适应新工科发展的电子技术实验教学改革研究

谢洪途 梁康 姜新桥 陈凯鹏 王国倩

摘  要：为了适应新工科发展的高素质工程科技人才培养要求，学院电子信息类专业在统筹专业建设发展的基础上，通过开展电子技术实验教学改革，以探索新工科发展下学生主动学习能力和实践创新能力的培养，为培养高水平的工程科技人才提供支撑。文章从实验教学体系、教学内容、教学手段、教学过程、教学考核和师资建设等方面对电子技术实验教学进行探索与改革，提出了适应新工科发展的电子技术实验课程建设的新思路，进一步提升了实验教学的质量与效果，提高了学生解决实际工程问题、团队协作、技术交流和自主创新等能力，探索了基于新工科理念深化工科实验教学改革的新路径。

关键词：电子技术实验;新工科;教学改革;工程人才培养;实践创新能力

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）35-0116-04

Abstract： To meet the training requirements of the high-quality engineering talents for the development of the Emerging Engineering， based on the overall planning and development of the professional construction and development， the teaching reforms of the electronic technology experiment is carried out， and explores the active learning of the college's electronic information majors， under the development of the Emerging Engineering. The cultivation of ability and practical innovation ability provides support for cultivating the high-level engineering and scientific talents. This paper explores and reforms the electronic technology experimental teaching from the aspects of the experimental teaching system， teaching content， teaching methods， teaching process， teaching assessment and teacher construction， and proposes new ideas for the construction of electronic technology experimental courses adapted to the development of the Emerging Engineering. In order to improve the quality and effect of the experimental teaching， students' ability to solve practical engineering problems， teamwork， technical communication and independent innovation， it explores a new way of deep chemical engineering experimental teaching reform based on the concept of the Emerging Engineering.

Keywords： electronic technology experiment; Emerging Engineering; teaching reform; engineering talent training; practical innovation ability

近年来，国内外新一轮的科技革命促进全球新经济蓬勃发展，从而对高等工程教育发展和工程科技人才培养提出了新的要求[1]。因此，深化高等工程教育改革，建设高等工程教育强国，对支撑和服务我国经济转型升级具有重要的现实意义[2]。由于传统工科教育难以满足新经济发展对工程科技人才的需要，教育部门开始大力发展和探索新工科建设， 从“复旦共识”[3]到“天大行动”[4]，再到“北京指南”[5]，为新形势下高等工程教育指明了改革方向和行动路线。《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》中提出“五新”，即树立工程教育的新理念、构建学科专业的新结构、探索人才培养的新模式、建立分类发展的新体系，打造教育教学的新质量[2]。新工科创新理念的提出，为工科专业的发展及课程改革提出了新的方向和契机，也对高等工程教育和工程科技人才培养提出了更高的要求，要求工科专业教学重视培养具备良好基础科学素养和工程创新精神、实验基础扎实、综合实验素质高，能够从事基础和应用研究的高素质人才[2-6]。

为了适应新工科发展的高素质工程科技人才培养要求，学院电子信息类专业在统筹专业建设发展的基础上，通过开展电子技术实验的教学改革，以探索新工科发展下学生主动学习能力和实践创新能力的培养，为培养高水平的工程科技人才提供支撑[7-8]。

一、必要性

实验课程教学是学校实施高等工程教育、培养学生实践创新能力的重要途径。因此，用于开展实验课程教学的实验室是教学改革的重要内容，能够为学生提供良好的实验场所和实驗条件。根据实施高等工程教育、培养创新工程科技人才的要求，需要进一步重视实验教学，加强实践环节，重点培养学生的动手操作能力[7，9]。开展电子技术实验教学，能够使所学理论知识获得实验验证，让学生在实验中发现问题，然后利用理论知识分析和解决问题，达到巩固理论知识的目的，从而培养学生的电子技术基本实践技能。目前，电子技术实验教学主要存在以下问题。

（一）有限的实验时间

每次的实验教学时间比较有限（一般2学时），如果实验内容较多或者较难，有时很难在有限时间内完成。因此，需要选取较容易的实验或者简化的实验，不过这样就难以让学生对知识进行全面的掌握。

（二）实验主要为验证性的

开展的实验主要为验证性的，其中实验内容与步骤等是基本确定的，从而缺少自主设计的环节。因此，验证性实验虽然能让学生容易掌握所学理论知识，但是难以培养学生发现、分析和解决问题的能力。

（三）实验内容缺乏创新性

电子技术实验教学一般是以电子技术理论课程为基础的，由理论课老师选定相应的实验内容，从而导致实验内容的创新性不强，难以发挥主观能动性。

（四）实验场地和条件各异

不同高校对实验教学建设的投入力度不同，导致实验场地和条件的差异较大。如果实验场地和条件不够完善，而开展实验教学的学生较多，就难以开展单人单组的实验，只能多人一组开展实验，从而难以培养学生的独立思考和动手实践能力。

（五）开放性实验教学较少

虽然教育部强调积极开展开放性实验教学，但是只有少数实力强的高校建设了开放性实验，能够开展开放性实验教学任务。大部分高校由于各种原因难以真正落实开放性实验教学任务，从而难以培养学生的创新能力和实践能力[10]。

为了适应新工科对高等工程教育发展和工程科技人才培养的要求，需要加强理论教学与实践教学的结合，从而发挥学生的主观能动性，培养学生的实践能力和创新精神。电子技术课程是新工科的专业基础课程，能为后续的专业课程打下坚实的理论和实践基础，因此有必要大力开展适应新工科发展的电子技术实验教学改革研究。

二、改革措施

在分析现有电子技术实验教学问题的基础上，根据新工科发展对实验教学的新要求，开展电子技术实验教学改革研究，从而通过实验教学改革培养适应新工科发展的高质量工程技术人才。教学改革内容主要包括：重建实验教学体系、更新实验教学内容、改革实验教学手段、创新组织实验教学过程、建立多元化实验考核方式和优化实验教师知识结构。

（一）重建实验教学体系

重建实验教学体系是开展电子技术实验教学改革的首要任务。电子技术实验内容可以设置为四个层次，即基础技能层、综合设计层、创新实践层和科技研究层。基础技能层实验主要用于对学生电子技术基本知识和技能的培养，比如仪器使用实验、仪表操作实验等。综合设计层实验主要用于对学生电子技术综合与设计能力的培养，比如单管放大电路设计实验、组合逻辑电路设计实验、功率放大器设计实验等。创新实践层实验主要用于对学生电子技术创新与实践能力的培养，比如数字电子钟实验、竞赛抢答器实验、信号发射器实验等。创新实践层实验是在综合设计层实验的基础上，进一步对学生综合应用能力和创新能力的培养，从而为从事工程项目研究奠定实践基础。科技研究层实验主要用于对学生工程实践能力和研究能力的培养，如科研项目、学科竞赛和毕业设计等，从而使感兴趣的学生有机会加入科研团队开展科学研究。通过优化整合电子技术实验教学，构建层次分明的实验课程模块，从而形成系统的、综合的、层次的和模块化的电子技术实验教学体系。

（二）更新实验教学内容

目前，主要开展验证性和仿真性的实验，缺乏开放性和创新性實验，因此教学内容相对单一。此外，忽视交叉课程之间实验教学的开设，忽视科研项目和学科竞赛等相关实验教学的开展，因此难以提高学生的工程创新和实践动手能力，不能满足新工科发展对高质量工程技术人才培养的要求。

选择实验教学内容时，要注重实践性、前沿性和工程性的结合。电子技术实验教学内容要满足时代发展的需要、学科发展的需要和人才培养的需要，从而达到适应新工科发展的客观要求。满足新经济和新工科对创新科技人才的需求，满足新产业和新经济对高素质复合人才的需求，从而推动时代的发展。满足电子技术新应用对电子技术的需求，满足电子新技术发展对专业技术人才的需求，从而促进学科的发展。满足人才培养对个性和多样化实验教学手段的需求，满足学科发展对实验教学内容与手段创新的需求，从而实现人才的培养[9]。因此，可以考虑从以下几个方面进行改进。

1. 先进前沿技术进入实验教学

在教学过程中，老师应当掌握电子技术的发展现状和技术前沿，将先进前沿技术引入实验教学，让学生及时跟踪电子技术的最新动态和发展趋势。因此，在教学过程中积极介绍现代电子技术的地位和优势，在学习和了解电子技术新技术的基础上，进一步发挥学生的主观能动性，从而培养学生的电子技术设计和实践动手能力。

2. 科研学术成果进入实验教学

高等院校老师基本都主持或承担科研项目，从事相关科研学术研究，将科研学术成果引入实验教学课程，可以提炼出与电子技术相关的实验教学内容。因此，将科研学术成果融入实验教学，能够加深对理论知识的分析和理解，从而实现实验和理论的完美结合，进一步培养学生的综合分析能力和电子设计能力。

3. 积极开展产学研合作新模式

新工科培养的学生主要是满足企业单位对高质量工程科技人才的需求，与企业单位开展产学研合作新模式，能够为学生提供合适的科学技术研究和工程项目研发的机会和场所，从而培养学生应用理论知识的能力，加强学生科研攻关、团队协作、管理服务等能力。通过开展产学研合作新模式，使得培养的学生更加满足企业单位对工程实践能力的需求。

（三）改革实验教学手段

“天大行动”之四，要“问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段”[4]。因此，实验教学要以学生为中心，根据学生的兴趣来改革教学手段和方法，增强学生的自主选择性，发挥学生的主观能动性，激发学生动手实践的激情，从而达到培养学生良好的兴趣爱好和较强的实践能力。

因此，根据授课对象和教学内容的特点，可以采用多元化的实验教学手段和方法，以适应新工科发展的需要。（1）借助现代化教学技术和虚拟仿真手段，利用网络共享资源（如慕课、微课、视频课和直播课等），建设电子技术综合实验室、电子技术创新实践实验室、虚拟仿真实验室、智能共享实验室等，将虚拟仿真实验和现场实践实验相结合，从而调动学生的积极性、提高实验教学的效果。（2）利用多媒体新技术，讲师和演示实验教学内容，通过灵活多样的动画视频，可增加教学内容的趣味性而达到良好的教学效果。（3）利用线上网络直播进行实验课程教学，能够形象生动地与学生进行互动和交流，增强学生的学习兴趣，提高教学的效果。（4）建立师生交流群，与学生交流讨论实验中遇到的问题，锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，达到密切关注其学习动态的目的。（5）针对大型综合类实验教学，通过引入科研项目、学科竞赛等方式，培养学生科学研究的创新思维，提高独立思考和科研攻关的能力。

（四）创新组织实验教学过程

根据新工科发展的创新理念，实验教学过程需要从知识传授转变为问题解决与能力培养。实验开始前，让学生提前预习实验内容，根据实验目的和要求查询相关资料，以小组或团队自主设计实验方案，进行讨论交流并修改确定方案。实验过程中，要求学生根据实验电路的功能，主连接元器件和搭建电路。对实验中出现的电路故障或测量问题，在保证安全的情况下让学生自己寻找原因和排除故障，从而培养发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新实践能力。实验结束后，让学生针对本次实验方案设计、实验操作过程、实验测量结果进行总结和分析[7]。

此外，针对大型综合类实验教学，以小组或团队自主设计实验方案、搭建实验电路、开展实验测量、进行实验结果分析等，通过讨论、提问、交流等方式，培养学生的实践创新能力和团队协作能力[7]。具体实验过程包含确定实验任务、设计实验方案、搭建实验电路、调试实验电路、分析实验结果和撰写实验报告等。

（五）建立多元化实验考核方式

目前，电子技术实验课程考核与对应理论课考核是分开的，考核成绩主要以实验报告、出勤率等为基础，因此考核标准不高，教学评价形式化，难以体现学生的实验水平和实践动手能力，因此无法准确全面考评学生的工程素质和实践能力。

为了全面考评学生的工程素质和实践能力，需要建立多元化的实验考核方式，主要包括任务解析、方案设计、操作过程、故障分析、故障排除、结果分析、报告撰写、课堂表现、团队协作、创新实践等[7]。多元化考核贯穿整个实验考核全过程（考核前、考核中和考核后），能够发挥学生的主观能动性，激发学生参与实验的兴趣，从而促进实验教学改革。考核前，学生需要根据实验任务和要求，收集相关资料，复习基本电路，实验方案设计和实验仿真。考核中，根据实验方案和仿真，进行PCB制作、电路搭建、运行调试、故障分析排除、结果观测分析。考核后，根据实验过程和结果，撰写实验报告、讨论实验结果、制作实验PPT、开展实验汇报。通过全面考核学生的实验全部过程，准确评价学生的工程素质和实践能力。

此外，开展实行双向考核机制，除了对学生的学习情况进行考核，还要对老师的教学情况进行考核。既能发挥学生主观能动性，激发学生的积极性和兴趣，还能促进老师对教学方法手段进行改进完善，进一步提高实验课程的教学效果。

（六）优化实验教师知识结构

一般情况下，理论课程老师直接承担相应的实验课程教学，或者由新入职的年轻老师承担实验课程教学，可能由于老师缺乏专门的实验课程教学培训，甚至没有科学研究和工程实践经历，导致达不到实验课程教学的要求。此外，一般由老师自己确定教学任务、实验内容和实验要求等，可能导致流于形式主义，缺乏开放性创新性的实验项目[7]。

为了提高实验课程的教学质量和效果，需要擁有实际工程经历的专职实验教师，或者需要对实验教师进行专门的岗前培训，使实验教师具备良好的工程实践能力和较高的工程素养。实验课程教师还要积极从事科学研究和工程项目，将科研成果引入实验课程，从而培养学生的创新能力、工程意识和实践能力。此外，实验教学教师要加强与理论教学教师的相互沟通交流，注重工程实践与理论知识的结合，从而建设高质量高素质的电子技术课程教学师资队伍。

三、结束语

基于新工科的创新理念，高等学校应该在实验教学中培养综合专业素质和训练工程实践能力，从而进一步提高高等工程教育的质量和效果。

本文开展适应新工科发展的电子技术实验教学改革研究，主动对标新工科建设目标，从重建实验教学体系、更新实验教学内容、改革实验教学手段、创新组织实验教学过程、建立多元化实验考核方式和优化实验教师知识结构等方面进行初步探讨，并提出相应的改革举措，获得较好的教学改革效果。学生能够发挥主观能动性，增强自学新知识能力，提高创新能力和工程实践能力。老师积极开展教学研究，完善实验教学方式和手段，提高实验课程教学质量和效果。因此，开展适应新工科发展的电子技术实验教学改革，能够积极实现高素质高水平工程科技人才培养的目标。

参考文献：

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[3]教育部.“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[4]教育部.“新工科”建设行动路线“天大行动”[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[5]教育部.新工科建设指南“北京指南”[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[6]袁炎成，吕念玲，赖丽娟，等.工程教育实验教学的科学设计与过程管理方案[J].实验技术与管理，2019，36（1）：192-198+216.

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[8]李正良，廖瑞金，董凌燕.新工科专业建设：内涵、路径与培养模式[J].高等工程教育研究，2018（2）：20-24+51.

[9]杨颖.基于工程教育专业认证的电子技术实验教学改革研究[J].工业和信息化教育，2020（1）：84-89.

[10]王文东，袁小庆，史仪凯，等.新工科背景下“电工学”实验教学模式改革探索[J].大学教育，2020（2）：23-26.