電子實驗環(huán)節(jié)對工科本科生培養(yǎng)的重要意義

王宇飛?鞏師洋?孫道美

摘要：對于工科生的培養(yǎng)，如果只是基于理論知識的熏陶和專業(yè)背景的塑造，是欠缺很大一部分的內(nèi)容的，而實驗環(huán)節(jié)對于工科生工程思維和素養(yǎng)的培養(yǎng)和工程經(jīng)歷的積累來說是必不可少的。本文分析了實驗環(huán)節(jié)對于工科本科生培養(yǎng)的重要意義，就如何讓學(xué)生選擇專業(yè)的不同方向進行深入研究，致力于實現(xiàn)學(xué)生的天賦最大化。

關(guān)鍵詞：電子實驗；工科；比賽

一、目前學(xué)校在學(xué)生實驗實訓(xùn)過程中遇到了哪些困境？（以作者所在學(xué)校為例，以下簡稱學(xué)校）

學(xué)校是新成立的二本公立院校，2023年是第五屆畢業(yè)生畢業(yè)，經(jīng)過一系列的改革和發(fā)展，學(xué)校老師越來越意識到實驗訓(xùn)練對工科生的培養(yǎng)有著潛移默化和實實在在的效果。

（一）實驗實訓(xùn)對于大學(xué)生競賽有直接影響

以2021年電子技術(shù)競賽、2022年第24屆機器人和人工智能大賽及第15屆全國三維數(shù)字創(chuàng)新設(shè)計大賽舉例：

1.2021年電子技術(shù)競賽

在競賽過程中，學(xué)校老師組織學(xué)生進行了為期4個月的培訓(xùn)和準備，培訓(xùn)內(nèi)容包括老師講座、出題和任務(wù)完成，老師帶領(lǐng)學(xué)生查找往年競賽題目并講解，以及援疆老師分享他們獲獎作品的學(xué)習(xí)、分析、討論等環(huán)節(jié)。最終，學(xué)校5支隊伍全部獲獎，其中2支隊伍獲得省賽一等獎，另一支隊伍成績優(yōu)異，被推薦參加國賽。

這次比賽獲獎后，學(xué)院和學(xué)校對我們的成績十分重視。同時，我們教師的士氣得到了很大的提升，通過這次比賽，我們認識到學(xué)生擁有自己的實驗室，并進行基礎(chǔ)實驗和實訓(xùn)的重要性，因此，我們先后建立了電氣測控實驗室和機械實驗室，并正在籌辦創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室。這些實驗室將為學(xué)生提供更好的實踐機會，幫助他們更好地學(xué)習(xí)和成長。

2.第24屆機器人和人工智能大賽

本次比賽，學(xué)院測控教研室組長全程承擔了比賽的組織工作，包含場地布置、各種費用報銷和比賽官方的溝通等事宜。在6月參加省賽，有3支隊伍晉級國賽，隨后在8月國賽中，兩個隊伍榮獲全國一等獎。在11月另一個賽道比賽中，又喜獲該賽事的全國一等獎。

學(xué)校老師全程陪同學(xué)生完成比賽的全部過程。平時，學(xué)生自己進行實驗和訓(xùn)練，遇到解決不了的困難也會主動尋求老師的幫忙一同解決。

3.第15屆全國三維數(shù)字創(chuàng)新設(shè)計大賽

通過以上比賽獲獎，學(xué)校師生士氣再次得到了提升，有些老師主動邀請獲獎指導(dǎo)教師參與比賽，本次比賽，學(xué)院最高獎為特等獎晉級國賽，12月的國賽獲得全國三等獎的好成績。

以上就是近兩年機電學(xué)院部分比賽獲獎信息，通過這兩年的比賽獲獎，學(xué)院學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對于工科生的工程思維塑造和工程經(jīng)驗的培養(yǎng)異常重視，學(xué)校新建了實驗實訓(xùn)樓，購買了大批實驗實訓(xùn)設(shè)備。在課程安排上也給予了很大支持，比如實驗實訓(xùn)課程要占比30%以上，實驗實訓(xùn)開出率必須100%，部分專業(yè)教師認識不足，經(jīng)過比賽也逐漸轉(zhuǎn)變思想，開始扎扎實實做實驗，帶領(lǐng)學(xué)生積極參加各種比賽。

（二）學(xué)校實驗設(shè)備不滿足學(xué)生平時實驗實訓(xùn)需求

當然，目前學(xué)校對于實驗實訓(xùn)這一塊是非常重視的，而在出了一系列成果之后，這種重視程度就成了一種切實摸得著，看得見的效果。平時學(xué)生一般就是在教室上課，下課了一些去圖書館，一些回宿舍，一些去運動場，基本就這幾種流向，而學(xué)生平時除了學(xué)習(xí)理論知識外，沒有什么實驗實訓(xùn)的場地，而比賽的同學(xué)還會來實驗室完成比賽環(huán)節(jié)，做一些實驗，比如動手組裝電路板，學(xué)習(xí)傳感器、繼電器等知識，或者用電腦畫圖。

學(xué)生平時不做實驗，實驗課的時候也有一部分同學(xué)不以為然，覺得做不做沒啥影響，甚至在玩手機，要老師多次提醒才懶懶散散地動動手，這樣的現(xiàn)象讓老師們也覺得需要做一些什么，讓學(xué)生的思想發(fā)生改變[1]。

學(xué)校老師平時給學(xué)生講比賽獲獎情況，以及比賽的過程，優(yōu)秀的學(xué)生，激勵學(xué)生多做實驗，確實起到了一定的效果，參加比賽的學(xué)生越來越多，越來越積極，這都是學(xué)校師生努力的結(jié)果。

（三）地方商品不足以支持實驗實訓(xùn)

學(xué)校是地方上第一所大學(xué)，有些實驗實訓(xùn)設(shè)備得從內(nèi)地寄過來，比如傳感器，電路板等電子器件，在比賽或者畢設(shè)的時候這種弊端就明顯體現(xiàn)出來了，比賽周期短，缺什么耗材如果臨時買是來不及的，只能找替代品，效果會大打折扣，同時實驗實訓(xùn)設(shè)備也是從內(nèi)地購買的，維修或者售后服務(wù)，遠遠達不到教師需求。

最重要的是地方的商品不能滿足學(xué)生日常小實驗使用，大部分都是網(wǎng)購，平均7-10天左右，尤其疫情防控期間，可能很多實驗只能擱置了。

二、師生共同努力，一個新建學(xué)校展現(xiàn)出的生機活力

學(xué)校的老師大部分都是剛畢業(yè)的博士和碩士，還有一些援疆教授帶和從地區(qū)其他學(xué)校選派過來的教師領(lǐng)導(dǎo)。盡管摸著石頭過河，但師生們共同努力，學(xué)校展現(xiàn)出了生機活力。近年來，學(xué)校在比賽方面有了一些起色，老師也看到了希望，士氣得到提升，除了以材料為考核指標外，學(xué)校開始注重成果，為學(xué)校注入新的活力。

通過學(xué)校層次的提升，我們可以感受到，努力是有意義的，已經(jīng)開始結(jié)出了成果。學(xué)校教師也開始有了成就感，積極申報課題，發(fā)表論文，申請專利和軟著，帶領(lǐng)學(xué)生參加各種比賽。

作為一所新建的學(xué)校，我們需要鼓勵和支持，同時也需要自信心[2]。我們需要自己出了一些厲害的成果，這是催化劑，可以讓學(xué)校教師信心倍增，看到自己的付出有了回報，成果拿得出手，值得被考評。

雞蛋從外打破是食物，從內(nèi)打破是生命。學(xué)生取得成果，就像內(nèi)部啄破了殼一樣，成了一個自主、奮斗的生命體，讓整個學(xué)?；钇饋砹恕Ｗ鳛槔砉ゎ惔髮W(xué)，學(xué)生想要取得比賽獎項、出成果，必須進行實驗實訓(xùn)，這對于教師科研素養(yǎng)的訓(xùn)練是至關(guān)重要的。

作為一所新建的大學(xué)，教師需要一些底氣和值得驕傲的地方，除了硬件設(shè)施，還需要一些軟實力。雖然學(xué)校是新建，在基礎(chǔ)設(shè)施上還不是很完善，但經(jīng)過大家共同的努力每年都有一些微不足道的成果，這也為大家打開了取得更大成就的大門。每年都有成果，每年都在進步，長此以往就有可能取得更大的成果，這也都是大家期望的。

三、硬件和軟件的配套

硬件設(shè)施包含教學(xué)樓、設(shè)備等。對于測控專業(yè)來說，電路板和傳感器模塊是必不可少的。在測控專業(yè)成立之前，這方面的設(shè)施是空缺的。但隨著新的高層次人才的引進和電子技術(shù)競賽的舉辦，測控教學(xué)得到了推動，包括實驗實訓(xùn)室的建立、設(shè)備和耗材的選擇以及課程設(shè)計等。這些設(shè)施也為全國機器人和人工智能大賽提供了基礎(chǔ)條件。

對于測控專業(yè)來說，電路板和軟件是密切相關(guān)的，電路板是做嵌入式軟件開發(fā)必不可少的。學(xué)生或許不太愿意花錢購買這些設(shè)備，但對于老師來說，購買電路板用于科研項目是必須且必要，但要給學(xué)生購買電路板卻要依靠項目經(jīng)費或個人工資，這就導(dǎo)致只有部分學(xué)生有實驗室進行實驗實訓(xùn)，其他學(xué)生可能會無所適從，被動等待中。目前實驗實訓(xùn)場地正在建設(shè)，愿意來做實驗的學(xué)生都可以來做實驗。

四、一所大學(xué)可以帶動地方經(jīng)濟發(fā)展

正如上文所說，學(xué)校需要當?shù)厥袌隹商峁╇娮釉骷犬a(chǎn)品，但之前從來沒有此商業(yè)市場，如果學(xué)校實驗室得到發(fā)展，也就催生了商家，這樣就帶動了地方經(jīng)濟，學(xué)校也有就近的電子元器件和實驗實訓(xùn)設(shè)備，學(xué)生可隨時購買，如此可以加快實驗進度和開發(fā)周期，是一種雙贏的局面。同時，學(xué)生畢業(yè)以后也可以從事相關(guān)專業(yè)的儀器儀表設(shè)備或者電子元器件產(chǎn)品的采購等工作，服務(wù)學(xué)校，服務(wù)地方，同時成就了自己，這也是共贏。

電子元器件來說，是即用即有最好，因為電子元器件的特點是組裝上或者焊接好就可以直接用，如果是網(wǎng)絡(luò)采購寄過來周期太長，影響實驗進度，尤其比賽時候基本來不及。

五、一所大學(xué)可以帶動地方產(chǎn)業(yè)化

還是以測控專業(yè)為例，現(xiàn)在國家自動化，數(shù)字化，智能化已經(jīng)成為趨勢，各種智能儀表，智能家電，智能生活用品日益增多。比如人們現(xiàn)在的手表手環(huán)，鼠標，鍵盤，智能小風扇，加濕器等。大到人們使用的手機，都是智能產(chǎn)品，里面都有電路板，再到智能報警系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)等，都可以把電路板加進去，學(xué)校培養(yǎng)這方面的人才多了，畢業(yè)后就會想辦法就業(yè)，一部分人或許可以創(chuàng)業(yè)開一個電子公司，開發(fā)這些產(chǎn)品，從而帶動地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。學(xué)生對于這些技術(shù)的掌握，需要他們在學(xué)校里扎實的學(xué)習(xí)技能，而平時的實驗實訓(xùn)就是基礎(chǔ)。

六、測控不僅滿足于課內(nèi)實驗，同時擴展實驗范圍和內(nèi)容

對于測控專業(yè)的學(xué)生不要以傳統(tǒng)本科的培養(yǎng)方式來培養(yǎng)，應(yīng)該以碩士甚至是博士模式來培養(yǎng)他們，當然，也不是說學(xué)生的能力就比碩士博士強，碩士和博士至少要3-5年，還要經(jīng)過本科4年。學(xué)習(xí)周期畢竟是不一樣的，要不僅只滿足于課內(nèi)實驗，課內(nèi)實驗只是基本掌握，在課余，在假期，要發(fā)動學(xué)生，鼓勵他們參加比賽，布置相應(yīng)的學(xué)習(xí)和實驗任務(wù)，比如大二上學(xué)期學(xué)生學(xué)習(xí)C語言，大三上學(xué)期的學(xué)生就直接買開發(fā)板來做一個簡單的小裝置、小系統(tǒng)。根據(jù)上課的效果和經(jīng)驗來說，把實驗環(huán)節(jié)加入講課過程中去，是可以極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的。穿插講一些研究生才接觸的實驗或者內(nèi)容，對于學(xué)生來說也是一種激勵。

因此，測控專業(yè)不要僅局限于課內(nèi)實驗的完成，部分老師一直在線，只要有學(xué)生問有關(guān)實驗或者學(xué)習(xí)相關(guān)的問題，都會一一解答，幫助學(xué)生提高和成長。同時，在回答問題的過程中，對于教師來說也是一種成長和提高。

七、實驗環(huán)節(jié)對教師的重要作用

實驗環(huán)節(jié)對于學(xué)生來說非常重要，對老師亦然。就實驗來說，老師必須得會，才可以教學(xué)生，同時，平時老師也要積極做實驗，以測控專業(yè)教師為例，老師學(xué)習(xí)Arduino開發(fā)板。通過兩年的時間自己琢磨，導(dǎo)師指導(dǎo)，主要工作是軟件的編寫，完成了兩套Arduino實驗指導(dǎo)書，一套C語言課程設(shè)計資料包，還有組網(wǎng)方向的確定，定下的方向就是控制和組網(wǎng)。期間，老師帶隊比賽，獲得電子技術(shù)競賽省賽一等獎，24屆全國機器人及人工智能大賽全國一等獎和15屆全國三維數(shù)字創(chuàng)新設(shè)計大賽全國三等獎指導(dǎo)老師的成績，出了3個軟著和2個專利，這都是實驗對于教師成長帶來的實實在在的好處。同時打開了該老師科研的大門。

八、通過科研形成科研團隊

不同的實驗有不同的團隊，有些老師偏好于某些實驗種類，比如嵌入式軟件開發(fā)，用電路板做項目，那就自然而然形成了一個科研團隊，這對于教師的成長是非常有好處的，教師科研能力越強，一般來說講課又會有內(nèi)容可講，講的也都是一些實實在在的實驗內(nèi)容，或者項目經(jīng)歷，有產(chǎn)出的講課內(nèi)容使得學(xué)生更加感興趣。同時，教師的科研成果也可以加上學(xué)生的名字，比如某些學(xué)生幫助教師整理或者完善了資料，或者畫了圖做了實驗，那么教師的成果里就可以適當體現(xiàn)出學(xué)生參與了工作，對于學(xué)生的培養(yǎng)來說也是非常具有激勵作用的。

比如測控有一個新搭建的團隊，也是某老師的軟件開發(fā)團隊，他熟練使用Arduino開發(fā)板，不僅可以用它來帶比賽，還可以用來做項目有自己的團隊，并已經(jīng)開始取得一些成果，幫助團隊內(nèi)老師評職稱或者完成科研任務(wù)的同時，不斷為學(xué)校做出一些新的成果。

九、實驗才是學(xué)生的興趣點

如果工科生只有理論知識，那么是蒼白無力的，我們一定要把實驗內(nèi)容加進去，本科生比較喜歡學(xué)習(xí)理論知識，他們還以依照高中的模式，做題，背題和考試，這樣子他們比較熟悉比較輕松。其實如果告訴他們實驗可以發(fā)專利，發(fā)軟著，可以掛他們的名字，那么他們會更加有干勁，更加愿意投入，我們做實驗的目的是有產(chǎn)出，而產(chǎn)出的一部分獲益分享給學(xué)生，可以極大調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。

本科學(xué)生，其實還是愿意動手做實驗的，只是他們不知道實驗做了以后有什么具體的應(yīng)用，比如我們?yōu)槭裁醋鰧嶒灒鲞@些實驗，以后用得到用不到，如果告訴他們這些實驗的具體應(yīng)用，在以后的工作中用得到，同時可以用技術(shù)服務(wù)社會，提高自己，給自己一個富足的生活，提供給他們實驗的具體應(yīng)用場景，他們是非常愿意來學(xué)習(xí)的。

很多學(xué)生對以后沒有規(guī)劃，以后找什么工作沒有想法，有一部分人的想法就是，畢業(yè)后隨便找個工作，以前的畢業(yè)生找工作也挺好找的，沒有壓力感和緊張感，而且工作以后做什么也沒有什么想法。

這就需要老師來引導(dǎo)，告訴學(xué)生工作后不僅僅是處理材料，完成日常事務(wù)，作為工科生，目標是工程師，要學(xué)會把項目思維帶到日常的實驗環(huán)節(jié)中，最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。

要抓住學(xué)生的興趣點，需要按照他們學(xué)習(xí)特點和方向來調(diào)整授課內(nèi)容和思路，一切以學(xué)生為本。注意因材施教，比如C/C++軟件開發(fā)，有些同學(xué)掌握得很快，有些同學(xué)百思不得其解，這都需要教師善于發(fā)現(xiàn)和引導(dǎo)，做到因材施教。

十、結(jié)束語

綜上所述，實驗環(huán)節(jié)對于工科本科生的培養(yǎng)具有重要意義，如何讓學(xué)生選擇專業(yè)內(nèi)不同方向進行深入研究，從而實現(xiàn)自己的天賦最大化，這需要進一步的研究和時間實踐。有些同學(xué)對軟件開發(fā)感興趣，那么寫代碼他就可以做得很好；有些同學(xué)對畫電路板感興趣，那么他設(shè)計的電路板就比較好；有些同學(xué)喜歡模擬，那么他就適合用仿真軟件做設(shè)計。

如何快速區(qū)分出學(xué)生不同性格特點適合不同的方向，幫助他們盡快找到屬于自己的方向，從而加快他們的成長，縮短他們迷茫和尋找方向的時間，還需要教師在日常教學(xué)中多加觀察、總結(jié)和引導(dǎo)。

作者單位：王宇飛 鞏師洋 孫道美 新疆理工學(xué)院

參? 考? 文? 獻

[1]劉波，毛先柏，劉曼玲.新工科電工電子創(chuàng)新實驗教學(xué)改革探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報.2020（02）;138-142.

[2]郭鵬，張姣龍.電工電子實驗教學(xué)優(yōu)化及學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].教育現(xiàn)代化.2016（02）：50-51.