論 電 源 類 實 驗 教 學(xué) 改 革

陳 怡， 陳國定， 南余榮， 周文委

(浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310023)

0 引 言

我國由教育部倡導(dǎo)面向普通高校大學(xué)生的四大學(xué)科競賽包括：電子設(shè)計競賽、數(shù)學(xué)建模競賽、機(jī)械設(shè)計競賽和結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽。其中，參加電子設(shè)計競賽的大學(xué)生主體是全國范圍內(nèi)電類專業(yè)的本科生和高職、高專生。開展電子設(shè)計競賽的目的在于推動高等院校電類專業(yè)的教學(xué)改革，培養(yǎng)大學(xué)生的實踐創(chuàng)新意識、團(tuán)隊協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，為優(yōu)秀創(chuàng)新人才能脫穎而出創(chuàng)造條件。全國性的大學(xué)生電子設(shè)計競賽每逢單數(shù)年舉辦。在雙數(shù)的非全國性競賽年份里，各省賽區(qū)還會舉辦區(qū)域性的大學(xué)生電子設(shè)計競賽。國內(nèi)具有培養(yǎng)創(chuàng)新人才優(yōu)良傳統(tǒng)的高等院校，更是年年舉辦院級和校級的電子設(shè)計競賽[1-3]。

大學(xué)生電子設(shè)計競賽內(nèi)容既有理論分析與設(shè)計，又有實際制作與調(diào)試，所涉及的知識點包括基礎(chǔ)的模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)應(yīng)用以及專業(yè)的電力電子、傳感、測量、控制、通信等技術(shù)[3]；試題更是具有強(qiáng)實用性、強(qiáng)綜合性、強(qiáng)靈活性等特點，按功能劃分主要包括以下7大類方向：電源類、信號源類、信號及功率放大類、無線電技術(shù)類、自動控制類、測量及儀器儀表類、數(shù)據(jù)采集處理類[4]。對現(xiàn)有大多數(shù)高等院校的大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作而言，要全面覆蓋上述7大類方向，培養(yǎng)更多具有專業(yè)理論素養(yǎng)、實際工作能力和團(tuán)隊合作精神的創(chuàng)新人才，是一項巨大的挑戰(zhàn)。但是，只要堅持改革就可以變挑戰(zhàn)為機(jī)遇。

以浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院(浙工大信息學(xué)院)為例，分析我國高等院校在大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)中普遍存在的問題；然后，聚焦于電源類實驗教學(xué)，提出打造多專業(yè)融合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊、構(gòu)建面向?qū)ο蟮膯l(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)體系、引入“海量”培養(yǎng)加良性競爭的人才選拔機(jī)制等一系列改革舉措；最后，介紹近年來電源類實驗教學(xué)改革所取得的初步成績。

1 普遍存在的問題

(1) 指導(dǎo)教師數(shù)量少而且專業(yè)背景單一。難以全面覆蓋大學(xué)生電子設(shè)計競賽的所有方向,指導(dǎo)教師在大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)過程中的作用至關(guān)重要。但長久以來，指導(dǎo)教師隊伍一直得不到發(fā)展，不但數(shù)量少而且專業(yè)背景單一，難以全面而深入地就整個競賽內(nèi)容的所有方向開展實驗教學(xué)。正因為指導(dǎo)教師專業(yè)背景的局限性，浙工大信息學(xué)院直到2010年才正式涉足電源類別的比賽，至此才完全覆蓋大學(xué)生電子設(shè)計競賽的所有類別。正所謂術(shù)業(yè)有專攻，發(fā)展和培養(yǎng)更多具有不同專業(yè)背景的青年指導(dǎo)教師十分必要，這將有助于大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作的全面展開。近年來，我國高等院校在師資隊伍建設(shè)方面十分注重?fù)駜?yōu)引進(jìn)、不斷充實各學(xué)科專任教師，大學(xué)生電子設(shè)計競賽指導(dǎo)教師隊伍也有望得到壯大。

(2) 傳統(tǒng)的灌輸式實驗教學(xué)方式和方法。不足以適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求,大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)屬于第二課堂范疇[5]，是第一課堂的有益補(bǔ)充。不同于第一課堂教學(xué)，大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作在時間和空間上需要講究“化零為整”和“靈活機(jī)動”。若仍沿用傳統(tǒng)、集中的灌輸式實驗教學(xué)方式和方法，將不能在有限的時間和空間內(nèi)最大程度地激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。浙工大信息學(xué)院曾一度采用“手把手”灌輸式的實驗教學(xué)模式，盡管指導(dǎo)教師們付出了很多心血，但結(jié)果是學(xué)生依然缺乏獨立自主的工作能力，令學(xué)生創(chuàng)新淪為空談。為了能更充分地利用第二課堂的時間和空間，采用更為靈活、開放的實驗教學(xué)方式和方法勢在必行。

(3) 在學(xué)生中的普及力度有限。不利于更多優(yōu)秀創(chuàng)新人才的涌現(xiàn),普及大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)需要投入大量的人力和物力。前些年，因受到辦學(xué)師資和經(jīng)費的限制，大多數(shù)高等院校無奈之下在大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作中只能采取“精英”培養(yǎng)模式，即將極有限的資源集中投在少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生的身上，令其余廣大的學(xué)生得不到惠顧。又因為缺乏必要的競爭選拔機(jī)制，受惠的少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生的潛能也得不到充分地激發(fā)。受到客觀條件的約束，2010年浙工大信息學(xué)院直接挑選成績優(yōu)秀的學(xué)生，組成了5支隊伍參加浙江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類別的比賽。因缺乏競爭的氛圍，這些成績優(yōu)秀的學(xué)生在備賽的電源類實驗教學(xué)中表現(xiàn)得差強(qiáng)人意，最后在正式比賽中全部名落孫山，士氣遭到嚴(yán)重打擊。近年來，我國各高等院校的實力都獲得了長足的發(fā)展，大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作在學(xué)生中推廣并普及已成為可能，有望能培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀創(chuàng)新人才。

2 “有的放矢”的改革舉措

2.1 打造多專業(yè)融合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊

要解決指導(dǎo)教師數(shù)量少而且專業(yè)背景單一的問題，關(guān)鍵在于積極打造一支或一批多專業(yè)融合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊。最簡單可行的辦法是，在原有指導(dǎo)教師的基礎(chǔ)上不斷補(bǔ)充具有不同專業(yè)背景的青年教師。集多專業(yè)融合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊之合力[2]，全面開展覆蓋整個電子設(shè)計競賽內(nèi)容所有方向的實驗教學(xué)，將有助于最大范圍地提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。同時，通過參與大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作，青年教師在教學(xué)和科研業(yè)務(wù)上也可以獲得更快更好的成長[6]。2011年初，浙工大信息學(xué)院成立了由自動化專業(yè)資深教授領(lǐng)銜擔(dān)綱的大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類指導(dǎo)教師團(tuán)隊，納新了自動化、電氣、電子等多個專業(yè)的具有博士學(xué)位的青年指導(dǎo)教師。此舉措一改以往“單兵作戰(zhàn)”的頹勢局面，開辟了“協(xié)同作戰(zhàn)”的嶄新局面。在資深教授的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，青年教師發(fā)揮各自的專業(yè)優(yōu)勢、通力合作、共同提升了實驗教學(xué)品質(zhì)。

2.2 構(gòu)建面向?qū)ο蟮膯l(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)體系

要適應(yīng)大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作在時間和空間上“化零為整”和“靈活機(jī)動”的特點，關(guān)鍵在于構(gòu)建一個面向?qū)ο蟮膯l(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)體系，并采用靈活、開放的實驗教學(xué)方式和方法以適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。

(1) 規(guī)劃實驗教學(xué)內(nèi)容總框架。整個框架需要具有開放的特點，可以根據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展隨時更新和擴(kuò)充。根據(jù)難易程度，實驗教學(xué)內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)篇和進(jìn)階篇2大部分?；A(chǔ)篇應(yīng)該囊括所有相關(guān)的基本技術(shù)知識點，主要目的是夯實學(xué)生的知識基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)篇之上，再進(jìn)一步設(shè)計進(jìn)階篇。進(jìn)階篇可以是基于基礎(chǔ)篇的一系列綜合性應(yīng)用實例[7]，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生活學(xué)活用、舉一反三的創(chuàng)新基本能力。如果把基礎(chǔ)篇形容成一系列的“點”，那么進(jìn)階篇就是以這些點為基礎(chǔ)形成的一系列的“面”。圖1所示是浙工大信息學(xué)院結(jié)合“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革[8]，為電源類實驗教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)篇特地設(shè)計的一套具有多層樹形結(jié)構(gòu)的基本技術(shù)知識點體系。圖2所示是浙工大信息學(xué)院為電源類實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)階篇特地設(shè)計的一套綜合性應(yīng)用實例體系。

圖1 電源類實驗教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)篇中的基本技術(shù)知識點體系

圖2 電源類實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)階篇中的綜合性應(yīng)用實例體系

(2) 面向?qū)ο罅可矶ㄖ茖嶒灲虒W(xué)計劃[2]。指導(dǎo)教師團(tuán)隊需要根據(jù)具體的時間跨度、現(xiàn)場的軟硬件條件、特定的學(xué)生及其所屬隊伍情況等，從所規(guī)劃的實驗教學(xué)內(nèi)容總框架中選出適合的實驗教學(xué)內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上為學(xué)生量身定制出一份“專享”的實驗教學(xué)計劃。表1所示的一份電源類“速成”實驗教學(xué)計劃就是浙工大信息學(xué)院基于圖1和圖2所示的電源類實驗教學(xué)內(nèi)容總框架專為大二學(xué)生3人組特制的。

(3) 有張有弛、注重傳承的啟發(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)互動。在整個大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師團(tuán)隊?wèi)?yīng)嚴(yán)格按照為學(xué)生量身定制的實驗教學(xué)計劃與學(xué)生及其所屬隊伍展開一系列的教學(xué)互動。為克服傳統(tǒng)、集中的灌輸式實驗教學(xué)方式和方法不夠靈活的缺點[9]，可啟動更為靈活、開放的啟發(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)模式[10]，即由指導(dǎo)教師布置任務(wù)和把握進(jìn)度，

表1 為期5周的電源類“速成”實驗教學(xué)計劃表

學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和幫助下主要通過自學(xué)來完成實驗任務(wù)。在每個時間節(jié)點上，指導(dǎo)教師都會檢查學(xué)生實驗任務(wù)完成情況并給予中肯的評價，就學(xué)生自學(xué)過程中遇到的問題以啟發(fā)引導(dǎo)的方式幫助和鼓勵學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題的根源所在并最終找出解決方案。除了注重指導(dǎo)教師與學(xué)生之間開放式的互動，還需要注重學(xué)生與學(xué)生之間、隊伍與隊伍之間暢通的技術(shù)交流和互助。浙工大信息學(xué)院在學(xué)生中倡導(dǎo)“老生領(lǐng)跑、新生緊隨”的實驗教學(xué)互助新模式，積極倡導(dǎo)技術(shù)及技能方面的積累和傳承，確保了參加大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類別比賽的學(xué)生隊伍能長期地持續(xù)發(fā)展壯大。

2.3 引入“海量”培養(yǎng)加良性競爭的人才選拔機(jī)制

要培養(yǎng)更多的優(yōu)秀創(chuàng)新人才，并且更大程度地激發(fā)學(xué)生潛能，關(guān)鍵還需要制度來“保駕護(hù)航”。制定計劃逐年增加對大學(xué)生電子設(shè)計競賽的投入力度、出臺政策鼓勵和支持更多具有不同專業(yè)背景的青年教師加入指導(dǎo)教師團(tuán)隊[1,5,11]、聯(lián)合知名企業(yè)共同辦學(xué)[5,12]、建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新基地[13-14]、創(chuàng)立大學(xué)生創(chuàng)新基金[14]，這些都是能實現(xiàn)“海量”培養(yǎng)學(xué)生、提高學(xué)生整體創(chuàng)新水平的制度保障。

在“海量”培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)上，還需要引入良性競爭的人才選拔機(jī)制[1-2]來促使優(yōu)秀的創(chuàng)新人才更多更快地脫穎而出。浙工大信息學(xué)院的具體做法是：每年都承辦院級和校級的大學(xué)生電子設(shè)計競賽，為當(dāng)年的國賽或省賽選拔優(yōu)秀的參賽學(xué)生和隊伍。在院賽籌備期間，鼓勵所有感興趣的學(xué)生踴躍報名參加。院賽前，所有報名的學(xué)生都將接受統(tǒng)一的與基本技能相關(guān)的實驗教育。經(jīng)院賽和校賽2輪選拔，脫穎而出的學(xué)生和隊伍將直接進(jìn)入到下一輪分方向(如電源類方向)的與專業(yè)技能相關(guān)的實驗教學(xué)活動中。而那些在校賽中被淘汰但仍堅持不懈的學(xué)生和隊伍也將間接獲得進(jìn)入下一輪接受與專業(yè)技能相關(guān)的實驗教育的機(jī)會。為了盡可能多地挖掘和培養(yǎng)創(chuàng)新人才苗子，浙工大信息學(xué)院更注重學(xué)生在與專業(yè)技能相關(guān)的實驗教學(xué)中的綜合實力表現(xiàn)，而他們的院賽和校賽成績僅供參考。以電源類實驗教學(xué)為例，不論院賽和校賽的成績?nèi)绾?，所有參加電源類實驗教學(xué)活動的學(xué)生和隊伍都有機(jī)會代表學(xué)校參加更高級別的電源類比賽。

3 電源類實驗教學(xué)改革成果

浙工大信息學(xué)院以大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類別比賽為試點，進(jìn)行了一系列的實驗教學(xué)改革，探索著創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式。于2011年初成立了大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類指導(dǎo)教師團(tuán)隊，結(jié)合“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革構(gòu)建了面向?qū)ο蟮膯l(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)體系，引入了“海量”培養(yǎng)和良性競爭的人才選拔機(jī)制。經(jīng)過學(xué)校、學(xué)院、教師及學(xué)生各個層面的努力，大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類實驗教學(xué)工作在拓展學(xué)生視野、調(diào)動學(xué)生主觀能動性、挖掘?qū)W生創(chuàng)造潛力、激發(fā)學(xué)生克服困難的斗志、樹立健康的競爭意識、增強(qiáng)團(tuán)隊合作精神、培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力等方面已取得了一些階段性的可喜成果。2011年浙工大信息學(xué)院有3支隊伍參加了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類別比賽的角逐，獲得國家二等獎、浙江省一等獎、浙江省三等獎各1項，實現(xiàn)了獎項的突破；2012年浙工大信息工程學(xué)院又有4支隊伍參加了浙江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類別比賽的角逐，獲得浙江省二等獎1項和浙江省三等獎2項。最令人驚喜的是2012年獲得浙江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類別比賽二等獎的3名參賽學(xué)生全是僅為大二的學(xué)生，他們在通過校賽選拔后參加了僅為期1個多月的電源類實驗教學(xué)活動，在競賽中已能獨立設(shè)計和制作完成具有一定創(chuàng)意的基于Cuk變換器[15-16]的數(shù)控電子負(fù)載，并將電子負(fù)載允許的輸入電壓范圍從正電壓擴(kuò)展至負(fù)電壓，他們的創(chuàng)意獲得了在場專家評委們的肯定。

4 結(jié) 語

本文以浙工大信息學(xué)院為例，分析了我國高等院校在大學(xué)生電子設(shè)計競賽實驗教學(xué)工作中普遍存在的問題。聚焦于電源類實驗教學(xué)工作，提出了打造多專業(yè)融合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊、構(gòu)建面向?qū)ο蟮膯l(fā)創(chuàng)新式實驗教學(xué)體系、引入“海量”培養(yǎng)加良性競爭的人才選拔機(jī)制等一系列解決辦法。經(jīng)過近幾年的具體實施，浙工大信息學(xué)院的大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類實驗教學(xué)工作已取得了一些階段性的可喜成果。今后，浙工大信息學(xué)院仍將更廣泛地開展大學(xué)生電子設(shè)計競賽電源類實驗教學(xué)工作并予以推廣，不但要爭取更好的競賽成績，而且要更充分利用大學(xué)生電子設(shè)計競賽這一平臺培養(yǎng)出更多更優(yōu)秀的創(chuàng)新人才。

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