“挑战杯”竞赛与实验教学融合的研究型教学模式探索

杨 健, 蔡述庭, 谷爱昱, 王永华, 李学识

(广东工业大学 自动化学院，广州 510006)

0 引 言

“挑战杯”竞赛作为展示学生科技创新能力和工程素养的平台，已经成为衡量大学生科技创新能力的“奥林匹克”，目前该竞赛已成为我国电子类专业学生规模最大、最具影响力的赛事之一，得到了绝大多数设有电子类专业的各类高校的积极响应，参赛者中也产生了一大批卓有成绩的青年学者和学科带头人[1-2]。可见，“挑战杯”竞赛对培养学生的创新能力和科学素养具有重要的作用，这既符合了当前基于产出的教育模式的新要求，又迎合了企业用人标准向工程能力和创新意识倾斜的刚性需求，因此越发得到各大高校的广泛重视[3-4]。

1 “挑战杯”暴露的实验教学中的实际问题

然而，在看到“挑战杯”意义的同时，还应该冷静地认识到竞赛也充分暴露了一些实际问题，背后所凸显出的培养模式的短板，只有通过切实有效的实验教学改革来解决[5-8]。高等院校逐年扩大招生力度，而生源数量却逐年下降，这使得高校在面对“挑战杯”时处于两难的境地：一方面生源质量整体下滑，另一方面“挑战杯”所带来的创新思维要求却不断提高。在新形势的要求下，针对传统的实验教学模式的改革已迫在眉睫。这主要表现在以下几个方面：①实验教学过于注重共性训练和培养，验证型实验比重过大，忽略了多层次人才培养的新要求；②实验内容过于陈旧，与竞赛题目相比工程性、系统性和复杂性不足；③实验教学方法单一，仅强调课堂上教师的单向知识传授，未能有效调动学生的主观能动性，实验室布局欠合理，开放力度不够，致使实验教学效果不佳；④各门实验课各自为战，未有效发挥实验教学课程群的合力作用，缺乏融汇贯通多门课程的综合性、创新性实验设计。

2 “挑战杯”与实验教学融合的探索

基于以上原因，参考兄弟院校相关改革经验[9-15]，开展了“挑战杯”竞赛与实验教学融合的研究型教学模式的探索，建立和完善了创新型人才培养实验教学新模式。

2.1 打破传统实验教学理念，加强电子信息类实验教学课程群的建设

“挑战杯”竞赛的特点是：面向实际应用，强调系统性、设计性综合性。涉及到诸如模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、微机原理、单片机原理及应用等一系列的理论课程，以及模拟电子技术实验、数字电子技术实验、电子技术课程设计、单片机原理及应用课程设计等一系列的实践性教学环节。学生必须具有综合运用多门课程的相关知识解决某一实际工程问题的能力，这就要求教师必须在实验教学理念上破除传统的“各门实验课独立设置，所涉及知识点相对独立”的陈旧观念，将各门实验课程有机融汇贯通起来，建设电子信息类实验教学课程群，设计出合理的跨越多门课程知识点的综合性实验及课程设计，有效引导学生产生创新思维。

2.2 提出实验教学多层面能力要求，实现多层次人才培养

根据“挑战杯”对学生能力要求层次，可将电子信息类实验分为基础知识教学、综合能力培养教学、创新能力培养教学3个层面。基础知识教学对应于实验教学中的验证型实验，旨在培养学生应用基本电学理论完成对常用电子元器件的使用和常见电路的分析和测试。综合能力培养教学对应于实验教学中的提高型实验，要求实现各门实验课中各单元电路的设计，以及多单元协作的功能电路的设计，目的在于培养学生提出方案、选择最优方案，并能够对方案合理建模的能力，强调解决复杂工程问题的能力。创新能力培养教学主要基于开展面向电子信息类纵向实验教学课程群的综合型实验和课程设计的建设，向学生提供包括信号检测、控制、传输与处理等应用型较强的复杂系统的综合设计型实验课题，及相关的教师科研课题、大创项目课题等的选题工作，重在培养学生创新设计和综合分析能力，强调系统性和创新性。

2.3 紧跟技术发展趋势，创新实验教学内容

尝试将竞赛题目有关学科的知识点和实验方法引入本科教学中，促进教学实验内容的更新。增加设计型、综合型实验，既考虑与前面教学内容的延续性又考虑与后续课程之间衔接性。实验教材内容要及时更新，广泛引入集成运放、FPGA、DSP、ARM等常见元器件的各类应用。实验内容的综合性和系统性强调学生的自学能力，由于学生能力的差异性，要求实验教师能提供及时有效的指导，这就要求加强实验教师队伍建设，深化校企合作，通过考察、联合培养、企业特派员等合作形式，不断提高实验教师自身的工程素养。

2.4 改进实验教学方法，完善实验教学手段

教学方法是否合适将直接决定教学效果，与“挑战杯”竞赛融合的实验教学方法改变了传统的教学方式，将讨论、互动教学、探索引入实验室课堂，实现“边理论，边实践”的理论实验教学融合的新模式。根据实验内容的需要，教师可事先布置讨论内容，由学生通过文献检索、资料整理自行对实验相关理论和实验内容进行学习，通过使用发放给学生的基于虚拟仪器的便携式实验套件(NI MyDaq口袋式实验套件)，学生还可提前在宿舍开展实验的验证部分和预设计部分的工作。在课堂上，教师引导学生展开更深入的实验综合设计的讨论，让学生成为课堂的主体，从而提高学生的能动性和问题意识。同时，在实验的各阶段引入如Multisim、Pspice、Proteus等先进的电路分析设计辅助工具，提供实验设计方案的设计、仿真验证和比较的有效手段。这样，学生首先通过实验仿真对实验原理有了初步认识，结合具体实验要求，在仿真过程中完成相应实验内容，并不断修改完善，通过模拟、分析、验证，对多种实验方案进行比较和优化，选择最佳的实验方案，并最终在实验板上加以实现。激发了学生实验兴趣，提高解决实际问题的工程实践能力。

2.5 改进实验教学环境，完善实验教学管理制度

“挑战杯”竞赛和实验教学的融合同样包括教学环境的改善。进一步加强实验室的开放力度，在保证课内实验教学正常开展的基础上，优化实验室的开放管理制度，在实验用房管理、开放实验室数量、开放时间、开放形式、预约制度、耗材管理等方面进行改进。为了向学生提供创新实验的环境和条件，大力新建创新实验室，增设理论课讨论区，实现边理论边实践的螺旋式能力上升。同时提高高精仪器设备的使用率，满足学生的个性实验与创新实验的要求。

3 结 语

基于“挑战杯”竞赛的实际要求提出了研究性教学模式改革。因此“挑战杯”竞赛的成绩是其改革成果的重要体现之一。从实际效果来看，改革取得了初步的成效。在2015年的第十四届“挑战杯”竞赛中，我校共获得了2项特等奖，2项一等奖，2项二等奖，在“挑战杯”智慧城市专项赛中又获得1项特等奖和1项三等奖，学校以总分420分排名全国第二的优异成绩摘得“优胜杯”。可见，改革举措对于提高我校学生的创新能力和科学素养，提升我校的影响力和知名度都起到了非常积极的促进作用。