王義君?詹偉達?宮玉琳

摘 要 電工電子技術(shù)實驗是應(yīng)用型高等院校培養(yǎng)學(xué)生實踐應(yīng)用能力的重要基礎(chǔ)課程。目前課程建設(shè)和教學(xué)的固定式實驗狀態(tài)，大大限制了學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。本文在分析教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合長春理工大學(xué)國家級電工電子實驗教學(xué)示范中心的實際經(jīng)驗，在電工電子實驗教學(xué)理念，實驗教學(xué)體系、內(nèi)容及方法，實驗教學(xué)隊伍建設(shè)，運行機制和管理方式和校企合作等五個方面進行了探索性研究，力爭樹立“以人為本”的教學(xué)理念，實現(xiàn)真正意義上的人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 電工電子實驗；教學(xué)探索；課程建設(shè)；教學(xué)模式

中圖分類號 G712 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2015）35-0047-04

應(yīng)用型本科院校電子信息類專業(yè)學(xué)生就業(yè)趨勢對相關(guān)專業(yè)學(xué)生提出了兩個要求：一方面要求學(xué)生具有扎實的理論基礎(chǔ)，能夠熟練運用所學(xué)的相關(guān)知識分析、設(shè)計和仿真各種電路應(yīng)用形式，從而滿足用人單位需求；另一方面要求學(xué)生能夠系統(tǒng)地運用所學(xué)理論知識解決實際工程問題。在電子信息類專業(yè)課程建設(shè)及教學(xué)過程中，對于應(yīng)用型本科院校來說，電工電子技術(shù)實驗課程是學(xué)生掌握基本電工電子實踐技巧和理論聯(lián)系實際的重要手段。電工電子技術(shù)實驗課程教學(xué)不能僅滿足于原理的驗證和基本綜合實驗的實訓(xùn)，更要立足于拓展學(xué)生思路、激發(fā)學(xué)生興趣以及增強學(xué)生創(chuàng)新意識。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

目前，電子信息類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程包括電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和電子綜合課程設(shè)計。如何最大程度地培養(yǎng)學(xué)生在電工電子技術(shù)實驗課程中的應(yīng)用實踐能力，是目前電工電子類實驗教學(xué)的關(guān)鍵任務(wù)。對于模擬電子技術(shù)實驗而言，學(xué)生難于理解抽象的理論知識，不能掌握實驗的目的和精髓。對基本的實驗知識點只是機械地按照教師的要求去完成，并不能有效地啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。對于數(shù)字電路邏輯設(shè)計實驗而言，建立邏輯模型，邏輯代數(shù)基本定律、組合邏輯和時序邏輯的實驗分析和設(shè)計是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)。而學(xué)生在學(xué)習(xí)模擬電路后，面對離散的邏輯分析，與模擬電路存在較大差異，容易使學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性降低。所以，只有在做大量的綜合型驗證實驗的基礎(chǔ)上，才能讓學(xué)生在抽象的理論知識和實踐動手能力上得到雙重提升。

然而，在電工電子技術(shù)實驗教學(xué)過程中，教師遇到的難題在一定程度上直接或間接地影響著教學(xué)質(zhì)量[1]。首先，教學(xué)資源的限制使得教師在課程的開展過程中力不從心。就大多數(shù)國內(nèi)普通高等院校而言，實驗采用的硬件平臺數(shù)量有限，性價比較高的硬件元器件不多，使得模擬電路、數(shù)字電路的綜合設(shè)計實驗完成情況不夠理想。其次，授課課時數(shù)量的減少對于系統(tǒng)完成實驗教學(xué)內(nèi)容帶來較大影響。課時減少意味著課程進度的加快，而課程進度的加快使得實驗操作步驟進一步簡化，學(xué)生對于實驗的理解弱化?；谏鲜龇治觯捎诮虒W(xué)過程中存在的種種問題，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大打折扣，而且他們對于模擬和數(shù)字電路的基礎(chǔ)掌握不夠扎實，幾乎無法進行獨立的中小規(guī)模電子線路系統(tǒng)的設(shè)計。對于課程本身而言，電工電子技術(shù)實驗教學(xué)并沒有帶來顯著的教學(xué)效果，從系統(tǒng)上實現(xiàn)綜合課程設(shè)計更是紙上談兵。

二、教學(xué)創(chuàng)新探索

面對電工電子技術(shù)實驗課程教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合長春理工大學(xué)國家級電工電子實驗中心（以下簡稱中心）的實踐教學(xué)經(jīng)驗，本文對電工電子技術(shù)實驗課程創(chuàng)新性教學(xué)進行了深入研究：以實驗教學(xué)改革為核心，以實驗資源開放共享為基礎(chǔ)，以高素質(zhì)實驗教學(xué)隊伍和完備的實驗條件為保障，創(chuàng)新管理機制，全面提高實驗教學(xué)水平和實驗室使用效率。通過教學(xué)模式改革培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力以及提高教學(xué)質(zhì)量。

（一）實驗教學(xué)體系構(gòu)建

中心從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā)，建立以能力培養(yǎng)為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學(xué)系統(tǒng)的實驗教學(xué)體系，與理論教學(xué)既有機結(jié)合又相對獨立。實驗教學(xué)內(nèi)容與科研、工程、社會應(yīng)用實踐密切聯(lián)系，形成良性互動，實現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機結(jié)合。引入、集成信息技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)，改造傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗技術(shù)方法，加強綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗?；诖?，中心提出“面向四個專業(yè)類，進行三個層次教學(xué)，達到培養(yǎng)學(xué)生三種能力，構(gòu)建四個知識系統(tǒng)”的“四三三四”實驗教學(xué)體系，其中面向四個專業(yè)類包括電子信息類、物理化學(xué)類、電子信息關(guān)聯(lián)類（如光電、機電和計算機等）和經(jīng)濟管理類；三個層次教學(xué)即基礎(chǔ)類實驗教學(xué)、提高類實驗教學(xué)及科技創(chuàng)新實踐教學(xué)；培養(yǎng)學(xué)生三種創(chuàng)新能力涵蓋基本實驗?zāi)芰?、綜合實驗?zāi)芰?、?chuàng)新精神和工程實踐能力；四個知識體系體現(xiàn)在場與波、信號、微電子技術(shù)和電路系統(tǒng)[2]。

（二）內(nèi)容及方法改革

首先，當今國內(nèi)外實驗教學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，嵌入式處理器的應(yīng)用達到前所未有的高度。隨著市場成本的降低以及嵌入式處理器的處理和控制能力的提升，使得這項技術(shù)發(fā)展的速度越來越快，因此，片上可編程系統(tǒng)（Programmable System-on-Chip， PSoC）應(yīng)運而生。PSoC技術(shù)的實質(zhì)就是將CPU、模擬和數(shù)字子系統(tǒng)集成在單芯片上。以PSoC芯片和相關(guān)軟件開發(fā)工具為代表的硬件設(shè)計平臺和軟件設(shè)計工具引領(lǐng)著未來的設(shè)計方向。因此PSoC技術(shù)既可以滿足模擬電子技術(shù)的設(shè)計需求[3]，也可以滿足數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計需求，同時還可以進行混合設(shè)計，使學(xué)生可以從根本上了解自己的實驗內(nèi)容，其為電工電子技術(shù)實驗帶來了翻天覆地的變化?；诖?，使用PSoC技術(shù)進行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計具有以下優(yōu)點[4]：定制，基于PSoC嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計人員可以很靈活地選擇所要連接的外設(shè)和控制器，因此設(shè)計人員可以設(shè)計出一個獨一無二的外設(shè)，這個外設(shè)可以直接和總線連接；降低元件成本，由于基于PSoC平臺的嵌入式系統(tǒng)的功能多樣性，以前需要用很多元件才能實現(xiàn)的系統(tǒng)，現(xiàn)在可以使用一個PSoC芯片實現(xiàn)；硬件加速，選擇PSoC技術(shù)的一個重要的原因就是，PSoC能在硬件和軟件之間進行權(quán)衡，使嵌入式系統(tǒng)達到最大的效率和性能。針對該技術(shù)的實踐創(chuàng)新特點，中心在未來的實驗內(nèi)容及方法中，通過該技術(shù)搭建芯片級的電子技術(shù)實驗內(nèi)容，將有效提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和實踐經(jīng)驗。

其次，實踐性強是電工電子技術(shù)實驗課程的最重要特點。實驗內(nèi)容的科學(xué)化能夠提高學(xué)生的主動創(chuàng)新意識，是提高實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的基石。理論教學(xué)和實驗教學(xué)具有彼此依存的緊密關(guān)系，一般來說，將電學(xué)理論和實踐經(jīng)驗相互統(tǒng)一，才能較全面的認識和理解本門學(xué)科的本質(zhì)。相對而言，對于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來說，能夠解決實際的工程問題在就業(yè)時往往起到更關(guān)鍵作用。所以，實驗環(huán)節(jié)和理論學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中具有同樣重要的意義。

中心根據(jù)實驗性質(zhì)，將電工電子技術(shù)實驗分為電工技術(shù)實驗、模擬電子技術(shù)實驗、數(shù)字電子技術(shù)實驗、電子電路計算機輔助分析與設(shè)計實驗四大類。這四大類實驗涵蓋了電工電子基礎(chǔ)教學(xué)的各個方面。單一的從實驗性質(zhì)方面分類只能從實驗內(nèi)容上實現(xiàn)全覆蓋，而如何科學(xué)的劃分實驗難度和提高學(xué)生實驗興趣則不能得到很好的說明和分析?；诖?，中心從實驗教學(xué)目的出發(fā)，將電工電子技術(shù)實驗重新分驗證型實驗、綜合型實驗、設(shè)計型實驗和創(chuàng)新性實驗四大類。這四類實驗各有不同的側(cè)重點[5]。

驗證型實驗。首先要求學(xué)生加深和鞏固對本學(xué)科基本理論的理解；其次要求學(xué)生掌握基本實驗方法，學(xué)會觀察和分析實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，熟悉基本實驗技能。此類實驗題目相對簡單，隸屬于某一類實驗性質(zhì)，實驗內(nèi)容為基礎(chǔ)性實驗，該部分實驗可以為后續(xù)復(fù)雜實驗題目積累經(jīng)驗。

綜合型實驗。在驗證型實驗的基礎(chǔ)上完成一定強度的綜合實驗訓(xùn)練，就這方面而言，綜合型實驗仍然局限在某一實驗性質(zhì)當中，但是其電路原理和連接方式都有了一定的難度和復(fù)雜性。因此這類實驗題目不應(yīng)過多，在整個實驗體系中起到承上啟下的作用。

設(shè)計型實驗。在4類不同實驗性質(zhì)的綜合型實驗基礎(chǔ)之上開展設(shè)計型實驗，其重點是綜合運用不同實驗性質(zhì)的實驗方法和技巧完成電路設(shè)計和實現(xiàn)。此類實驗主要配合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩門課程進行，通過數(shù)?；旌想娐诽岣邔W(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

創(chuàng)新型實驗。該實驗類別是具有研究性、探索性和創(chuàng)造性的大型實驗項目。通過綜合運用各種實驗設(shè)備、儀器或模塊完成實驗題目。創(chuàng)新型實驗的題目通常來自科研項目或生產(chǎn)實踐遇到的具體問題，所涉及的知識點涵蓋多門課程甚至多個交叉學(xué)科。學(xué)生通過查閱文獻、提出方案、電路設(shè)計、實驗聯(lián)調(diào)、撰寫報告和答辯討論等步驟體會電工電子技術(shù)實驗的價值和意義，積累實踐經(jīng)驗，獲得全面鍛煉。

通過上述分析，驗證型實驗和綜合型實驗屬于某一類實驗性質(zhì)框架下的實驗項目，而設(shè)計型實驗和創(chuàng)新型實驗則需要綜合運用所學(xué)知識解決實際工程問題。根據(jù)長春理工大學(xué)國家級電工電子實驗教學(xué)中心的授課情況和中心教師教學(xué)經(jīng)驗，現(xiàn)將實驗類型與所需學(xué)時比重進行總結(jié)，見表1。

表1 實驗類型與所需學(xué)時比重關(guān)系

實驗類型 學(xué)時比重（%）

電工技術(shù)驗證型實驗 5

模擬電子技術(shù)驗證型實驗 5

數(shù)字電子技術(shù)驗證型實驗 5

電工技術(shù)綜合型實驗 5

模擬電子技術(shù)綜合型實驗 5

數(shù)字電子技術(shù)綜合型實驗 5

電子電路計算機輔助分析與設(shè)計實驗 10

電工電子技術(shù)設(shè)計型實驗 20

電工電子技術(shù)創(chuàng)新型實驗 40

三、教學(xué)探索保障

（一）實驗教學(xué)隊伍建設(shè)

中心重視實驗教學(xué)隊伍建設(shè)，在學(xué)校政策的前提下，采取有效的措施，鼓勵高水平教師投入實驗教學(xué)工作。建設(shè)實驗教學(xué)與理論教學(xué)隊伍互通，教學(xué)、科研、技術(shù)兼容，核心骨干相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理的實驗教學(xué)團隊。中心形成一支由學(xué)術(shù)帶頭人或高水平教授負責(zé)，熱愛實驗教學(xué)，教育理念先進，學(xué)術(shù)水平高，教學(xué)科研能力強，實踐經(jīng)驗豐富，熟悉實驗技術(shù)，勇于創(chuàng)新的實驗教學(xué)隊伍。

中心現(xiàn)有教師66人。專職教師55人，其中：正高級19人，副高級19人；博士27人，碩士16人；45歲以上教師21人，45～35歲教師18人，35歲以下教師16人；近五年，增加教師7人；35歲以下青年教師博士學(xué)歷由1人增加到9人。教師隊伍職稱、年齡和學(xué)歷等結(jié)構(gòu)更趨合理，梯隊建設(shè)效果顯著；中心團隊被多次被評為吉林省優(yōu)秀教學(xué)團隊。近五年，中心教師承擔70余項教改和科研項目，其中省級以上項目達到80%；發(fā)表教改論文69篇，學(xué)術(shù)論文189篇。涌現(xiàn)了吉林省科技咨詢專家3人，吉林省第三屆“創(chuàng)業(yè)先鋒”1人，吉林省第三批高級專家1人，吉林省第十一屆青年科技獎獲得者1人，吉林省高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才1人，在2012年09月“首屆全國高校青年教師教學(xué)競賽”獲全國二等獎1項。

中心構(gòu)建了6個課程梯隊和4個科研梯隊，課程與科研梯隊互通。教師既承擔理論教學(xué)，也承擔實驗、實踐教學(xué)工作，提高了實驗隊伍的穩(wěn)定性。擁有電路與系統(tǒng)、信號與信息處理2個學(xué)科，設(shè)置博導(dǎo)和碩導(dǎo)崗位，提高兼職教師工作積極性。中心教師數(shù)量穩(wěn)中有升，青年教師業(yè)務(wù)水平迅速提升，兼職教師工作積極。

（二）運行機制和管理方式

中心于2004年開始采用信息化管理手段，此后不斷改革與完善。2008年進一步完善了網(wǎng)站，2010年進一步完善了實驗預(yù)約管理系統(tǒng)和虛擬實驗室系統(tǒng)，2011年新建了視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)化實驗室信息反饋等平臺。

中心網(wǎng)站共分16個一級欄目，實驗預(yù)約管理系統(tǒng)與中心網(wǎng)站結(jié)合，很好地解決了學(xué)生數(shù)量大、公共時間少、排課困難、實驗室資源利用率低、實驗效果評價不客觀等難題。實驗預(yù)約登記管理系統(tǒng)相關(guān)成果獲得吉林省教育技術(shù)成果三等獎。虛擬實驗室建設(shè)有“儀器設(shè)備認識”“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”“視頻點播”等項目，解決了資源相互需求、相互依賴的矛盾，為學(xué)生創(chuàng)新思想交流提供了平臺。網(wǎng)絡(luò)化實驗信息反饋系統(tǒng)能夠使教師和學(xué)生隨時查詢實驗室開放情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了32個終端，實現(xiàn)全校所有聯(lián)網(wǎng)終端對實驗室的實時監(jiān)控，既確保了實驗室安全，也有利于提高開放實驗教學(xué)和管理高質(zhì)量運行。通過上述網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化手段管理實驗室，有利于開放式實驗教學(xué)和人性化管理。

中心網(wǎng)絡(luò)化電子教案、課件、錄像等實驗資源豐富，涉及電子電路課程群、電磁場課程群、信號處理課程群相關(guān)課程的理論、實驗和實踐等各個方面，總資源達2.6GB，三年訪問量達到12000人次。

通過結(jié)合長期積累形成的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和成果，建設(shè)并搭建了信息化輔助教學(xué)平臺，通過平臺服務(wù)學(xué)生和教師信息交流，實現(xiàn)了課內(nèi)、課外統(tǒng)一，并且為實驗室開放運行和網(wǎng)絡(luò)輔助實驗教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。平臺的相關(guān)模式為學(xué)校開發(fā)教學(xué)管理系統(tǒng)提供了支撐，同時，相關(guān)軟件及信息化資源獲得2項吉林省教育技術(shù)成果獎。

（三）強化校企合作

中心先后與飛思卡爾半導(dǎo)體公司、上海未來伙伴機器人公司以及美國安捷倫公司等十多家企業(yè)，創(chuàng)辦和協(xié)辦了“飛思卡爾智能汽車大賽”“機器人控制大賽”“無線電發(fā)射比賽”等多項比賽，并提供培訓(xùn)、訓(xùn)練和實踐支持，每年受益學(xué)生達500多人。近五年，中心組織競賽10項，共計48次，學(xué)生獲得省級以上競賽獎達118項，在吉林省名列前茅。此外依托中心建立的“吉林省大學(xué)生創(chuàng)新實踐基地”，極大地豐富和活躍了實驗室開放的內(nèi)容和形式，在指導(dǎo)學(xué)生開展課外學(xué)術(shù)科技活動、培養(yǎng)具有較強科技創(chuàng)新能力的特色人才等方面，發(fā)揮了積極作用，形成了學(xué)生培訓(xùn)、創(chuàng)新、實踐基地和科技骨干人才培養(yǎng)基地。

參 考 文 獻

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