营造培养电子信息类创新人才的综合实践环境

营造培养电子信息类创新人才的综合实践环境

胡仁杰　徐莹隽　王凤华　赵　扬　常　春

东南大学电工电子实验中心是国家级电工电子教学基地的重要组成部分，向全校各院系提供连贯、综合、多样性的电子信息类基础课、专业基础课的实践教学和学生课外科技创新实践服务。

东南大学电工电子实验中心依托国家级电工电子教学基地建设，以培养学生的终身学习观，培养学生的自主学习能力、工程实践能力和创新能力为建设和发展目标，以提高实践教学资源的效率为宗旨，根据人才发掘培养和不同阶段学生学习的特点，构筑了一整套以激发学生学习动机、强化学生能力训练和创新意识培养为核心的金字塔式优秀实践人才培养模式。该模式以形式多样、课内外结合的信息类人才实践教学体系为基础，完善的开放实验环境为支撑，制度化的教学管理、教学质量监控和人才选拔体系为保障，构建了一个能为全校提供菜单式实践教学服务，最大限度发现、培养和选拔优秀创新实践人才的综合实践平台。

一、建立形式多样、课内外相结合的创新实践教学体系

1.菜单式的实践教学模块（图1）

图1　实践教学模块

从电子信息实践教学和工程训练的基本需求出发，建立了包含实践基本知识、工程技能训练、实验教学模块、课程设计、课外科技实践活动和学科竞赛在内的形式多样、课内外相结合、覆盖电类基础课和专业基础课的实践教学体系。向各院系的学生提供菜单式的实践教学服务，以循序渐进的实验教学模块和课外创新活动为载体，传授实验基础知识、基本方法和基本技能，提高学生知识综合应用能力、系统设计能力、工程实践能力和创新能力。教学中实施因材施教、发展个性、培养创新意识和创新能力，发现和培养创新人才。

2.形式多样的课外实践活动（图2）

图2　课外系列创新实践

优秀的人才需要培养、发现，学生的潜能需要引导挖掘。利用开放实验室的资源，开展形式灵活多样、面向不同年级学生、连续不间断的科研训练和创新实践活动，每年都开展学生创意竞赛、学生创新成果展示、学生自选实验、实验设计竞赛、趣味项目设计、学生科学训练项目（SRPT）、项目设计方案宣讲、学生科研实践、电子设计竞赛等活动。科学合理的学习动机激发和优秀人才选拔机制，能充分挖掘学生的潜能，系列化、制度化的创新实践活动，能激发学生的创新意识，使学生参与创新、勇于创新，诱导学生的创新萌动、欲望，吸引更多的学生主动加入到优秀人才培养体系中来，从而使金字塔的塔基变大变厚，为选拔出更高更尖的优秀人才打下良好的基础。

二、创造综合开放的实践教学条件

1.开放式实践的硬件环境（图3）

从培养创新型、复合型、研究型和工程型人才的需要出发，根据电子信息类学科、专业的要求，规划出具有不同功能的实验教学模块；根据模块的延续性和相关性，进行有机的组合，建设多层次、跨课程、多功能的综合型实验室。实验室具备了充分的实验软、硬件条件，学生能够综合应用所学知识，发挥想象力和创造力进行综合的实践活动，做任何想做的事。

每个实验组配备了计算机、网络、数字化实验仪器设备（如程控电源、数字存储示波器、任意波发生器、数字万用表和虚拟仪器）、自研的系列综合实验系统（“电子技术实验装置”、“在系统编程实验装置”、“单片机/综合设计实验装置”、“微机系统实验装置”、“DSP实验系统”）。在每个实验室都可以开展基础型、综合设计型和研究创新型实验。

图3　开放式实践教学硬件环境

2.开放式实践的软件环境（图4）

图4　开放式实践教学软件环境

先后编写出版了《电工电子实践初步》、《电路与数字逻辑设计实践》、《电子线路实践》、《电子系统综合设计与实践》、《在系统编程技术及其应用》、《CPLD电路设计技术入门到应用》、《电子设计竞赛赛题解析》等教材和教学参考书；设计制作完成了一系列多媒体课件；逐步建设了网络化的实践教学平台，向学生提供包括多媒体网络课件、电子教案、仪器使用手册、元器件数据手册、设计应用资料等立体化的教学资源。利用网络这一现代教学手段，打破传统实践教学在时间和空间上的限制，学生可以在任何时间、任何地点，通过网络进行自主学习、交流讨论。

三、形成了以开放式自主学习为主的多元化实践教学模式

1.更新教师的教育观念，提高教学水平

提升教师的知识结构和教学水平，转变设计思想和设计方法，将以搭试、焊接为主的实验过渡为以系统设计、模拟分析和系统实现为主，强化EDA技能训练和加强工程意识培养，介绍自顶向下的系统设计方法，将电子信息和计算机领域的新技术融入教学过程中，反映电子信息时代对学生知识结构和能力的要求。注重加强系统观念的培养和系统设计方法的训练，随着实践层面的提高，逐步增强设计性实验和综合性实验的比重。不断提升对实验过程中各环节的要求和精细程度，不追求完成实验的数量，而要求学生做好做完整每一个实验。

2.多元化的教学模式和多重能力培养（图5）

对于刚进入实验室的学生，采取教师现场授课和指导实验的模式，以便学生理解教学内容和要求，熟悉了解仪器设备，迅速引导学生入门，也便于教师了解学生的学习状况。学生掌握了实验的基础知识后，进行开放式自主实验，引导、培养学生自己获取知识的能力，让学生充分发挥主观能动性和创造性。建立严格的质量监控保证体系和考核制度，确保学生的学习效果。在综合设计型实践教学和课外创新活动中，引导学生发挥个性，自主选题、自行制定实验的功能指标，设计、分析、实践，制定测试和演示方案，教师仅仅进行引导。培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、动手实践能力、创新能力，培养出一大批优秀学生。通过实验设计竞赛、综合电子系统设计、科学训练项目、电子设计竞赛等学生科学实践和训练活动，着重培养学生团队合作精神和科学研究、写作演讲、交际沟通能力。

四、建立了全面的实践教学管理和教学质量保障体系

图5　多元化的实践教学模式

通过有计划的抽查，考查学生的预习和对实验的了解程度；通过实验值班巡视和实验结果验收，考查学生的实验能力，分析和解决实验过程中所遇到问题的能力；通过批改实验报告，考查学生对实验过程、实验方法、实验分析的掌握程度；在期末实验现场考试中，通过考查学生在实验要求理解、实验方案设计、电路搭试、仪器使用、参数测量、实验分析等多方面的表现，评判学生的综合实验能力。

建立一套完善的管理制度和制度执行的监督体系，在实验室建造一个严格管理和引导相结合，能够对实验过程进行管理、监控、考核的实验管理系统，为在实践教学中推行“培养创新人才、全面提高学生素质”的教学方案，提高教学实践质量和教学效率，让学生在严格管理的环境下，逐渐养成学习自觉性，再对学生进行有益的引导，充分发挥学生的主观能动性和创造性。

建立了由“入室教育”、“阶段交流”、“预习抽查”、“实验验收”、“期中检查”、“期末考试”等环节构成的一整套开放教学质量监控保证体系。

教学管理体系使教学改革成果得到巩固，使实践教学的资源充分发挥效益，让更多学生受益。（图6）

图6　教学管理与教学质量保障体系

五、综合实践环境的成效

项目取得相关教学成果：出版系列实验教材4本，发行5万多册，被16本同类教材引用。设计多媒体课件5件，除校内正常教学和学生自学使用外，被20多所高校选作辅助教材。建成网络化实验教学平台，年累计点击次数约180多万次。研发综合性实验系统6套，完成教改项目10余项，经费额30多万；完成科研项目16项，经费220多万。发表教学教改论文20多篇，科研论文40多篇。

相关教师获得教学奖励：国家级教学基地以全国排名第一的优异成绩通过教育部验收；“电工电子实践”入选2004年国家精品课程；2002年获省优秀课程群1个；黄正瑾教授被评为2003年江苏省教育名师；2001年获国家教学成果二等奖1项；2001年获教育部教材奖1项、科技进步三等奖1项；2001年、2004年获江苏省教学成果特等、一等、二等奖共6项；2001年、2003年、2004年获全国电子设计竞赛组织奖3项、优秀指导教师3项。

建立跨课程的综合性实验室5个，实验教学面积3600多平方米，实验组700多台套，仪器设备基金投入2000多万，每年为4500多名学生、20多门课程提供实验教学服务，每年完成实验教学任务32万人时数。综合性实验室，使实验室使用效率提高40％，实验仪器设备投资减少40％。开放式实验教学解决了实验课时难以安排的困难，缓解了理论教学与实践时间差的矛盾。

开展开放式实验教学模式，深受学生欢迎，支持率达82％以上，学生实验考核成绩较开放前提高15％，学生在实验室进行自选实验、趣味实验年累计学时2万多。同时实验室的使用效率得以大大提高，实验室的数量可以缩减40％以上。

学生综合实践能力提高，在学校创新活动、全国大学生电子设计竞赛和挑战杯大赛中得到了印证，成绩明显提高。2001年全国大学生电子设计竞赛中获得全国一等奖2队，二等奖3队；江苏赛区一等奖3队，二等奖5队，三等奖3队。2002年获得挑战杯特等奖，夺得挑战杯。2003年全国大学生电子设计竞赛中获得全国一等奖4队，二等奖2队，江苏赛区一等奖6队，二等奖4队，三等奖6队。2003年获得挑战杯一等奖、三等奖各一项。2001—2003年，学生在课程教师组织指导下完成的创新项目近50项。

在国家级工科基础课程电工电子教学基地验收中，实践课程体系、师资队伍建设、开放式实验教学、立体化教材建设、课外创新实践活动以及综合实验环境建设等改革成果，得到教育部验收专家的充分肯定和高度赞扬。几年来，全国各地300多所高校前来参观考察电工电子和电子信息实践教学与改革成果。