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将理论课堂搬到实验室———《模拟电子技术》理论与实践一体化教学的探索 唐瑶 肖瑾





  做好高校专业理论课的教学实践,教师应深入思考如何培养学生的团队合作、沟通交流、动手实践、思维创新等多方面能力,回归到核心课程教学改革本身,将理论课、实验以及创新实践训练融合,脚踏实地地开展教改探索和实践。
  当前,传统的教学模式,仍存在以下问题和不足。一是,往往将理论课与实验分开进行,重理论轻实践,或只侧重于传授知识或训练某些技能,教学方法和实验教学内容陈旧,缺乏以学习结果为导向,针对学生的专业知识、人际交往及团队合作等能力设计的教学活动。二是,传统的基于考试的评估方法使得学生专注于课程的理论知识和局部技巧,无法对所学知识形成完整的认识,缺乏系统的分析能力和开发实操能力,更谈不上灵活应用知识,去解决实际工程问题。三是,近年来小班研讨型教学模式在不断推广,但往往缺乏涉及到创新实践项目软硬件全系统开发的实训环节,小班化研讨型教学能够加强学生对于知识的理解,但是灵活应用和能力提高离不开基础实验和创新项目实践环节。
  笔者承担的《模拟电子技术》,是自动化类专业的核心课程,也是一门理论与实践并重的课程。我们在深入研究CDIO-OBE工程教育模式的基础上,以学习结果为导向,对该课程的教学目标、内容、过程及考核方式进行了综合设计与教学探索。
  2004年,美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究团队历时四年创立了CDIO(Conceive构思,Design设计,Im-plement实施,Operate操作)工程教育理念。它以产品研发到运行的生命周期为载体,鼓励学生以主动实践、有机结合课程的方式学习工程。OBE(Outcomes-basedEducation基于学习结果的教育)模式,以学生为本,将重心放在学生受教育后获得什么能力和能够做什么上,要求一切教育活动、过程和课程设计都围绕实现预期的学习结果来开展。CDIO与OBE工程教育模式在理念、形式等方面融通和契合,作为近年来国际工程教育改革的最新成果,代表了现阶段国际先进工程教育的水平。
  我们尝试将CDIO-OBE工程教育模式引入《模拟电子技术》教学实践,将理论课教学搬到实验室,实现理论课与实验课的并轨教学。根据授课本科生的专业,设计创新训练项目,完成了小班化教学中的全覆盖实践,旨在形成一种彻底打破传统理论课课堂教学、具备辐射效应的自动化类核心课程新型教学模式。
  该课程的教学改革,首先将工作重心放在了设计“学习的预期结果”,即设计创新项目题目上。例如,近期我国大中城市屡受雾霾侵袭,空气中夹杂大量PM2.5等污染颗粒,能见度低,严重影响了人体健康。为减少吸入有害物质,很多人选择了佩戴口罩进行防范,可如今市场上口罩产品品牌众多,质量参差不齐,国外品牌的价格颇高。团队教师针对这一社会需求,依据在北航本科生电工电子创新基地近十年来指导本科生科技实践活动的经验,分析当下本科生的特点,并结合《模拟电子技术》授课对象生物医学电子专业的背景,提出“智能防雾霾口罩”创新训练项目,目标是设计出一款能根据人脸定制、实现空气质量无线监测等功能的智能防雾霾口罩。
  “智能防雾霾口罩”创新训练项目综合性强,融合了模拟电路、数字电路、单片机、3D扫描及打印、人机工程学等多项技术。具体措施如下:
  ———团队教师围绕启发式典型项目,将重点放在传感器电路、信号调理电路、控制电路、3D扫描及打印等内容上,撰写了理论课和实验课教案。
  ———实践环节包括基础实验和创新项目训练。基础实验针对上述几项主要教学内容设置,创新项目由各组学生自行指定方案并完成。
  ———学生自愿分组(3~4人/组),以组为单位进行项目的开题答辩、实物制作、结题答辩。并撰写了学习心得和小论文。
  ———安排创新基地培养的具有科技项目经历的高年级学生担任助教,指导各小组完成项目的实物制作。
  ———注重学生的学习过程,制定全新的课程考核方法。
  成绩考核内容包括完成的课堂测验、基础实验考核、实验报告、开题及结题答辩、实物作品、小论文等。注重学生日常的学习过程和积累,学生与教师面对面、邮件或其他方式的交流讨论、开放实验室的考勤等都将计入考核内容。
  2015年12月,同学们进行了课程结题答辩。班里8组本科生(2012级北航生物医学电子专业6组,北京学院2组)均展示了各自完成的实物作品,完成了答辩。精美的手机APP界面,颇显专业的智能防雾霾口罩……无不让教师们倍感欣慰,学生的反馈也让教师深受启发。
  孙文祥同学学习心得中写道:“通过对一个项目的开题以及终期的要求,我们积累了大四综合实验以及毕业设计的经验。同时,这个项目也使我们充分了解了产品设计的过程,整个流程很大程度上提高了我们的自学能力。”
  蔡东阳同学感慨说:“经过这一学期的学习实践,我真真切切地体会到实际动手做一个项目带来的巨大的益处……我们对硬件设计和各模块的功能有了更深的了解,同时提高了动手能力,并深刻体会到团队合作精神的重要性及相互讨论过程中的乐趣。”
  王启祥同学写道:“本课程优点包括独特的学科交叉方式,编程能力、电路能力结合的最紧密。”
  来自北京服装学院、在我校北京学院交流学习的牛頔璠同学写道:“这次最让我惊喜的是,看到了不同学科融合的无限可能性。我修了服装设计与工程双学位,没想到可以与模电结合。当发现3D打印材料比较坚硬时,我直接用布做出了更加舒适的口罩,也提升了第二学位的技能。实验课上的3D扫描和打印技术也非常令我着迷,我觉得3D技术跟服装结合也可以进行创新,将来会继续进行探索。”
  基于已经开展的教改探索,《模拟电子技术》教学团队申报的教学改革项目“CDIO-OBE工程教育模式下《模拟电子技术》理论课与实践一体化的教学改革”,获批了2015年教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会专业教育教学改革研究课题立项。
  (作者:唐瑶,北航电工电子中心教学主任、副教授;肖瑾,北航电工电子本科创新基地负责人、讲师、博士)