在市场竞争和教育竞争日益激烈的今天, 如何求得合理的自身定位和发展空间是摆在各大高校面前的一大难题, 正是在这样的形势和背景下, 合肥学院 (以下简称我院) 提出了“地方型、应用型、国际化”的办学思路, 并在全院各系部围绕如何更好的培养应用型人才为核心和主线开展了系列教学改革, 模块化课程改革便是其中的一项重要举措。
众所周知, 课程的好坏和贯彻实施的程度直接关系到人才培养质量的高低。基于这一大的前提和背景, 合肥学院电子信息与工程系 (以下简称我系) 现代电子设计技术课程模块应运而生, 经过近几年的探索与实践, 现代电子设计技术课程模块已经形成了相对完善的体系, 在近几年的教学实践中取得了良好的预期效果, 但与此同时, 与之相配套的实验教学尚未同步跟上, 依然存有较大的有待完善的空间。现代电子设计技术课程模块的实验教学指的是将传统数字电路、在系统编程技术、SOPC实践这三门课程的内容按照“即学即用”、“活学活用”的原则进行重新编排, 注重及时给予学生验证、操作和强化所学习理论知识的时机和实验操作机会, 从而实现从“知识输入”为导向走向“能力输出”为导向, 面向社会和市场培养实践能力和动手能力强的应用型电子信息人才。
现代电子设计技术这一门课程, 无论从外延和内涵上都很丰富。首先, 从内涵来讲, 模拟电路、数字逻辑电路, 硬件描述语言, 微机原理, 单片机原理与应用, DSP原理等课程都属于现代电子设计技术的范畴;第二, 从外延的角度来讲, 现代电子设计技术应用的范围极为广泛, DSP技术, 嵌入式系统, 传感与控制, PCB设计, 电源技术等在工业、农业、商业、军事等方面都有用武之地。如何在短时间内让学生对这一领域有比较精准到位的理解和认知, 就相当不容易的事情。此外, 身处信息社会, 知识的更新速度越来越快, 电子行业更是如此, 知识和技术的不断创新与教学内容的相对滞后是各高校工科专业所共同面临的问题。总体而言, 从各高校实践的情况来看, 现代电子设计技术课程实验主要呈现出以下局面[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。
大部分高校依然沿用以前的老教材, 这样一来, 就可能存在这样的问题:教材缺乏更新显然就不能及时更新, 缺少最新鲜的一线现代电子技术信息;从教材本身来讲, 偏重于理论基础部分, 实践部分得不到应有的重视;教材的趣味性和可操作性不够, 缺乏针对性, 对学生的吸引力不够;部分教材虽然加入了新内容和新元素, 但是介绍得不够详细, 往往一带而过;就选题而言, 其范围往往有所侧重而失之全面, 体系繁琐而逻辑性不够。目前我国所选用的电子设计应用设计所采用的教材以传统教材偏多, 无论从内容的新颖性而言还是从教学内容的应用性而言, 都跟不上现代电子设计技术的发展的节奏。
对于实验教学而言, 先进的教学设备必不可少。对于相当部分高校而言, 由于实验设备使用周期长, 电子设备更新速度快, 在硬件设备的配套方面, 难以做到满足实际的客观需求。对于现代电子设计技术课程而言, 基础知识的理解和掌握和内化需要建立在学生实际参与, 动手实验的基础之上, 迫切需要为学生提供丰富的、及时的、开放的实验室硬件支持体系。
此外, 各高校纷纷采用扩招来应对高等教育大众化时代的到来, 学生数量的激增却并未能伴随实验设备购置和更新的同步增加, 远不能满足现实实验教学的需求。
师资队伍建设直接关系到人才培养质量的高低, 电子信息专业作为一门工科专业, 要求所任教的教师拥有丰富、精湛的理论知识, 同时, 同时对其实验、实践操作要求亦很高, 需要教师能够双肩挑。但是, 从目前的现状来看, 教师队伍的现状还不尽如意, 主要表现在:年龄层次结构不合理, 一般而言, 年龄结构过老化, 要么年龄结构年轻化都不利于人才培养。对于刚从相关院校毕业的年轻教师而言, 从业经验和专业实践经验上的缺乏, 造成他们不易发挥年轻人敢于尝试敢于创新的优势, 而走向“传统依赖”路径, 习惯性地依从传统的教学模式, 过于依赖书本知识, 实践、实验教学指导力不够;同样的道理, 年龄结构中青年成分不够, 对于人才培养也是不利的。
对于现代电子设计课程这一门课程而言, 如果单纯地依托传统的授课方式, 恐怕是难以有效地完成教学任务的。这里不是否认传统授课方式的作用和价值, 而是因为, 现在电子设计技术这一课程本身的特殊性决定了必须依托多媒体等现代化这样的媒介, 具体而言表现在:第一, 现代电子设计技术本身就是信息革命的产物, 体现了信息化社会的最新成果, 具有先进性、前瞻性和复杂性;第二, 现代电子设计技术的知识具有丰富性、生动性和复杂性的特点, 虽然部分知识依托传统的教授和讲课方式是可行的, 但是总体如若不能很好地利用现代化信息手段的作用的话, 是不利于学生的理解和接受的。然而, 现实的情况是, 很多高校在教学过程中仍以传统的板书设计为主要内容, 若教材和教法不能同步跟进, 想要有良好的教学效果几乎可能性不大, 这些和培养适合市场需求的一线人才是相背离的。
对于工科专业, 对一些知识点的理解和把握需要建立在亲自实验、反复验证的基础之上;而对于一些有创意, 想要拔高的学生, 若脱离了实验教学这一环节, 单凭大脑和想象几乎是无法获取想要的知识信息, 取得原本可以的进步的, 尤其是电子设计技术这样的课程, 若脱离实验教学, 无异于无源之水无本之木。然而, 现实的情况是, 在相当一部分高校, 实验教学环节未能得到应有的重视, 具体体现在:与理论课课时相比, 实验课课时偏低;实验课内容陈旧, 多为验证性实验;实验教师师资薄弱;学校重视程度不够, 经费投入偏低, 导致仪器设备陈旧, 不能适应行业发展。
首先体现在在实验室设备陈旧。一方面, 信息社会科学技术知识本身的更新速度越来越快, 电子行业仪器设备更新换代的速度在加快, 高校如何跟上节奏为学生提供合适的最新的实验室仪器设备本身就是一个考验;与此同时, 很多地方高校, 由于种种原因其所使用的设备还是几年前甚至是十几年前的东西。
再就是由于师资匮乏、实验室管理理念和技术不能同步跟上等方方面的原因, 导致已有的设备并不能发挥最大的功效。一个典型的例子就是各个学生在实验过程当中的各项具体情况不能得到得到及时有效的识别和跟踪, 学生是不是掌握了正确的试验方法, 有没有掌握正确的操作步骤, 操作是否规范等等都变得无法识别。这样一来, 最有技术含量的实践考核成了学生最容易通过或那份的项目。
除去教材本身的局限性不讲, 从现行各高校使用的现代电子设计技术教材而言, 普遍存在以下问题:第一, 题材范围求全, 求广, 百科全书的倾向严重, 但缺乏针对性, 深度不够, 也就是当教师和学生对某一个内容和知识点需要的时候, 我们的教材不能提供所需要的支持;第二, 重基础, 轻应用, 往往对电子信息这一专业的基础知识有浓墨重彩的讲解, 但是对具体知识点在现实中有什么应用缺乏必要的延伸;第三, 各章节内容分立, 连贯性和一致性不够, 教材内容多为现代电子技术这一领域基础知识分章节的汇聚, 这种知识组合未必符合所指教的教师和学生的认知和逻辑, 如果缺乏指导教师深入地指导的话, 学生往往学到的是一些零散的, 随机的知识, 而不是整体的有机的统一的知识。
首先表现在理论教学与实验教学衔接不紧密。电子信息工程作为工科专业, 学生必须在实际操作, 实际动手, 必须在实验教学的过程中, 所习得的理论知识才可能为学生所掌握;再好的理论教学如果没有实验教学的支撑, 也会因此而大打折扣。第二, 从实验类型来说, 验证性实验居多, 而综合性实验居少、创新性实验少或几乎没有。再者, 从学生毕业设计的角度而言, 毕业论文设计是主体, 然后才是学生的设计制作。以上种种, 导致的一个基本问题就是理论教学与实验教学两者的分离, 而不是统一, 不利于学生的动手能力、应用能力等的培养。
实验教学得不到足够重视的必然结果就是会导致实验类型单一, 即多为验证性实验。所谓验证性实验, 是在对书本知识有一定了解的基础上, 提出一种假说, 验证假说的正确性, 往往有一套较完整和程序化的步骤和方法, 因而, 它更加强调实验的结果, 而不是实验过程。换言之, 是一种“按方抓药”、高度固化的实验模式, 这对于学生的积极性和兴趣显然是不利的, 因而, 要论及真正提高学生的主动性, 积极性, 提高学生的动手能力, 显然是不够的。
作为工科专业, 现代电子信息技术知识的习得和理解必须依赖足够的、及时的实验实践联系机会, 然后现实的情况是, 在相当部分高校, 实验实践教学虽然也有开设课程, 但是总体处于依附状态, 形同摆设, 其教学地位得不到应有的体现。比如总体实验实训课时不足总课时的一半;实践教学的教学考核往往伴随相关课程的考核进行, 具有较大的随意性等等。
高质量的实验实践教学需要一支同样高质量的实验教学师资队伍, 方如此, 才能保证实验实践教学落到实处, 进而也就无法保证学生能够保证学生习得基础的电子信息技术知识, 基础不牢, 学生的创新能力和动手能力也就成为空中楼阁, 纸上谈兵了。一方面, 在部分院校, 实践教学被编排在电子相关课程的实验中, 课时严重不足;另一方面, 师资力量的匮乏是其硬伤, 在实验过程中, 一名教师需要同时指导几十名学生, 除去教师讲解、示范的时间, 剩余的时间学生才能用于模仿, 求证, 其实验效果让人质疑。再者, 由于实验实践场地的限制, 加上实验室管理未能同步跟上等多因素, 师资不足会导致教师不能及时、充分识别、监督并及时纠正学生在实验操作过程中的种种问题。如此一来, 实验实践考核成为学生最容易通过的项目也就不足为怪了。
如何进一步推进我院实验室信息化建设和实验教学改革与创新, 促进创新人才成长, 提高人才培养质量, 并最终形成优质资源融合、教学科研协同、学校企业联合培养人才的实验教学新模式, 我系在现代电子设计课程模块的实验教学中进行了以下尝试:
前面我们讲到, 对于电子设计技术这样的工科专业, 面临着双重困境:电子设计知识和设备的更新速度越来越快;学院对于实验设备的投入资金总是有限的, 不可能完全跟进电子设备的更新速度。这样一来, 如何最大化地使用已购设备, 同时将资金花在“刀刃”上, 及时为师生引进先进设备就成为摆在我院决策和管理层面前的一大难题和挑战了。基于这一问题, 我院在各系部上下进行了广泛而深入的交流和探讨, 最终提出“少台套、大循环”的基本理念, 一方面, 充分发挥仪器、设备的利用率, 另一方面, 通过加强管理, 逐步建立起“宽口径、厚基础、重应用、多方向”的实验管理体系, 整合并优化现代电子设计课程模块的实验资源, 倡导学生亲自动手, 学以致用的能力, 致力于培养应用型人才。
与先进硬件设备的引进和先进管理理念相配套的是, 我系注重采用丰富多样的教学手段以提高实验教学的效果, 如充分利用计算机网络和多媒体的优势, 借助仿真软件, 为学生购置机器人等模型, 为学生提供全方位立体的实验教学刺激和环境, 让学生在耳濡目染中不知不觉乐于动手、勤于动手, 养成基本的实验素养, 这点可在我系历届电子竞赛中学生的优异表现中窥见一斑。
模块化课程改革的一个基本特点就是打破原来学科间的界限, 依据一定的目的和标准, 对若干学科的教学内容进行整合、重组、优化, 形成具有可操作性的模块。具体而言, 我系积极响应学院全面开展模块化课程改革的理念和号召, 积极开展“电气信息类”专业电子设计技术模块建设, 具体而言, 就是将传统的数字电路、在系统编程技术、SOPC实践课程三门课程进行重新整合, 打破了过去学科间固有的界限, 按照市场对电子技术人才需求和知识本身的逻辑体系进行重新编排, 重新组合, 按照“即学即用”、“活学活用”的原则对各子模块进行最优化组合, 将应用型办学理念深入渗透到各个教学环节, 内化到师生的教学过程当中, 以致力于培养符合市场需求的电子类应用型人才。从日前的改革成效来看, 我系所进行的这一现代电子设计技术模块成果是喜人的。
如果说模块化课程改革是为学生精心准备的“主食”和“大餐”的话, 那么组织学生开展相关竞赛无疑就是一道道美味可口的“点心”和“佳肴”了。自2007年以来, 我系组织学生开展了各种类型和层次的竞赛, 取得了丰硕的成果, 学生多次获得国家级、省级大奖。这样大张旗鼓大力组织师生投身竞赛活动的初衷就在于为学生提供新的契机和视野, 竞赛能够很好地为教材内容补充新鲜血液, 及时为师生呈现电子设计技术的最新信息, 增强和提高学生的动手能力, 这些和我院“地方型、应用型、国际化”的办学定位是相符合的。
对于工科专业而言, 如何正确处理好理论教学与实验教学的关系是一道值得认真对待的课题。传统教学中过于重视基础教学, 忽视或者不重视实验教学的做法肯定是不对的, 但是, 我们也不能走入非此即彼的另一个误区, 即重视实验教学, 忽视理论教学的重要性。我们以为, 理论教学和实验教学都是现代电子设计模块的两个非常重要的组成部分, 学生需要具备扎实的电子设计基础知识, 在这个基础上, 学生的实验教学会进行的比较顺利, 同时因为学生的基础知识掌握得系统、扎实, 那么, 在实验教学的过程当中, 当学生头脑中更好的创意的时候, 才有可能付诸实践并进而激发更多的灵感和创意。
在我系电子设计模块化教学的过程, 采用的正是基于理论教学与实验教学并重, 两者互为基础这样一种理念, 比如电子设计技术模块理论和实验采用的便是灵活穿插的这样一种方式, 当理论知识要验证、强化、延伸的时候, 实验教学及时地跟上, 什么时候需要上理论, 什么时候需要上实验, 能够实现比较灵活的切换, 学生在书本上学到的知识能够得到及时的动手操作和强化, 往往学习效果也最佳。
解决了理论教学与实验教学的关系, 接下来面临的问题就是如何建立多层次、丰富的实验教学体系了。传统的实验教学是理论教学的辅助, 依附于理论教学, 数量上验证性实验居多, 类型上比较单一, 加上实验室管理未必到位, 导致学生参与实验教学的积极性有限, 实验教学的功效不能得到有效发挥。鉴于此, 在现代电子设计技术模块在设计实验教学中, 充分发挥了“即学即用”的原则, 为学生提供丰富多样的实验体系, 满足不同口味和需求的学生的需要。我系在“宽口径、厚基础、重应用、多方向”的指导思想下, 积极建立相对独立的实验教学体系, 有计划有步骤地调整实验教学内容, 逐步减少验证性实验的比例, 增加综合设计型实验和创新型实验的比例, 建立起集验证性实验、综合型实验和创新型实验于一体的综合性实验教学体系。在实验教学过程中, 通过创设宽松的氛围, 引导学生积极探索, 鼓励学生大胆设想并实践自己的猜测和设想, 从而培养学生自主学习, 主动探究, 分析问题和解决问题的能力, 为将来的职业生涯奠定良好的基础, 比如在综合设计型实验中, 我们鼓励学生根据个人兴趣和偏好自主选题, 在为学生提供的实验指导书中, 只为学生提供一些基本的资料题, 留白部分就需要学生独立完成了, 这就需要学生自己依据所学知识, 多方查阅相关资料, 最后再提交可行的实验方案交与老师进行探讨和完善。无疑, 在学生选择可行的实验方案, 制定详细的实验步骤, 完成实验计划的过程中, 学生的动手能力, 自主意识和创新能力都得到了全面的提升。
对于应用型高校, 要培养面向市场面向社会的电子技术人才, 这就意味这, 相对研究型高校而言, 需要更加重视实验和实践教学, 唯有如此, 才能促进学生动手能力, 实践能力等综合素养的提升, 为社会培养应用型电子技术人才。以我系电子设计技术课程模块实验教学为例, 我系在领导班子的部署下, 采取了一系列积极的举措, 如自2007年下半年, 成立专门的实验技术教研室:实验室成员主要由中青年博士和硕士担任, 由他们来承担系里的绝大部分实验教学和其它实践教学的工作, 确保实践教学的教师班子基础扎实;又如积极鼓励并组织中青年教师 (特别是实验教师) 担任学生的第二课堂指导教师, 这一方面能有效提高我系学生的创新意识、创新能力、培养学生动手能力等综合素养, 另一方面也能积极调动一线教职工的积极性, 为他们走在电子信息技术的最前沿, 立足课堂教学实践, 不断总结反思搭建了一个崭新的平台, 八年来, 我系取得了丰硕的成果, 搭建了从教学理念、教师团队、活动内容、组织形式、管理模式到年度考核等方面一体化的第二课堂实践平台。
建设一支高素质的实验室师资队伍对于实验教学而言, 具有举足轻重的作用, 所有物的因素, 包括先进的理念, 方式方法等要起作用, 都必须依托教师这一能动要素才能起作用, 这是因为:再好的理念, 若不能被教师所理解, 领会并实践到起教学科研的过程当中去, 也会是海市蜃楼, 不能成为现实的美景;再好的设备, 若没有得到合理的组织和管理, 也会丧失起先进的理由和价值, 不能物尽其用;再好的模块化教学, 内容设置得再合理再精巧, 若没有好的教师团体去实现它, 也会泯然于众不能凸显其实际的价值。
鉴于此, 我系在充分挖掘人的要素方面做出了新的探索。首先, 积极组织青年教师参加合肥学院青年教师大奖赛, 切实提高一线青年教师的教学水平和实践操作素养, 具体到实践教学这一块时, 我系在教学环节、实验步骤、操作规范、操作流程等方面都作了较详尽的规范和指导。第二, 组织青年教师单人第二课堂指导教师, 去企业挂职锻炼。一般而言, 系统化的学科知识总是滞后于生产一线的, 这在瞬息万变的信息化社会更是如此, 因而, 为加强我系实验教师培养, 丰富他们的社会实践经验, 切实提高他们的业务能力和教学水平, 及时更新观念和知识体系, 提升我系“双师型”教师的综合素质, 组织青年教师去企业挂职锻炼, 使其熟悉企业的基本情况和对电子行业知识的需求。第三, 以电子信息与电气工程系这一团体组织为依托, 积极鼓励中青年教师, 特别是实验教师开展与企业的横向合作课题。这一举措对于更好地激发青年教师了解企业发展最新动态的热情, 挖掘青年教师参与横向课题研究的潜力, 提高我系教职工科研水平、理论教学和实践教学水平发挥了不可估量的作用和影响, 充分体现了学院“地方型、应用型、国际化”的办学定位。
总而言之, 我系紧跟学院模块化教学改革的步伐, 围绕现代电子设计技术课程模块的实验室建设和教学改革教学进行的系列改革成效显著, 为我系培养应用型电子信息人才提供了新思路, 这对于其他高校的实验教学改革具有积极意义。
摘要：为契合我院开展模块化教学改革的需求, 培养社会所需要的应用型人才, 我系现代电子设计课程模块化建设正是在这一背景下应运而生。本文论述了目前高校现代电子设计技术课程实验教学的现状、问题, 以及我系自制定并实施现代电子设计技术课程模块以来在实验教学这一块所进行的一些新思路和新做法。
关键词：现代电子设计技术,模块化,实验教学
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