全开放条件下电子设计科创活动教学模式探索

张淑娟 田野 郑翠娥 杨友福

摘  要：以培养学生自主规划能力、管理协调能力、团结协作能力与科技创新能力为目标，对水声工程专业创新类课程电子设计科创活动的实验教学模式进行探索研究，主要涉及整合教学资源、创新教学方法、改革考核评价体系等几个方面。实践表明，针对该课程的全开放实验教学模式是促进学生知识、能力、素质协调发展的有效教学模式。

关键词：教学模式;全开放;协调发展

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）13-0030-04

Abstract： In order to cultivate students' ability of independent planning， management and coordination， unity and cooperation， and scientific and technological innovation， this paper explores the experimental teaching mode of the innovative course Innovation Activity of Electronic Design of underwater acoustic engineering， which mainly involves the integration of teaching resources， innovation of teaching methods， reform of assessment and evaluation system. Practice shows that the full open experimental teaching mode for this course is an effective teaching mode to promote the coordinated development of students' knowledge， ability and quality.

Keywords： teaching mode; full open; coordinated development

隨着院校教育改革的深入开展，人才培养由基于知识教学的模式向基于能力教学的模式转变。实践环节在高校教学改革中的地位与作用越来越重要，已成为培养学生自主学习能力、工程实践能力和科技创新能力的重要教学手段，为此，国内外各大高校都在逐步加大实验教学改革的力度[1-6]。

在诸多实践教学改革中，开放实验教学以其在培养学生综合素质方面具备的独特优势，是目前研究的热点[7-12]。目前，大多高校已实现了实验室在时间和空间上的完全开放，即学生可以随时在约定时间内进入各类实验室开展实验。但时间和空间开放只是开放实验教学的初级阶段和基本要求，教学内容、教学方法、教学手段以及观念意识上的不断开放与革新才是开放实验教学进入更高级阶段和达到最终目标的关键[13]，因此，更深层次的实验室改革和开放尚待探索和实践。

本文以水声工程专业创新类课程电子设计科创活动为例，进行全开放教学模式研究探讨，以期为水声工程专业及其他相关专业创新类课程教学方案的设计和有效开展提供参考和借鉴。

一、实验教学资源整合

依据原有实验教学体系，我院实验中心设有学生基础教学实验室和创新实验室。基础实验室主要用于课内实验的教学活动，创新实验室用于学生开展科创活动，在建设之初，两类实验室的部分教学资源存在重复建设的问题。随着教学改革的不断深入，以全开放课程建设为牵引，统筹规划两类实验教学实验室，首先在实际工作中对硬件资源进行合理的调度和科学配置，对教学资源进行重组性利用，对不同层次、不同类型的实验项目以及不同需求的学生给予不同实验平台的开放支持，将重复性教学资源拓展利用;其次，将现有基础实验室以及创新实验室的教学过程进行信息化管理，为全开放课程提供时间和空间的合理支配，同时使两个实验中心的零散时间得到了更有效的利用。教学资源整合后，充分发挥了两类实验室各自的优势，提高了实际工作的效率和质量。

二、教学方案设计

借鉴国内地方高校的先进做法，并结合学校、学院的实际情况，提出全开放条件下“3自主+1引导”的创新类实验课程教学模式：即学生自主选题、自主方案设计、自主实验以及各环节的教师引导，真正体现以学生为主体，让学生自主开展实验，教师在整个实验过程主要发挥引导作用，启发学生积极思考，与学生共同探讨、解决实际问题，培养学生的自主学习能力和创新意识。

（一）自主选题

以学生为本，将实验教学内容重组，达到学生个性化培养的目的。以学生的主观能动性为导向，打破原有实验教学固定的组织形式，将不同课程内容的知识点进行结合，并根据实验室具备的硬件基础条件及承担的科研任务，充分考虑学生的个体差异，特别是学习基础、个性特点和发展志向等方面的多样性，为不同类型的学生量身定做“分类培养”的实践教学方案。

电子设计科创活动课程以培养学生的实践能力，运用所学知识分析问题、解决问题的能力为目标，教师指定一些综合性、设计性实验项目为备选题目，例如全国大学生电子设计竞赛题目等，同时鼓励学生根据自己的兴趣爱好并结合学院科研项目、拟参加的各类专业竞赛、国家级科研训练项目等自拟题目。在这个过程中鼓励学生查阅资料，既了解了学科发展前沿，也探知了先进领域，开阔了学生科技创新的思路。这种新的实验选题方案由简单到复杂，由基础到提高，不同层次、不同模块有机结合，学生可以根据自身条件单独或组队完成设计任务，同时也充分锻炼了学生的项目规划管理能力。2020年学生典型选题见表1。

（二）自主方案设计

以学生自主设计实验方案为主，教师指导为辅，达到提高学生实验规划能力、整体协调能力的目的。方案设计包括项目指标分析、元器件选型、电路形式确定、实验条件选取等多个方面，在这个过程中，学生个体需要查阅资料，又要学会与同学、教师交流协调，逐步开展工作并最终完成项目指标。自主设计是锻炼学生分析问题、解决问题的过程，更是提高学生组织协调能力的重要环节。

方案设计过程中，指导教师全程参与，以设计思路引导为主，尊重学生个体自主性和思维独特性的发挥，以项目开题答辩的形式检验学生自行设计的可行性，同时进行问题指导，注重学生的切身体验和能力提升，注重学生运用课程知识解决实际问题的能力、独立思考和判断的能力、合作性学习和沟通能力的培养。

（三）自主实验过程

以学生为主体进行实验过程操作，教师提供所需实验条件、注意事项以及安全教育，达到提高学生组织协调、动手实践、灵活应对突发情况等能力培养的目的。

实验之前，结合实验项目需要，挑选国内优质MOOC资源进行推送，主要包括：模拟电路、数字电路、可编程原理及器件、水声学、通信原理等课程。下发实验指导书，明确实验内容及要求，安排学生3～5人一组，分解实验内容，查阅单片机、换能器、模数电路等相关知识，设计试验方案，确定元器件选型。学生也可以参观学习教师的科研课题实验过程，然后结合本组的设计任务，将课题中涉及的实验内容及方法拆分成几个小实验。

实验之中，根据学生分工，有针对性地对单片机、数模电路、换能器技术、通信原理等进行复习和开展专题讨论。简要讲述Altium Ddsigner、Multisim、Keil等软件的使用，指导学生进行电路原理仿真，PCB板设计，讲述元器件引脚辨识、电路焊接技巧。引导学生构建实验环境、规范实验操作，要求实验过程中做好实验记录并及时分析实验数据，与理论仿真计算结果进行对比分析，验证实验方案的可行性。

自主实验过程不仅使得学生的基本实验技能得到了锻炼，其学习积极性和科研能力也得到了明显的提升。同时在课程结束之后，根据学生意愿，组织与科研实验室对接，让学生在本科阶段参与科学研究，提高其动手能力和科研素养。对于某些优秀课程作品，指导优化系统设计结构及外部组装，拓展部分功能，组织学生参加各类双创比赛。

三、考核评价方式改革

传统专业实验课的考核方式主要集中在课堂表现以及实验报告两个方面，对于实验报告，学生基本上能够按照参考书上规范的实验步骤依次从实验目的、实验器材、实验步骤、结果分析等几方面撰写报告，导致所有的实验报告都具有高度相似的结构框架，极大限制了学生实验思路的充分发挥和实验目标的多样性，无法全面、充分地反映各种实验方案的特点与设计目的，最终制约了学生创新意识和创新能动性的充分发挥[14]。因此，教师无法从单一的实验报告中判别该实验项目的完成度、准确性，无法给出合理的评判，更无法对学生的能力进行客观评定。

全开放类实验课程主要考核学生综合掌握学科知识后解决具体问题的能力、独立思考和判断的能力、合作性学习与沟通等几个方面的能力，基于上述考核目标，并结合课程具体实施方式，提出“2+3+5”式考核模式，即开题占20%，中期占30%，结题占50%，具体分数占比见表2。

最后根据成果形式，进行相应的成果展示，展示作品评价优秀的小组可以获得附加分数。在各个考核过程中，结合培养目标制定若干具体评价指标和分数，除常规的资料查阅、协调沟通、具体方案设计对比、实验前准备、实验中操作、实验记录、数据處理、实验结果讨论与分析等部分，还包括学生自我评价和同组学生间互评环节。学生自我评价是学生个人对自己整个学习过程的评价，包括学习态度、知识掌握程度和项目结果满意程度;组内互评是小组内同学相互评分，学生对组内其他同学的表现给予合理评价，包括项目投入度、合作态度、知识掌握等。最后教师汇总形成实验总成绩。

四、新模式的实施情况和成效

目前，电子设计科创活动课程为我院2014版教学大纲中新增的创新类选修课程，开课学期为本科生的第4、5学期，授课模式根据学生实际情况进行逐年改革，学生选课的积极性也在逐年增加。学生经过课程中的系统性训练，参加专业相关竞赛的种类和数量逐年增加，参与度逐年提高，获奖率也较开课之前有所变化。对2016-2020年参加过该课程的学生进行参加比赛种类和获奖率进行统计分析，具体情况见表3。

其中，2016年及以前，学院学生主要参加比赛种类为全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、数学建模大赛等三大赛事;2017年2人参加了“蓝桥杯”大赛并获奖;2018年6人分两组参加了第四届“互联网+”创新创业大赛全国总决赛荣获金奖1项，铜奖1项，9人分3组结合课程所学知识点设计出作品“冰层测厚仪”“野外搜救系统”“水下便携对讲机”，参加了第六届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛，荣获省级二等奖2项，三等奖1项;2019年曾选修过本课程的6名学生组2队参加了中国研究生电子设计竞赛并获得东北赛区一等奖;2020年度，选修课学生除参加上述比赛项目外，5人组队设计制作“无缆航行器”参加了2020全国海洋智能装备创新大赛第九届全国海洋航行器设计与制作大赛暨2020海洋装备创新赛，并荣获国家级特等奖1项。选课学生除参赛率、获奖率提高外，申请国家级大学生创新创业训练计划项目和校级科研训练项目的人数也有所变化，2016年仅2组学生（6人）申请了国家级科研训练项目但没有获批，2020年12组学生（36人）申请了国家级大学生创新创业训练计划项目;2021年18组学生（54人）申请了国家级大学生创新创业训练计划项目。以上数据说明，学生经过自主系统设计制作训练以后，在创新能力、协调能力、应对突发情况能力等方面都有所提升。

五、结束语

以水声工程专业创新类课程电子设计科创活动为例，对如何构建课程教学内容和考核方式进行了探讨与实践，通过教学效果调查，学生认可度较高，很多教学成果已成为了学生申报校级乃至国家级创新创业类项目的素材。实践表明：该课程的实验教学改革突破了传统实验的限制，是促进学生知识、能力、素质协调发展的有效教学模式，也是新型教学方法研究与人才培养紧密结合的一次大胆尝试，以期为以学生为本、综合能力培养为目标的专业创新类课程教学体系科学构建提供参考。

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