电子信息专硕“综合实验环节”改革探索

武迎春 刘 丽 李素月 康 琳

太原科技大学 山西太原 030024

为培养经济社会发展急需的应用型人才,我国2009年开始面向应届生招收“全日制专业型硕士”。电子信息专业作为IT行业人才培养的主干专业,近年来在专业型硕士招生中呈稳定增长趋势。“综合实验环节”作为电子信息专业型硕士必修实践课程,对提高学生解决实际工程问题的能力、加强培养学生研究工程问题的意识具有重要意义[1-2]。当前电子信息专业“综合实验环节”的开展大多基于学生选做固定实验题目,根据实验要求完成实验系统搭建、软硬件设计,培养学生解决实际问题的能力与工程研究能力。然而,固定实验题目的设置,不能有效结合每个学生的基础知识结构,也没有充分综合不同学生的研究方向,导致该环节在推进过程存在“三无”问题:(1)无趣,学生普遍认为实验内容设置枯燥,不足以激发学生的学习兴趣;(2)无效,该环节与后期导师分配的具体研究任务衔接性不强,对后期研究工作促进效果不明显;(3)无用,该环节对后期学生就业方向引导性不强,对工作中实际工程问题的解决指导价值较小。

针对此种状况,国内各高校教师对实验环节的实施方案进行了多方面的教学探索,王海等人通过精心组织教学环节、优化考核机制等多项措施,来调动学生实验过程中的自主学习意识[3];吕海霞等提出以适应产业发展需求为驱动的“内接专业、外接产业”的校企协同的实践教学模式,实现了高校人才培养与社会人才需求的对接[4];李幼真等提出面向拔尖人才培养的实验教学改革方案,通过引入科研训练实验项目、成立课外实验探索小组,以及组织各类学科竞赛等实验教学改革措施,提高了实验课程的趣味性和挑战度[5]。然而,这些举措大多针对本科生实验教学的有效开展进行探索[6-7],较少针对“全日制专业型硕士”群体深入探究实验内容的设置,也没有从应用类创新人才的培养目标角度考虑实验过程的控制。基于此,本文以应用类创新人才的培养目标为导向,探索电子信息专业硕士“综合实验环节”教学改革实践方案。

1 应用类创新人才培养目标下的综合实验环节改革

本文聚焦“综合实验环节”要求学生利用多门课程相关知识去分析问题和解决问题的特点,从实验内容更新、实验过程强化、实验考核优化等几个方面提出了具体的教学改革方案。课程的整体改进思路如下图所示。

“综合实验环节”改革整体思路图

1.1 以学生为主体的实验内容更新与实验题目动态优化

实验“无趣”,实质在于实验内容选取、实验讲解不能有效激发学生学习的主动性;实验“无效”,主要表现为实验针对性不强,不能结合个体学生的研究方向“量身定制”,使其在后期学生创新能力培养中不能融会贯通;实验“无用”,表现在实验内容不能围绕电子信息领域主流技术展开,没有充分结合历年来毕业学生就业方向设置实验题目。基于以上分析,实验内容设置应结合电子信息领域学科前沿,并以学生实践能力需求为基础,充分考虑学生的个人兴趣、研究方向、就业方向动态优化实验题目。

基于以上教学改革思路,我们进行了教学实践探索。例如研究生张同学,其研究方向为三维成像,希望将来从事系统开发相关工作,且个人对图像获取、处理有较高的热情。结合实验室硬件条件,为其选定题目为“基于三维成像的自动化码垛系统设计”。以该题目为背景,实验教师讲解摄像机标定、三维面型重建、机械臂手眼标定等原理,作为后期系统设计的理论基础。在实验内容讲解时,教师不仅仅局限讲授实验范围内的基本知识与基本技能,还应将实验内容相关的前沿知识引入课堂,介绍与实验内容相关技术的应用实例,激发学生的学习兴趣。

1.2 从“模块化”到“系统化”的实验过程强化

综合实验环节采用“模块化”设计,先按照知识点将实践环节涉及的内容划分为若干个模块,针对每个学生选定的实验题目,再将不同模块按照一定的逻辑组合成一个系统。基于1.1节举例中张同学选定的实验题目:“基于三维成像的自动化码垛系统设计”,其涉及模块为“目标识别”“摄像机标定”“深度获取”“手眼标定”,学生通过学习模块原理与功能,再将各模块集成,以完成整体系统设计。在实验过程中,张同学使用的模块与其他同学存在一定交叉,可以充分培养学生独立学习与团队协作能力。

“模块化”到“系统化”的实验体系的搭建,后期将形成以下显著优势:(1)通过具体实例完成基础课程的综合,促进学生专业知识体系构建;(2)体现实验题目设置的灵活性,模块可以根据电子信息领域技术的发展不断更新,体现专业前沿技术,这样可以有效促进实验内容的不断更新;(3)加强学生内部交流,不同学生不同题目,但采用的部分模块相同,即可以加强团队协作,又避免了实验过程中的抄袭问题。(4)对个性化培养计划的定制具有促进作用,帮助学生衔接后期研究任务,同时为学生就业后解决实际工程问题提供指导。

1.3 以能力与素质双重提升为培养目标的课程思政引入

在研究生的培养过程中,专业实践能力培养固然重要,但同时要注重思想道德品质的培养。综合实践环节的课程思政引入相对容易,在实验任务下发前,教师进行前沿技术介绍是课程思政最直接的切入点。任课老师应广泛搜集对应实验主题下我国取得的技术突破,针对具体实例引入爱国主义教育,并通过图片、表格、视频等多种形式辅助先进科技成果展示,让学生在实验过程中充分感受中国广大科学研究工作者与工程技术人员的伟大之处。

1.4 以学生实践能力提升为总指标的多样化考核评价方式

目前,综合实践环节的考核评价结果由学生课堂表现及实验报告成绩组成,课堂表现根据学生课堂参与度、积极度及实验知识问答组成,成绩评价结果较为主观,且实验知识问答受题目难易程度的影响,不能给出公平评价。实验报告千篇一律,不能体现学生动手能力与创新性。基于此,本课题拟以学生实践能力提升为总指标,实施多样化考核评价方式。具体举措包括:(1)线上评价与线下评价相结合;(2)实验前预习评价、实验过程评价、实验结果评价相结合;(3)答题、撰写报告、编程操作、讲解汇报能力评价相结合;(4)个人能力与团队协作能力评价相结合。针对具体实验,其评价方式如下表:

多样化评价方式表

2 条件保障

“综合实验环节”教学改革的推行需要以学校各类实验室、平台为支撑。我校电子信息专业硕士在电子信息工程学院的招生方向为新一代电子信息技术与通信工程。初期,电子信息专业硕士“综合实践环节”主要在本学院数字信号处理实验室开展,实验室作为教学实验室,主要承担本科生、研究生的实验任务。根据学生个体情况进行“量身定制”实验题目后,为了充分利用学院现有实验资源,实验地点将拓展到学院各类科研实验室(2D/3D实验室、工业机器人实验室、大数据实验室等)。同时,需要充分利用学校建立的研究生联合培养基地、产学研合作基地、协同创新中心,为实验的高效进行提供丰富的软硬件资源。

3 教学改革中教师面临的挑战

基于本文提出的“综合实验环节”教改思路,在实践中还存在诸多挑战。第一,基于学生个人兴趣、研究方向、就业方向、学科前沿为学生定制实验题目,虽然可以极大地激发学生学习兴趣,为学生后期进入研究课题、从事专业领域工作奠定良好基础,但增加了对任课教师综合专业素质的要求。任课老师需要学习了解本专业在培养目标定制时设定的学生研究方向,同时熟悉对应研究下涵盖的关键技术,以便从专业角度宏观把握学生实验题目。第二,将实验内容对应的核心技术进行“模块化”,需要任课老师整理、定制、开发相应的功能模块。有些功能模块可以直接下载开源代码,有些功能模块可以在实验设备采购时定制,但对于一些特殊的功能模块,需要专业教师进行开发,这对教师的系统开发能力提出了更高的要求。同时,任课老师需要具备一定的工程实践能力,能够以应用为需求,为学生开发实验模块。第三,课程思政的引入需要以教师了解学科技术前沿,熟悉专业技术应用案例,同时深入学习国家政策方针,才能有效培养学生的社会主义核心价值观。第四,引入多样化考核评价方式后,学生综合能力的有效考核需要借助资深教师多年的教学实践经验,不能因为考核多样化,严重增加学生的作业量。应在达成考核评价目标的前提下尽量减少形式作业,更侧重于实验过程中“学生完成+教师评价”同步进行。因此,任课教师需要多方面向具有教学改革经验的前辈请教,学习、总结、借鉴高效的考核评价方法,提高考核效率。总之,教改过程中对任课教师专业知识、动手能力、综合素质有更高的要求,教师只有不断学习,努力提高自身综合素养,才能应对教学改革过程中面临的挑战。

结语

以应用类创新人才的培养目标为导向,研究了电子信息专业硕士“综合实验环节”教学改革方案。在实验选题上,综合考虑学生兴趣、研究方向、就业方向,提出了以学生为主体的实验内容更新与实验题目动态优化方法。为了强化实验过程,根据实验内容将知识点模块化,采用从“模块化”到“系统化”的实验体系,加强学生对电子信息领域关键前沿技术的理解与应用。实验讲解环节以前沿技术介绍作为课程思政切入点,培养学生的民族自豪感与国家荣誉感。在实验效果评价上,建立以学生实践能力提升为总指标的多样化评价方式,完成实验过程考核与结果考核。充分利用学校现有各类实验与平台,为教学改革顺利推行提供良好实验条件保障。最后分析了教学改革过程中面临的挑战,教师只有不断学习,努力提高自身综合素养,才能应对教学改革过程中出现的问题。