基本理论知识的理解,而且通过自己亲手设计掌握了制作步骤和方法,提高了实战技能。还可以在校内建立电子科技小组,开展形式多样的活动,让学生利用课余活动时间进行技术创作,设计不同的研究课题,激发学生自主学习的热情,学生可根据自己的兴趣报名参加。积极的参加全国、全省的电子设计大赛,对培养学生创新能力、动手能力有积极的作用。
五、总结
本文针对电子信息类专业实践教学环节的特点和存在的一些问题进行分析,提出一系列的改革措施和设想,在实际运用中起到良好的效果,激发了学生的创新意识,学生的综合能力也有很大程度的提高。电子信息技术日新月异的发展,传统的教学方式已不能适应新形势的发展与需要,我们必须要进行改革和创新,这是一项长期任务,是需要长期改革和实践的过程,需要长期的研究与探索。
参考文献:
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[2]别其璋. 王向乔.电子技术系列课程实验与实践教学改革研究[J].重庆工商大学学报:自然科学版,2004,21(5):516-518
[3]王汝言.电子设计类课程理论与实验教学的改革与实践. 2007年全国高等学校电子信息科学与工程类专业教学协作会议论文集.2007;10:288
[4]史捷峰《.电子技术》课程教学探讨.职业教育研究[J].2005;(3):102