电子实验环节对工科本科生培养的重要意义

王宇飞?巩师洋?孙道美

摘要：对于工科生的培养，如果只是基于理论知识的熏陶和专业背景的塑造，是欠缺很大一部分的内容的，而实验环节对于工科生工程思维和素养的培养和工程经历的积累来说是必不可少的。本文分析了实验环节对于工科本科生培养的重要意义，就如何让学生选择专业的不同方向进行深入研究，致力于实现学生的天赋最大化。

关键词：电子实验；工科；比赛

一、目前学校在学生实验实训过程中遇到了哪些困境？（以作者所在学校为例，以下简称学校）

学校是新成立的二本公立院校，2023年是第五届毕业生毕业，经过一系列的改革和发展，学校老师越来越意识到实验训练对工科生的培养有着潜移默化和实实在在的效果。

（一）实验实训对于大学生竞赛有直接影响

以2021年电子技术竞赛、2022年第24届机器人和人工智能大赛及第15届全国三维数字创新设计大赛举例：

1.2021年电子技术竞赛

在竞赛过程中，学校老师组织学生进行了为期4个月的培训和准备，培训内容包括老师讲座、出题和任务完成，老师带领学生查找往年竞赛题目并讲解，以及援疆老师分享他们获奖作品的学习、分析、讨论等环节。最终，学校5支队伍全部获奖，其中2支队伍获得省赛一等奖，另一支队伍成绩优异，被推荐参加国赛。

这次比赛获奖后，学院和学校对我们的成绩十分重视。同时，我们教师的士气得到了很大的提升，通过这次比赛，我们认识到学生拥有自己的实验室，并进行基础实验和实训的重要性，因此，我们先后建立了电气测控实验室和机械实验室，并正在筹办创新创业实验室。这些实验室将为学生提供更好的实践机会，帮助他们更好地学习和成长。

2.第24届机器人和人工智能大赛

本次比赛，学院测控教研室组长全程承担了比赛的组织工作，包含场地布置、各种费用报销和比赛官方的沟通等事宜。在6月参加省赛，有3支队伍晋级国赛，随后在8月国赛中，两个队伍荣获全国一等奖。在11月另一个赛道比赛中，又喜获该赛事的全国一等奖。

学校老师全程陪同学生完成比赛的全部过程。平时，学生自己进行实验和训练，遇到解决不了的困难也会主动寻求老师的帮忙一同解决。

3.第15届全国三维数字创新设计大赛

通过以上比赛获奖，学校师生士气再次得到了提升，有些老师主动邀请获奖指导教师参与比赛，本次比赛，学院最高奖为特等奖晋级国赛，12月的国赛获得全国三等奖的好成绩。

以上就是近两年机电学院部分比赛获奖信息，通过这两年的比赛获奖，学院学校领导对于工科生的工程思维塑造和工程经验的培养异常重视，学校新建了实验实训楼，购买了大批实验实训设备。在课程安排上也给予了很大支持，比如实验实训课程要占比30%以上，实验实训开出率必须100%，部分专业教师认识不足，经过比赛也逐渐转变思想，开始扎扎实实做实验，带领学生积极参加各种比赛。

（二）学校实验设备不满足学生平时实验实训需求

当然，目前学校对于实验实训这一块是非常重视的，而在出了一系列成果之后，这种重视程度就成了一种切实摸得着，看得见的效果。平时学生一般就是在教室上课，下课了一些去图书馆，一些回宿舍，一些去运动场，基本就这几种流向，而学生平时除了学习理论知识外，没有什么实验实训的场地，而比赛的同学还会来实验室完成比赛环节，做一些实验，比如动手组装电路板，学习传感器、继电器等知识，或者用电脑画图。

学生平时不做实验，实验课的时候也有一部分同学不以为然，觉得做不做没啥影响，甚至在玩手机，要老师多次提醒才懒懒散散地动动手，这样的现象让老师们也觉得需要做一些什么，让学生的思想发生改变[1]。

学校老师平时给学生讲比赛获奖情况，以及比赛的过程，优秀的学生，激励学生多做实验，确实起到了一定的效果，参加比赛的学生越来越多，越来越积极，这都是学校师生努力的结果。

（三）地方商品不足以支持实验实训

学校是地方上第一所大学，有些实验实训设备得从内地寄过来，比如传感器，电路板等电子器件，在比赛或者毕设的时候这种弊端就明显体现出来了，比赛周期短，缺什么耗材如果临时买是来不及的，只能找替代品，效果会大打折扣，同时实验实训设备也是从内地购买的，维修或者售后服务，远远达不到教师需求。

最重要的是地方的商品不能满足学生日常小实验使用，大部分都是网购，平均7-10天左右，尤其疫情防控期间，可能很多实验只能搁置了。

二、师生共同努力，一个新建学校展现出的生机活力

学校的老师大部分都是刚毕业的博士和硕士，还有一些援疆教授带和从地区其他学校选派过来的教师领导。尽管摸着石头过河，但师生们共同努力，学校展现出了生机活力。近年来，学校在比赛方面有了一些起色，老师也看到了希望，士气得到提升，除了以材料为考核指标外，学校开始注重成果，为学校注入新的活力。

通过学校层次的提升，我们可以感受到，努力是有意义的，已经开始结出了成果。学校教师也开始有了成就感，积极申报课题，发表论文，申请专利和软著，带领学生参加各种比赛。

作为一所新建的学校，我们需要鼓励和支持，同时也需要自信心[2]。我们需要自己出了一些厉害的成果，这是催化剂，可以讓学校教师信心倍增，看到自己的付出有了回报，成果拿得出手，值得被考评。

鸡蛋从外打破是食物，从内打破是生命。学生取得成果，就像内部啄破了壳一样，成了一个自主、奋斗的生命体，让整个学校活起来了。作为理工类大学，学生想要取得比赛奖项、出成果，必须进行实验实训，这对于教师科研素养的训练是至关重要的。

作为一所新建的大学，教师需要一些底气和值得骄傲的地方，除了硬件设施，还需要一些软实力。虽然学校是新建，在基础设施上还不是很完善，但经过大家共同的努力每年都有一些微不足道的成果，这也为大家打开了取得更大成就的大门。每年都有成果，每年都在进步，长此以往就有可能取得更大的成果，这也都是大家期望的。

三、硬件和软件的配套

硬件设施包含教学楼、设备等。对于测控专业来说，电路板和传感器模块是必不可少的。在测控专业成立之前，这方面的设施是空缺的。但随着新的高层次人才的引进和电子技术竞赛的举办，测控教学得到了推动，包括实验实训室的建立、设备和耗材的选择以及课程设计等。这些设施也为全国机器人和人工智能大赛提供了基础条件。

对于测控专业来说，电路板和软件是密切相关的，电路板是做嵌入式软件开发必不可少的。学生或许不太愿意花钱购买这些设备，但对于老师来说，购买电路板用于科研项目是必须且必要，但要给学生购买电路板却要依靠项目经费或个人工资，这就导致只有部分学生有实验室进行实验实训，其他学生可能会无所适从，被动等待中。目前实验实训场地正在建设，愿意来做实验的学生都可以来做实验。

四、一所大学可以带动地方经济发展

正如上文所说，学校需要当地市场可提供电子元器件等产品，但之前从来没有此商业市场，如果学校实验室得到发展，也就催生了商家，这样就带动了地方经济，学校也有就近的电子元器件和实验实训设备，学生可随时购买，如此可以加快实验进度和开发周期，是一种双赢的局面。同时，学生毕业以后也可以从事相关专业的仪器仪表设备或者电子元器件产品的采购等工作，服务学校，服务地方，同时成就了自己，这也是共赢。

电子元器件来说，是即用即有最好，因为电子元器件的特点是组装上或者焊接好就可以直接用，如果是网络采购寄过来周期太长，影响实验进度，尤其比赛时候基本来不及。

五、一所大学可以带动地方产业化

还是以测控专业为例，现在国家自动化，数字化，智能化已经成为趋势，各种智能仪表，智能家电，智能生活用品日益增多。比如人们现在的手表手环，鼠标，键盘，智能小风扇，加湿器等。大到人们使用的手机，都是智能产品，里面都有电路板，再到智能报警系统，门禁系统等，都可以把电路板加进去，学校培养这方面的人才多了，毕业后就会想办法就业，一部分人或许可以创业开一个电子公司，开发这些产品，从而带动地方产业的发展。学生对于这些技术的掌握，需要他们在学校里扎实的学习技能，而平时的实验实训就是基础。

六、测控不仅满足于课内实验，同时扩展实验范围和内容

对于测控专业的学生不要以传统本科的培养方式来培养，应该以硕士甚至是博士模式来培养他们，当然，也不是说学生的能力就比硕士博士强，硕士和博士至少要3-5年，还要经过本科4年。学习周期毕竟是不一样的，要不仅只满足于课内实验，课内实验只是基本掌握，在课余，在假期，要发动学生，鼓励他们参加比赛，布置相应的学习和实验任务，比如大二上学期学生学习C语言，大三上学期的学生就直接买开发板来做一个简单的小装置、小系统。根据上课的效果和经验来说，把实验环节加入讲课过程中去，是可以极大激发学生的学习兴趣的。穿插讲一些研究生才接触的实验或者内容，对于学生来说也是一种激励。

因此，测控专业不要仅局限于课内实验的完成，部分老师一直在线，只要有学生问有关实验或者学习相关的问题，都会一一解答，帮助学生提高和成长。同时，在回答问题的过程中，对于教师来说也是一种成长和提高。

七、实验环节对教师的重要作用

实验环节对于学生来说非常重要，对老师亦然。就实验来说，老师必须得会，才可以教学生，同时，平时老师也要积极做实验，以测控专业教师为例，老师学习Arduino开发板。通过两年的时间自己琢磨，导师指导，主要工作是软件的编写，完成了两套Arduino实验指导书，一套C语言课程设计资料包，还有组网方向的确定，定下的方向就是控制和组网。期间，老师带队比赛，获得电子技术竞赛省赛一等奖，24届全国机器人及人工智能大赛全国一等奖和15届全国三维数字创新设计大赛全国三等奖指导老师的成绩，出了3个软著和2个专利，这都是实验对于教师成长带来的实实在在的好处。同时打开了该老师科研的大门。

八、通过科研形成科研团队

不同的实验有不同的团队，有些老师偏好于某些实验种类，比如嵌入式软件开发，用电路板做项目，那就自然而然形成了一个科研团队，这对于教师的成长是非常有好处的，教师科研能力越强，一般来说讲课又会有内容可讲，讲的也都是一些实实在在的实验内容，或者项目经历，有产出的讲课内容使得学生更加感兴趣。同时，教师的科研成果也可以加上学生的名字，比如某些学生帮助教师整理或者完善了资料，或者画了图做了实验，那么教师的成果里就可以适当体现出学生参与了工作，对于学生的培养来说也是非常具有激励作用的。

比如测控有一个新搭建的团队，也是某老师的软件开发团队，他熟练使用Arduino开发板，不仅可以用它来带比赛，还可以用来做项目有自己的团队，并已经开始取得一些成果，帮助团队内老师评职称或者完成科研任务的同时，不断为学校做出一些新的成果。

九、实验才是学生的兴趣点

如果工科生只有理论知识，那么是苍白无力的，我们一定要把实验内容加进去，本科生比较喜欢学习理论知识，他们还以依照高中的模式，做题，背题和考试，这样子他们比较熟悉比较轻松。其实如果告诉他们实验可以发专利，发软著，可以挂他们的名字，那么他们会更加有干劲，更加愿意投入，我们做实验的目的是有产出，而产出的一部分获益分享给学生，可以极大调动学生的积极性和主动性。

本科学生，其实还是愿意动手做实验的，只是他们不知道实验做了以后有什么具体的应用，比如我们为什么做实验，做这些实验，以后用得到用不到，如果告诉他们这些实验的具体应用，在以后的工作中用得到，同时可以用技术服务社会，提高自己，给自己一个富足的生活，提供给他们实验的具体应用场景，他们是非常愿意来学习的。

很多学生对以后没有规划，以后找什么工作没有想法，有一部分人的想法就是，毕业后随便找个工作，以前的毕业生找工作也挺好找的，没有压力感和紧张感，而且工作以后做什么也没有什么想法。

这就需要老师来引导，告诉学生工作后不仅仅是处理材料，完成日常事务，作为工科生，目标是工程师，要学会把项目思维带到日常的实验环节中，最大程度地激发学生的学习热情和兴趣。

要抓住学生的兴趣点，需要按照他们学习特点和方向来调整授课内容和思路，一切以学生为本。注意因材施教，比如C/C++软件开发，有些同学掌握得很快，有些同学百思不得其解，这都需要教师善于发现和引导，做到因材施教。

十、结束语

综上所述，实验环节对于工科本科生的培养具有重要意义，如何让学生选择专业内不同方向进行深入研究，从而实现自己的天賦最大化，这需要进一步的研究和时间实践。有些同学对软件开发感兴趣，那么写代码他就可以做得很好；有些同学对画电路板感兴趣，那么他设计的电路板就比较好；有些同学喜欢模拟，那么他就适合用仿真软件做设计。

如何快速区分出学生不同性格特点适合不同的方向，帮助他们尽快找到属于自己的方向，从而加快他们的成长，缩短他们迷茫和寻找方向的时间，还需要教师在日常教学中多加观察、总结和引导。

作者单位：王宇飞 巩师洋 孙道美 新疆理工学院

参  考  文  献

[1]刘波，毛先柏，刘曼玲.新工科电工电子创新实验教学改革探索[J].电气电子教学学报.2020（02）;138-142.

[2]郭鹏，张姣龙.电工电子实验教学优化及学生创新能力培养[J].教育现代化.2016（02）：50-51.