“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的研究型教學(xué)模式探索

楊 健, 蔡述庭, 谷愛昱, 王永華, 李學(xué)識(shí)

(廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣州 510006)

0 引 言

“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽作為展示學(xué)生科技創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)的平臺(tái)，已經(jīng)成為衡量大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的“奧林匹克”，目前該競(jìng)賽已成為我國電子類專業(yè)學(xué)生規(guī)模最大、最具影響力的賽事之一，得到了絕大多數(shù)設(shè)有電子類專業(yè)的各類高校的積極響應(yīng)，參賽者中也產(chǎn)生了一大批卓有成績(jī)的青年學(xué)者和學(xué)科帶頭人[1-2]?？梢?，“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)具有重要的作用，這既符合了當(dāng)前基于產(chǎn)出的教育模式的新要求，又迎合了企業(yè)用人標(biāo)準(zhǔn)向工程能力和創(chuàng)新意識(shí)傾斜的剛性需求，因此越發(fā)得到各大高校的廣泛重視[3-4]。

1 “挑戰(zhàn)杯”暴露的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際問題

然而，在看到“挑戰(zhàn)杯”意義的同時(shí)，還應(yīng)該冷靜地認(rèn)識(shí)到競(jìng)賽也充分暴露了一些實(shí)際問題，背后所凸顯出的培養(yǎng)模式的短板，只有通過切實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革來解決[5-8]。高等院校逐年擴(kuò)大招生力度，而生源數(shù)量卻逐年下降，這使得高校在面對(duì)“挑戰(zhàn)杯”時(shí)處于兩難的境地：一方面生源質(zhì)量整體下滑，另一方面“挑戰(zhàn)杯”所帶來的創(chuàng)新思維要求卻不斷提高。在新形勢(shì)的要求下，針對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革已迫在眉睫。這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①實(shí)驗(yàn)教學(xué)過于注重共性訓(xùn)練和培養(yǎng)，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)比重過大，忽略了多層次人才培養(yǎng)的新要求；②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于陳舊，與競(jìng)賽題目相比工程性、系統(tǒng)性和復(fù)雜性不足；③實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，僅強(qiáng)調(diào)課堂上教師的單向知識(shí)傳授，未能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)室布局欠合理，開放力度不夠，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳；④各門實(shí)驗(yàn)課各自為戰(zhàn)，未有效發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群的合力作用，缺乏融匯貫通多門課程的綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2 “挑戰(zhàn)杯”與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的探索

基于以上原因，參考兄弟院校相關(guān)改革經(jīng)驗(yàn)[9-15]，開展了“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的研究型教學(xué)模式的探索，建立和完善了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

2.1 打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，加強(qiáng)電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群的建設(shè)

“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽的特點(diǎn)是：面向?qū)嶋H應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、設(shè)計(jì)性綜合性。涉及到諸如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用等一系列的理論課程，以及模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)等一系列的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生必須具有綜合運(yùn)用多門課程的相關(guān)知識(shí)解決某一實(shí)際工程問題的能力，這就要求教師必須在實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念上破除傳統(tǒng)的“各門實(shí)驗(yàn)課獨(dú)立設(shè)置，所涉及知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立”的陳舊觀念，將各門實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)融匯貫通起來，建設(shè)電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群，設(shè)計(jì)出合理的跨越多門課程知識(shí)點(diǎn)的綜合性實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)，有效引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)新思維。

2.2 提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)多層面能力要求，實(shí)現(xiàn)多層次人才培養(yǎng)

根據(jù)“挑戰(zhàn)杯”對(duì)學(xué)生能力要求層次，可將電子信息類實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)、綜合能力培養(yǎng)教學(xué)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學(xué)3個(gè)層面?；A(chǔ)知識(shí)教學(xué)對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本電學(xué)理論完成對(duì)常用電子元器件的使用和常見電路的分析和測(cè)試。綜合能力培養(yǎng)教學(xué)對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的提高型實(shí)驗(yàn)，要求實(shí)現(xiàn)各門實(shí)驗(yàn)課中各單元電路的設(shè)計(jì)，以及多單元協(xié)作的功能電路的設(shè)計(jì)，目的在于培養(yǎng)學(xué)生提出方案、選擇最優(yōu)方案，并能夠?qū)Ψ桨负侠斫５哪芰Γ瑥?qiáng)調(diào)解決復(fù)雜工程問題的能力。創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學(xué)主要基于開展面向電子信息類縱向?qū)嶒?yàn)教學(xué)課程群的綜合型實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的建設(shè)，向?qū)W生提供包括信號(hào)檢測(cè)、控制、傳輸與處理等應(yīng)用型較強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)課題，及相關(guān)的教師科研課題、大創(chuàng)項(xiàng)目課題等的選題工作，重在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和綜合分析能力，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和創(chuàng)新性。

2.3 緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

嘗試將競(jìng)賽題目有關(guān)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)方法引入本科教學(xué)中，促進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新。增加設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)，既考慮與前面教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)性又考慮與后續(xù)課程之間銜接性。實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容要及時(shí)更新，廣泛引入集成運(yùn)放、FPGA、DSP、ARM等常見元器件的各類應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性和系統(tǒng)性強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自學(xué)能力，由于學(xué)生能力的差異性，要求實(shí)驗(yàn)教師能提供及時(shí)有效的指導(dǎo)，這就要求加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍建設(shè)，深化校企合作，通過考察、聯(lián)合培養(yǎng)、企業(yè)特派員等合作形式，不斷提高實(shí)驗(yàn)教師自身的工程素養(yǎng)。

2.4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

教學(xué)方法是否合適將直接決定教學(xué)效果，與“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，將討論、互動(dòng)教學(xué)、探索引入實(shí)驗(yàn)室課堂，實(shí)現(xiàn)“邊理論，邊實(shí)踐”的理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的新模式。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的需要，教師可事先布置討論內(nèi)容，由學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索、資料整理自行對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過使用發(fā)放給學(xué)生的基于虛擬儀器的便攜式實(shí)驗(yàn)套件(NI MyDaq口袋式實(shí)驗(yàn)套件)，學(xué)生還可提前在宿舍開展實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證部分和預(yù)設(shè)計(jì)部分的工作。在課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生展開更深入的實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)的討論，讓學(xué)生成為課堂的主體，從而提高學(xué)生的能動(dòng)性和問題意識(shí)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)的各階段引入如Multisim、Pspice、Proteus等先進(jìn)的電路分析設(shè)計(jì)輔助工具，提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證和比較的有效手段。這樣，學(xué)生首先通過實(shí)驗(yàn)仿真對(duì)實(shí)驗(yàn)原理有了初步認(rèn)識(shí)，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)要求，在仿真過程中完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并不斷修改完善，通過模擬、分析、驗(yàn)證，對(duì)多種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行比較和優(yōu)化，選擇最佳的實(shí)驗(yàn)方案，并最終在實(shí)驗(yàn)板上加以實(shí)現(xiàn)。激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，提高解決實(shí)際問題的工程實(shí)踐能力。

2.5 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理制度

“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合同樣包括教學(xué)環(huán)境的改善。進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的開放力度，在保證課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)正常開展的基礎(chǔ)上，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室的開放管理制度，在實(shí)驗(yàn)用房管理、開放實(shí)驗(yàn)室數(shù)量、開放時(shí)間、開放形式、預(yù)約制度、耗材管理等方面進(jìn)行改進(jìn)。為了向?qū)W生提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的環(huán)境和條件，大力新建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，增設(shè)理論課討論區(qū)，實(shí)現(xiàn)邊理論邊實(shí)踐的螺旋式能力上升。同時(shí)提高高精儀器設(shè)備的使用率，滿足學(xué)生的個(gè)性實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的要求。

3 結(jié) 語

基于“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽的實(shí)際要求提出了研究性教學(xué)模式改革。因此“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽的成績(jī)是其改革成果的重要體現(xiàn)之一。從實(shí)際效果來看，改革取得了初步的成效。在2015年的第十四屆“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽中，我校共獲得了2項(xiàng)特等獎(jiǎng)，2項(xiàng)一等獎(jiǎng)，2項(xiàng)二等獎(jiǎng)，在“挑戰(zhàn)杯”智慧城市專項(xiàng)賽中又獲得1項(xiàng)特等獎(jiǎng)和1項(xiàng)三等獎(jiǎng)，學(xué)校以總分420分排名全國第二的優(yōu)異成績(jī)摘得“優(yōu)勝杯”?？梢姡母锱e措對(duì)于提高我校學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)，提升我校的影響力和知名度都起到了非常積極的促進(jìn)作用。