馬知遠(yuǎn), 朱旭芳
(1.海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院,湖北 武漢 430033;2.華中師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430072)
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以實(shí)踐教學(xué)為主線的電子技術(shù)系列課程教學(xué)模式
馬知遠(yuǎn)1,2, 朱旭芳1
(1.海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院,湖北 武漢 430033;2.華中師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430072)
針對(duì)傳統(tǒng)的電子技術(shù)教學(xué)模式中,理論和實(shí)踐課程教學(xué)相互獨(dú)立、各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)零散、教學(xué)資源不能有效共享、管理機(jī)制松散且教學(xué)效果不理想等問題,根據(jù)布盧姆教育目標(biāo)二維分類構(gòu)建電子技術(shù)綜合運(yùn)用能力模型,按照電子技術(shù)實(shí)踐課程的特點(diǎn),結(jié)合學(xué)生知識(shí)水平,進(jìn)行資源重組調(diào)配,對(duì)現(xiàn)存教育體系進(jìn)行改變,形成“認(rèn)知能力”、“基本設(shè)計(jì)”、“綜合設(shè)計(jì)”、“創(chuàng)新實(shí)踐”及“創(chuàng)意創(chuàng)新”5個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)模式,建立了以實(shí)踐教學(xué)為主線的課程教學(xué)體系。提高了學(xué)生的綜合能力素養(yǎng),徹底改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)與實(shí)踐活動(dòng)的孤立關(guān)系。
電子技術(shù); 能力模型; 教育體系; 教學(xué)模式
電子技術(shù)系列課程作為學(xué)科基礎(chǔ)課,是人才培養(yǎng)體系中介于公共基礎(chǔ)平臺(tái)和專業(yè)技能平臺(tái)之間的重要環(huán)節(jié),是學(xué)生在本科學(xué)習(xí)期間從理論分析模式轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用模式最重要的節(jié)點(diǎn)[1]?;诖?,該學(xué)科的各類課程教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)越來越彰顯其重要性。在當(dāng)今信息化改革飛速發(fā)展的時(shí)期,實(shí)踐創(chuàng)新能力的總體要求更加凸顯。如何建設(shè)有利于學(xué)員創(chuàng)新能力提升的體制,如何優(yōu)化有利于學(xué)員創(chuàng)新能力提升的機(jī)制,一直是高等教育的重要學(xué)術(shù)保證[2]。以實(shí)踐教學(xué)為主線,推動(dòng)課程教學(xué)模式改革,完善和優(yōu)化該類學(xué)科的創(chuàng)新實(shí)踐體制和機(jī)制,形成總體的綜合效益,在新時(shí)期有著重大的理論價(jià)值和實(shí)際意義[3]。
加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、強(qiáng)化電子實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、突出系統(tǒng)概念以及軟硬件的聯(lián)系而不是單純的器件功能,這是國(guó)內(nèi)外眾多知名高校電子類學(xué)科教學(xué)改革的共同點(diǎn)[4]。斯坦福大學(xué)簡(jiǎn)化了課程體系結(jié)構(gòu),將原有的六大核心課程重新整合為三大領(lǐng)域,包括信號(hào)系統(tǒng)與控制,電子學(xué)及數(shù)字系統(tǒng),為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),所有的實(shí)驗(yàn)課程都沒有設(shè)定最終結(jié)果,學(xué)生可以通過計(jì)算機(jī)軟件、線性系統(tǒng)、電路以及人工智能算法等技術(shù)來探索和實(shí)踐自己的想法[5]。麻省理工學(xué)院顛覆了先介紹模型概念,再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一傳統(tǒng)的教學(xué)方法,首先讓學(xué)生直接參與實(shí)踐來歸納模型,再通過理論學(xué)習(xí)加強(qiáng)概念認(rèn)知,最后再回到實(shí)踐中強(qiáng)化創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。培養(yǎng)具有較強(qiáng)電子創(chuàng)新能力和較高綜合素質(zhì)的優(yōu)秀應(yīng)用型人才成為了當(dāng)前各高校電子類學(xué)科教學(xué)改革的共同目標(biāo)。
(1) 環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)零散,資源不能共享。大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)及本科畢業(yè)設(shè)計(jì)等自主創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)在時(shí)間和形式上相互獨(dú)立,銜接不緊密、缺乏連續(xù)性,專業(yè)體系結(jié)構(gòu)不完整[7]??茖W(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)機(jī)制應(yīng)該是:“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)入門,課程設(shè)計(jì)鍛煉模塊電路設(shè)計(jì)能力,畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能力,學(xué)科競(jìng)賽培養(yǎng)創(chuàng)新能力”,各個(gè)環(huán)節(jié)相互銜接,資源相互融合,才能更好的提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量[8]。
(2) 管理機(jī)制松散,教學(xué)效果不佳。統(tǒng)一有效管理機(jī)制的缺乏根本無法保證實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)多采用導(dǎo)師負(fù)責(zé)制,各教員在培養(yǎng)方式及教學(xué)內(nèi)容上存在較大差別,隨意性較大。教員設(shè)計(jì)的題目大部分都不夠規(guī)范合理,選題難易適中且切合電子技術(shù)學(xué)科實(shí)際的題目較少[9]。綜上所述,探索以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為主線,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)型、綜合型及研究創(chuàng)新型培養(yǎng)模式相結(jié)合,有必要在“統(tǒng)一籌劃、分類指導(dǎo)”的基礎(chǔ)上加大研究的力度。
2.1 通用認(rèn)知能力模型
根據(jù)《面向?qū)W習(xí)、教學(xué)和評(píng)價(jià)的分類學(xué)——布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)的修訂》一書,認(rèn)知能力模型采用了“知識(shí)”和“認(rèn)知過程”二維框架如表1所示。知識(shí)是指學(xué)習(xí)時(shí)涉及的相關(guān)內(nèi)容,包括了從具體到抽象四個(gè)類別:事實(shí)、概念、程序和元認(rèn)知。其中概念和程序的抽象程度有一定的交叉,即有的程序性知識(shí)比最抽象的概念性知識(shí)更具體。認(rèn)知過程涉及學(xué)習(xí)時(shí)要掌握的學(xué)業(yè)行為表現(xiàn),包括了6個(gè)類別:記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造,這是依據(jù)認(rèn)知復(fù)雜程度由低到高來排列的[10]。
表1 布盧姆認(rèn)知目標(biāo)修訂二維分類
知識(shí)維度分類中的知識(shí)維度有四種水平,依次是“事實(shí)性知識(shí)”、“概念性知識(shí)”、“程序性知識(shí)”和“元認(rèn)知知識(shí)”?!笆聦?shí)性知識(shí)”是學(xué)習(xí)者在掌握某一學(xué)科或解決問題時(shí)必須知道的基本要素,具體包括語言、符號(hào)、知識(shí)和事件、地點(diǎn)、人物、日期等具體細(xì)節(jié)和要素的知識(shí)?!案拍钚灾R(shí)”是指一個(gè)整體結(jié)構(gòu)中基本要素之間的關(guān)系,表明某一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)是如何加以組織的,如何發(fā)生內(nèi)在聯(lián)系,如何體現(xiàn)出系統(tǒng)一致的方式等,具體包括類別與分類的知識(shí)、原理與概括的知識(shí)以及理論、模式與結(jié)構(gòu)的知識(shí)?!俺绦蛐灾R(shí)”是如何做事的知識(shí)?!白鍪隆笨梢允切纬梢粋€(gè)簡(jiǎn)單易行的常規(guī)聯(lián)系,也可以是解答一個(gè)新穎別致的問題?!俺绦蛐灾R(shí)”通常采用一組有序的步驟,它包括了技能、算法、技巧和方法的知識(shí),統(tǒng)稱為“程序”?!俺绦蛐灾R(shí)”還包括了運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)確定何時(shí)何地運(yùn)用程序的知識(shí)。如果說“事實(shí)性知識(shí)”和“概念性知識(shí)”代表著“什么”類知識(shí);程序性知識(shí)則關(guān)注“如何”類知識(shí)。它具體包括具體學(xué)科技能和算法的知識(shí)、具體學(xué)科技巧和方法的知識(shí)以及確定何時(shí)運(yùn)用適當(dāng)程序的知識(shí)。“元認(rèn)知知識(shí)”是關(guān)于一般的認(rèn)知知識(shí)和自我認(rèn)知的知識(shí)。雖然不同的研究者觀點(diǎn)各異,術(shù)語有別(如元認(rèn)知意識(shí)、自我意識(shí)、自我反思、自我調(diào)節(jié)等),但是都強(qiáng)調(diào)了元認(rèn)知知識(shí)在學(xué)習(xí)者成長(zhǎng)以及發(fā)揮其主動(dòng)性中的地位。元認(rèn)知知識(shí)具體包括策略知識(shí)、認(rèn)知任務(wù)的知識(shí)以及自我知識(shí)三個(gè)方面[11]。
2.2 電子技術(shù)綜合運(yùn)用能力模型建立
知識(shí)維和認(rèn)知過程維構(gòu)成了一個(gè)二維矩陣,矩陣內(nèi)每一個(gè)具體結(jié)合就是教育目標(biāo)指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐所需達(dá)到的教學(xué)效果[12]。用最簡(jiǎn)明的話來說,布盧姆認(rèn)知目標(biāo)修訂的框架旨在幫助教師教學(xué)、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)者評(píng)價(jià)[13]。以電子技術(shù)系列課程教學(xué)為例,學(xué)習(xí)任務(wù)所包括的知識(shí)類型:知道電子電路需要用到電壓、電流和電阻等知識(shí)屬于“事實(shí)性知識(shí)”;會(huì)用三極管放大電路計(jì)算公式屬于“程序性知識(shí)”;電路圖屬于“概念性知識(shí)”;要確定采用什么樣的記憶方式和理解方式屬于“元認(rèn)知知識(shí)”。學(xué)員通過電子技術(shù)的學(xué)習(xí),認(rèn)知能力的形成過程如表2所示。
表2 通過電子技術(shù)學(xué)習(xí)培養(yǎng)認(rèn)知能力過程
3.1 五層次教學(xué)體系
在現(xiàn)有的條件下,按照電子技術(shù)實(shí)踐課程的特點(diǎn),結(jié)合學(xué)生知識(shí)水平,進(jìn)行資源重組,合理調(diào)配各方面的關(guān)系。通過對(duì)教育體系的改變,形成五個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)模式[14]?;緦?shí)驗(yàn)針對(duì)低年級(jí)學(xué)生的知識(shí)背景,讓學(xué)生建立工程系統(tǒng)的概念,包括了解電子技術(shù)的基本技能、基本方法及基本器件,使學(xué)生能綜合運(yùn)用電子技術(shù)系列課程知識(shí),驗(yàn)證電子技術(shù)基本電路,強(qiáng)化學(xué)生工程意識(shí)與基本操作技能,養(yǎng)成科學(xué)、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣與方法,從而達(dá)到認(rèn)知能力的培養(yǎng);綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)員的設(shè)計(jì)能力和綜合能力,使學(xué)生能綜合運(yùn)用電子技術(shù)系列課程知識(shí),設(shè)計(jì)完整電子系統(tǒng)使學(xué)生能熟系理論課上所講知識(shí)點(diǎn);課程綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)員分析能力、設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新意識(shí),為其提供一個(gè)有效的平臺(tái),在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi),發(fā)揮其最大的主觀能動(dòng)性,按照電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程,獨(dú)立完成設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電子系統(tǒng)。其主要目的在于普及電子技術(shù)知識(shí)及電子系統(tǒng)的制作方法,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的興趣,使學(xué)生能綜合運(yùn)用電子技術(shù)系列課程知識(shí),設(shè)計(jì)完整電子系統(tǒng);畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)員基本工程素質(zhì)及綜合工程素質(zhì),使學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識(shí)和技能,進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地
分析問題和解決問題的能力,為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文打下良好的基礎(chǔ);電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽使學(xué)員掌握多種電子設(shè)計(jì)軟件的功能、使用,學(xué)會(huì)電子電路現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用,體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)的運(yùn)用,了解當(dāng)前電子發(fā)展的趨勢(shì),在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)、提高針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力,達(dá)到創(chuàng)新能力及創(chuàng)新意識(shí)的提高。
3.2 建立以實(shí)踐教學(xué)為主線的課程體系
徹底改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)與實(shí)踐活動(dòng)的孤立關(guān)系,系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐平臺(tái)。驗(yàn)證性為主的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)于課堂教學(xué)理論知識(shí)驗(yàn)證是不可缺少的,然而它并不能取代實(shí)際的工程訓(xùn)練。因此應(yīng)當(dāng)更重視以系列課程為中心的工程實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè),以培養(yǎng)學(xué)生綜合性的工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)并不局限于培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力,還包括培養(yǎng)對(duì)事物的觀察能力和分析能力,敢于接觸實(shí)際、提出問題、解決問題的能力,以及處理工程實(shí)際問題所需的協(xié)調(diào)能力,創(chuàng)造、創(chuàng)新能力等[15]。電子技術(shù)實(shí)踐平臺(tái)訓(xùn)練體系的核心是保證各專業(yè)的學(xué)生都能得到足夠的滿足自身專業(yè)需要的應(yīng)用訓(xùn)練。通過建設(shè)充分的硬件環(huán)境,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)際訓(xùn)練,力求理論和實(shí)踐相結(jié)合貫穿學(xué)習(xí)的全過程。學(xué)生經(jīng)過實(shí)踐環(huán)節(jié),能夠熟練掌握電子技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)技能和設(shè)計(jì)能力,獲取電子技術(shù)創(chuàng)新的技巧和經(jīng)驗(yàn),從而達(dá)到自覺地學(xué)習(xí)和培養(yǎng)自己的專業(yè)技能和設(shè)計(jì)能力。
實(shí)踐教學(xué)為主線的課程教學(xué)體系其建設(shè)內(nèi)容包括“實(shí)踐教學(xué)理念”和“實(shí)踐教學(xué)體系”兩個(gè)方面[16]。在實(shí)踐教育理念上,應(yīng)當(dāng)破除培養(yǎng)專家的觀點(diǎn),而立足于培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì);破除只包攬知識(shí)的思想,立足于終身教育;破除以教師為主體的實(shí)踐教學(xué)體系,立足于以學(xué)生為主體的教學(xué)方式[17]。在實(shí)踐教學(xué)模式中,應(yīng)當(dāng)變輔導(dǎo)實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo)實(shí)驗(yàn),變靜態(tài)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,變面向結(jié)果為面向過程。實(shí)際上注重實(shí)踐方法與實(shí)踐過程,就是提倡自主性。在實(shí)驗(yàn)方法上,針對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)采取不同的方法。對(duì)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),以幫為主;對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),以引導(dǎo)為主;對(duì)綜合性、系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn),先幫后扶再放手,逐步實(shí)現(xiàn)變“以教師為中心”為“以學(xué)生為中心”,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)[18]。通過這幾種方法的實(shí)施,有效地解決“教”與“學(xué)”之間的矛盾,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,提高實(shí)踐實(shí)驗(yàn)課程的效率[19]。
以建立全開放的綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室體系為重點(diǎn),強(qiáng)化動(dòng)手能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)。平臺(tái)以電子技能培訓(xùn)為基礎(chǔ),以綜合創(chuàng)新為手段,改革現(xiàn)有的多項(xiàng)多層次電子創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng),建立梯級(jí)層次化的實(shí)踐教學(xué)為教學(xué)體系(見表3)。
表3 實(shí)踐教學(xué)為主線的課程教學(xué)體系
注:“√”為必須參加,“O”為指導(dǎo)參加。“研究生”為電路與系統(tǒng)專業(yè),“本專業(yè)”為電子工程專業(yè),“相關(guān)專業(yè)”為電類專業(yè)
在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中,理論和實(shí)踐課程教學(xué)相互獨(dú)立,教學(xué)效果不理想。為強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)效果,改變實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)孤立的現(xiàn)狀,根據(jù)通用認(rèn)知模型構(gòu)建了電子技術(shù)綜合運(yùn)用能力模型,建立以實(shí)踐教學(xué)為主線的課程教學(xué)體系,使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體,提高了學(xué)生的綜合能力素養(yǎng),徹底改變了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的孤立關(guān)系。我校在這一教學(xué)體系中建立了創(chuàng)新能力培訓(xùn)平臺(tái),全方位籌措實(shí)踐教學(xué)資源,建立全開放的綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),強(qiáng)化動(dòng)手能力、實(shí)用能力的培養(yǎng)。平臺(tái)以電子技能培訓(xùn)為基礎(chǔ),以綜合創(chuàng)新為手段,在學(xué)校一系列電子創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中不斷試驗(yàn),建立了一套較為完善的以實(shí)踐教學(xué)為主線的課程教學(xué)體系。在2013年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽及2014年中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中,我校本科學(xué)員獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)2項(xiàng),研究生獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),教學(xué)體系改
革初見成效。
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·名人名言·
大學(xué)的榮譽(yù),不在它的校舍與人數(shù);而在于它一代一代人的質(zhì)量。
——柯南特
Research on Teaching Mode of Electronic Technology with Practice Teaching as the Main Line
MAZhi-yuan1,2,ZHUXu-fang1
(1. College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033,China;2. College of Physical Science and Technology, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)
To solve the problems that teaching theory and practice courses are independent, experimental aspects of the design are fragmented, teaching resources cannot be effectively shared, management mechanism loose and teaching effect is not ideal, a practice teaching curriculum teaching system is established. The system meets with the Bloom's educational objectives to build a 2-dimensional classification, to train the ability of the integrated use of electronic technology. The system also meets with the characteristics of practical courses, combines with the students' knowledge level, restructures the deployment of resources, changes to the existing education system. The system is established by five levels of practice teaching mode, i.e., "cognitive ability", "basic design", "integrated design", "innovative Practice "and" creativity and innovation". The results show that it can improve the quality of students' comprehensive ability, completely change the traditional practice of teaching and practice of solitary relationship.
electronics; ability model; education system; teaching mode
2014-12-08
馬知遠(yuǎn)(1982-),男,湖北武漢人,碩士,講師,海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院電子技術(shù)系主任,研究方向?yàn)椤半娐放c系統(tǒng)”、“信號(hào)檢測(cè)與處理”。Tel.:13437116263;E-mail:mazhiyuan@msn.com
TN 101
A
1006-7167(2015)11-0213-04