綜合性大學(xué)電子信息立體交叉實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

喬曉艷 尹王保

[摘要]針對綜合性大學(xué)專業(yè)覆蓋面寬，學(xué)科綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，探索了面向不同專業(yè)、不同類別學(xué)生，“四橫三縱”立體交叉的電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。構(gòu)建“分層次、模塊化、多元性”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，按照“四橫三縱”實(shí)踐教學(xué)模式，整合電子類公共實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，強(qiáng)化信息專業(yè)新技術(shù)實(shí)驗(yàn)，加大交叉創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)力度和覆蓋廣度，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，形成科學(xué)研究、工程應(yīng)用、學(xué)科交叉集成的實(shí)驗(yàn)特色。體現(xiàn)綜合性大學(xué)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、展個(gè)性”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)特點(diǎn)，滿足復(fù)合型應(yīng)用人才培養(yǎng)需求。

[關(guān)鍵詞]綜合性大學(xué) 電子信息 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 立體交叉

一、引言

實(shí)踐教學(xué)是高等教育人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，貫徹國家本科教學(xué)質(zhì)量工程起著重要作用[1-2]。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子信息學(xué)科所包含的知識體系內(nèi)涵和外延不斷擴(kuò)大，如何實(shí)現(xiàn)電子信息類實(shí)踐教學(xué)體系和內(nèi)容的吐故納新，適應(yīng)學(xué)科發(fā)展要求和復(fù)合型人才培養(yǎng)需要，是目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨和需要探索的一個(gè)關(guān)鍵問題。當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)綜合化、整體化的發(fā)展趨勢日益明顯，學(xué)科交叉與融合成為了優(yōu)勢學(xué)科的發(fā)展點(diǎn)、新興學(xué)科的生長點(diǎn)、重大創(chuàng)新的突破點(diǎn)，人才培養(yǎng)的制高點(diǎn)。電子信息學(xué)科與其他學(xué)科之間的交叉集成越來越突顯，學(xué)科交叉成為一個(gè)重要發(fā)展趨勢[3]。由于綜合性大學(xué)各專業(yè)為完成培養(yǎng)計(jì)劃規(guī)定的教學(xué)任務(wù)“單兵作戰(zhàn)”，實(shí)踐教學(xué)模式缺少宏觀性和整體性，實(shí)踐教學(xué)方法陳舊單一，學(xué)生思維訓(xùn)練路徑程式化、同質(zhì)化。因此，構(gòu)建立體交叉的電子信息實(shí)踐教學(xué)模式和平臺，對培養(yǎng)具有“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力”的研究型、應(yīng)用型和復(fù)合型創(chuàng)新人才具有重要意義。

立體交叉實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式充分利用了綜合性大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢，依據(jù)學(xué)科專業(yè)的相關(guān)度、知識的交叉性以及綜合性大學(xué)的特點(diǎn)，使不同專業(yè)學(xué)生在本專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，開展超越專業(yè)界限的具有綜合性、實(shí)踐性、自主性和創(chuàng)造性的實(shí)踐教學(xué)模式，為培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才提供有效途徑。

二、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系

依據(jù)學(xué)科專業(yè)定位和培養(yǎng)目標(biāo)，按照“基礎(chǔ)→綜合→研究”循序漸進(jìn)的教學(xué)理念，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建“分層次、模塊化、多元性”電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體系[4-5]。

分層次體現(xiàn)在：基礎(chǔ)訓(xùn)練層，采用問題設(shè)置與背景反思模式，轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)為實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)啟發(fā)。綜合設(shè)計(jì)層，加強(qiáng)模擬仿真實(shí)驗(yàn)技能，構(gòu)建軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)相融合的實(shí)踐教學(xué)模式。應(yīng)用研究層，采取自主、開放、研討相結(jié)合的模式，以科研實(shí)踐為主題，以學(xué)生小組為組織形式，讓學(xué)生直接參與到教師的各類科研課題當(dāng)中。

模塊化體現(xiàn)在：根據(jù)不同專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求，按照模塊化的方式組建實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，每個(gè)模塊中設(shè)置必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)，不同專業(yè)背景的學(xué)生可以選擇不同模塊實(shí)驗(yàn)，不同水平的學(xué)生也可以按照實(shí)驗(yàn)的難易程度來選擇模塊，達(dá)到因材施教的效果。

多元性體現(xiàn)在：第一，實(shí)驗(yàn)課形式的多樣性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)由課堂實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)和校外工程應(yīng)用實(shí)踐等多種實(shí)驗(yàn)課形式組成；第二，實(shí)驗(yàn)要求的多樣化，針對電子類、信息類、非電類不同專業(yè)實(shí)踐要求存在差異，在實(shí)驗(yàn)不同階段，包含了必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)、教師科研成果轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和自選實(shí)驗(yàn)。第三，人才培養(yǎng)的多元化，培養(yǎng)具有“厚基礎(chǔ)、寬口徑、綜合性、強(qiáng)能力”的研究型、應(yīng)用型和復(fù)合型創(chuàng)新人才。對電類學(xué)生進(jìn)行前瞻性、應(yīng)用性、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對非電類學(xué)生進(jìn)行厚基礎(chǔ)、綜合性、高素質(zhì)培養(yǎng)。

三、整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)的架構(gòu)，主要開設(shè)電子電路類、通信技術(shù)類、計(jì)算機(jī)應(yīng)用類、新技術(shù)與創(chuàng)新研究類實(shí)驗(yàn)課。緊緊圍繞電子信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性、與其它學(xué)科的交叉性、技術(shù)發(fā)展的快速性等特點(diǎn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[6]。

（一）整合不同學(xué)科專業(yè)的電子類公共實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

根據(jù)電子信息產(chǎn)業(yè)對創(chuàng)新人才能力和素質(zhì)要求，對電子類公共實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容整合優(yōu)化，形成1個(gè)工程基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊、2條學(xué)科基礎(chǔ)主線實(shí)驗(yàn)?zāi)K、3個(gè)EDA實(shí)踐模塊和4種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用模塊。其中，工程訓(xùn)練模塊是理工科類學(xué)生應(yīng)具備的基本電子技能，它包括電路組裝調(diào)試、電子儀器測量和電子工藝訓(xùn)練，這一模塊是所有電類和非電類專業(yè)都應(yīng)熟練掌握的。2個(gè)學(xué)科基礎(chǔ)主線模塊即電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、微機(jī)軟硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。電子電路實(shí)驗(yàn)包括模擬、數(shù)字電路設(shè)計(jì)和電路綜合課程設(shè)計(jì)；微機(jī)軟硬件實(shí)驗(yàn)主要涉及微機(jī)原理與接口設(shè)計(jì)、C語言程序設(shè)計(jì)、Matlab應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。3個(gè)EDA實(shí)踐模塊，包括電路仿真與PCB板設(shè)計(jì)、EDA硬件描述語言設(shè)計(jì)和集成電路版圖設(shè)計(jì)。4個(gè)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用模塊，包括單片機(jī)、DSP、FPGA/CPLD和ARM系統(tǒng)應(yīng)用。這四種集成芯片在智能控制、消費(fèi)電子、航天國防和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對不同專業(yè)可以在四種嵌入式系統(tǒng)中選擇其一或其二作為必修實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法，達(dá)到觸類旁通的效果。

（二）強(qiáng)化電子信息新技術(shù)實(shí)驗(yàn)

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展，不斷調(diào)整、擴(kuò)充和更新專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在電子信息類專業(yè)開設(shè)程控交換、移動(dòng)通信、光纖通信、天線設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，跟隨移動(dòng)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，開設(shè)移動(dòng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)平臺分析、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、虛擬儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體現(xiàn)模擬與數(shù)字結(jié)合、軟件仿真與硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教師科研結(jié)合，讓學(xué)生體會和掌握現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)方法學(xué)革命帶來的變化——科學(xué)化和高效化，搭建學(xué)生在校學(xué)習(xí)到就業(yè)的銜接平臺。

（三）加大交叉創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)力度和覆蓋廣度

根據(jù)山西大學(xué)學(xué)科優(yōu)勢，依托“量子光學(xué)與光量子器件”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在電子信息與物理交叉學(xué)科，開展量子保密通信的交叉研究實(shí)驗(yàn)，開展全光纖分離調(diào)制的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，開展基于光電聯(lián)合檢測的煤質(zhì)檢測儀和痕量氣體檢測的研究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究的有機(jī)結(jié)合。依托“智能信息處理”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在電子信息與計(jì)算機(jī)學(xué)科交叉方向，開展腦-機(jī)交互與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的交叉研究實(shí)驗(yàn)。在電子信息與生物醫(yī)學(xué)交叉方向，開展細(xì)胞生物電信號檢測、人體生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)覆蓋范圍從電子類、信息類專業(yè)擴(kuò)展到一些非電類專業(yè)的優(yōu)秀學(xué)生，創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)小組由不同專業(yè)學(xué)生交叉構(gòu)成，可以起到學(xué)科專業(yè)互補(bǔ)和廣泛交流的作用。

（四）加強(qiáng)綜合課程設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練和工程實(shí)習(xí)

山西大學(xué)為了加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從2007年實(shí)行三學(xué)期制，學(xué)生在小學(xué)期可以完成各類實(shí)踐活動(dòng)。根據(jù)不同專業(yè)課程群體系要求，小學(xué)期在非電類專業(yè)開設(shè)電子技能工程訓(xùn)練，在非電類專業(yè)開設(shè)電子電路綜合課程設(shè)計(jì)，在電子類專業(yè)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)，在信息類專業(yè)開展校外工程應(yīng)用實(shí)習(xí)。通過課程設(shè)計(jì)和工程訓(xùn)練，達(dá)到課程內(nèi)的綜合、課程群落間的綜合、學(xué)科應(yīng)用的綜合，使學(xué)生對所學(xué)知識更加融會貫通。

四、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

（一）建設(shè)服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程應(yīng)用實(shí)踐平臺

電子類與信息類專業(yè)是工程應(yīng)用較強(qiáng)的專業(yè)，同時(shí)，與信息產(chǎn)業(yè)、煤炭產(chǎn)業(yè)、電力產(chǎn)業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)等發(fā)展密切關(guān)聯(lián)。為適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，著力打造電子工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺，建設(shè)太陽能光伏發(fā)電、煤質(zhì)在線分析、痕量污染氣體檢測等應(yīng)用性較強(qiáng)的工程應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)平臺。

（二）建設(shè)學(xué)科交叉集成的創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)平臺

為了更好的服務(wù)于學(xué)生的研究性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合教師的各類科研項(xiàng)目，建設(shè)創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)平臺。基于電子信息學(xué)科與生物醫(yī)學(xué)交叉集成，建設(shè)腦電事件相關(guān)電位測量系統(tǒng)、肌電信號檢測與機(jī)器人開發(fā)系統(tǒng)、細(xì)胞膜片鉗測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從事腦-機(jī)交互、細(xì)胞生物電測量、生物醫(yī)學(xué)信息檢測的實(shí)驗(yàn)研究。

五、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段

（一）采用導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，全過程開展研究性實(shí)驗(yàn)

通過將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)與科研訓(xùn)練、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練緊密結(jié)合，從基礎(chǔ)到前沿，全過程實(shí)施研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)[5]。將提出問題作為切入點(diǎn)，建立以“問題為驅(qū)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)研究思路和方法，把學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)引入問題之中，并不斷擴(kuò)展問題意識，讓學(xué)生自然而然走上提出問題、解決問題的研究實(shí)踐之路，提高學(xué)生創(chuàng)新思維意識。

在實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，指導(dǎo)教師充分利用實(shí)驗(yàn)中心的教學(xué)資源因材施教，給予學(xué)生個(gè)性化教育與指導(dǎo)。通過組建不同專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組，引導(dǎo)學(xué)生選題、開展小組討論、研討實(shí)驗(yàn)方案、撰寫研究論文等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解科學(xué)研究的方法和要求，初步培養(yǎng)科學(xué)研究能力。

（二）利用網(wǎng)絡(luò)化資源平臺，拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍

建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，向?qū)W生提供多媒體實(shí)驗(yàn)課件、網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案、EDA軟件工具、儀器使用手冊、元器件手冊、芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用資料、教學(xué)案例錄像、電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝錄像等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。在網(wǎng)絡(luò)交互平臺上，實(shí)時(shí)發(fā)布實(shí)驗(yàn)疑難問題、學(xué)生反饋意見、教學(xué)情況調(diào)查、實(shí)驗(yàn)室利用情況等教學(xué)輔助工作。通過網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺為學(xué)生提供全方位、開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍和空間。

（三）以學(xué)生為實(shí)踐主體，力求共性與個(gè)性培養(yǎng)相結(jié)合

教師設(shè)計(jì)的所有教學(xué)活動(dòng)最終要以學(xué)生的掌握為落腳點(diǎn)，轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)解答為實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)啟發(fā)，教師不直接解答學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，而是給予原理性或方法性的引導(dǎo)與啟發(fā)，讓學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐，自行找到問題的答案，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)實(shí)踐。對于綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)，既要突出實(shí)驗(yàn)的共性問題，又要能夠與教師的科研背景相結(jié)合，讓學(xué)生既達(dá)到基本要求，又開拓眼界，激發(fā)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和探究的積極性，激勵(lì)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。

六、結(jié)束語

構(gòu)建科學(xué)合理的“四縱三橫”立體交叉實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，在寬口徑專業(yè)教育引導(dǎo)下，夯實(shí)基礎(chǔ)、注重實(shí)踐、引導(dǎo)創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉、軟硬件并重、教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合。該實(shí)踐教學(xué)模式已在山西大學(xué)2010級、2011級和2012級本科相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中得到實(shí)施應(yīng)用，取得了較好的成效，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)踐的積極性和主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生評教中獲得了好評，學(xué)生獲國家和省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目明顯增多，在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯科技競賽等各類學(xué)科競賽中取得成績顯著，可為綜合性大學(xué)電子信息類實(shí)踐教學(xué)改革提供良好的借鑒。

基金項(xiàng)目：山西省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目資助（J2011005）；山西大學(xué)本科教學(xué)改革項(xiàng)目

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（作者單位：山西大學(xué) 電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 山西太原）