淺談開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建

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摘要：本文圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開放結(jié)構(gòu)和層次、深化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，構(gòu)建多層次、開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)的綜合性應(yīng)用型“卓越工程師”提供基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)；卓越計(jì)劃；工程實(shí)踐

國家從中長期教育改革和人才發(fā)展的戰(zhàn)略層面考慮，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，提出了高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計(jì)劃”[1]?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計(jì)劃”的人才培養(yǎng)目標(biāo)是提高學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力[2]，促進(jìn)工程教育人才的轉(zhuǎn)型升級(jí)，使中國工程教育人才更加適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，更加突出人才培養(yǎng)對(duì)增強(qiáng)國家綜合國力的重要性[3]。

1開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵

開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。以學(xué)生為主體的原則，實(shí)驗(yàn)資源向?qū)W生全面開放[4]，學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)的主體，可以自主對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)、掌控實(shí)驗(yàn)過程、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。構(gòu)建一個(gè)完善的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，其建設(shè)內(nèi)容涵蓋了管理制度制定、開放式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、考核方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)等，其核心是實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[5]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的側(cè)重關(guān)系轉(zhuǎn)變。根據(jù)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的要求，突出校內(nèi)實(shí)驗(yàn)和校外實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[6]。以“卓越工程師”為實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系側(cè)重關(guān)系的轉(zhuǎn)變[7]。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系從基礎(chǔ)理論實(shí)踐驗(yàn)證向綜合運(yùn)用、創(chuàng)新實(shí)踐進(jìn)行轉(zhuǎn)變。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求的不同，需要將原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、技能實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)4個(gè)層次的比重進(jìn)行合理調(diào)整，在保持專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)（以培養(yǎng)動(dòng)手操作能力為主）不減少的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少以認(rèn)知、驗(yàn)證為主的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，合理增加綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、探索精神。

2構(gòu)建開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

雖然我院學(xué)生參加各類競賽大有斬獲，但學(xué)生的知識(shí)面和基本能力還有待加強(qiáng)，表現(xiàn)為基礎(chǔ)不扎實(shí)、創(chuàng)新能力不強(qiáng)、設(shè)計(jì)思想表達(dá)不明確等。為了響應(yīng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[8]，對(duì)開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建進(jìn)行了探討。

2.1個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

改變以往人才培養(yǎng)方案中的“統(tǒng)一大綱、統(tǒng)一計(jì)劃、統(tǒng)一教材、統(tǒng)一考核”的四統(tǒng)一狀態(tài)，以保護(hù)差異和發(fā)展學(xué)生個(gè)性為主，強(qiáng)調(diào)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。（1）開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行“三開放”制度。開放實(shí)驗(yàn)時(shí)間、內(nèi)容、元器件。學(xué)生可以根據(jù)自身時(shí)間安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，除基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須完成外，學(xué)生可自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案。在開放實(shí)驗(yàn)過程中教師起指導(dǎo)作用，自主權(quán)充分掌握在學(xué)生手中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力、釋放學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)。每學(xué)期開學(xué)實(shí)驗(yàn)室將征集開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行匯總、審批、購買材料等工作。（2）考核方式多樣化。根據(jù)不同的課程采用不同的考核方式，如“數(shù)字電子技術(shù)”“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”等綜合型課程可采用分組的課程設(shè)計(jì)、小組答辯的形式進(jìn)行考核?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等硬件實(shí)踐類課程可以采用設(shè)計(jì)作品、提交設(shè)計(jì)方案、演示答辯的模式。同時(shí)學(xué)院已運(yùn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課上機(jī)考試系統(tǒng)，為計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)提供實(shí)驗(yàn)與考試平臺(tái)。學(xué)院正在搭建計(jì)算機(jī)類專業(yè)一體化支撐平臺(tái)，平臺(tái)上有各類開放課程模塊，每個(gè)模塊有豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與題庫，教師與學(xué)生均可以手動(dòng)添加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與試題，針對(duì)學(xué)生的考核試卷會(huì)隨機(jī)生成，達(dá)到考試試題的多樣化。

2.2創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方式

隨著學(xué)習(xí)的深入，課程層次的進(jìn)階，根據(jù)不同層次的課程采用不同方式的課程設(shè)計(jì)。（1）基礎(chǔ)類型的課程設(shè)計(jì)。此類課程主要針對(duì)低年級(jí)所學(xué)課程，比如編程類課程，這類課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)小軟件，從需求分析開始到模塊框架的設(shè)計(jì)和代碼的編寫，學(xué)生需給出可行性設(shè)計(jì)報(bào)告，最終需要提交設(shè)計(jì)報(bào)告并參加小組討論。（2）綜合型課程的課程設(shè)計(jì)。比如模擬電子線路、電工電路等課程，此類課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)器件的功能模塊，首先需要設(shè)計(jì)出具體電路，然后根據(jù)電路準(zhǔn)備芯片焊接成型，最后測試功能模塊的性能。這類課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生現(xiàn)場展示并參加答辯提交設(shè)計(jì)報(bào)告。（3）實(shí)踐型課程的課程設(shè)計(jì)。此類課程設(shè)計(jì)主要針對(duì)高年級(jí)的學(xué)生，學(xué)生必須完成實(shí)驗(yàn)探究型的課程設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以作為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生有充足的時(shí)間構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)、測試，要求學(xué)生設(shè)計(jì)出功能完整的作品并演示答辯提交設(shè)計(jì)報(bào)告。

3開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

3.1項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)行項(xiàng)目式教學(xué)，以單片機(jī)電子計(jì)算器的設(shè)計(jì)為例，前期制定項(xiàng)目計(jì)劃說明書，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。（1）項(xiàng)目的總體目標(biāo)是熟悉嵌入式軟件開發(fā)流程和學(xué)習(xí)企業(yè)開發(fā)規(guī)范并按照規(guī)范編寫代碼。具體目標(biāo)：掌握軟件設(shè)計(jì)工具keil的安裝方法；編寫電子計(jì)算器軟件，并完成整體功能；根據(jù)設(shè)計(jì)需求，整理出系統(tǒng)框圖；掌握代碼編寫方法，學(xué)會(huì)調(diào)試代碼等。（2）項(xiàng)目概述及時(shí)間安排，一般為一周時(shí)間，包括每天的教學(xué)內(nèi)容和必須完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容自主完成軟件框架的構(gòu)思和代碼的編寫，負(fù)責(zé)人每天進(jìn)行進(jìn)度檢查，并對(duì)每項(xiàng)任務(wù)的完成度進(jìn)行打分。在明確的實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo)的壓力下，每個(gè)學(xué)生參與程度和積極性得到了大幅的提高。（3）能力考核包括三個(gè)指標(biāo)。項(xiàng)目理解能力：是否能正確理解項(xiàng)目所完成的功能，并認(rèn)可項(xiàng)目功能；目標(biāo)執(zhí)行能力：按照既定的時(shí)間，按時(shí)完成項(xiàng)目，并保證功能正常；開發(fā)協(xié)調(diào)能力：在開發(fā)過程中，遇到問題，和周末資源的溝通協(xié)調(diào)能力，能很好地和項(xiàng)目組同事和諧高效地工作。（4）項(xiàng)目輸出，主要包括源碼和使用說明文檔。項(xiàng)目驗(yàn)收要求：有清晰完整的設(shè)計(jì)思路；有規(guī)范的軟件編碼；正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；熟練實(shí)驗(yàn)編程軟件；以項(xiàng)目組為單位上臺(tái)講解并演示。項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生親身實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)的流程，學(xué)生邊做邊學(xué)，學(xué)的快，進(jìn)步快，這是對(duì)課堂教學(xué)的有效實(shí)踐，也是公司實(shí)習(xí)的提前預(yù)演。這種教學(xué)模式讓學(xué)生從枯燥的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中解脫出來，此類實(shí)驗(yàn)展開以來受到學(xué)生一致好評(píng)。

3.2自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，促進(jìn)競賽成果轉(zhuǎn)化

學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備一直是普通高等院校的短板，但是根據(jù)教學(xué)需求和現(xiàn)實(shí)情況，普通院校也可以研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生在科技競賽中的成功作品可以固化為開放實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既豐富了開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也有利于成果的轉(zhuǎn)化。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研制過程中，開拓了學(xué)生的思維，選拔優(yōu)秀學(xué)生加入競賽團(tuán)隊(duì)，充實(shí)隊(duì)伍力量，形成良性循環(huán)。以此作為開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)束語

新工科實(shí)驗(yàn)室的改革與創(chuàng)新應(yīng)緊密圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力有著非常重要的作用，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的有力保障和支撐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)大學(xué)生的“創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”作為教學(xué)主要任務(wù)。

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作者：陳春生 王一賓 胡浪濤 單位：安慶師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院