淺談開放實驗教學體系構(gòu)建
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摘要：本文圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，改革實驗教學體系。通過優(yōu)化實驗教學、開放結(jié)構(gòu)和層次、深化實驗內(nèi)容、搭建實驗教學管理平臺，構(gòu)建多層次、開放式的實驗教學體系，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強的綜合性應用型“卓越工程師”提供基礎保障。
關(guān)鍵詞：開放實驗教學；卓越計劃；工程實踐
國家從中長期教育改革和人才發(fā)展的戰(zhàn)略層面考慮，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，提出了高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”[1]?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”的人才培養(yǎng)目標是提高學生工程實踐創(chuàng)新能力[2]，促進工程教育人才的轉(zhuǎn)型升級，使中國工程教育人才更加適應經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，更加突出人才培養(yǎng)對增強國家綜合國力的重要性[3]。
1開放實驗教學的內(nèi)涵
開放實驗教學內(nèi)容。以學生為主體的原則，實驗資源向?qū)W生全面開放[4]，學生作為實驗的主體，可以自主對實驗內(nèi)容進行設計、掌控實驗過程、分析實驗結(jié)果。構(gòu)建一個完善的開放實驗教學體系，其建設內(nèi)容涵蓋了管理制度制定、開放式實驗項目、考核方法、評價指標的設計等，其核心是實驗課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[5]。實驗教學體系的側(cè)重關(guān)系轉(zhuǎn)變。根據(jù)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，突出校內(nèi)實驗和校外實踐相結(jié)合的實驗教學模式[6]。以“卓越工程師”為實驗教學培養(yǎng)目標促使實驗教學體系側(cè)重關(guān)系的轉(zhuǎn)變[7]。如圖1所示，實驗教學體系從基礎理論實踐驗證向綜合運用、創(chuàng)新實踐進行轉(zhuǎn)變。根據(jù)實驗目的與要求的不同，需要將原有的基礎實驗、技能實驗、綜合設計實驗、創(chuàng)新實驗4個層次的比重進行合理調(diào)整，在保持專業(yè)技能實驗（以培養(yǎng)動手操作能力為主）不減少的基礎上，適當減少以認知、驗證為主的基礎實驗，合理增加綜合設計和創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學生獨立思考、自主學習的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、探索精神。
2構(gòu)建開放實驗教學體系
雖然我院學生參加各類競賽大有斬獲，但學生的知識面和基本能力還有待加強，表現(xiàn)為基礎不扎實、創(chuàng)新能力不強、設計思想表達不明確等。為了響應“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[8]，對開放實驗教學體系的構(gòu)建進行了探討。
2.1個性化實驗教學
改變以往人才培養(yǎng)方案中的“統(tǒng)一大綱、統(tǒng)一計劃、統(tǒng)一教材、統(tǒng)一考核”的四統(tǒng)一狀態(tài)，以保護差異和發(fā)展學生個性為主，強調(diào)個性化實驗教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維。（1）開放實驗教學實行“三開放”制度。開放實驗時間、內(nèi)容、元器件。學生可以根據(jù)自身時間安排實驗時間，除基礎實驗項目必須完成外，學生可自主選擇實驗項目、設計實現(xiàn)方案。在開放實驗過程中教師起指導作用，自主權(quán)充分掌握在學生手中，培養(yǎng)學生獨立思考的能力、釋放學生的個性特點。每學期開學實驗室將征集開放實驗項目，并對實驗項目進行匯總、審批、購買材料等工作。（2）考核方式多樣化。根據(jù)不同的課程采用不同的考核方式，如“數(shù)字電子技術(shù)”“面向?qū)ο蟪绦蛟O計”等綜合型課程可采用分組的課程設計、小組答辯的形式進行考核。“單片機原理與應用”“嵌入式系統(tǒng)設計”等硬件實踐類課程可以采用設計作品、提交設計方案、演示答辯的模式。同時學院已運行計算機基礎課上機考試系統(tǒng)，為計算機公共基礎提供實驗與考試平臺。學院正在搭建計算機類專業(yè)一體化支撐平臺，平臺上有各類開放課程模塊，每個模塊有豐富的實驗項目與題庫，教師與學生均可以手動添加實驗項目與試題，針對學生的考核試卷會隨機生成，達到考試試題的多樣化。
2.2創(chuàng)新課程設計的教學方式
隨著學習的深入，課程層次的進階，根據(jù)不同層次的課程采用不同方式的課程設計。（1）基礎類型的課程設計。此類課程主要針對低年級所學課程，比如編程類課程，這類課程設計要求學生設計一個小軟件，從需求分析開始到模塊框架的設計和代碼的編寫，學生需給出可行性設計報告，最終需要提交設計報告并參加小組討論。（2）綜合型課程的課程設計。比如模擬電子線路、電工電路等課程，此類課程設計要求學生設計一個器件的功能模塊，首先需要設計出具體電路，然后根據(jù)電路準備芯片焊接成型，最后測試功能模塊的性能。這類課程設計要求學生現(xiàn)場展示并參加答辯提交設計報告。（3）實踐型課程的課程設計。此類課程設計主要針對高年級的學生，學生必須完成實驗探究型的課程設計，該設計可以作為學生的畢業(yè)設計，學生有充足的時間構(gòu)思、實驗、測試，要求學生設計出功能完整的作品并演示答辯提交設計報告。
3開放實驗教學的實踐
3.1項目式實驗教學
對設計性實驗實行項目式教學，以單片機電子計算器的設計為例，前期制定項目計劃說明書，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。（1）項目的總體目標是熟悉嵌入式軟件開發(fā)流程和學習企業(yè)開發(fā)規(guī)范并按照規(guī)范編寫代碼。具體目標：掌握軟件設計工具keil的安裝方法；編寫電子計算器軟件，并完成整體功能；根據(jù)設計需求，整理出系統(tǒng)框圖；掌握代碼編寫方法，學會調(diào)試代碼等。（2）項目概述及時間安排，一般為一周時間，包括每天的教學內(nèi)容和必須完成的實驗任務。學生根據(jù)所學內(nèi)容自主完成軟件框架的構(gòu)思和代碼的編寫，負責人每天進行進度檢查，并對每項任務的完成度進行打分。在明確的實驗任務和目標的壓力下，每個學生參與程度和積極性得到了大幅的提高。（3）能力考核包括三個指標。項目理解能力：是否能正確理解項目所完成的功能，并認可項目功能；目標執(zhí)行能力：按照既定的時間，按時完成項目，并保證功能正常；開發(fā)協(xié)調(diào)能力：在開發(fā)過程中，遇到問題，和周末資源的溝通協(xié)調(diào)能力，能很好地和項目組同事和諧高效地工作。（4）項目輸出，主要包括源碼和使用說明文檔。項目驗收要求：有清晰完整的設計思路；有規(guī)范的軟件編碼；正確的實驗結(jié)果；熟練實驗編程軟件；以項目組為單位上臺講解并演示。項目式實驗教學使學生親身實踐項目開發(fā)的流程，學生邊做邊學，學的快，進步快，這是對課堂教學的有效實踐，也是公司實習的提前預演。這種教學模式讓學生從枯燥的驗證性實驗中解脫出來，此類實驗展開以來受到學生一致好評。
3.2自制實驗設備，促進競賽成果轉(zhuǎn)化
學生自制實驗設備一直是普通高等院校的短板，但是根據(jù)教學需求和現(xiàn)實情況，普通院校也可以研制實驗設備，學生在科技競賽中的成功作品可以固化為開放實驗中的實驗項目，既豐富了開放實驗項目，也有利于成果的轉(zhuǎn)化。同時在實驗設備的研制過程中，開拓了學生的思維，選拔優(yōu)秀學生加入競賽團隊，充實隊伍力量，形成良性循環(huán)。以此作為開放實驗教學的補充，有利于提高學生的創(chuàng)新能力。
4結(jié)束語
新工科實驗室的改革與創(chuàng)新應緊密圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，改革實驗教學體系，這對于培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力有著非常重要的作用，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的有力保障和支撐，實驗教學應以培養(yǎng)大學生的“創(chuàng)新精神和實踐能力”作為教學主要任務。
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作者：陳春生 王一賓 胡浪濤 單位：安慶師范大學 計算機與信息學院