李積英

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、研究能力以及創(chuàng)新能力的重要途徑，本文結(jié)合蘭州交通大學(xué)實(shí)際情況，以綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)思維為引導(dǎo)，結(jié)合《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》課程，從該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)過程等4個(gè)方面進(jìn)行了有益探索。通過3屆學(xué)生的實(shí)施結(jié)果表明：電子技術(shù)綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

《電子技術(shù)》是自動(dòng)化、電氣、電子信息類等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，更是從事通信、電子等相關(guān)領(lǐng)域人員必須掌握的基本知識(shí)。該課程具有很強(qiáng)的理論性、工程性和實(shí)踐性。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)思想是以單元電路實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，逐步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、電路的測(cè)試方法、儀器儀表的使用等基礎(chǔ)知識(shí)， 然后掌握單元電路的學(xué)習(xí)方法。近年來國家大力提倡創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力提出了更高的要求，同時(shí)通過對(duì)學(xué)生的長(zhǎng)期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅依靠傳統(tǒng)課堂實(shí)際教學(xué)，學(xué)生普遍存在形象思維強(qiáng)、邏輯思維差的特點(diǎn)， 這也決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣取向，絕大多數(shù)學(xué)生喜好實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、喜歡動(dòng)手操作而不喜歡枯燥的理論學(xué)習(xí)?；诖耍覀兲岢鲭娮蛹夹g(shù)綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式的探。

1 傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)存在問題

傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室存在投入高、維護(hù)費(fèi)用高、易受時(shí)間與地點(diǎn)限制等問題，影響教學(xué)質(zhì)量。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校工科教育的重要組成部分，是學(xué)生驗(yàn)證學(xué)科理論、加深課堂記憶的重要環(huán)節(jié)，隨著信息和電子技術(shù)的發(fā)展，各種形式的實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐模式也在不斷地豐富和完善，不同模式的選擇將對(duì)工程教育的經(jīng)濟(jì)和效率產(chǎn)生重要影響。虛擬實(shí)驗(yàn)室以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，相對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)室，首先它更為廉價(jià)和安全，學(xué)生得到的結(jié)果是經(jīng)過程序計(jì)算得到的理論值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)將得到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，減少了處理實(shí)驗(yàn)誤差的時(shí)間和精力，有利于加深對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記憶；其次虛擬實(shí)驗(yàn)室以其較低的設(shè)備場(chǎng)地需求和較高的實(shí)驗(yàn)室利用率成為緩解工程實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源壓力的新選擇。國內(nèi)外對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究與開發(fā)，如華中科技大學(xué)開發(fā)了互動(dòng)型數(shù)字邏輯虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并在其基礎(chǔ)上開發(fā)了單片機(jī)原理、微機(jī)原理、計(jì)算機(jī)組成原理和接口技術(shù)等虛擬實(shí)驗(yàn)。美國的加里福尼亞大學(xué)伯克利分校開發(fā)了虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室（VINT），用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究與開發(fā)，較好地解決了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)建模問題。目前國內(nèi)外在虛擬實(shí)驗(yàn)的研究方面雖然已經(jīng)取得一些成果，隨著軟件技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，開發(fā)統(tǒng)一的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

2 綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式

與理論教學(xué)相比，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的經(jīng)費(fèi)更多、占用的場(chǎng)地大。面對(duì)教學(xué)建設(shè)經(jīng)費(fèi)有限和教學(xué)場(chǎng)地不足的困難，實(shí)施引入啟發(fā)創(chuàng)新模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要因地制宜、量力而行。結(jié)合我校的實(shí)際情況，原有的一批電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置存在著可視化程度差、價(jià)格昂貴、占用空間大、可開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有限等問題，雖然可支撐一部分經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但已落后于知識(shí)點(diǎn)不斷更新和新實(shí)驗(yàn)不斷拓展的教學(xué)要求。為了解決上述問題，項(xiàng)目擬充分利用已有資源，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方式、教學(xué)情景設(shè)計(jì)3個(gè)方面入手作出改進(jìn)，為電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)全面引入虛實(shí)結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式奠定基礎(chǔ)。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)

在不增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)的前提下，充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)重要理論知識(shí)點(diǎn)的全覆蓋，合理化驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的比重，突出新增的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。具體措施如下：

（1）濃縮原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，僅保留經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典部分，為新增自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造學(xué)時(shí)空間。

（2）找出原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容未覆蓋的重要理論知識(shí)點(diǎn)（特別是前沿的電子新技術(shù)），參照工程教育模式有針對(duì)性地開發(fā)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。充分利用全國和甘肅省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽資源，結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容將歷年來的賽題改編成自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容且綜合、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到的模擬電路、數(shù)字電路的知識(shí)，在單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用新型軟件設(shè)計(jì)出具有實(shí)用價(jià)值和一定工程意義的電子電路；擴(kuò)展新知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力，增強(qiáng)獨(dú)立分析與解決問題的能力；培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)和研制電子產(chǎn)品打下初步基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方式的改進(jìn)

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包含經(jīng)典驗(yàn)證性和自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性2種不同類型。它們的最佳實(shí)驗(yàn)方式與實(shí)驗(yàn)室能提供的條件密切相關(guān)。在不增加教學(xué)經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地的前提下，被保留下來的經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仍然以現(xiàn)實(shí)的方式進(jìn)行，而新增的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則以仿真的方式進(jìn)行。具體措施如下：

（1）將保留下來的經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和新增的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)安排在不同的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地同時(shí)進(jìn)行，實(shí)行學(xué)生分批流轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)制度，大幅度地提高實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)物教具、專業(yè)仿真軟件的使用率，保證每個(gè)學(xué)生獲得平等的實(shí)踐能力鍛煉機(jī)會(huì)。同時(shí)，組建由多名教師組成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教學(xué)小組，以應(yīng)對(duì)同一時(shí)間、不同場(chǎng)地開展多個(gè)實(shí)驗(yàn)的需求。

（2）充分考慮學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃和課程教學(xué)大綱，挑選Multisium/Simulink作為自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使用的專業(yè)仿真軟件，以便增強(qiáng)電子技術(shù)課程與其他課程尤其是其后續(xù)課程間的關(guān)聯(lián)度。借助專業(yè)仿真軟件的強(qiáng)大功能，營造一種“虛擬現(xiàn)實(shí)”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生能夠驗(yàn)證自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的可行性和進(jìn)一步優(yōu)化自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案提供便利。

2.3 教學(xué)情景設(shè)計(jì)的改進(jìn)

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)密不可分。在教學(xué)情景上實(shí)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)與部分理論教學(xué)的交互，可進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)“理論聯(lián)系實(shí)踐”的認(rèn)知。具體措施如下：

（1）為實(shí)現(xiàn)教學(xué)情景交互，精選實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)內(nèi)容。從理論教學(xué)內(nèi)容中選取了“電子技術(shù)的應(yīng)用”這一章節(jié)在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，通過現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)物教具的輔助手段，增強(qiáng)向?qū)W生傳授理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的效果；又從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中選取了“交流實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果”這一環(huán)節(jié)在教室里進(jìn)行，通過學(xué)生集中匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果和教師當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)的互動(dòng)方式，完善學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程問題的整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程。

（2）擴(kuò)充實(shí)物教具，將歷年來我校學(xué)生在全國和甘肅省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)作品納入實(shí)物教具的范疇。這些獲獎(jiǎng)作品不但元器件可視，而且全部由學(xué)生自己設(shè)計(jì)和制作完成，極具教育價(jià)值和意義。如圖1所示，設(shè)計(jì)含教學(xué)情景交互設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排。

2.4 階梯式綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)過程

開設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，選題是關(guān)鍵，它對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。因此，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題既要與課程內(nèi)容密切相關(guān)，又要留有拓展空間；既要涵蓋若干綜合問題，又要考慮到學(xué)生的知識(shí)水平、操作技能等諸多因素；既要初步涉及工程背景，又要在實(shí)驗(yàn)室能夠進(jìn)行操作實(shí)踐；同時(shí)還要有一定的趣味性，并且還要有階梯性，由淺入深，循序漸進(jìn)，先把學(xué)生引入大門，再讓學(xué)生去探索大門里面的奧秘。具體措施如下：

將教學(xué)過程分為：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)依然采用傳統(tǒng)模式的教學(xué)方法，學(xué)生跟隨教師在原電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)在于在教師的規(guī)范示范下學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證已學(xué)理論的正確性。自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則采用啟發(fā)創(chuàng)新模式的教學(xué)方法，學(xué)生基于虛擬仿真軟件獨(dú)立地完成從方案設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的整套實(shí)驗(yàn)過程，重點(diǎn)在于在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下學(xué)生自主地運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際問題。為了能讓學(xué)生順利地適應(yīng)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求，教師以實(shí)物教具演示教學(xué)作為前奏，為學(xué)生提供問題剖析、解決方案可行性論證、電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的范例。學(xué)生參照范例，隨后即可開展自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中最重要的環(huán)節(jié)是師生雙方就實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果展開研討，教師著重幫助學(xué)生深入了解實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完備程度，在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下學(xué)生給出合理的改進(jìn)方案，并完成“圓滿的收官”。引入了啟發(fā)創(chuàng)新模式以后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在考核機(jī)制上也發(fā)生了改變。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的電子技術(shù)教學(xué)模式中大多數(shù)學(xué)生更偏向于實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，而實(shí)驗(yàn)室資源有限、實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)多和占用的場(chǎng)地大等因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想。為強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)效果實(shí)施引入啟發(fā)創(chuàng)新模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式在我校已有的教學(xué)資源基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方式、教學(xué)情景設(shè)計(jì)3個(gè)方面入手作出改進(jìn)，為電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)全面引入虛實(shí)結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式奠定基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面增加自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的比重；實(shí)驗(yàn)方式方面新增自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)并通過仿真的方式進(jìn)行；教學(xué)情境方面加強(qiáng)實(shí)踐與理論的交互，實(shí)現(xiàn)真正的“理論聯(lián)系實(shí)踐”。此外針對(duì)綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)更加注重學(xué)生的主體地位，在老師的引導(dǎo)下讓學(xué)生利用已有的知識(shí)獨(dú)立的解決問題。

通過對(duì)三屆學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)結(jié)果證實(shí)了該電子技術(shù)綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)，提升了學(xué)生自主實(shí)踐并解決問題的能力，提供了更廣闊的平臺(tái)讓學(xué)生展現(xiàn)自我，提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（作者單位：蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院）