李 帥，邢晏朝，封岸松，張占勝

（沈陽化工大學(xué)，遼寧 沈陽 110142）

電氣信息類專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)置的核心課程，是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的重要教學(xué)設(shè)置，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)課程教學(xué)的重要組成部分。新工科背景下，更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，因此需要對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新改革，為未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。

1 新工科建設(shè)對高校的基本要求

新工科是教育部對新興工科專業(yè)發(fā)展的規(guī)劃及要求，在提出發(fā)展新型工科理念的同時(shí)，也對高校和傳統(tǒng)工科專業(yè)指明了新的發(fā)展方向。新工科培養(yǎng)理念旨在培養(yǎng)能適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的優(yōu)秀人才，這就要求高校注重學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為社會(huì)輸出高素質(zhì)的復(fù)合型“新工科”人才。要求學(xué)生首先能夠運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題，還能獨(dú)立學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)去面對未來的挑戰(zhàn)；要求學(xué)生不僅具有創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)應(yīng)懂得經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和管理，兼具良好的人文素養(yǎng)[1]。

2 創(chuàng)新改革的重要性

電氣信息類專業(yè)相關(guān)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，相對于理論課的抽象枯燥，實(shí)驗(yàn)課最突出的優(yōu)勢在于能夠?qū)⒗碚摼唧w化，讓學(xué)生先從視覺上對儀器有一個(gè)初步認(rèn)知，學(xué)生在動(dòng)手操作的過程中，理解理論知識(shí)，掌握儀器儀表的實(shí)際用途，因而實(shí)踐教學(xué)的研究至關(guān)重要。隨著新工科的理念深入、傳感器的種類和用途增加，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能適應(yīng)當(dāng)今學(xué)科的發(fā)展要求，需對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行更優(yōu)質(zhì)的統(tǒng)籌安排。

3 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

3.1 理論與實(shí)踐側(cè)重點(diǎn)不匹配

目前高校的大多數(shù)課程都存在著重理論、輕實(shí)踐的弊端，而且理論課主要側(cè)重于基本原理、使用過程的講解，對實(shí)際工程的應(yīng)用一帶而過，課程內(nèi)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課多安排性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行參數(shù)測量，記錄擬合數(shù)據(jù)，對儀表進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。這就導(dǎo)致理論課授課內(nèi)容與實(shí)踐課的實(shí)驗(yàn)安排不匹配，很難達(dá)到相輔相成的效果[2]。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)配置不合理，目標(biāo)單一

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)方面，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排過于單一，主要是簡單的性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，授課模式是：課前預(yù)習(xí)—安全教育—教師講解—學(xué)生分組操作—數(shù)據(jù)處理—實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能在一定程度上鍛煉學(xué)生的操作能力、協(xié)作能力、分析處理數(shù)據(jù)能力和報(bào)告撰寫能力。但由于教學(xué)目標(biāo)單一，無法鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，同時(shí)缺乏創(chuàng)新意識(shí)，不能達(dá)到新工科背景下培養(yǎng)畢業(yè)生的目標(biāo)[3]。

3.3 實(shí)驗(yàn)儀器老舊，耐用性差

由于資金和場地的限制，大部分高校實(shí)驗(yàn)室場地比較擁擠，實(shí)驗(yàn)儀器老舊。由于科技進(jìn)步快，工科類專業(yè)需要與時(shí)俱進(jìn)，但實(shí)驗(yàn)儀器跟不上當(dāng)前技術(shù)發(fā)展是一個(gè)普遍現(xiàn)象。同時(shí)，部分儀器工業(yè)化傾向性強(qiáng)，雖然可以讓學(xué)生更好地適應(yīng)實(shí)際操作環(huán)境，但學(xué)生反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，容易損壞儀器。比如需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)和量程的測量儀器，定期校準(zhǔn)零點(diǎn)和量程，而在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生反復(fù)地調(diào)節(jié)容易損壞儀器[4]。

4 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)置

新工科建設(shè)需要在鞏固傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)研究、實(shí)踐和創(chuàng)新。理論課固然重要，但是實(shí)踐更是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新研究，是輸出具有新工科要求的高素質(zhì)畢業(yè)生的重要培養(yǎng)方法。合理配置實(shí)驗(yàn)，及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新，都是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的必要環(huán)節(jié)。

4.1 合理配置課程內(nèi)容

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)分配，在實(shí)驗(yàn)過程中，滲透灌輸理論課所學(xué)習(xí)的知識(shí)，同時(shí)教導(dǎo)學(xué)生將理論融于實(shí)踐，多思考，在實(shí)驗(yàn)過程中鍛煉學(xué)生分析解決問題的能力；在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容方面，注重創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器，教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生完成綜合性和設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；在考核方式方面，由于創(chuàng)新項(xiàng)目的拓展，應(yīng)當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)，同時(shí)不單單以操作結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成程度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而更多以學(xué)生的操作過程、發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題、完成設(shè)計(jì)程度等作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 建立長效改革機(jī)制

應(yīng)該對專業(yè)課程進(jìn)行合理規(guī)劃，形成一套系統(tǒng)的授課模式。同時(shí)，組織相關(guān)教師建立課程小組，定期對課程內(nèi)容進(jìn)行研討，尤其是理論教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)要?jiǎng)?chuàng)新拓展。建立完善的長效改革機(jī)制，可促進(jìn)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研討，使教學(xué)內(nèi)容更適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，課程的培養(yǎng)目標(biāo)更契合新工科的培養(yǎng)理念。

4.3 更新老舊儀器

雖然實(shí)驗(yàn)儀器要達(dá)到與時(shí)俱進(jìn)會(huì)受到諸多方面的限制，但為了緊跟新工科發(fā)展的步伐，應(yīng)當(dāng)適時(shí)淘汰過于老舊的儀器設(shè)備，保留部分具有共性的傳感器裝置。選用能夠開展綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為開展綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供硬件支持。同時(shí)，對于操作頻繁、易損壞的儀器，有針對性地更換其零部件，既能鍛煉學(xué)生，也能延長儀器的使用壽命。

4.4 注重創(chuàng)新發(fā)展

結(jié)合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需要，為使學(xué)生具備研發(fā)設(shè)計(jì)的技能，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增設(shè)無線智能電器類實(shí)驗(yàn)、人工智能相關(guān)的應(yīng)用和創(chuàng)新、綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以分為兩種設(shè)計(jì)思路：綜合多門課程內(nèi)容，利用課程之間的聯(lián)系性和互通性，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新思路的實(shí)驗(yàn)時(shí)間課程，綜合鍛煉學(xué)生能力；設(shè)計(jì)智能化、前沿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排，可以利用綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，結(jié)合嵌入式和單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)無線模塊的設(shè)計(jì)，比如利用Zigbee 無線實(shí)驗(yàn)開發(fā)板、AVR 單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)等。

4.5 融合課程思政，加強(qiáng)素質(zhì)培養(yǎng)

高等教育的目的是為社會(huì)輸出優(yōu)秀人才，為了實(shí)現(xiàn)立德樹人，在介紹儀器過程中引入思想政治教育，引導(dǎo)學(xué)生樹立科技興國的正確價(jià)值觀。

在實(shí)踐教學(xué)中，也需要融合思政的內(nèi)容，在進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)過程中，對相關(guān)儀器進(jìn)行性能分析和改進(jìn)展望，引導(dǎo)學(xué)生對傳統(tǒng)儀器進(jìn)行改造創(chuàng)新，為未來高標(biāo)準(zhǔn)測量環(huán)節(jié)研發(fā)更精準(zhǔn)實(shí)用的儀器；在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生敢于創(chuàng)新、敢于實(shí)踐。因此，在實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重對學(xué)生思想的引導(dǎo)，將關(guān)鍵環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來，鼓勵(lì)創(chuàng)新思想的實(shí)踐，注重專業(yè)課程對學(xué)生綜合素質(zhì)的影響。

5 傳感器實(shí)驗(yàn)遞進(jìn)式教學(xué)模式

以傳感器相關(guān)課程為例，結(jié)合未來創(chuàng)新改革實(shí)驗(yàn)的方向，制定了一套傳感器遞進(jìn)式教學(xué)模式，從基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、全面的綜合性實(shí)驗(yàn)，到鍛煉創(chuàng)新思維的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)不同層次的學(xué)生，采用不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式[5-6]。

5.1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是針對理論課所講授的幾種基本傳感器進(jìn)行原理驗(yàn)證。理論課已經(jīng)透徹地講解了傳感器的測量原理、轉(zhuǎn)換電路等，同時(shí)介紹了傳感器的非線性誤差等特性。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的目的包括演示和證明，利用獨(dú)立的傳感器模塊進(jìn)行測量，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)等技能。

5.2 綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步提升，在獨(dú)立的傳感器模塊基礎(chǔ)上，將傳感器的輸出接入單片機(jī)、PC 等，能夠進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。綜合性實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生對未來系統(tǒng)的工業(yè)過程有一個(gè)初步的了解，掌握各部分的接口及功能，了解開發(fā)軟件，提高學(xué)生的綜合能力，為學(xué)生后續(xù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新提供軟硬件基礎(chǔ)?？梢蚤_設(shè)的實(shí)驗(yàn)是利用傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將獨(dú)立的傳感器模塊、單片機(jī)或PC 機(jī)連接起來，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

5.3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)既可以作為傳感器實(shí)驗(yàn)的組成部分，也可以獨(dú)立成為一個(gè)課程設(shè)計(jì)，給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及傳感器的綜合知識(shí)和相關(guān)課程知識(shí)，要求學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能后，能夠以小組的形式設(shè)計(jì)方案、解決問題。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝈憻拰W(xué)生解決問題、設(shè)計(jì)方案的能力，促進(jìn)同組學(xué)生協(xié)同配合。實(shí)驗(yàn)過程中需要教師進(jìn)行引導(dǎo)，幫助學(xué)生把握設(shè)計(jì)方向，解決實(shí)驗(yàn)過程中的一些問題。

5.4 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生能夠獨(dú)立提出問題—設(shè)計(jì)方案—解決問題的過程，其中教師主要提供輔助支持。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程能夠培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生自身能力，為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，升華到理論研究，可以在教師的引導(dǎo)下，發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請專利等。

6 結(jié)語

工科專業(yè)很多課程都需要將理論和實(shí)踐相結(jié)合，尤其是電氣信息類專業(yè)相關(guān)課程，如果脫離實(shí)踐教學(xué)，理論內(nèi)容空洞且抽象，因此需要重視實(shí)踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置已經(jīng)不能適應(yīng)智能時(shí)代對高校畢業(yè)生的要求，隨著新工科培養(yǎng)方案的深化、人工智能的飛速發(fā)展，對專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新研究至關(guān)重要。