胡承忠,宮衍香,趙玉榮
(1.泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院;2.泰山學(xué)院外國語學(xué)院,山東泰安 271021)
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,市場上涌現(xiàn)了一批高性能的科學(xué)計(jì)算軟件,如Matlab、Mathematica、MathCAD、Maple等.把計(jì)算軟件應(yīng)用于電子信息教學(xué)成為當(dāng)今的一個(gè)重要教改課題,這方面的文獻(xiàn)見[1-7].借此教改東風(fēng),我們課題組也在這方面進(jìn)行了大量工作,參見文獻(xiàn)[8-13].在近三年的時(shí)間里,我們以現(xiàn)代教育理念為指導(dǎo),貫徹“學(xué)為主體”的原則,圍繞知識、素質(zhì)、能力、精神綜合培養(yǎng)為目的,對泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程教學(xué)進(jìn)行了全方位的改革和建設(shè),促進(jìn)了內(nèi)容的現(xiàn)代化,形成了以Maple的虛擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),以發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為特色的理論物理教學(xué)新體系.本教改課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于選取Maple軟件為平臺,目標(biāo)集中在模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)、自動控制原理等課程的教學(xué)方面.該教學(xué)成果在2009年榮獲第六屆山東省高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)三等獎(jiǎng).
長期以來,由于電子信息中的一些概念與常理相悖,令人感到晦澀難懂,其中的一些符號計(jì)算、數(shù)學(xué)推導(dǎo)也極為繁瑣,再加上課堂教學(xué)一直沿襲傳統(tǒng)的口授筆演、解析推導(dǎo)的教學(xué)方式,使得對抽象圖景的理解成為電子信息學(xué)習(xí)的“瓶頸”,令學(xué)生對信號類課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼心理.形象生動的教學(xué)對完善和拓展學(xué)生的電子專業(yè)知識、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)思維水平和創(chuàng)新能力至關(guān)重要.Maple是目前最好的符號計(jì)算語言,并且簡單易學(xué).它具有強(qiáng)大的繪圖功能,包括一維、二維、三維圖像的繪制,動畫制作和各種實(shí)用的繪圖程序包等[8-10].把Maple的圖形可視化功能引入電子信息的課堂教學(xué)既可以強(qiáng)化課程的教學(xué)效果,使信息類、信號類教學(xué)變的直觀、簡便,促進(jìn)學(xué)生對抽象知識的理解與掌握,又可以使學(xué)生在思維方法、實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)計(jì)算上受到初步而系統(tǒng)的訓(xùn)練,在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、人文素質(zhì)和創(chuàng)新意識,既為他們打下一個(gè)深厚的基礎(chǔ),又為今后參加科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用奠定了扎實(shí)的平臺.
基于以上認(rèn)識,自2006年起,我們將電子信息類課程分為必修課和選修課兩部分,主要圍繞以下兩個(gè)中心,對課程群進(jìn)行了全方位的改革和建設(shè):
(1)修訂課程大綱,加強(qiáng)以掌握基礎(chǔ)知識、專業(yè)必修的電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程建設(shè).在教學(xué)實(shí)踐中,立足構(gòu)建一個(gè)適合電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè),既有現(xiàn)代氣息又有利于學(xué)生知識獲取和技能培養(yǎng)的課程模式,以課程現(xiàn)代化為目標(biāo),進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、方法、模式、手段和教材的綜合配套改革與建設(shè).
(2)以Maple虛擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),立足于理論知識傳輸、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng),改革傳統(tǒng)的教學(xué)體系,拓展知識內(nèi)涵,豐富理論課程體系.
(1)克服了長期以來理論課的一大弊癥——教學(xué)可視化的困難.該成果使理論課的教學(xué)變的直觀、生動、易于理解,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣,大大加強(qiáng)了教學(xué)效果.與其它類似課題相比,不局限于對某一門理論課程的討論.
(2)增加了課程的實(shí)踐環(huán)節(jié),擺脫了以往理論課程沒有實(shí)踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀.虛擬實(shí)驗(yàn)使?jié)M目復(fù)雜符號和抽象概念的理論課程變的看得見、“摸”得著,加深了學(xué)生對課程重要性的認(rèn)識,培養(yǎng)了他們的科學(xué)素養(yǎng).
(3)選擇科學(xué)計(jì)算軟件Maple為平臺,獨(dú)創(chuàng)性明顯.在現(xiàn)有的探討中使用Maple軟件作平臺的較少.一般選擇的是Matlab軟件,但實(shí)踐證明,Maple在工程物理的教學(xué)中比較實(shí)用.就電子信息類而言,Maple更勝一籌.其特點(diǎn)在于上手容易、編程簡單、程序占空間少、對硬件要求低等.
近年來,教育界普遍認(rèn)為,為了激發(fā)學(xué)習(xí)熱情,適應(yīng)科技發(fā)展,培養(yǎng)創(chuàng)新精神,必須進(jìn)行課程現(xiàn)代化改革.根據(jù)這一發(fā)展趨勢,我們的課程現(xiàn)代化改革和建設(shè)主要定位在:與本科教學(xué)相適應(yīng)的基本知識和方法,反映專業(yè)前沿,具有電子信息的特色.
利用Maple軟件,我們對模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)和自動控制原理等課程中的一些教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)(如三維圖形的繪制、數(shù)理方程的求解)進(jìn)行了可視化處理,并初步建立了基于Maple軟件的課程群可視化資源庫.
在教學(xué)過程中,一直致力于實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的現(xiàn)代化.目前電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、自動控制原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用、信號與系統(tǒng)等課程擁有自己開發(fā)的電子教案,構(gòu)建了多媒體和傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)模式.近年來,我們獲得電子技術(shù)與創(chuàng)新系列省級精品課程(http://210.44.195.12/ jp/xjkcsb002/)、模擬電子技術(shù)省級精品課程(http://210.44.195.12/wulixi1/)、數(shù)字電子技術(shù)省級精品課程(http://210.44.195.12/szdljcl/)、單片機(jī)省級精品課程(http://210.44.195.12/jp/sang1108/)、自動控制原理省級精品課程(http://210.44.195.12/jp/zkyl/),并在網(wǎng)絡(luò)課程中開設(shè)了“大學(xué)物理”專欄,用于展示部分可視化結(jié)果,形成了及時(shí)完善和更新教學(xué)信息的互動教學(xué)平臺,對于課堂教學(xué)質(zhì)量的提高起到了良好的促進(jìn)作用.目前,我們的課堂教學(xué)以板書教授為主線,配合CAI課件和Maple可視化資源,采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式、探究式等教學(xué)方法,力求達(dá)到最佳的教學(xué)效果.
實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)和掌握基本理論和方法的重要手段,可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基本原理、基本方法的能力.鑒于理論知識的抽象性以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)資源的匱乏,我們于2007年建立了基于Maple的電子信息類虛擬實(shí)驗(yàn)室.
虛擬實(shí)驗(yàn)室的工作進(jìn)展情況包括:(1)采用計(jì)算軟件Maple制作虛擬實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在機(jī)器上進(jìn)行模擬觀察,幫助理解理論概念,驗(yàn)證理論結(jié)果.(2)將現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)用計(jì)算軟件Maple制作成虛擬實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生先通過校園網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的原理和操作,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有所預(yù)知和分析,然后再到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作,這樣既調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,又提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力,還有利于實(shí)驗(yàn)室的真正開放和資源共享.(3)依托虛擬實(shí)驗(yàn)室,通過設(shè)立課題性和開放性實(shí)驗(yàn),對學(xué)生進(jìn)行基本的科學(xué)研究方法和實(shí)踐訓(xùn)練.在課程結(jié)束時(shí),學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容,通過各種電腦軟件制作的課件,各具個(gè)性,精彩紛呈,表現(xiàn)出真正體驗(yàn)了學(xué)習(xí)樂趣.
結(jié)合電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的修訂,我們將課程設(shè)置為必修課和選修課兩個(gè)模塊,必修課包括:電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)通信原理等,選修課包括傳感器原理、EDA、電路板設(shè)計(jì)、科技論文寫作等.各門課程充分利用Maple可視化資源,并進(jìn)行繼續(xù)開發(fā).
根據(jù)專業(yè)特點(diǎn),利用Maple軟件,申報(bào)校級特色專業(yè)并獲得成功,學(xué)生的創(chuàng)新精神得到了大力的提升,獲得各類國家級、省級獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng)50多人,大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目20多項(xiàng),其中09級學(xué)生獲得國家級使用新型和發(fā)明專利各一項(xiàng).
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