加强实验教学示范中心建设 促进实验教学改革

王晓东， 朱 华， 张 亮

(浙江工业大学a．信息工程学院；b．经贸管理学院，浙江 杭州 310023)



加强实验教学示范中心建设 促进实验教学改革

王晓东a， 朱 华a， 张 亮b

(浙江工业大学a．信息工程学院；b．经贸管理学院，浙江 杭州 310023)

在嵌入式系统实验教学示范中心建设中，按照建设学科大类实验平台的思路，围绕实验教学改革确立了以学生为主体“有效教学”的实验教学理念。阐述了满足学生“能力链”培养的建设思想和方案，构建了覆盖基础实验、综合设计实验、研究创新性实验和学科前沿型实验分层次、多模块的实验教学体系。通过改进实验教学内容和创新实验教学方法，示范中心建设取得明显成效，自制了一批实验装置，开设了综合性、研究性和创新性的开放实验项目，提高了学生实践能力和创新意识。

示范中心； 嵌入式系统； 实验教学改革； 实验教学体系

0 引 言

在促进高校转变教育观念，改革人才培养模式，创新人才培养机制的背景下[1]，实验教学示范中心建设是当前提高高等教育质量的一个重要切入点。示范中心建设以实验教学改革为中心，紧紧围绕学生实践能力和创新能力培养，强化实践教学环节，创新实验教学方法，提升实验教学质量，不断提高实验室建设水平[2-3]。我校嵌入式系统实验教学中心是从信息工程学院电子信息工程专业的单片机实验室和嵌入式系统实验室基础上发展而来，按照建设“学科大类实验平台”的思路，本着“集中建设、资源优化，开放共享”的原则，学院将各专业的部分实验分室和学生创新基地从空间、设备和人员进行优化整合，成立了嵌入式系统实验教学中心，中心承担全校的嵌入式系统相关的课程实验教学工作。2010年5月浙江省教育厅批准嵌入式系统实验教学中心为浙江省实验教学示范中心建设点。在3年的建设过程中，中心结合实验教学改革，通过确立和贯彻实验教学理念，构建实验教学体系和创新实验教学方法等举措，促进实验教学示范中心建设，取得较好成效。2013年7月，中心通过验收成为省级实验教学示范中心。

1 确立先进实验教学理念

教学理念是人们对教学和学习活动内在规律认识的集中体现，同时也是人们对教学活动的看法和持有的基本的态度和观念，是人们从事教学活动的信念[4]。实验教学的改革首先要树立先进的实验教学理念，才能明确实验教学示范中心的建设思路。

1.1 树立“有效教学”实验教学理念

中心以教育部提出的“以学生为本，知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念”为指导，树立以学生为主体的“有效教学”理念，即最有效地使学生获得知识和技能，强调夯实基础、强化综合、突出创新，以学生工程实践能力和创新能力提高为核心，统筹实验教学和理论教学。将实验教学和理论教学的依附关系转变为互为主体、相辅相成；将实验教学的作用从被动转变为主动与互动；将实验教学模式从基础、验证转变为多样性、综合型；注重培养学生的探索精神、创新意识、科学思维和实践能力[5-6]。“有效教学”从增加综合性、设计性实验和研究性实验项目的比例入手，改革实验教学方法和手段；重视学生课外科技活动，融合第一课堂和第二课堂[7]，在中心形成了理论教学与实验教学相互交叉、彼此渗透、同步发展、统筹协调的教育氛围。

1.2 建设和改革的主要思路

根据能力培养要求，凝练学生的实践“能力链”：基础→综合→设计→创新[8]，据此建设和设立相应的实验室，在中心形成了包括嵌入式系统基础、应用、设计与测试、多核嵌入式和创新等5个实验室。实验室开设相应的实验项目，培养学生技能上呈依次递进关系。中心通过与本行业国际知名企业的合作，建设联合实验室，使各实验室拥有先进的实验设备，保持实验教学内容的先进性，通过加强综合性、设计性实验项目，培养学生的分析问题和解决问题能力；通过自主选做实验项目，实施因材施教；通过实验教学与科技创新和科研开发的结合，提升实验的水平、保持实验项目的持续先进性。

组建嵌入式系统教学团队[9]，对承担的课程(理论课程与实践课程)进行研究探讨，制订实践教学条件建设(实验设备建设与实验教材及环境建设等)的方案和实施计划。中心明确了作为学科大类实验平台的定位，以嵌入式系统课程为核心，融合单片机原理与应用、DSP原理与应用、嵌入式系统设计、计算机控制技术等课程，建立起覆盖基础型实验、提高综合型实验、研究创新型实验和学科前沿型实验的分层次、多模块的实验教学体系。

中心除承担各专业嵌入式类课程的实验教学外，还支持学生自主实验、学科竞赛培训、课外科技创新活动；进行产学研合作，开展技术研发、学术交流和培训。形成嵌入式人才培养、技术研究开发、学术交流、服务与培训和嵌入式技术网络信息的5个功能。

通过建设，中心拥有了一流的嵌入式系统硬件和软件条件、一流的嵌入式课程的理论与实验教学内容、一流的嵌入式技术的教师队伍、一流的嵌入式技术的科研与开发水平、一流的实验室场地与环境。从而构建面向全校、开放共享的实验教学平台；成为教师科研、学生科技创新活动的场所。

2 构建完善实验教学体系

中心注重教学体系建设，完善实验教学体系，针对不同专业、不同层次学生的培养要求，分阶段、分模块、分层次安排理论和实验教学，改进实验教学内容。

2.1 建立实验教学体系

建立了覆盖基础实验、综合设计实验、研究创新性实验和学科前沿型实验的分层次、多模块的实验教学体系，见图1。

(1) 分层次实验。实验层次由低到高分为基础型实验、设计型实验、研究创新型实验和学科前沿型实验，满足 “普及认知、巩固基础、加强实践、发展创新”实践教学[10]要求。

根据课程的不同，各层次实验项目在教学实验中所占的比例有所不同。如微机原理及应用课程是电类学科基础必修课。使学生对微型计算机系统的基本结构、基本工作原理、汇编语言、I/O接口有一个基本的了解，为后续课程的教学打好基础，故该课程基础型实验所占的比例较高。而对于通信专业的DSP原理及应用课程，要求熟悉国内外先进的DSP处理器及其结构性能，能根据具体需求选择合适的芯片；掌握常用DSP处理器的开发方法；能使用DSP硬件实现FFT变换、FIR低通滤波器等典型的数字信号处理等。因此该课程设计研究型实验项目所占的比例较高。

(2) 实验分对象和阶段。针对不同专业的学生，根据专业要求，分别开设必修或选修的教学课程，根据课程学时的分配，合理设计实验项目；特别是专业型比较强，实践要求比较高的教学内容，则提高实验学时数，或单独设立实验课程。对于不同阶段的学生，开设的课程由专业基础课到专业课，再到专业实验或者课程设计，所以实验有必要增加新技术培训、自主实验，提高学生的专业素养。到高年级，学生可以进行创新研究，结合学科前沿，开展学科前沿型实验，能在学业阶段了解掌握新技术，新方法。

(3) 不同实验手段。实验手段分为实际操作、远程操作、网络学习和虚拟实验，也可各种手段相结合，提高实验效率，降低实验成本。

2.2 改进实验教学内容

为适应嵌入式技术的快速发展，中心对已有的实验项目进行优化，淘汰部分陈旧、过时的实验项目，实验项目年新增与更新率8%左右，其中三性项目比例达到60%以上。将实验项目分四个层次：

(1) 基础型实验。即基本技能训练实验，是学生必须完成和掌握的基本实验原理、基本实验技术、基本实验方法(即三基)，主要以验证或操作性实验为主，这部分实验所占比率很小。这一阶段主要是加深对理论知识的理解，培养学生严肃认真、实事求是的科学态度。要求学生熟练掌握实验的方法步骤和技能，熟悉常规仪器的使用范围和操作方法。要求学生根据实验指导书或实验讲义，查阅参考资料，撰写预习报告。实验前，教师将实验中容易忽视的问题及学生在预习中还没有解决的问题提出来，引导学生讨论，帮助学生分析，使学生更好地巩固“三基”。教学方法以“教师指导为主”，学生在教师指导下较熟练的独立完成各项实验，并掌握数据处理的方法和完成实验报告。

(2) 设计型实验。设计型实验主要是提高学生对所学知识和实验技术的综合运用能力和设计能力，培养学生分析问题、解决问题的能力及团结协作精神。学生通过前期对专业知识的学习及训练，要求能在教师指导下，根据实验内容和要求独立或与他人合作完成较复杂的实验项目或模块。教学方法以“学生自主实验，教师辅助指导”，学生自己拟订方案，设计实验步骤，所需的实验器材由学生自己选择调配仪器设备，动手实验。当学生遇到问题时，师生相互探讨，教师只是帮助他们分析问题，寻找解决问题的途径和方法，完善实验方案，而不是直接将答案告诉给学生。

(3) 研究创新型实验。研究创新型实验针对理论知识扎实和实践能力较强的同学，以问题和课题为核心，结合当前技术热点，学生需要有较强的学习主动性、积极性，实验内容结合实际应用。中心每年推出具有一定创新意义的研究型实验项目或课题供给学生进行实验，为学有余力的学生提供课外科技创新项目。如中心教师利用现有设备开发的“机器人综合实践”和“嵌入式ARM9平台综合开放实验”等综合性、创新性开放实验项目，很受学生欢迎。激发学生的创新思维、创新意识，培养科学研究的能力。同时鼓励学生运用各方面的知识，通过查阅文献，自行设计实验方案，自己选择课题，自己选择指导教师，通过自己探索，独立解决问题，教师只是起一定的引导作用。

(4) 学科前沿型实验。针对学科技术快速发展，中心利用与INTEL、ATMEL和TI等国际知名公司合作共建的联合实验室提供的芯片、器件和嵌入式系统应用等方面的国际先进技术，使中心设备和技术与国际接轨，让学生开展学科前沿型实验，紧跟时代潮流。同时，中心还通过全国、省、校 “电子设计竞赛”、“智能小车”、“机器人”等学科竞赛以及国家、省“挑战杯”、校“建龙基金”、“银江创新创业基金”等课外科技创新项目，充分调动学生学习积极性，及时了解、掌握学科前沿技术。

3 创新实验教学方法、手段

中心以学生为本，采用多样化的有利于培养高素质创新人才的教学方法，变“以教师为主体”的教学模式为“以学生为主体、教师为主导”的模式。实验教学方法上除渐进式教学[11]方法外，还进行了项目式教学[12]、自主式实验教学[13]和开放式实验教学[14-15]等多种教学方法的改革实践。

3.1 创新实验教学方法

(1) 采用多样性的教学方法。努力提高实验教学质量。简要介绍与实验相关的理论知识和实际应用背景，明确实验要求和注意事项；在讲解过程中提出关键问题，引导学生在实验过程中去发现和解决问题；向学生剖析实验的基本思路及技术要点，演示关键步骤和环节；结合在实验中的具体问题，给予学生必要的提示；对学生实验报告进行分析和评价，引导学生深入思考，提出补充分析。

(2) 以学生为本，因材施教。整体的教学过程中，要重视知识学习的逻辑性，从简单到复杂，从低到高，学以致用，同时要重视学习的系统性，把实验原理、操作、应用和总结提高形成一个系统的学习过程，并把知识学习、技能训练和能力培养融合在一起；引导学生“看、思、动和用”，培养学生的观察、思考和创新能力。

(3) 开放式教学。采用开放式教学方法，在时间和内容上进行开放，学生可以根据专业的相关性选择所开列的实验。所有实验对学生开放，学生根据自己的时间和兴趣选择实验项目、实验时间。对于在计划实验时间内没有完成，或对实验参数、实验结果不满意的学生，都可在实验室开放时间重做实验。中心网站有较丰富的实验教学资源，便于学生自主学习。

3.2 改革实验教学手段

(1) 设置选做实验项目。学生可以对课程实验中的实验项目进行选择，其它实验项目可作为课外自主开放实验项目。在中心建设过程中，中心教师通过实验教学改革项目，利用现有嵌入式ARM实验平台上，设计了基于ARM的数码相机设计、基于ARM的嵌入式录音机设计等多个综合创新性实验项目，编写了实验指导书，这些开发的综合创新性实验项目，作为选做实验项目推荐给学生，对学生有较大的吸引力，取得了较好的效果。

(2) 开设虚拟仿真实验。改变过去理论教学和实验教学相分离的教学方法，采用虚拟仪器进行虚拟实验，在理论教学中穿插实验演示，给学生带来一种如临现场的亲身感受，加强学生的感性认识。由中心教师的主持的新型嵌入式系统开放式实验教学改革项目，通过设计一种低成本通用便携式虚拟测量仪器，将测量仪器引进课堂进行辅助教学，在理论教学中穿插实验演示，使理论教学与实践更好地紧密结合，教学更生动、更形象、更直观，丰富了教学手段和教学资源。

(3) 开设实验选修课程。结合学生科技创新和学科竞赛培训，教师在中心建设经费的资助下，自制了综合电子系统设计实验板，编写教材和实验指导书，开设了“电子系统设计”选修课，每年选修人数达250多人，并录制了视频课程发布在中心网站上。

(4) 开设远程实验。利用现代网络技术，研发基于网络的远程实验设备，通过远程共享技术将实验设备放到网上，学生可以随时随地远程做实验。中心正在研发的单片机实验平台既可以满足到实验室做实验的学生需求，又能满足学生在任何时间任何地点在能上网的情况下做单片机实验，实验的安排更加灵活方便，提高学生自主开展实验的积极性。

4 结 语

中心通过实验教学改革，针对不同的实验教学内容和教学对象，采取多元化的实验教学模式、教学方法与手段，注重能力培养，激发学生的学习兴趣和积极性，提高学生的综合素质，培养学生创新意识。近3年中心取得良好的教学效果，学生获全国挑战杯一等奖1项、大学生电子设计竞赛国家一等奖2项、第二届全国物联网应用设计大赛一等奖1项、第三届高校电子信息创新作品评选国家一等奖1项、 “飞思卡尔杯”智能汽车竞赛国家二等奖1项等。《嵌入式系统》课程获“教育部-英特尔精品课程”；中心自主开发综合电子系统设计实验板(获全国电子技术研究会实验教学成果一等奖)、基于远程实验的嵌入式实验平台等多种实验设备；近3年出版了教材和实验教材4本和编写实验讲义15本，发表了20篇实验教学和管理论文；2013年获得浙江省教学成果一等奖1项，省高校实验室工作研究成果二等奖1项；中心资助立项的实验室建设和教学改革项目14项等，有效地促进了实验教学示范中心的建设。

[1] 教育部，财政部．关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见[Z]．教高[2007]1号．

[2] 景新幸，张国庆．以实验教学创新全面推进国家级实验教学示范中心建设[J]．实验技术与管理，2011，28(12)：1-4．

[3] 张清祥．地方高校创建省级实验教学示范中心的探索与实践[J]．实验技术与管理，2013，30(8)：112-115．

[4] 韦青燕．专业课程实验教学研究与探索[J]．实验科学与技术，2013，11(4)：111-114．

[5] 周 玲，姜东光．深化实验教学改革，打造特色鲜明的实验教学中心[J]．实验室研究与探索，2013，32(8)：114-116．

[6] 郝丽萍，韩焕平．深化实验教学改革建立“以学生为本”的教学模式[J]．实验室研究与探索，2008，27(11)：139-141．

[7] 余建潮．依托实验教学示范中心，加强学生实验能力的培养[J]．实验技术与管理，2013，30(3)：117-119．

[8] 鄢志丹，王宇红，廖明燕．基于大学生创新训练计划的创新实验室建设[J]．实验室科学，2013，16(4)：98-100．

[9] 杨 琳，闻绍飞，鲍喜荣，等．嵌入式系统应用基础课的实践与探索[J]．实验室科学，2013，16(4)：149-151．

[10] 李小华， 程品晶．地方高校实践教学示范中心的建设与探索[J]．实验室研究与探索，2013，32(5)：119-123．

[11] 夏子敏．渐近式项目法在模具专业教学上的探析[J]．中国科技博览，2009，16：173-174．

[12] 何林锦，翟云波，路 培，等．项目式实验教学模式及其可行性评价方法[J]．实验室研究与探索，2010，29(2)：94-96．

[13] 吕霞付，王 平，罗 萍，等．加强实验教学示范中心建设，培养学生创新能力[J]．实验技术与管理，2013，30(5)：95-98．

[14] 梁迎春．省级实验教学示范中心的建设模式探索[J]．实验室研究与探索，2011，30(2)：88-90．

[15] 马忠丽．谈开放式实验教学中大学生软能力培养[J]．实验室研究与探索，2010，29(7)：148-151．

Enhancing Construction of Demonstration Center To Improve Experimental Teaching Reforming

WANGXiao-donga，ZHUHuaa，ZHANGLiangb

(a．College of Information & Engineering；b．College of Economics & Management,Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China)

In the construction of the Experimental Teaching Demonstration Center of the Embedded System, according to the thinking of constructing the experiment platform for the subject, the student-focused experimental teaching philosophy, called "effective teaching", is established for the reform of experimental teaching. This article elaborates the consideration of construction and scheme of students’ ability improvement, and principles of building a hierarchical multi-module experimental teaching system including basic experiments, integrative experiments, innovative experiments and frontier disciplines experiments. By improving the teaching materials and using the innovative teaching method, the experimental teaching demonstration center makes remarkable achievements, which include a number of self-made experimental devices and the comprehensive experimental research projects, which enhance the students' practical ability and innovation awareness. It is innovative.

demonstration center; embedded system; experimental teaching reform; experimental teaching system

2014-03-25

浙江省高等教育学会高校实验室工作研究项目(Y201003)

王晓东(1966-)，男，浙江杭州人，硕士，高级工程师，实验教学示范中心副主任，从事实验教学、实验室建设和管理工作。

Tel.：0571-885290592；E-mail：wxd@zjut.edu.cn

TP 391.9;G 642.0

A

1006-7167(2015)01-0150-04