综合性大学电子信息立体交叉实验教学模式探索

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[摘要]针对综合性大学专业覆盖面宽，学科综合性强的特点，探索了面向不同专业、不同类别学生，“四横三纵”立体交叉的电子信息实验教学模式。构建“分层次、模块化、多元性”的实验教学体系，按照“四横三纵”实践教学模式，整合电子类公共实验教学模块，强化信息专业新技术实验，加大交叉创新研究实验力度和覆盖广度，优化实验教学平台，形成科学研究、工程应用、学科交叉集成的实验特色。体现综合性大学“厚基础、宽口径、强能力、展个性”的创新人才培养特点，满足复合型应用人才培养需求。

[关键词]综合性大学 电子信息 实验教学模式 立体交叉

一、引言

实践教学是高等教育人才培养的重要环节，对提高学生综合素质，培养学生创新能力，贯彻国家本科教学质量工程起着重要作用[1-2]。进入21世纪后，随着信息技术的飞速发展，电子信息学科所包含的知识体系内涵和外延不断扩大，如何实现电子信息类实践教学体系和内容的吐故纳新，适应学科发展要求和复合型人才培养需要，是目前实验教学面临和需要探索的一个关键问题。当今，科学技术综合化、整体化的发展趋势日益明显，学科交叉与融合成为了优势学科的发展点、新兴学科的生长点、重大创新的突破点，人才培养的制高点。电子信息学科与其他学科之间的交叉集成越来越突显，学科交叉成为一个重要发展趋势[3]。由于综合性大学各专业为完成培养计划规定的教学任务“单兵作战”，实践教学模式缺少宏观性和整体性，实践教学方法陈旧单一，学生思维训练路径程式化、同质化。因此，构建立体交叉的电子信息实践教学模式和平台，对培养具有“厚基础、宽口径、强能力”的研究型、应用型和复合型创新人才具有重要意义。

立体交叉实践教学培养模式充分利用了综合性大学的学科优势，依据学科专业的相关度、知识的交叉性以及综合性大学的特点，使不同专业学生在本专业知识的基础上，开展超越专业界限的具有综合性、实践性、自主性和创造性的实践教学模式，为培养复合型创新人才提供有效途径。

二、构建实验教学新体系

依据学科专业定位和培养目标，按照“基础综合研究”循序渐进的教学理念，优化实践教学内容，构建“分层次、模块化、多元性”电子信息实验教学培养体系[4-5]。

分层次体现在：基础训练层，采用问题设置与背景反思模式，转变实验辅导为实验引导启发。综合设计层，加强模拟仿真实验技能，构建软件仿真和硬件实验相融合的实践教学模式。应用研究层，采取自主、开放、研讨相结合的模式，以科研实践为主题，以学生小组为组织形式，让学生直接参与到教师的各类科研课题当中。

模块化体现在：根据不同专业培养目标要求，按照模块化的方式组建实验教学内容，每个模块中设置必做实验、选做实验，不同专业背景的学生可以选择不同模块实验，不同水平的学生也可以按照实验的难易程度来选择模块，达到因材施教的效果。

多元性体现在：第一，实验课形式的多样性，实验教学由课堂实验、开放实验和校外工程应用实践等多种实验课形式组成；第二，实验要求的多样化，针对电子类、信息类、非电类不同专业实践要求存在差异，在实验不同阶段，包含了必做实验、选做实验、教师科研成果转化实验和自选实验。第三，人才培养的多元化，培养具有“厚基础、宽口径、综合性、强能力”的研究型、应用型和复合型创新人才。对电类学生进行前瞻性、应用性、创新能力的培养，对非电类学生进行厚基础、综合性、高素质培养。

三、整合实验教学内容

按照基础实验、专业综合实验、研究性实验的架构，主要开设电子电路类、通信技术类、计算机应用类、新技术与创新研究类实验课。紧紧围绕电子信息技术应用领域的广泛性、与其它学科的交叉性、技术发展的快速性等特点，优化实验教学内容[6]。

（一）整合不同学科专业的电子类公共实验教学模块

根据电子信息产业对创新人才能力和素质要求，对电子类公共实验教学内容整合优化，形成1个工程基础训练模块、2条学科基础主线实验模块、3个EDA实践模块和4种嵌入式系统应用模块。其中，工程训练模块是理工科类学生应具备的基本电子技能，它包括电路组装调试、电子仪器测量和电子工艺训练，这一模块是所有电类和非电类专业都应熟练掌握的。2个学科基础主线模块即电子电路基础实验、微机软硬件基础实验。电子电路实验包括模拟、数字电路设计和电路综合课程设计；微机软硬件实验主要涉及微机原理与接口设计、C语言程序设计、Matlab应用程序设计。3个EDA实践模块，包括电路仿真与PCB板设计、EDA硬件描述语言设计和集成电路版图设计。4个嵌入式系统应用模块，包括单片机、DSP、FPGA/CPLD和ARM系统应用。这四种集成芯片在智能控制、消费电子、航天国防和移动设备等领域应用广泛，对不同专业可以在四种嵌入式系统中选择其一或其二作为必修实验，使学生掌握嵌入式系统的开发方法，达到触类旁通的效果。

（二）强化电子信息新技术实验

随着现代通信技术发展，不断调整、扩充和更新专业实验内容。在电子信息类专业开设程控交换、移动通信、光纤通信、天线设计等实验基础上，跟随移动通信和网络技术的发展，开设移动业务数据平台分析、物联网应用、虚拟仪器技术实验。实验内容体现模拟与数字结合、软件仿真与硬件实现结合，实验教学与教师科研结合，让学生体会和掌握现代电子技术设计方法学革命带来的变化――科学化和高效化，搭建学生在校学习到就业的衔接平台。

（三）加大交叉创新研究实验力度和覆盖广度

根据山西大学学科优势，依托“量子光学与光量子器件”国家重点实验室，在电子信息与物理交叉学科，开展量子保密通信的交叉研究实验，开展全光纤分离调制的连续变量量子密钥分发设计的创新实验，开展基于光电联合检测的煤质检测仪和痕量气体检测的研究性实验，实现实验教学与科学研究的有机结合。依托“智能信息处理”教育部重点实验室，在电子信息与计算机学科交叉方向，开展脑-机交互与机器人运动系统的交叉研究实验。在电子信息与生物医学交叉方向，开展细胞生物电信号检测、人体生命体征实时监测系统和医学物联网应用等创新研究实验。创新实验覆盖范围从电子类、信息类专业扩展到一些非电类专业的优秀学生，创新研究实验小组由不同专业学生交叉构成，可以起到学科专业互补和广泛交流的作用。

（四）加强综合课程设计、科研训练和工程实习

山西大学为了加强学生的实践教学环节，从2007年实行三学期制，学生在小学期可以完成各类实践活动。根据不同专业课程群体系要求，小学期在非电类专业开设电子技能工程训练，在非电类专业开设电子电路综合课程设计，在电子类专业开设嵌入式系统综合课程设计，在信息类专业开展校外工程应用实习。通过课程设计和工程训练，达到课程内的综合、课程群落间的综合、学科应用的综合，使学生对所学知识更加融会贯通。

四、优化实验教学平台

（一）建设服务地方产业发展的工程应用实践平台

电子类与信息类专业是工程应用较强的专业，同时，与信息产业、煤炭产业、电力产业、环保产业、新能源产业等发展密切关联。为适应地方经济建设和产业发展，着力打造电子工程应用实验平台，建设太阳能光伏发电、煤质在线分析、痕量污染气体检测等应用性较强的工程应用实践教学平台。

（二）建设学科交叉集成的创新研究实验平台

为了更好的服务于学生的研究性实验，结合教师的各类科研项目，建设创新研究实验平台。基于电子信息学科与生物医学交叉集成，建设脑电事件相关电位测量系统、肌电信号检测与机器人开发系统、细胞膜片钳测量实验系统，从事脑-机交互、细胞生物电测量、生物医学信息检测的实验研究。

五、改革实验教学方法和手段

（一）采用导师负责制，全过程开展研究性实验

通过将基础实验、综合设计实验、应用研究实验与科研训练、大学生创新训练紧密结合，从基础到前沿，全过程实施研究性实验教学[5]。将提出问题作为切入点，建立以“问题为驱动”的实验研究思路和方法，把学生的实践活动引入问题之中，并不断扩展问题意识，让学生自然而然走上提出问题、解决问题的研究实践之路，提高学生创新思维意识。

在实验的各个环节中，指导教师充分利用实验中心的教学资源因材施教，给予学生个性化教育与指导。通过组建不同专业学生实验小组，引导学生选题、开展小组讨论、研讨实验方案、撰写研究论文等教学环节，使学生了解科学研究的方法和要求，初步培养科学研究能力。

（二）利用网络化资源平台，拓宽实验教学范围

建设网络化的实验教学平台，向学生提供多媒体实验课件、网络课件、电子教案、EDA软件工具、仪器使用手册、元器件手册、芯片设计应用资料、教学案例录像、电子产品生产工艺录像等网络教学资源。在网络交互平台上，实时实验疑难问题、学生反馈意见、教学情况调查、实验室利用情况等教学辅助工作。通过网络化实验教学平台为学生提供全方位、开放性的实验环境，拓宽实验教学范围和空间。

（三）以学生为实践主体，力求共性与个性培养相结合

教师设计的所有教学活动最终要以学生的掌握为落脚点，转变实验辅导解答为实验引导启发，教师不直接解答学生在实验中遇到的问题，而是给予原理性或方法性的引导与启发，让学生通过动手实践，自行找到问题的答案，变被动学习为主动实践。对于综合应用实验和研究性实验，既要突出实验的共性问题，又要能够与教师的科研背景相结合，让学生既达到基本要求，又开拓眼界，激发学生自主实验和探究的积极性，激励学生的个性发展。

六、结束语

构建科学合理的“四纵三横”立体交叉实验教学新模式，在宽口径专业教育引导下，夯实基础、注重实践、引导创新、实现多学科交叉、软硬件并重、教学与科研有机结合。该实践教学模式已在山西大学2010级、2011级和2012级本科相关专业实践教学中得到实施应用，取得了较好的成效，极大的调动了学生实践的积极性和主动性，实验教学在学生评教中获得了好评，学生获国家和省级大学生创新创业训练项目明显增多，在全国大学生电子设计大赛、挑战杯科技竞赛等各类学科竞赛中取得成绩显著，可为综合性大学电子信息类实践教学改革提供良好的借鉴。

基金项目：山西省高等教育教学改革项目资助（J2011005）；山西大学本科教学改革项目

[参考文献]

[1]于卫.综合性大学卓越工程师培养实践教学模式研究[J].扬州大学学报（高教研究版），2012，16（1）：91-96.

[2]王秋华.电子信息类专业实验教学体系改革[J].高等理科教育，2008，77（1）：64-66.

[3]刘宏.构建创新创业特色的电工电子实验教学体系[J].实验技术与管理，2011，28（1）：137-140.

[4]邓婉玲.电子信息类专业实践性创新人才培养体系的研究和探索{J}.武汉大学学报（理学版），2012，58（S2）：41-46.

[5]肖卫初.地方本科院校电子信息工程专业学生实践能力培养体系研究[J].中国电力教育，2010，（6）：126-128.

[6]张峰.构建多层次立体化电工电子实验教学新模式[J].实验室研究与探索，2009，28（2）：92-94.

（作者单位：山西大学 电子信息实验教学中心 山西太原）