信息类本科专业实践教学体系改革方法研究

陈祖国 卢 明 吴亮红

（1.湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大学电子与电气技术国家级示范实验室，湖南 湘潭 411201）

0 引言

众所周知，创业创新教育已逐渐成为我国高等教育发展的大趋势。中国自主创新和学生创业教育是中国“十四五”总体规划的重要组成部分，也是“十三五”规划中国大学生自主创新计划的拓展。申请和实施该项目的高校总数不断增加，所包含的内容也逐渐扩大。主要分为自主创新培训项目、创业培训项目、创新实践项目和创业实践项目。这些项目以兴趣为动力，促进学生发掘自身优势条件，能让他们在实践中提升自我[1]。在实践过程中，学生的自学能力和团队协作能力应被高度重视。自主创新与团结协作可以使学生积极探索，在实践中不断进步，塑造和发展自己的创新与创业的实践工作能力。信息类专业属于典型的应用技术专业，人才培养的总体目标应准确地定位为优秀的技术型和实践型人才。学生应该掌握全面的专业基础知识，例如，电源电路、电子信息技术、自动控制原理和传感器技术、C语言编程、通信技术和人工智能技术等。学生应该具备将这些知识灵活应用于解决实际问题的能力，擅长将学到的基础理论应用于解决特定任务，可在智能控制系统、仪器仪表、智能控制系统、机电一体化、目标识别、项目集成等领域从事系统分析、硬件设计和软件开发等方面的工作[2]。

1 改革信息类本科专业实践教学体系，提升学生实践创新能力

智能车比赛为优秀学生提供了学习，培训和提升自我的平台，但如何合理地扩大智能车比赛所带来的“蝴蝶效应”，还必须依靠国家电子电气工程实验教学示范管理中心优良的实践条件和高质量的实践活动标准，以培养学生的自主创新能力为总体目标，构建多层次的阶梯式实践活动教学方法。并融入工程教育与产学研相结合的理念，以实践教学内容、实践教学模式、实践教学方法为改革主线，高质量地完成信息类专业基础课程的实验。通过对智能汽车设计和制作过程中涉及的知识进行解析，其改革方案从基础实验层、综合设计层、研究创新层三个层次进行改革[3]。

1.1 第一层次：基础实验层

大学会根据专业课程教学的需要给每门课开设基础验证性实验。这些实验目标是通过复现前人的实验，以便学生能够更好地理解教科书上的理论知识。主要以常用仪器仪表、基本电子器件和简单系统的使用、基本控制原理和程序的验证为主。基础验证性实验教学主要是采用四步法模式，即课前预览—讲解—实验—测试报告。整个实验过程学生按教师设计的实验方案按部就班完成。尽管有所收获，但结果不是很明显。将基础实验由被动式验证改为启发式验证实验，这样，在基础实验层面上大大提高了学生的实际动手能力[4]。例如，在基本电子器件和基本原理应用实践中，只给出实验过程中主要的原理图并提供一系列器件，由学生自行对器件选型培养学生理论与实践联系的能力。而对于相对简单的部分只简单的说明基本原理，而不提供相关的原理图。由学生自行设计电路。学生在完成基础实验之后基本掌握了实验过程中相关电路设计，以及具备对电路功能进行分析和对电路故障进行诊断的能力。而对于目标识别、智能控制与最优控制理论的验证实验，则只给出控制原理以及具体要求，由学生自行设计具体的原理图和编写仿真程序，然后再由教师对其分析可行性，并给出相关的改进建议[5]。对于C语言等验证性实验则只给出实验的具体要求，使学生自行将相关的程序进行编写和调试，培养学生解决实际问题的能力，为学生将理论算法结合实践控制打下坚实基础。这样才能充分地发挥学生的主动性。

1.2 第二层次：综合设计层

有了基础型实验的准备，学生已初步具备综合设计的实验能力。设计实验是对电路原理、电子电工技术、图像处理、自动控制原理等多学科知识的综合运用，通过综合设计型实验，可以达到让学生把理论知识融会贯通的目的，同时也是为了调动各层次学生自主学习的积极性、主动性和创造性[6]。智能汽车设计综合实验以智能汽车为研究对象，整个实验包括：主控制模块、电源模块、路径识别模块、转速检测与控制模块、舵机控制模块等。每个实验模块对学生都只提出设计要求，不提供设计方案，完全由学生自己查阅资料进行方案设计、参数确定、传感器等电子元器件选择。通过这几部分把常用的模电、数电、单片机、传感器、模式识别及控制原理的知识点综合起来。

1.3 第三层次：研究创新层

研究创新型实验是实验教学以及人才培养的最终目的，也是培养学生核心竞争力的关键一步。研究创新型实验对学生提出了更高的要求，首先要求学生观察生活，发现问题，发掘能够满足社会需求或者能够达到科技创新目的的设计；其次要求学生自主学习课外（包括其他专业）知识，例如，多传感器信息融合技术、模式识别、智能计算等，并注重积累编程和阅读科技文献等技能。在此期间，学生也可能遇到很多不懂的知识，学生可以通过查阅文献自主学习来完成实验内容。因此，设计实验对学生的知识拓展、自主学习能力的培养也有更重要的作用。如可以让学生设计一个两轮自平衡的小车，通过传感器陀螺仪以及加速度计得出小车的倾角，然后用PID控制小车电机前转和后转达到使小车在原地保持不动的状态[7-8]。学生也可以运用Matlab仿真工具，先得出一组较为合理的PID参数，再用“试凑法”调试出合适的参数，达到小车自平衡的目的。同时还可以在平衡小车上增加摄像头等识别传感器，并将传感器采集到的图像信息进行处理，提取出有效的信息，并利用有效信息控制小车按照特定的赛道路线运行，提高了学生将课堂理论知识应用于实践的能力，增强了学生自身的综合能力。

除了上述实践教学内容和模式的改革外，还对实践教学方法进行研究。针对信息类本科培养方案和理论授课体系。基础实验层主要在学生大二阶段实施，其实验内容以智能汽车为依托可以设计如电源电路模块、电机驱动电路模块等，要求学生结合理论知识消化智能汽车设计的各个单元电路和基础算法。综合设计层和研究创新层主要在学生大三阶段实施。实验内容要求学生能结合模电、数电、单片机、传感器、模式识别及控制原理等知识点完成智能汽车的组装和初步调试。并学会使用相关辅助工具进行辅助设计。

2 结语

总而言之，在当前学生就业不容乐观的社会中，大学应该逐渐改变以项目为导向改进教学理念创新创业教育。应该以学生自身的长处、喜好和兴趣为基础，挖掘学生技术创新的内在潜能，使他们能够成为适应性强的人才，融入社会发展转型，增强自己的社会竞争力。