以教学评估、电子设计竟赛为契机谈电类课程改革

刘龙辉

(武汉工程大学邮电与信息工程学院,湖北武汉 430074）

以教学评估、电子设计竟赛为契机谈电类课程改革

刘龙辉

(武汉工程大学邮电与信息工程学院,湖北武汉 430074）

新一轮本科教学评估的目的为:深化教学改革、加强内涵建设、促进自主发展、提高教学质量。同时,全国大学生电子设计竟赛对学生创新意识、动手能力和协作精神的较高要求给了我们深刻的启示。本文就我校近年来参加全国大学生电子设计竞赛的情况及体会,结合新一轮的教学评估,谈电类专业的课程常规教学改革与创新能力培养的必要性。

本科教学评估;电子设计竞赛;教学改革;素质培养

教育部组织实施的高等学校教学工作水平评估就是在新形势下深化改革、加强宏观调控、强化对高等学校办学质量监控的一项重大举措。周济部长指出:“要通过评估,把中国的高等教育质量提高到一个新的水平,利用这种大面积、连续轮回的评估方式,建立起经常化、制度化的评估体系,保证高等学校人才培养和教学质量常抓不懈。”当前,新一轮本科教学评估的目的为:深化教学改革、加强内涵建设、促进自主发展、提高教学质量。而全国大学生电子设计竞赛则是教育部高教司、工业和信息化部人教司共同主办的全国性大学生科技竞赛活动,目的在于按照紧密结合教学实际,着重基础、注重前沿的原则,促进电子信息类专业和课程的建设,引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新能力、协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练,提高学生针对实际问题进行电子设计、制作的综合能力;吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,为优秀人才脱颖而出创造条件。这两者之间的一个共同点就是——提高教学质量,大力加强高校的人才培养,特别是创新型人才的培养。下面笔者就针对电子设计竞赛谈谈自己的一些体会。

1 电子设计竞赛对课程改革的作用

全国大学生电子设计竞赛立足于模拟电子技术,数字电子技术和单片机技术三个基本的技术平台,着重强调学生对于基本知识,基本理论和基本技能的把握,强调模拟电子技术和高频电子技术的具体应用,强调学生的工程能力。如果希望在电子竞赛中取得好的成绩,则不仅要求学生具有较好的基本理论,基本技能等专业素质,同时必须具有一定的系统把握能力,一定的创新能力,而且必须具有相互合作,相互协调和交流能力,即必须具有较好的综合素质。这种对学生的全方位的高要求,必然对于传统的高等教育模式和常规的教学方法提出了挑战,也必然对于高等教育的教学改革起到了一种引导和促进的作用。事实上,不仅那些成功获奖的学生对于我们的教学具有借鉴作用,而且那些大量的,参赛不成功的学生,对于我们的教学更具有深刻的警示作用。

经过电子竞赛并取得较好成绩的学生,往往可以直接动手解决一些基本的工程问题,而没有经过电子竞赛的以及相关培训的学生,对于此类问题往往是束手无策。在经济逐渐发展的今天,各公司和集团都在尽可能地缩短电子产品的研发周期,以最快的速度占领市场,而经过电子竞赛的学生往往能够快速胜任相关的技术工作,从而直接给用人单位创造经济效益。应该说,这才是造成社会上对于电子设计制作竞赛予以充分肯定的根本原因,是造成用人单位对于竞赛获奖的学生优先录用和情有独钟的根本原因,是全国大学生电子设计竞赛逐渐形成一种品牌效应的根本原因。

2 电子设计竞赛对常规教学盲区覆盖

电子设计竞赛的题目是直接面向工程实践的电子设计与制作,而对于工程实践的许多基本知识和基本概念我们在常规教学中限于学时是无法覆盖得到的。例如电子工艺上的电源去耦问题,一点接地和大面积接地问题,屏蔽和隔离问题;例如放大器自激问题,例如线性电源的高频性能下降问题,例如基本的工程数量级概念等等。而且,在电子设计的方案论证过程中,需要学生具有系统观念,需要对于某种电子技术的应用场合的准确把握等。这许许多多的基本概念,基本知识和基本理论是我们在传统的常规教学中根本无法涉及到的,但是它们往往是工程中必然会遇到和必须要解决的问题。可以这样说,电子竞赛中学生往往感觉到最为难的,最不足的,恰恰是我们常规教学中不可避免的教学盲区或盲点。突现出课堂教学与工程实践之间的距离。

电子竞赛中所反映出来的我们的常规教学中的盲区和盲点,因为具有极强的实践性,所以往往不是学生简单的通过自学能够解决的,也不是简单的通过我们常规的实验和开放实验室等手段能够解决的。如果我们将这些内容强行加到我们的常规教学的内容上来,则显然我们的常规教学资源是难以胜任的,例如学时资源、师资资源、设备和器材资源、管理资源等。

3 竞赛对于实验、课程设计的影响

尽管常规教学中的实验、课程设计与电子设计竞赛以及电子竞赛培训的内容和方式是有些接近的,但是实际上两者却有着相当大的区别,即常规教学中的实验或者课程设计并不能够作为电子竞赛的前期准备,电子竞赛培训还是必须从头开始。原因在于常规教学中的实验以及课程设计等实践性教学离我们的工程实际比较遥远。

笔者从我校近年来的电子竞赛培训中发现,刚开始,学生对其中的设计,从方案形成到指标测试,包括其中的工艺制作等每个环节都比较陌生。尤其是对于最基本的工艺知识、基本的测试方法等,学生往往是空白。还有,对于调试过程中所出现的细节学生往往视而不见,这在常规教学的实验中是司空见惯的事情。常规教学的实验往往并不强调学生的观察能力和发现能力,对于实验过程中所出现的各种现象往往不加解释的予以“忽略”。至于开放实验室,加强综合性和设计性实验等教学改革,往往还停留在表面阶段,并没有深入下去。这使得我们的学生从基础上和基本技能以及从科学态度和科学方法上来说,都处于一个缺失状态。有时甚至对于学生的发现欲望和求知欲望起到一种遏制的作用,这就与当前大学的教育精神背道而驰了。

所以,电子设计竞赛提供了一个充分暴露常规实践性教学的问题的良好途径,使得我们对于现有实践性教学中的问题的反思有了一个极好的参照系。至于说具体的改进或者改革等等,只要思想上认识到位了,具体实施也就有了基础了,问题的关键也就找到了。那么,目前新一轮的大学本科教学水平评估,也就起到了推波助澜的作用了。

4 竞赛对于学生学习效果的影响

电子设计竞赛对于学生能力的提高,最大的不仅仅是学生自身的理论水平和实践技能的提高,而是学生找到了更为有效和更为实用的学习方法,找到了运用所学知识创造性地解决实际问题的自信心和激情,认识到了团队精神和相互协作的重要性,体会到了细节的重要,品尝到了功亏一篑的滋味……这对于学生来讲其实是一笔丰厚的人生财富,对于学生以后的学习和工作必将产生深远的影响。

一般来说,学生在校的学习最大的困难在于盲目性,除了仅仅通过考试成绩的评估和评定之外,似乎再也没有别的评判标准。但是,经过电子竞赛或者电子竞赛的培训后,学生的这种盲目性明显见减小了,迷惑明显解除了,主动性明显提高了,对于知识的掌握明显加深了,学习效果也明显更好了。可以这么说,课堂上所学的和考试中所获得的分数,其映射的知识往往还是书本的或者还是老师的,但是,在电子竞赛中所学的知识,学生真切的感到,知识是自己的,因为自己真正弄懂了。

经过电子竞赛或者培训后,学生不再满足于书本上的理论知识,而往往会开始关注对于这些理论的实际应用的支撑,会查阅相应的应用技术和知识,查阅相关的集成芯片的性能指标和应用条件,并将其结合到具体的课题之中,从而大大的扩展了知识面,提高了解决问题的能力,发挥出学生应有的创造性。实际上,这些学生所做的毕业设计课题往往能够真正深入下去,并且能够进入课题的调试测试阶段,从而充分表明了学生在学习方法上的进步和学习效果的提高。

所以,经过电子竞赛的学生往往在学习上有着更强的自主性,更明确的选择性。这些学生对于自身的规划也更合理,在应聘过程中也往往有着更好的发挥空间。教学,是相辅相成的两个方面,而其中“学”应该是主要方面,是内因,“教”反而是次要方面,是外因。但是一般高校都是把“教”当成主要问题来抓,往往忽视了“学”的方面。电子竞赛在这方面也给我们的教学改革提供了很好的参考。

5 电子设计竞赛有效占用学生空余时间

学生本身在大学四年的时间里,所学的课程以及相应的实验和课程设计和毕业设计等等环节,包括英语四、六级考试及其相关准备,时间还是比较紧张的。课余时间的有效利用对于大学学生来说也是很重要的一个方面。但是,如果本身对于学习和自身规划模糊不清的话,那么很难有效地利用课余时间。实际上,参加电子竞赛的学生或者参加大学生创新课题申报的学生,不得不把相应的时间用到专业内容的学习上,而且往往是一种高效率的学习。这无论对于扩展学生的知识面,还是提高学生的专业技能都是一种极为必要和合理的时间利用。

其实,在电子竞赛中,有很多优秀的学生,其专业技能相当不错,成长速度很快。但是,其中大部分的内容都不是通过课堂教学解决的,而是通过培训期间的自学解决的。因为课题需要,那就必须涉及这方面的知识,那就必须自学,那就必须学会,这就充分调动了学生学习的主动性和积极性。一改常规教学中以教为主的模式,而自然的转变到以学为主的模式。其中课余时间的利用,不再是课后做练习题的问题,不再是考试评定成绩的问题,而是自己利用一切可能的条件去发现问题,去分析问题,去解决问题。在常规教学中的教学节奏和学时安排是完全取决于教师的,但是这里,学习节奏和时间安排则完全取决于学生,这反而极大地提高了学生的课余时间的利用率。“教”和“学”的关系真正被理顺了。

6 电子竞赛对教师和课堂教学的促进

电子竞赛的基本知识和技能平台是模拟电子技术和数字电子技术。而模拟电子技术从来都是学校教学和学生学习的一个难点。原因在于模拟电子技术的可变因素太多,各种情况综合到一起,使得本来一个本简单的问题却可以扩展出很多的问题,而这些问题尽管教材和教师都因限于学时不能涉及或者不能过多涉及,但是它们对于工程应用来说却往往是最为基本的问题。同时,模拟电子技术中交流与直流混合、高低与低频混合、线性与非线性混合、器件与电路混合、单元与系统混合、理论与应用混合、严格分析与定性估算混合等,着实加大了难度。这是一门具有典型意义的课程,也是电子竞赛最主要的知识和技能平台。在电子竞赛中经常会出现非常典型的教学案例。例如稳压电源和去耦电路的理解,应该说这是相当基本的模拟电子技术的问题。这些理论可以导出很多常规的工程工艺概念,例如数字电路和模拟电路分开供电,高频电路和低频电路分开供电等等。但是这些往往在教材中或者课堂教学中根本都不涉及,致使学生在这方面的知识积累完全空白。

另外,现在模拟电子技术课程的学时越来越少,因为课程门类越来越多,计算机以及网络课程的加入,相应的实验课程的加入,还有众多的选修课的设立等等,在学制不变的前提下,当然每门课的学时量会受到较大挤压。但是对于不同的层面的课程应该考虑不同的权重,例如技术基础课程和专业课程的权重比例等,这都是很值得商榷和尝试的。不过,总的来说,基础不好,其影响更为深远。

课堂教学的质量应该说直接取决于教师,而教师本身对于教材的处理,对于学时安排,对于重点划定等等往往有着比较大的自由度。而电子竞赛中的很多问题,很多现象,都给课程教学提供了丰富案例,这些案例对于课堂教学无疑具有极好的参考,而且这些案例往往并不是类似于习题那样冷冰冰的,而往往是鲜活的,生动的、曾经发生的,是学生往往极易接受和感兴趣的,并且往往能够引导学生学习对于各种不同问题的分析方法和处理技能,激发学生的学习热情和发现欲望,引导学生领略书本之外的广阔世界和书本之中的经典分析。

7 在电子设计竞赛培训中的教学案例

这里我举出若干个比较典型的电子竞赛培训中学生所出现的教学案例,仅仅从这些教学案例中往往也能够不言自明的说明一些问题。

(1)有一组学生采用单片机和AD9851制作DDS振荡器,在课题汇报时,学生汇报:当输出频率大约在10MHz以内时,输出幅度基本上不随频率的升高而改变,但是当输出频率继续加大时,输出幅度开始下降,在输出频率20MH z时,输出幅度大约降低一半。指导教师问:用什么测试输出幅度?学生答:示波器(注:60MH z带宽的泰克数字存储示波器)。指导教师问:示波器探头置于×10还是×1衰减档位?学生答:不记得。指导教师问:示波器探头置于×10和×1衰减档位时,探头带宽和探头输入阻抗分别是多少?(注:示波器探头上已经标注了相应的参数)学生答:哦,懂了。指导教师:也就是说,你的DDS振荡器输出幅度可能并没有随频率升高而降低,但是你的测量方法却导致了这种现象。

(2)有一组学生采用AD603做宽带放大器,要求带宽为10MHz。学生用示波器分别测量其输入端和输出端的电压幅度。但是输出波形很杂乱,不规则。指导教师不改变任何东西,只是把信号源的电源关断,结果示波器上出现了比较规则的正弦波。指导教师说:自激了。测测自激频率多大?学生:测得自激频率大约80MH z。指导教师拿掉放大器输入端的探头,自激消失。拿掉输出端探头(输入探头保留),也不自激。指导教师说:放大器输入端探头和输出端探头之间通过空间分布参数形成了耦合,建议,在宽带放大器输出端增设一个截止频率大约为15MH z～17MHz的 LC低通滤波器,按照二阶滤波器每十倍频程负40分贝的滚降速率,对于80MH z的自激频率其增益将降低80多分贝,应该能够消除自激。改天,学生汇报:增设了滤波器,自激消除了。

(3)某组学生采用AD650做电压—频率和频率—电压转换,学生反映:电路不正常,给定输入频率,输出不反应。并且说,我们已经为此困了一天了。指导教师亲自测量,的确不对。反复检查,问:怎么第六脚悬空?学生恍然:啊?原来第六脚没有接通呀。指导教师:这种基本错误你也敢犯?

限于篇幅这里不再多举,仅此几例,以偏概全。

8 结语

事实上,我们很难将学生的电子竞赛培训模式全盘照搬到常规教学中去,因为这不仅意味着不堪承受的教学资源的消耗,而且对于整个课程体系的重新构建,课程设置和学时分配都必须重新设置。但是,电子设计竞赛的确对于我们的常规教学具有极大的启发和借鉴作用。所以,从观念上我们可以从电子设计竞赛中得到符合实际的改造,观念上的改造是所有改革的前提,尽管限于各种因素改革肯定不能是一个激进过程,但是只要去尝试,只要去探索,那就要比安于现状要好,比固步自封要好。社会在发展,技术在进步,我们的大学教育也要发展,也要进步,那么,改革求进步则是必然之路。例如:北京邮电大学在这方面作了尝试,为大学三年级的学生开设了“电路综合设计应用”课程;华中科技大学也很早将低频、高频、数字电路及电子测量等四门课的实验课进行整合,开设了一门独立的实验课“电子线路设计与测试技术”课程选修课,效果都非常好,而且也取得了丰硕的成果,这就很值得我们许多地方院校学习。我们学校也在大三开设了PCB板制作和电子技术综合课程设计等课程,学生都很感兴趣!总之,在新一轮的教学评估中,我们学校将会以抓住这个良好契机来做好每一项教学改革工作,为高等教育贡献自己的力量!

[1] 钟秉林,周海涛,刘臻,魏 红.新一轮本科教学评估基本问题探析(一).高校教学评估,2009(1)

[2] 全国大学生电子设计竞赛组织委员会.全国大学生电子设计竞赛章程[EB/OL][2009-03-08].http://www.nuedc.com.cn/new s.asp?bid=5&sid=20&id=559

[3] 王滨芳,王孝威.构建地方本科院校教学评估长效机制的探索与实践.教育评价,2009.01