研究生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)研究

羅錦+崔少輝+孟晨

[摘 要]研究生教育不僅要求學(xué)生在本門(mén)學(xué)科內(nèi)掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，而且要求具備從事科學(xué)研究和教學(xué)工作或獨(dú)立承擔(dān)專(zhuān)門(mén)技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新能力。筆者立足于研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求，結(jié)合測(cè)控電路與裝置課程教學(xué)改革，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式進(jìn)行探討。筆者提出以下措施：構(gòu)建模塊化、遞階式的課程教學(xué)體系，引入虛擬實(shí)驗(yàn)、匯報(bào)交流等環(huán)節(jié)；開(kāi)發(fā)虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)，完善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境；構(gòu)建科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系。實(shí)踐證明，上述措施能有效激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)興趣，提高其創(chuàng)新實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新能力；實(shí)踐能力；研究生教育

[中圖分類(lèi)號(hào)] G643 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）01-0168-02

研究生教育屬于國(guó)民教育序列中的高等教育，對(duì)國(guó)家創(chuàng)新人才培養(yǎng)以及提高國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學(xué)生在本門(mén)學(xué)科內(nèi)掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，而且要求具備從事科學(xué)研究和教學(xué)工作或獨(dú)立承擔(dān)專(zhuān)門(mén)技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新能力。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力。為更好地實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，提高培養(yǎng)質(zhì)量，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外很多工科類(lèi)大專(zhuān)院校在研究生階段的課程系統(tǒng)中開(kāi)設(shè)有實(shí)驗(yàn)課程。大量的事實(shí)證明，研究生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母叩停瑳Q定其科技創(chuàng)新水平的高低。而創(chuàng)新是研究生培養(yǎng)質(zhì)量的標(biāo)志和靈魂，離開(kāi)了創(chuàng)新，就談不上高質(zhì)量高素質(zhì)的研究生教育。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“測(cè)控電路與裝置”是我院儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生選修課，主要介紹測(cè)控系統(tǒng)常用硬件電路與裝置的原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，其完整的教學(xué)體系包括信號(hào)運(yùn)算與處理電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換與模擬電路、信號(hào)激勵(lì)與檢測(cè)電路、測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及新型集成電路的應(yīng)用等，內(nèi)容涵蓋了基本的原理電路和大規(guī)模集成芯片的應(yīng)用。

為了培養(yǎng)研究生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，我們摒棄了傳統(tǒng)的以教員講授為主、學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)為輔的教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，體現(xiàn)由“學(xué)科系統(tǒng)式”向“應(yīng)用系統(tǒng)式”的轉(zhuǎn)變、由“微觀(guān)局布式”向“宏觀(guān)整體式”的轉(zhuǎn)變、由“面面俱到式”向“精選式”的轉(zhuǎn)變，將教學(xué)內(nèi)容用若干個(gè)基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)貫穿起來(lái)。我們利用基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，利用綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力，利用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的劃分可用圖1表示?；A(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)包括：運(yùn)算放大器的特性與參數(shù)、運(yùn)算電路的特性與參數(shù)調(diào)整、信號(hào)變換電路的特性與調(diào)整等；綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)包括：基本信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)與調(diào)整、函數(shù)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)與調(diào)整、直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)與調(diào)整、濾波電路的設(shè)計(jì)與調(diào)整等；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)包括：信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用、線(xiàn)性系統(tǒng)性能分析、CPLD和FPGA芯片的應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)。實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，這些實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容、要求，以及使用的器件或芯片等會(huì)根據(jù)研究生的知識(shí)掌握程度和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行更新或調(diào)整，并鼓勵(lì)研究生自主設(shè)計(jì)，自己動(dòng)手，自由探索，開(kāi)設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

二、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施方法

教學(xué)過(guò)程由基礎(chǔ)講授、實(shí)驗(yàn)、撰寫(xiě)報(bào)告、匯報(bào)交流或檢查評(píng)估等環(huán)節(jié)組成。教員在基礎(chǔ)內(nèi)容講授的基礎(chǔ)上，布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及注意事項(xiàng)。研究生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)利用Multisim軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，實(shí)際實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用具體的元器件和電路實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)由研究生一人一組進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)完成后要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告并制作PPT課件，在課堂進(jìn)行交流。對(duì)于綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，還要由教員和全體學(xué)員共同評(píng)估項(xiàng)目的完成情況，作為課程考核平時(shí)成績(jī)的評(píng)定依據(jù)。2015年研究生“測(cè)控電路與裝置”課程教學(xué)實(shí)施計(jì)劃，我們安排了運(yùn)算放大器的特性與參數(shù)、運(yùn)算電路的特性與參數(shù)調(diào)整、信號(hào)變換電路的特性與調(diào)整3個(gè)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合實(shí)驗(yàn)安排了RC有源濾波器設(shè)計(jì)與調(diào)整、信號(hào)處理電路調(diào)試與仿真，最后以信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)研究生自主設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。

創(chuàng)新過(guò)程可能發(fā)生在設(shè)計(jì)過(guò)程，也可能發(fā)生在仿真和調(diào)試過(guò)程中。例如，在DDS仿真電路中，U1似乎是多余的，因?yàn)樗鼪](méi)有任何連接，而且從原理上講DDS電路也是不需要MCU的，那么U1在電路中的作用是什么呢？在進(jìn)行DDS仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)MultiSim不支持ROM的設(shè)置，即利用MultiSim無(wú)法直接設(shè)置正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的值，但是研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行MCU仿真時(shí)，MultiSim允許將程序編譯下載到MCU的外部程序存儲(chǔ)器，于是我們可以將整個(gè)DDS電路看作MCU的外圍電路，并利用MCU的程序編譯過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)U2的加載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DDS電路的仿真。

三、完善實(shí)驗(yàn)環(huán)境

培養(yǎng)研究生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?duì)教員的素質(zhì)和教學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件提出了更高的要求。教員不僅要熟練掌握教學(xué)內(nèi)容，還要具有豐富的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，能正確解答研究生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提出的問(wèn)題。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件也應(yīng)滿(mǎn)足教學(xué)要求，包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算機(jī)和電路仿真軟件，以及實(shí)際實(shí)驗(yàn)中用到的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、儀器儀表、元件器件等。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)和電路仿真軟件MultiSim進(jìn)行。針對(duì)實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)，我們建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了可完成熱電偶、光敏電阻、霍爾器件等基本元器件測(cè)試以及基本的模擬、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)外，還可對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三個(gè)層次完成運(yùn)算放大器特性與參數(shù)調(diào)整、差動(dòng)放大器性能分析、波形轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn)、信號(hào)產(chǎn)生電路實(shí)驗(yàn)、濾波電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域響應(yīng)分析、典型環(huán)節(jié)時(shí)域響應(yīng)分析、電工電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及智能飛行器創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

四、構(gòu)建綜合考核評(píng)價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建應(yīng)該將鼓勵(lì)創(chuàng)新放在首位?！皽y(cè)控電路與裝置”課程考核成績(jī)主要由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的成績(jī)、平時(shí)成績(jī)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)成績(jī)?nèi)糠謽?gòu)成。其中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等三部分成績(jī)，主要考核研究生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力；平時(shí)成績(jī)主要包括課堂專(zhuān)題討論情況、答疑討論情況、定期匯報(bào)報(bào)告情況等幾部分，主要考核學(xué)員的理論知識(shí)綜合應(yīng)用能力和總結(jié)表達(dá)能力；設(shè)立創(chuàng)新設(shè)計(jì)成績(jī)，支持和鼓勵(lì)有創(chuàng)新意識(shí)的研究生積極進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。通過(guò)這種綜合性的考核方法能夠盡可能地考核學(xué)員的各種能力，督促研究生學(xué)員有意識(shí)地加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐能力的鍛煉。

五、教學(xué)效果分析

采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)為“測(cè)控電路與裝置”課程教學(xué)帶來(lái)了生機(jī)和活力，提高了課程的教學(xué)效果和研究生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＶ饕w現(xiàn)在：

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)了以研究生為主體的良好教學(xué)環(huán)境，使研究生在主動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的過(guò)程中積極探索，主體意識(shí)明顯增強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性大大提高；

2.轉(zhuǎn)變了研究生的學(xué)習(xí)觀(guān)念，激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高了動(dòng)手實(shí)踐能力、協(xié)調(diào)能力及解決問(wèn)題和應(yīng)變的能力，自我探究能力也在不斷提高；

3.在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，有很多問(wèn)題需要討論和相互協(xié)作，研究生之間、教員與研究生之間溝通加強(qiáng)，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí)；

4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)和討論，提高了研究生的語(yǔ)言和文字表達(dá)能力，最大限度地開(kāi)發(fā)了研究生的獨(dú)立思考能力，提升了研究生對(duì)于科研創(chuàng)新的信心。

從幾年的教學(xué)效果和研究生的反饋信息來(lái)看，研究生樂(lè)意接受這種以實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)為主的教學(xué)形式，課程取得了很好的實(shí)效，同時(shí)，也為理工科課程的研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了一些有益的借鑒經(jīng)驗(yàn)：

首先，要加強(qiáng)課程體系建設(shè)，從課程體系上深化研究生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

其次，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的框架下，針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)背景或不同知識(shí)掌握程度的研究生，制訂深度不同、程度合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因材施教，讓能者在專(zhuān)業(yè)上得到長(zhǎng)足發(fā)展。

另外，隨著高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深入開(kāi)展，創(chuàng)新和改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和考試方式更有待深入細(xì)致的探索和實(shí)踐，尤其需要采用多元化方式激勵(lì)研究生投入更多的創(chuàng)新思維到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中去，并且不斷在實(shí)踐教學(xué)中檢驗(yàn)和發(fā)展改革效果與運(yùn)行機(jī)制。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李露，謝鳳英，林強(qiáng).關(guān)于在實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力的探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（11）：235-237.

[2] 吳祖芳，張艷麗，翁佩芒.工科研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀與對(duì)策[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（教學(xué)科學(xué)版），2009（3）：81-85.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]