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將理論課堂搬到實(shí)驗(yàn)室———《模擬電子技術(shù)》理論與實(shí)踐一體化教學(xué)的探索 唐瑤 肖瑾





  做好高校專業(yè)理論課的教學(xué)實(shí)踐,教師應(yīng)深入思考如何培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作、溝通交流、動手實(shí)踐、思維創(chuàng)新等多方面能力,回歸到核心課程教學(xué)改革本身,將理論課、實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練融合,腳踏實(shí)地地開展教改探索和實(shí)踐。
  當(dāng)前,傳統(tǒng)的教學(xué)模式,仍存在以下問題和不足。一是,往往將理論課與實(shí)驗(yàn)分開進(jìn)行,重理論輕實(shí)踐,或只側(cè)重于傳授知識或訓(xùn)練某些技能,教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊,缺乏以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向,針對學(xué)生的專業(yè)知識、人際交往及團(tuán)隊合作等能力設(shè)計的教學(xué)活動。二是,傳統(tǒng)的基于考試的評估方法使得學(xué)生專注于課程的理論知識和局部技巧,無法對所學(xué)知識形成完整的認(rèn)識,缺乏系統(tǒng)的分析能力和開發(fā)實(shí)操能力,更談不上靈活應(yīng)用知識,去解決實(shí)際工程問題。三是,近年來小班研討型教學(xué)模式在不斷推廣,但往往缺乏涉及到創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目軟硬件全系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié),小班化研討型教學(xué)能夠加強(qiáng)學(xué)生對于知識的理解,但是靈活應(yīng)用和能力提高離不開基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)。
  筆者承擔(dān)的《模擬電子技術(shù)》,是自動化類專業(yè)的核心課程,也是一門理論與實(shí)踐并重的課程。我們在深入研究CDIO-OBE工程教育模式的基礎(chǔ)上,以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向,對該課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、過程及考核方式進(jìn)行了綜合設(shè)計與教學(xué)探索。
  2004年,美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究團(tuán)隊歷時四年創(chuàng)立了CDIO(Conceive構(gòu)思,Design設(shè)計,Im-plement實(shí)施,Operate操作)工程教育理念。它以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體,鼓勵學(xué)生以主動實(shí)踐、有機(jī)結(jié)合課程的方式學(xué)習(xí)工程。OBE(Outcomes-basedEducation基于學(xué)習(xí)結(jié)果的教育)模式,以學(xué)生為本,將重心放在學(xué)生受教育后獲得什么能力和能夠做什么上,要求一切教育活動、過程和課程設(shè)計都圍繞實(shí)現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果來開展。CDIO與OBE工程教育模式在理念、形式等方面融通和契合,作為近年來國際工程教育改革的最新成果,代表了現(xiàn)階段國際先進(jìn)工程教育的水平。
  我們嘗試將CDIO-OBE工程教育模式引入《模擬電子技術(shù)》教學(xué)實(shí)踐,將理論課教學(xué)搬到實(shí)驗(yàn)室,實(shí)現(xiàn)理論課與實(shí)驗(yàn)課的并軌教學(xué)。根據(jù)授課本科生的專業(yè),設(shè)計創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目,完成了小班化教學(xué)中的全覆蓋實(shí)踐,旨在形成一種徹底打破傳統(tǒng)理論課課堂教學(xué)、具備輻射效應(yīng)的自動化類核心課程新型教學(xué)模式。
  該課程的教學(xué)改革,首先將工作重心放在了設(shè)計“學(xué)習(xí)的預(yù)期結(jié)果”,即設(shè)計創(chuàng)新項(xiàng)目題目上。例如,近期我國大中城市屢受霧霾侵襲,空氣中夾雜大量PM2.5等污染顆粒,能見度低,嚴(yán)重影響了人體健康。為減少吸入有害物質(zhì),很多人選擇了佩戴口罩進(jìn)行防范,可如今市場上口罩產(chǎn)品品牌眾多,質(zhì)量參差不齊,國外品牌的價格頗高。團(tuán)隊教師針對這一社會需求,依據(jù)在北航本科生電工電子創(chuàng)新基地近十年來指導(dǎo)本科生科技實(shí)踐活動的經(jīng)驗(yàn),分析當(dāng)下本科生的特點(diǎn),并結(jié)合《模擬電子技術(shù)》授課對象生物醫(yī)學(xué)電子專業(yè)的背景,提出“智能防霧霾口罩”創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目,目標(biāo)是設(shè)計出一款能根據(jù)人臉定制、實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量無線監(jiān)測等功能的智能防霧霾口罩。
  “智能防霧霾口罩”創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目綜合性強(qiáng),融合了模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、3D掃描及打印、人機(jī)工程學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)。具體措施如下:
  ———團(tuán)隊教師圍繞啟發(fā)式典型項(xiàng)目,將重點(diǎn)放在傳感器電路、信號調(diào)理電路、控制電路、3D掃描及打印等內(nèi)容上,撰寫了理論課和實(shí)驗(yàn)課教案。
  ———實(shí)踐環(huán)節(jié)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練?;A(chǔ)實(shí)驗(yàn)針對上述幾項(xiàng)主要教學(xué)內(nèi)容設(shè)置,創(chuàng)新項(xiàng)目由各組學(xué)生自行指定方案并完成。
  ———學(xué)生自愿分組(3~4人/組),以組為單位進(jìn)行項(xiàng)目的開題答辯、實(shí)物制作、結(jié)題答辯。并撰寫了學(xué)習(xí)心得和小論文。
  ———安排創(chuàng)新基地培養(yǎng)的具有科技項(xiàng)目經(jīng)歷的高年級學(xué)生擔(dān)任助教,指導(dǎo)各小組完成項(xiàng)目的實(shí)物制作。
  ———注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程,制定全新的課程考核方法。
  成績考核內(nèi)容包括完成的課堂測驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)考核、實(shí)驗(yàn)報告、開題及結(jié)題答辯、實(shí)物作品、小論文等。注重學(xué)生日常的學(xué)習(xí)過程和積累,學(xué)生與教師面對面、郵件或其他方式的交流討論、開放實(shí)驗(yàn)室的考勤等都將計入考核內(nèi)容。
  2015年12月,同學(xué)們進(jìn)行了課程結(jié)題答辯。班里8組本科生(2012級北航生物醫(yī)學(xué)電子專業(yè)6組,北京學(xué)院2組)均展示了各自完成的實(shí)物作品,完成了答辯。精美的手機(jī)APP界面,頗顯專業(yè)的智能防霧霾口罩……無不讓教師們倍感欣慰,學(xué)生的反饋也讓教師深受啟發(fā)。
  孫文祥同學(xué)學(xué)習(xí)心得中寫道:“通過對一個項(xiàng)目的開題以及終期的要求,我們積累了大四綜合實(shí)驗(yàn)以及畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)。同時,這個項(xiàng)目也使我們充分了解了產(chǎn)品設(shè)計的過程,整個流程很大程度上提高了我們的自學(xué)能力。”
  蔡東陽同學(xué)感慨說:“經(jīng)過這一學(xué)期的學(xué)習(xí)實(shí)踐,我真真切切地體會到實(shí)際動手做一個項(xiàng)目帶來的巨大的益處……我們對硬件設(shè)計和各模塊的功能有了更深的了解,同時提高了動手能力,并深刻體會到團(tuán)隊合作精神的重要性及相互討論過程中的樂趣?!?br>  王啟祥同學(xué)寫道:“本課程優(yōu)點(diǎn)包括獨(dú)特的學(xué)科交叉方式,編程能力、電路能力結(jié)合的最緊密。”
  來自北京服裝學(xué)院、在我校北京學(xué)院交流學(xué)習(xí)的牛頔璠同學(xué)寫道:“這次最讓我驚喜的是,看到了不同學(xué)科融合的無限可能性。我修了服裝設(shè)計與工程雙學(xué)位,沒想到可以與模電結(jié)合。當(dāng)發(fā)現(xiàn)3D打印材料比較堅硬時,我直接用布做出了更加舒適的口罩,也提升了第二學(xué)位的技能。實(shí)驗(yàn)課上的3D掃描和打印技術(shù)也非常令我著迷,我覺得3D技術(shù)跟服裝結(jié)合也可以進(jìn)行創(chuàng)新,將來會繼續(xù)進(jìn)行探索。”
  基于已經(jīng)開展的教改探索,《模擬電子技術(shù)》教學(xué)團(tuán)隊申報的教學(xué)改革項(xiàng)目“CDIO-OBE工程教育模式下《模擬電子技術(shù)》理論課與實(shí)踐一體化的教學(xué)改革”,獲批了2015年教育部高等學(xué)校自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會專業(yè)教育教學(xué)改革研究課題立項(xiàng)。
  (作者:唐瑤,北航電工電子中心教學(xué)主任、副教授;肖瑾,北航電工電子本科創(chuàng)新基地負(fù)責(zé)人、講師、博士)