陳祖國 盧 明 吳亮紅

（1.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大學(xué)電子與電氣技術(shù)國家級示范實驗室，湖南 湘潭 411201）

0 引言

眾所周知，創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教育已逐漸成為我國高等教育發(fā)展的大趨勢。中國自主創(chuàng)新和學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育是中國“十四五”總體規(guī)劃的重要組成部分，也是“十三五”規(guī)劃中國大學(xué)生自主創(chuàng)新計劃的拓展。申請和實施該項目的高校總數(shù)不斷增加，所包含的內(nèi)容也逐漸擴大。主要分為自主創(chuàng)新培訓(xùn)項目、創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)項目、創(chuàng)新實踐項目和創(chuàng)業(yè)實踐項目。這些項目以興趣為動力，促進學(xué)生發(fā)掘自身優(yōu)勢條件，能讓他們在實踐中提升自我[1]。在實踐過程中，學(xué)生的自學(xué)能力和團隊協(xié)作能力應(yīng)被高度重視。自主創(chuàng)新與團結(jié)協(xié)作可以使學(xué)生積極探索，在實踐中不斷進步，塑造和發(fā)展自己的創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)的實踐工作能力。信息類專業(yè)屬于典型的應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，人才培養(yǎng)的總體目標(biāo)應(yīng)準(zhǔn)確地定位為優(yōu)秀的技術(shù)型和實踐型人才。學(xué)生應(yīng)該掌握全面的專業(yè)基礎(chǔ)知識，例如，電源電路、電子信息技術(shù)、自動控制原理和傳感器技術(shù)、C語言編程、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)等。學(xué)生應(yīng)該具備將這些知識靈活應(yīng)用于解決實際問題的能力，擅長將學(xué)到的基礎(chǔ)理論應(yīng)用于解決特定任務(wù)，可在智能控制系統(tǒng)、儀器儀表、智能控制系統(tǒng)、機電一體化、目標(biāo)識別、項目集成等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、硬件設(shè)計和軟件開發(fā)等方面的工作[2]。

1 改革信息類本科專業(yè)實踐教學(xué)體系，提升學(xué)生實踐創(chuàng)新能力

智能車比賽為優(yōu)秀學(xué)生提供了學(xué)習(xí)，培訓(xùn)和提升自我的平臺，但如何合理地擴大智能車比賽所帶來的“蝴蝶效應(yīng)”，還必須依靠國家電子電氣工程實驗教學(xué)示范管理中心優(yōu)良的實踐條件和高質(zhì)量的實踐活動標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力為總體目標(biāo)，構(gòu)建多層次的階梯式實踐活動教學(xué)方法。并融入工程教育與產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的理念，以實踐教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)模式、實踐教學(xué)方法為改革主線，高質(zhì)量地完成信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗。通過對智能汽車設(shè)計和制作過程中涉及的知識進行解析，其改革方案從基礎(chǔ)實驗層、綜合設(shè)計層、研究創(chuàng)新層三個層次進行改革[3]。

1.1 第一層次：基礎(chǔ)實驗層

大學(xué)會根據(jù)專業(yè)課程教學(xué)的需要給每門課開設(shè)基礎(chǔ)驗證性實驗。這些實驗?zāi)繕?biāo)是通過復(fù)現(xiàn)前人的實驗，以便學(xué)生能夠更好地理解教科書上的理論知識。主要以常用儀器儀表、基本電子器件和簡單系統(tǒng)的使用、基本控制原理和程序的驗證為主?；A(chǔ)驗證性實驗教學(xué)主要是采用四步法模式，即課前預(yù)覽—講解—實驗—測試報告。整個實驗過程學(xué)生按教師設(shè)計的實驗方案按部就班完成。盡管有所收獲，但結(jié)果不是很明顯。將基礎(chǔ)實驗由被動式驗證改為啟發(fā)式驗證實驗，這樣，在基礎(chǔ)實驗層面上大大提高了學(xué)生的實際動手能力[4]。例如，在基本電子器件和基本原理應(yīng)用實踐中，只給出實驗過程中主要的原理圖并提供一系列器件，由學(xué)生自行對器件選型培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐聯(lián)系的能力。而對于相對簡單的部分只簡單的說明基本原理，而不提供相關(guān)的原理圖。由學(xué)生自行設(shè)計電路。學(xué)生在完成基礎(chǔ)實驗之后基本掌握了實驗過程中相關(guān)電路設(shè)計，以及具備對電路功能進行分析和對電路故障進行診斷的能力。而對于目標(biāo)識別、智能控制與最優(yōu)控制理論的驗證實驗，則只給出控制原理以及具體要求，由學(xué)生自行設(shè)計具體的原理圖和編寫仿真程序，然后再由教師對其分析可行性，并給出相關(guān)的改進建議[5]。對于C語言等驗證性實驗則只給出實驗的具體要求，使學(xué)生自行將相關(guān)的程序進行編寫和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，為學(xué)生將理論算法結(jié)合實踐控制打下堅實基礎(chǔ)。這樣才能充分地發(fā)揮學(xué)生的主動性。

1.2 第二層次：綜合設(shè)計層

有了基礎(chǔ)型實驗的準(zhǔn)備，學(xué)生已初步具備綜合設(shè)計的實驗?zāi)芰ΑＴO(shè)計實驗是對電路原理、電子電工技術(shù)、圖像處理、自動控制原理等多學(xué)科知識的綜合運用，通過綜合設(shè)計型實驗，可以達到讓學(xué)生把理論知識融會貫通的目的，同時也是為了調(diào)動各層次學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性[6]。智能汽車設(shè)計綜合實驗以智能汽車為研究對象，整個實驗包括：主控制模塊、電源模塊、路徑識別模塊、轉(zhuǎn)速檢測與控制模塊、舵機控制模塊等。每個實驗?zāi)K對學(xué)生都只提出設(shè)計要求，不提供設(shè)計方案，完全由學(xué)生自己查閱資料進行方案設(shè)計、參數(shù)確定、傳感器等電子元器件選擇。通過這幾部分把常用的模電、數(shù)電、單片機、傳感器、模式識別及控制原理的知識點綜合起來。

1.3 第三層次：研究創(chuàng)新層

研究創(chuàng)新型實驗是實驗教學(xué)以及人才培養(yǎng)的最終目的，也是培養(yǎng)學(xué)生核心競爭力的關(guān)鍵一步。研究創(chuàng)新型實驗對學(xué)生提出了更高的要求，首先要求學(xué)生觀察生活，發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)掘能夠滿足社會需求或者能夠達到科技創(chuàng)新目的的設(shè)計；其次要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)課外（包括其他專業(yè)）知識，例如，多傳感器信息融合技術(shù)、模式識別、智能計算等，并注重積累編程和閱讀科技文獻等技能。在此期間，學(xué)生也可能遇到很多不懂的知識，學(xué)生可以通過查閱文獻自主學(xué)習(xí)來完成實驗內(nèi)容。因此，設(shè)計實驗對學(xué)生的知識拓展、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)也有更重要的作用。如可以讓學(xué)生設(shè)計一個兩輪自平衡的小車，通過傳感器陀螺儀以及加速度計得出小車的傾角，然后用PID控制小車電機前轉(zhuǎn)和后轉(zhuǎn)達到使小車在原地保持不動的狀態(tài)[7-8]。學(xué)生也可以運用Matlab仿真工具，先得出一組較為合理的PID參數(shù)，再用“試湊法”調(diào)試出合適的參數(shù)，達到小車自平衡的目的。同時還可以在平衡小車上增加攝像頭等識別傳感器，并將傳感器采集到的圖像信息進行處理，提取出有效的信息，并利用有效信息控制小車按照特定的賽道路線運行，提高了學(xué)生將課堂理論知識應(yīng)用于實踐的能力，增強了學(xué)生自身的綜合能力。

除了上述實踐教學(xué)內(nèi)容和模式的改革外，還對實踐教學(xué)方法進行研究。針對信息類本科培養(yǎng)方案和理論授課體系?；A(chǔ)實驗層主要在學(xué)生大二階段實施，其實驗內(nèi)容以智能汽車為依托可以設(shè)計如電源電路模塊、電機驅(qū)動電路模塊等，要求學(xué)生結(jié)合理論知識消化智能汽車設(shè)計的各個單元電路和基礎(chǔ)算法。綜合設(shè)計層和研究創(chuàng)新層主要在學(xué)生大三階段實施。實驗內(nèi)容要求學(xué)生能結(jié)合模電、數(shù)電、單片機、傳感器、模式識別及控制原理等知識點完成智能汽車的組裝和初步調(diào)試。并學(xué)會使用相關(guān)輔助工具進行輔助設(shè)計。

2 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前學(xué)生就業(yè)不容樂觀的社會中，大學(xué)應(yīng)該逐漸改變以項目為導(dǎo)向改進教學(xué)理念創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。應(yīng)該以學(xué)生自身的長處、喜好和興趣為基礎(chǔ)，挖掘?qū)W生技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在潛能，使他們能夠成為適應(yīng)性強的人才，融入社會發(fā)展轉(zhuǎn)型，增強自己的社會競爭力。