系统化课外实践训练的研究与探索

杨 祎, 梁 猛

(西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121)

系统化课外实践训练的研究与探索

杨 祎, 梁 猛

(西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121)

为增加学生专业学习兴趣、提高学生动手实践能力、培养创新意识,改革了课外科技活动,系统化课外实践训练。以光电信息科学与工程专业的课外实践教学模式为例,建立了金字塔形的课外实践训练体系、阶梯形的课外实践教学内容和阶段性的组织管理方式。通过实践证明,改革取得了良好的效果,为培养学生主动学习习惯和创新意识提供了一种可行模式。

课外实践训练； 光电信息科学与工程； 创新意识； 科技活动

从教育部提出“专业综合改革试点”到“卓越工程师培养计划”,一直在强调提高动手实践能力,培养具有创新能力的高素质人才[1-3]。激发学生勇于探索未知世界和培养学生主动学习的习惯是为将来形成具有创新能力的人才奠定基石[4]。我校光电信息科学与工程专业一直注重学生实践训练,针对实际问题,从课内实验、集中实践、开放实验和课外科技活动等多个环节探索培养学生动手实践能力和创新意识。

1 培养学生创新意识中的问题

1.1 灌输式教育导致创新意识淡薄

萧伯纳曾说“如果对人一味地灌输教导,到头来他必将什么也学不到”。如今的本科生在中小学阶段为了考学与择校,很少参与科学实验和社会实践,缺乏动手实践能力,完全是被动的灌输教育,依赖教师,没有冒险精神,创新意识淡薄,缺乏主动性。这种学习方法已成习惯,延续到大学[5-6]。

1.2 选择不合适的专业导致缺乏学习积极性

在选择大学和专业的时候,由于学生缺少社会实践背景和对未知领域的探索精神,完全以家长引导或社会就业趋势为目的进行专业选择,结果在大学里,由于缺乏对专业的认识,学习过程只见树木不见森林,不了解所学课程与专业背景的关系,不能学以致用,导致被动学习,学生慢慢地就丧失了学习兴趣,也被扼杀了探求真理的欲望[7-8]。

1.3 传统的课程管理模式导致实践内容更新缓慢

大学每一个专业都有系统的培养方案和课程大纲,为了便于管理和保障学生培养的连续性,一定时间内,比如2～4年基本不能做大的修改,学校在实验室建设时和教师在授课时都要求与培养方案和课程大纲保持较高的一致性,这就限制了实践内容的更新,使专业发展与就业热点产生距离,而现今驱动学生学习的动力就是就业,所以难以激发学生的专业学习兴趣。

1.4 有限的教学资源导致实践教学形式化

专业实验多为综合性实验,实验设备价格较昂贵,同时由于大学的考核与激励政策偏重科研,所以学校对本科实践教学的设备资源投入和教师对实验教学的投入不同程度下降,特别是多年的大学扩招,导致专业实验很难做到单人或两人操作的条件。另外，教师不足，对实验过程较难监控和疏于指导,程序化的实验考核和管理流于形式,一部分学生应付实验,另有一部分学生虽能亲自动手操作,但是不能独立思考,缺乏分析解决实际问题的能力,最终无法达到实践教学的目的。

1.5 课外实践自由随机导致创新能力培养缺乏规划

为了满足学生的个性发展,培养学生的综合素质,学校设置了课外8学分,学生可以自由选择课外实践活动,形式多样,但要求工科学生必须有3学分的科技实践活动,如参加学科竞赛、教师科研项目和科技制作等。这些科技活动完全是学生自由安排,由于缺乏一定的引导和学习主动性,学生在选择科技活动时是盲目和随机的,实践内容缺乏系统性。极少数主动性较强、有自主学习意识的学生能达到创新能力培养的目的,但是绝大多数学生要么为了学分随意应付,要么半途而废,不能通过连续系统化的实践培养创新能力[9-10]。

2 培养创新意识的课外实践教学模式

目前学校的课内实践环节主要有实验课和集中实践2种方式。实验课围绕特定课程或技能展开,内容比较单一,主要是验证性实验,培养学生对专业设备的基本操作技能,以及对理论知识的感性认识,缺乏对跨学科或跨课程的关联性应用[11]。

集中实践教学有专业课程设计、科研训练、生产实习和毕业设计。集中实践教学是培养学生综合应用知识的能力,但是相互之间缺乏系统的关联。

为了补充课内实践环节的不足,针对光电信息科学与工程专业的培养目标和培养方案,通过在课外8学分的实践环节,建立以本专业学生所需掌握的专业技能和专业知识为线索的金字塔形的实践训练体系,以学科和专业核心课程为重心的阶梯形的课外实践教学内容,以主动学习和创新意识为培养目的的阶段性的考核机制。

2.1 金字形型课外实践训练体系

我们以光电相结合为特色,以工程应用为目的,围绕光电系统设计,在计算机、电类、光类三大课程模块的基础上,循序渐进地从基础到综合应用进行实践能力训练,如图1所示。

该体系重视基础能力训练,首先分3个模块夯实基本功,训练学生的动手操作技能和理论知识的简单应用。此处课外实践以课内实验为基础,将每个模块中的相关课程有机结合,突出实际应用,启发学生思考,拓展学生思路。

图1 金字塔形课外实践教学体系

在具有一定的基本功基础上,将3个模块结合,设计综合性应用题目。这一过程与课内的专业课程设计相互补充。专业课程设计因为时间较短,一共只有4周,每学期2周,题目的设计范围较窄,学生也缺乏足够的时间思考和分析。因此通过这一阶段的课外实践训练,可以将专业课程设计的学习方式常态化,强化学生主动学习的习惯及创新意识。

最后为增强学生的自信和就业竞争力,让学生设计一套完整的具有较强应用背景和一定先进性的光电系统。该系统需要将各方面专业知识进行融会贯通,检验学生的自主学习能力和创新能力。这一部分与毕业设计相互补充,通过此阶段课外实践训练培养学生的实践应用和创新能力。

2.2 阶梯形课外实践教学内容

根据课外实践训练体系,我们在设置每学期的实践内容和题目时,注重题目的连续性和完整性。为了培养学生独立思考的能力和主动学习的习惯,每学期,在给定总的目标下将任务分解成若干目标,使学生在能力不断提高的基础上逐渐完成本学期的任务要求[12],见图2。

图2 阶梯形课外实践教学内容

从大学一年级的第2学期开始,为帮助学生改变学习方法,培养独立思考的学习习惯,结合他们正在学习的高数和大学物理,将大学物理知识与实际生活问题相结合设置题目,如单摆振动周期和运动规律、导弹拦截和导弹追击等问题的分析和仿真。在此过程中,从Matlab的基本知识入手,掌握Matlab求解数学问题,引导学生通过建模、推导、求解并图像可视化操作,理解理论知识与实际问题的关系,掌握用数学方法解决物理问题并通过计算机进行仿真和计算。

大学二年级的第1学期,已经开设了电路分析基础,模拟电子技术及信号与系统等本学科的课程。为帮助学生了解和认识学科内容,掌握专业的基本常识,培养专业兴趣,我们设置了一个较简单的完整的信号传输系统,需要学生将信号与系统课程与模拟电路课程相结合。在此过程中,我们先给学生1个搭建好的电路,让学生用所学的模电知识分析和计算,然后通过测试对比理论分析和计算的结果,帮助学生掌握电路的基本概念,如放大倍数和带宽等。在此基础上给出电路参数,让学生自己设计电路,配合模电课程进度先用三极管实现再用运放实现,然后将所设计的电路用于实现信号传输系统。

大学二年级的第2学期,学生C语言课程已经学完,并开始数字电路课程的学习。为激发学生的学习积极性,更加主动、自主学习,提高实践能力,我们在前一学期完成的任务基础上,增加系统功能,将信号传输系统中接收道德电路信号进行采集处理。在此过程中,我们针对该任务需要的功能,首先学习单片机课程与嵌入式课程内容,然后完成信号传输系统的信号处理与显示。帮助学生掌握单片机各种接口电路的设计和测试,使用51开发板,通过编程实现外围电路的控制以及简单的信号处理。

大学三年级的第1学期,光电信息科学与工程专业的主要专业基础课为光学,为培养学生对专业知识的兴趣,同时提高了动手能力和分析能力,我们设置了光学综合实践题目。因为已经有了前面大学物理和Matlab课程方面的实践经验,我们从光学理论课程中的基本概念开始,如光波偏振态的仿真分析、光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真分析、光波时频特性仿真分析、波群的仿真、双光束干涉的仿真、平行平板多光束干涉的仿真、薄膜干涉的仿真、空间相干性的仿真、光的圆孔和矩形孔衍射仿真等各种实验,加强学生对光学理论的理解,并熟悉光学器件和设备的使用方法。

大学三年级的第2学期,光电信息科学与工程专业的主要专业课是光电子学、光电传感与检测和光纤通信等。之前已完成光、电、计算机等基础课程的理论应用及仿真和实践训练,为培养学生的综合应用能力和创新意识,这学期实践的主要任务是将专业知识和工程应用紧密结合。通过设计光电系统,如无线光通信系统的设计、光电测试系统设计、光电传感系统设计和光电测量系统的设计等综合性题目,指导学生实现系统功能,帮助学生深入理解专业知识的应用价值及学科发展方向。

大学四年级,专业学习更加细化,围绕光电系统设计,在三年级的系统设计基础上加强系统中性能优化的设计,强调提高指标的理论依据,培养学生应用理论解决实际问题的能力以及创新能力。

2.3 阶段性的课外实践组织管理方式

由于实践内容是分学期计划,每个学期培养的学生能力有不同的着重点,所以组织管理分阶段进行。为了鼓励学生独立思考和自主学习,每个阶段在给出了题目的总目标之后,由教师引导学生从基本知识学起,通过启发式和提问式的方法,让学生独立思考,然后通过分组讨论方式完成目标任务。因为是课外实践培训,只能利用学生的课余时间,如周末和假期,并且学生自由报名,根据学生在这一过程的参与程度给出不同的学分。

(1) 在每一学期的第一阶段,相关教师会根据教学培养计划讨论制定本学期的课外训练目标和内容。本阶段的组织方式主要考虑学生的知识能力,根据学生已掌握的知识将任务分解,避免学生的畏难情绪,才能激发学生的自信和学习兴趣。

(2) 在每一学期的第2阶段,教师根据分解的目标和任务对学生进行专项培训。培训过程采用边讲解边操作的方式,教师对实践中出现的问题分别答疑,然后由学生作汇报,教师和其他学生可现场提问,讨论回答。本阶段的组织主要是改变学生的学习方法,学会在实践中学习理论知识,同时培养学生的总结和表达能力。

(3) 在每一学期的第3阶段,学生进行分组,针对本学期的总目标和任务确定组员的分工,然后设计方案,完成系统功能。此过程学生独立完成,教师以辅导答疑形式指导。本阶段的组织主要培养学生独立思考和自主学习的能力,同时锻炼团队的合作能力

(4) 在每一学期的第4阶段,引导学生应用理论知识解决实际问题,优化系统达到性能指标要求。学生在规定的时间内提交作品,并用PPT进行答辩,其他学生和教师点评和质疑,然后集体讨论,最后书写并提交报告。本阶段的组织主要培养学生掌握系统设计方法,提高学生的创新意识、工程实践能力和创新能力。

3 课外实践培训的效果分析

由于课外实践培训是学生自由报名,在每学期开始学生都报名积极,虽然有部分学生中途退出,但留下的学生都能坚持学习。通过一学期的教师引导，经独立思考、论证分析和动手实践,学生受益匪浅。

首先,学生能熟练使用各种实验的仪器仪表,掌握了用实验来验证和获取理论知识的学习方法,从而改变了被动式学习,提高了学习兴趣。

其次,学生的理论知识和理论应用能力得到了提高,不但大幅提高了理论课的成绩,而且增强了自信,对专业学习产生了兴趣。

第三,学生熟悉了项目设计基本方法,掌握了分析问题和解决问题的思路,锻炼了动手实践能力,养成了独立思考的习惯,培养了创新意识。

第四,提高了学生的交流和表达能力,掌握了项目总结报告的写作逻辑,锻炼了团队协作精神。

2014年麦可思公司对已毕业学生的调查显示,我校光电信息科学与工程专业的毕业生,用人单位工作满意度位列全校第一。

4 结束语

系统化课外实践使课外科技活动有一个系统的培养体系和管理组织方式,通过设置金字塔形的实践教学体系,不断深化和综合实践内容,形成阶梯形的实践教学任务,教师在整个培养过程分阶段设计专业课题,分解任务,逐步引导学生独立学习和独立思考的习惯。并且通过讨论、提问、总结汇报和研究报告等形式训练学生的创新意识和创新思维方式。经过多年的实践,学生在自己动手设计并实现课题的过程中,逐渐建立了自信,形成了良好的专业学习习惯,激发了潜能,不但提高了理论课程成绩而且增强了实践动手能力,取得了良好的效果,为改革课外科技活动、培养学生主动学习习惯和创新意识提供了一种可行模式。

References)

[1] 李勇军,张海燕.大学生创新能力训练模式探索与实践[J].实验技术与管理,2014,31(11):17-19.

[2] 安实,王晓宁,王健,等.行业重点实验室建设与复合型创新人才培养[J].实验技术与管理,2015,32(1): 22-25.

[3] 杜文辽,李安生,王良文,等.面向“卓越工程师计划”开放实验室建设探索[J].实验技术与管理,2015,31(11): 218-221.

[4] 李永涛,葛智勇,田友伟,等.强化实践教育培养创新能力[J].实验室研究与探索,2014,33(1):160-163.

[5] 陈利娜,权方英.大学生创造力培养及教育模式的转变[J].教育观察,2014,3(13):4- 6.

[6] 孙蓉,苏丽,吕淑平,等.大学生科技创新活动的问题与对策[J]. 实验技术与管理,2013,30(11):46-49.

[7] 房丽华,张建国.工科院校大学生学习动力不足的原因及对策分析[J].长春工业大学学报,2014,35(4):47-49.

[8] 魏银霞,黄可,郭庆.地方工科高校创新创业教育体系研究与实践[J].实验技术与管理,2015,32(2):14-17.

[9] 曹建国.项目化综合实践课程教学中加强实践能力和创新意识培养的研究与实践[J].鸡西大学学报,2013,13(2):32-33.

[10] 阎国华.工科大学生创新素质的提升研究[D].北京:中国矿业大学,2012.

[11] 潘雪涛,邬华芝,蔡建文,等.创新虚拟实验教学模式培养自主学习能力[J].实验室研究与探索,2014,33(11):72- 75.

[12] 蔡信海.我国工程本科人才培养模式改革研究：以材料类专业为例[D].广州:中国华南理工大学,2012.

Research and exploration of systematic extra-curricular practical training

Yang Yi, Liang Meng

(School of Electronic Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)

To increase students’ interest in professional learning, improve their practical ability and cultivate awareness of innovation, extracurricular science and technology activities are reformed. In an example of extracurricular practical teaching mode of Photoelectric Information Science and Engineering major, a pyramid type of extra-curricular practical training system, a ladder type of extracurricular practice teaching content and stage organization management mode are constructed. It turned out to be successful, so a viable mode of cultivating active learning habits and sense of innovation is provided.

extra-curricular practical training; photoelectric information science and engineering; innovation awareness; activity of science and technology

2015- 05- 04 修改日期：2015- 07- 09

西安邮电大学教改项目(102-602010051)

杨祎(1970—),女,陕西西安,硕士,副教授,研究方向为光电子技术与光通信.

E-mail：yangyi@xupt.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0183- 04