工程实践与科技创新系列课程的实践

张士文，张 峰，殳国华，郑益慧

(上海交通大学电工电子实验教学中心，上海 200240)

卓越工程师计划十分重视提高大学生解决实际问题的实践能力和创新创业能力［1］。如何设置合理的实践课程，提高他们的动手能力、分析问题解决问题的能力是高校面临的挑战［2-4］。工程实践与科技创新(简称科创)系列课程是我校面向电类专业本科生开设的以工程实践及创新能力培养为主的课程，藉此可以改善学生理论联系实际的能力。

1 课程总体设置及特点

1.1 科创课程的四个阶段

目前，工程实践与科技创新系列课程包含循序渐进的四个阶段。第一阶段(“科创I”)面向大一新生。这是电类专业的必修课，主要进行基本焊接和基本仪器的使用训练。同时，通过一定的竞技使学生产生较为浓厚的兴趣，从而为进一步学习打下良好的基础。第二、三、四阶段(“科创 II、III、IV”)的课程分别面向一、二、三年级开设，内容从调试局部电路或软件，设计并完成包含硬件及软件的小系统，到最终能够自主设计并调试较为复杂的系统。

1.2 课程的运行机制

在课程组整体规划的基础上，各系(中心)均可设计融研究、创新和实践于一体并符合相应阶段要求的模块，形成同一级别。多个方向的课程供学生选择，极大的丰富了各阶段的内容。

每个新申报的课程模块都须先经课程组讨论同意，并报学院及教务处批准以后才能实施。各模块均要有详细的课程大纲和活动计划安排，包括:题目、学分、内容、预期达到的目标、课堂讲座的次数及主讲教师、科技活动的场所及指导人员、成果考核与验收形式等。

由此可见，科创系列课程既是一个整体，又是若干个互相竞争的个体。各系(中心)在课程组的把关下设计、组织运行不同的课程模块，学生完全根据兴趣爱好和个人规划选课。这种在统一管理下的竞争机制有效地调动了参与教师的积极性，提高了系列课程的质量。

1.3 科创课程的开设情况

科创系列课程采用工程实践与科技创新“II-A”和“II-B”等形式的名称。这里 I，II，III，IV 表示阶段，A～F为各系(中心)设计的模块编号。学生能够通过课程名称了解该课程的级别及开设部门。模块阶段分布及对学生能力培养目标如图1所示。

图1 科创系列课程体系时间分布及其能力培养目标

2 各阶段内容实例

2.1 “科创I”的课程内容

“科创I”是两个学分的大电类专业的必修课，主要以作品焊接和组装为主，提供了自动小车的焊接与调试、万用表及无线话筒的焊接与安装调试等课程项目。学生通过实践，可以对电路的焊接、零件组装、常用工具的使用及基础仪器的操作有一定的了解。在部分项目中，选用以贴片封装为主的器件，对学生提出了较高的要求，使其能够适应今后的主流电子产品设计。同时，这些课程也具有一定的实用性及趣味性，如在自动小车的项目中，采用课程比赛等方式，促使学生思考，尝试改进电路参数，使性能达到最优。针对电气信息类试点班的学生，增加了单片机控制电动小车运行轨迹等内容，在实践课程实施“做中学”和“边玩边学”的教学理念。

2.2 “科创II-B”的课程内容

“科创II-B”为我中心开设的第二阶段课程。我们设计了融图像处理、软件算法、单片机通信和电机驱动等知识于一体的题目:“计算机控制小车走迷宫”，内容如图2所示。该题要求学生还能够在PC机上通过算法实现迷宫(及小车)的图像采集和小车定位，并生成控制指令，使小车顺利走出迷宫。该题目偏重于用软件算法解决小车的识别及控制，是小系统中的一部分。参与学生通常处于一年级下或二年级上，已修完高级语言程序设计(C或Java等)，能够编写简单的程序，但缺乏大型程序设计经验及自学能力。学生通过本课程的训练，可以提高软件编写与调试能力。同时，他们也可以学习单片机及电机控制电路，对硬件设计有初步的认识。

图2 “科创II-B”课程内容示意图

2.3 “科创III-C”的课程内容

在“科创III-C”课程中，我们设计了一个集手机编程、单片机和通信技术等知识的题目:“手机控制小车自主运动”。要求学生利用Android系统的手机或平板电脑实现小车的无线控制，整个题目是一个完整的小系统，包含嵌入式系统软件设计、硬件设计。本阶段的学生处于二年级下或三年级上，通过第二阶段的训练，学生将可具有较好的编程能力及一定的硬件设计调试能力，手机编程足以吸引他们深入其中。除此之外，单片机系统设计、蓝牙通信技术和玩具小车的控制方法，使学生在玩中学到了先进的技术，使其软硬件水平又有了飞跃。

2.4 “科创IV-C”的课程内容

第四阶段是科创系列课程的最高阶段，学生在这里可以大显身手。我们借鉴“IEEE电脑鼠走迷宫”竞赛，将其适当简化后引入课程，设计了这个小车自主走迷宫的题目。要求学生从零开始，设计一部能够自主走迷宫的小车。这个模块融机械设计、加工、电路设计、调试、嵌入式系统和软件算法于一体，集趣味性和挑战性于一身，对参与学生提出了较高的要求，为后续的科技竞赛和毕业设计等工作打下良好的基础。表1总结了各科创阶段课程模块涉及到的实践内容及难度。

表1 科创各阶段模块涉及到的内容

3 课程的运行保障及效果

科创系列课程具有内容新颖、紧跟技术变化和提倡创新等特点。由于学生在实践过程中往往缺乏理论课的支撑，(尤其是一、二年级的学生)，我们针对这种情况，提供若干次课程讲座，讲解涉及到的知识及常见问题。同时提供课程网络交流平台及阅读材料，安排专门的教师网上答疑，鼓励学生自行查找资料，组织小组讨论，共同解决遇到的问题。通过这些措施，能够保证绝大多数学生能够顺利完成实践项目。

根据我校培养计划，电类专业学生需在四个阶段的科创系列课程中，根据兴趣爱好自由的在每个阶段至少选择一门课程，从而获得8个以上的综合实践类学分。其他专业的学生可以根据兴趣及个人基础选择合适的课程。至今已经有近6000名学生经历了系列课程训练，被学生认为是“最有特色也最有价值的课程之一”。

我校科创系列课程是经过多年积累、完善而形成的一系列实践课程。课程组紧跟时代的脚步，不断改进课程模块设置，以吸引更多的学生参与，为提高学生的综合素质做出积极的贡献。

［1］郑益慧.三位一体构建工程拔尖人才培养新模式［J］.北京:中国高等教育.2011(12):38-40

［2］孙岩，刁鸣，江凌.研究型大学的学生科技创新实践平台建设［J］.上海:实验室研究与探索.2010(11):116-118

［3］袁焱，周玲玲，龙沪强.构建信息工程实验教学新体系［J］.南京:电气电子教学学报.2010(3):98-100

［4］杨幽红.能力导向的工科院校模块化课程体系设计与实施［J］.武汉:高等工程教育研究.2011(3):100-103