基于学生自制设备的电子信息类专业实践教学改革

一、引言

目前,在校大学生实践能力普遍偏低,这种状况很难适应当前人才竞争、择业上岗的需要,更难适应未来知识经济发展对高素质创新人才的要求.与此同时,社会发展对大学本科教学水平的要求也越来越明确,由于市场竞争日趋激烈,用人企业对本科毕业生的要求提高,这对高等学校的教学培养模式提出了很高的要求.在相应地推进教学体制改革,完善师资建设,加大教育投入等各项措施的同时,培养大学生的实践能力日益成为高校人才培养的最突出矛盾,并且从该问题入手,可以很清晰地看到目前高校教育体制改革各种问题的集中体现.

二、电子信息类专业实践教学现状

电子信息科学是一个典型的理论实践相互支撑、相互促进的学科,实践能力培养格外重要,是体现人才培养质量的重点.国内各高校均十分重视实践教学环节的作用,然而随着招生规模的扩大,由于各种主客观原因,逐步暴露出一些矛盾和问题.

1.实践课程体系缺乏整体性和连续性

各种课内实验与独立实践课程,仍然处于从属于理论性课程的教学辅助环节,没有整体性的思想.授课教师由于多专攻于少数课程,不同教师授课内容交叉就已不够,实践教学之间的联系就更加孤立,必然导致学生对实践课程的理解较为肤浅,难以融会贯通,学习效果不佳.

2.教学方法不能与时俱进,实践性课程的实用性无法体现

目前高校教师大量从学校毕业直接走上讲台,理论水平较高,具备一定的科研能力,但实践经验技能仍非常欠缺,授课实例与学生实际动手接触到的问题相差太大,实践性环节的实用性有很大欠缺.实验内容多利用实验箱,学生被动验证已知确定性理论,普遍反映所学内容用不上或不知如何去用,实践与实际脱节严重.

3.实验室资源高价低效,学生使用门槛太高

电子类实验室设备昂贵,管理困难,无论投入多么巨大,总没办法保证分摊到每一个学生都能有足够的学习与使用时间.虽然设立了开放性实验室制度,但资源有限,主要针对优秀学生的提高型学习,对提高整体学生素质,改善整体学风,收效意义不大.

4.科研型项目制实践课程改革难以从根本上提高体动手能力

通过近年来将优秀学生尽早纳入到教师科研实验环境中,带动学生主动从事科研学习,已经取得了很好的成绩.但是教师科研任务繁重,科研实验室容量极为有限,难以容纳众多本科学生的实践训练,个性化培养局限性较高,推广难度大.

5.学生学习主动性较差,学习风气亟待改善

当前社会的浮躁气息不可避免侵染到学校的学风教风.学生惯于以学校实验资源不足给自己的惰性找借口,轻视动手实践.

针对以上问题,如何找到化解矛盾的办法,培养学生兴趣、促进教学质量特别是提高学生实践动手能力,对培养学生素质、满足用人需要这一基本教学目标具有特别重要的意义.因此,许多学者就“如何开展好实践教学,让教学效果特别是学生的能力、素质要有较大的提高”的课题进行了深入细致的研究,提出许多有益的建议和切实可行的方法,这些文献总体来说可以分为三大类：一是对国外大学实践教学理念及措施的研究；二是对实践教学在高等教育中的地位和作用的研究；三是我国高校实践教学中出现的问题及对策研究.例如,比较欧美发达国家根据社会和经济发展需求而制订出新的应用型人才培养计划,并针对目前我国实践教学中存在的问题提出改进措施；提出实践教学改革需从顶层设计入手,优化人才培养方案,构建科学合理的实践教学内容体系,并提出利用第二课堂提高学生的创新能力和综合素质；提出了由基础型、提高型和创新型实验构成的三层次实验教学体系；以学生的实际情况为主要依据,结合学科性质与课程组织结构把整个实践教学体系按照由浅入深、由简单到综合、课内外结合的方式分为四个实践教学层次；提出利用开放实验室,组织开放性实验,因材施教,激发学生学习的主动性和积极性；提出利用电子竞赛、校企合作,促进实践教学改革；提出通过开拓校外实习基地,利用实习基地实习模式提高学生实践动手能力；提出将部分重要理论课程的课内实验单独设置成一门独立的实验课程,从而提升实验内容和质量.

三、以学生自制设备为导向的电子信息类专业实践教学新模式

针对电子信息类专业实践教学现状,我们提出通过将各种实验常用仪器设备的知识点分解到各实践教学内容中进行教学,并通过课程设计完成万用表、开关电源、单片机开发系统等常用实验设备.该教学模式强调实践教学的整体性和连续性,使学生分层次、逐步接受由简单至复杂的电子系统设计训练,同时将制作好的电子开发设备赠与学生所有,学生可依托这些设备搭建起初步的个人开发平台,支持其进一步自主研究,从而创造实验条件,激发学生学习兴趣,提升实践教学质量.

本实践教学模式可以将目前教学计划中的实践教学环节串联起来,每一个实践环节内容都有很明确的实用价值,每一个电子信息类专业学生完成了这些实践环节内容,就为自己建立起了“个人实验室”,从而基本保障了学生自主实践学习的硬件调试环境；在此基础上教师进一步引导学生自主创新和布置课余实践项目作业,学生在进一步学习的过程中,会由于个人实验条件的不足而主动进入开放专业实验室,从而实现实验室从低效到高效的转变.通过强调针对每个学生的实践训练,对专业学生的整体素质将获得普遍提高,为同时开展的学生科研项目制、个性化培养等教学改革创造有利条件.

本实践教学模式的具体做法为：强化数电、模电与电路三门基础课程的课内实验,具体方式为将数字万用表、开关电源等后期要做的产品分拆为实用电路,在授课与课内实验中逐步引入介绍；在第三学期设立《电子技术课程设计》,在这门独立实践课程中,以数字万用表的设计与制作为内容,同时配合模拟电子技术理论课,其中大量用到的运放电路对模电的教学起到加深理解的作用；在第四学期设立《电子设计培训》独立实践课程,在该课程中集中讲授开关电源的基础理论知识,设计制作一个常用开关电源,功率为30W,规格为5V、5A和±12V、0.2A；在第四学期《单片机原理与接口技术》课程中,为每位学生提供一个教师自制的MCS-51简易仿真器和少许实验板、杜邦线以及三极管元器件等,学生在完成课内基本实验的前提下,需继续完成一课外设计作为考核重点,目前我校该设计项目为LED数字钟,今后将逐步扩充设计选题；在第五学期《可编程器件》课程中,为每位学生提供一个教师自制的FPGA实验板,在完成基本课内验证性实验的前提下,需与之前完成的单片机实验板,组合设计一个复杂电子系统,例如简易示波器,这样学生将基本掌握电子系统设计的主要技能；通过前述由浅入深不同阶段的电子系统设计培训,每个学生都将获得自制的最常用电子开发设备与调试环境,在这个人基础电子实验室搭建过程的同时,每个学生都将获得大量的实践锻炼和调试训练,可实现对基础理论知识的融会贯通,从而可以进一步完成更深层次的嵌入式、DSP系统等专业课程的学习与研究.