“三地一区”视域下高校“三电”实验课程教学改革与实践.pdf

第 卷第 期大学物理实验.年 月 .收稿日期:基金项 目:安 徽 省 高 等 学 校 质 量 工 程 项 目(、)教 育 部 产 学 合 作 协 同 育 人 项 目(、)安徽高校自然科学研究重点项目()文章编号:()“三地一区”视域下高校“三电”实验课程教学改革与实践王 鹏操龙德章礼华祁义红(.安庆师范大学 电子工程与智能制造学院安徽 安庆.华东理工大学 物理学院上海)摘要:安徽“三地一区”政策的出台对高校人才培养提出了新的要求尤其对创新型工科人才的需求出现井喷态势 然而作为工科专业人才培养的专业基础课程“三电”实验教学滞后于社会形势发展如教学培养目标与社会发展需求相脱节实验资源无法满足学生实际需要教学方法与创新型人才培养不适应等问题 以传统与虚拟相融合、第一课堂与第二课堂相贯通、校内与校外相协同等多元的教学改革路径促进高校实验教学逐步对标“三地一区”对人才的要求有效提升高校服务地方经济社会发展的能力关键词:“三电”实验多平台融合嵌入式教学“三地一区”中图分类号:.文献标志码:./.大学物理实验投稿网址:/.年 月习近平到安徽考察并在合肥主持召开扎实推进长三角一体化发展座谈会时值习近平考察安徽一周年之际 年 月 日至 日召开的省委十届十三次全体会议强调深入学习贯彻习近平总书记“七一”重要讲话和考察安徽重要讲话指示精神着力打造具有重要影响力的“三地一区”即科技创新策源地、新兴产业聚集地、改革开放新高地和经济社会发展全面绿色转型区更好推动长三角一体化发展加快建设经济强、百姓富、生态美的新阶段现代化美好安徽 其中以集成电路、新型显示、人工智能等为代表的“芯屏器合”产业体系加速形成 目前已形成以芯片研发为龙头涵盖基础材料、封装测试、分立器件和终端应用等上下游呼应的产业链格局多个千亿级新兴产业集群在加速崛起区域产业形态的快速发展也对人力资源的需求产生重大变化“三地一区”政策为安徽地方社会的发展提供了重要遵循也对人才的需求提出更高要求 作为人才主要供给侧的高校必须顺势而为对标社会发展需求对人才培养体系进行全面省思为地方发展提供强有力的人才支撑“三地一区”对高校人才培养提出新要求 “三地一区”的提出更好地推动长三角一体化发展加快建设经济强、百姓富、生态美的新阶段现代化美好安徽也要求高校人才培养要更加聚焦地方产业发展的需要更加凸显出对创新型人才、科技型人才和技能型人才的广泛需求尤其要求大学生具备掌握借助互联网和智能化手段开展工作实践的能力 在“三地一区”的政策框架下高校要逐步转变人才培养思维注重科技创新和新技术运用能力的培养为“三地一区”建设提供有效的人才支撑和智力支持“三电”实验教学现状分析“三电”实验课程包含模拟电子技术实验、数字电子技术实验、电路分析实验是高校工科类专业必修的专业基础课具有应用型、工程性、实践性强和授课面广、授课人数多等显著特点 一般集中在大学一年级和二年级开设这个时期是大学生形成卓越工程素养的重要时间段是培养创新性思维的重要时期 针对“三地一区”对人才需要的新标准笔者对省内一些高校的“三电”实验教学培养方案、实验教学资源、教学方法与手段等现状进行了调研与分析发现在与社会发展需求、学生实际成长诉求、创新型人才培养等方面存在明显差距与不足.实验教学培养方案与服务社会发展需要不相符 专业人才培养方案是人才培养目标、基本规格以及培养过程和方式的总体设计是培养高质量人才的关键环节是实施人才培养模式的重要保障“三电”实验课大部分仍然作为对应理论课的补充未能独立设课教学大纲中实验课时安排不够合理、内容陈旧等问题如模拟电子技术教学大纲中安排实验 课时(次)在完成验证性单元电路项目后一些有趣味性、综合性、创新性强的项目如变调音频放大器、简易心电图仪等就无法安排 在修订过程中未能充分采纳用人单位的反馈意见也未考虑社会发展的需求故而无法满足安徽省加速崛起的多个千亿级新兴产业集群对高质量人才的急迫需求.实验教学资源与学生成长成才需求不匹配在“三电”实验教学中由于场地有限、设备数量不足、实验室智能化管理手段缺失和开放时间较少等原因无法做到随时开放 而“三电”课程是全校大部分工科专业必开的专业基础课“三电”实验室是全校公共平台承担的实验课程多、学生人数多如此一来人才培养质量必受影响 实验课时有限学生只能在课堂时间内完成验证性和极少数综合设计性实验 近些年国家大力推行创新创业教育鼓励学生参加课外科技创新活动当前实际实验条件一定程度上制约了学生创新思维及动手能力的培养弊端日渐显露.实验教学方法与创新型人才培养需求不适应 传统“三电”实验室的实验教师讲解实验内容并要求学生按照实验步骤进行实验操作观察实验波形记录数据学生只是完成了实验内容难以发挥自己的主观能动性去发现问题与解决问题限制了对学生的创新思维能力的培养 这种实验教学方式也不能很好地适应环境变换如在疫情封控、灾害性天气等特殊情况无法进行现场实验理论课可以线上上课而实验课则无法实现当前多数高校开展虚拟仿真实验 使用、等电子电路仿真平台 软件仿真是实验设计和参数优化通常采用的方法 但软件仿真是基于理论模型进行计算分析与实物电路之间存在不可消除的差异如电子元器件理想集中参数与真实器件分布参数理想仪器状态与真实仪器驱动能力、频率特性等非理想状态纹波、噪声、干扰对电路运行的影响线路分布阻抗参数及接触阻抗对电路的影响等 本地端的软件仿真需要学生对软件环境有比较熟练地掌握器件库和理论所学的器件或真实器件不能一一对应 而远程端的软件仿真对服务器的要求较高会出现经常卡顿的情况 由于不能软硬件无差别结合实现仿真实验目的也不能很好地适应虚拟仿真教学的需求“三地一区”视域下高校“三电”实验课程教学改革路径 近年来安庆师范大学围绕服务支撑“三地一区”建设的重大使命依托“电工电子省级示范实验实训中心”平台加快工科类专业实验室建设对接合作产学研用共建高端创新及测试平台协同推进工科学科科学研究和人才培养 工科类毕业生在本省就业人员超八成服务于高新技术企业为助推区域高新技术发展贡献着“安庆师大力量”以传统与虚拟相融合、第一课堂与第二课堂相贯通、校内与校外相协同等多元的实验教学改革不仅加强锻炼了学生的创新思维能力而且提高了学生处理工程实际问题的能力通过对“三电”实验教学管理及课程多元化的教学改革有效探索该种教学模式进行总结推广改革人才培养模式为三地一区建设产业发展提供充足人才支撑.对标“三地一区”需求修订完善人才培养方案 学校围绕安徽产业人才需求紧密对接企业大 学 物 理 实 验 年生产实际参照 年电子、自动化类教学质量国家标准通过广泛调研优化本科人才培养模式着力提高人才培养质量 学校先后相继开展 版、(.版)培养方案的修订工作在修订之前大规模走访用人企业吸收企业反馈意见邀请行业专家、毕业校友参与人才培养方案论证修订过程中在学生创新实践能力培养方面进行了针对性调整 修订后的人才培养方案运行良好实验教学环节得到显著增强“三电”实验课根据不同专业制定各自相应大纲均独立设课学时数和学分明显增加学生工程素养和创新性思维稳步提升服务地方经济高质量发展能力显著提高.构建传统与虚拟相融合的实验教学资源体系 针对“三电”实验室是全校公共基础实验平台承担的实验课程多、班级多、学生人数多而场地有限、数量不足课时有限的问题学校高度重视该课程群建设首先对“三电”实验设备进行全面升级更新延长实验室开放时间 目前有千余名同学已申请进入实验室先后选拔了百余名本科生担任“三电”实验室学生助理有效参与实验教学辅助、仪器整理维护等具体工作中有效形成了实验室主任实验室责任教师实验室学生助理三级管理的模式保障了实验室开放效果虚拟实验与传统实验结合让学生直观地感受到了新技术实验的先进性和便捷性提高了实验效率 年成立电工电子实验教学中心(以下简称“中心”)年获批电工电子省级示范实验实训中心先后获批电工电子工程训练基地、电子测量仪器规范性测量培训基地等多个教育部产学合作协同育人项目获批电子信息仿真、电子传感器 仿真、数字集成电路设计 个安徽省级虚拟仿真实验教学项目开发了对应“三电”实验课程的互联网模拟电子技术、互联网数字电子技术、互联网电路分析三个在线实验平台中心开发的互联网远程实物实验系统具有客户端界面简洁、占用系统资源少不需要安装软件等特点学生随时随地通过电脑或手机网络进行访问能在浏览器上实时搭建和控制硬件电路配置实验电路激励参数选择测试点虚拟仪器实时测量实验数据如图 所示()在线平台登录界面()电路分析:激励信号与电容端电压测量()模拟电路:单级放大电路仿真()数字电路:数字逻辑信号测试图 互联网在线实验平台界面这种互联网远程实物形式的在线实验可以让学生能够远程搭建真实电路分析真实电路实验结果和理论的区别锻炼学生的发现问题、解决问题的实际能力促进了课程实验与工程项目相结合弥补了传统实验和虚拟软件仿真实验的不足老师进行引导性讲解学生可以不限时段不限地点开展设计提升实验效果 虚拟实验系统拥有课前预习功能包括可以进行电路连接、使用 第 期王 鹏等:“三地一区”视域下高校“三电”实验课程教学改革与实践虚拟仪器测试观测测试结果等工作这样学生对实验内容、步骤及流程有更充分的了解教师通过客户端可以实时了解每一位同学实验进展情况从而在课堂上学生有更多的时间锻炼实际动手能力和分析解决实验中遇到的实际问题的能力.构建第一课堂与第二课堂相贯通的实验教学模式 针对传统实验教学方法与创新型人才培养需求不适应的情况积极利用已有的各种实验教学资源在教学中已经开展线上线下实验多平台结合、课堂和竞赛相互嵌入构建第一课堂与第二课堂相融合的实验教学模式在实验内容设计上尝试教学实验和竞赛实验互相嵌入 教学实验着重基础训练技能实行单人单组着重培养学生掌握基本理论、基本实验操作能力和设计能力竞赛实验更具前沿性、系统性和创新性实行三人一组着重培养学生团队沟通、思维创新、工程设计能力 以数字电路实验为例在验证性和综合性实验项目安排时每个项目设置必做部分和选做部分必做部分要求全体同学都须完成 而选做部分题目设计结合近年来电子竞赛命题由学有余力的同学自行选做课内时间不够可以在开放时段来进行或者在线上系统完成 成立大学生创新俱乐部坚持以赛促学赛学结合开展大学生电子设计大赛、大学生挑战杯大赛、“互联网”大学生创新创业大赛等系列活动在各类专业竞赛期间实验室除上课外均可提供实验及测试 以学科竞赛内容驱动的“三电”实验课程教学极大程度提升了实验教学的趣味性和研究性除此之外创新教育教学改革积极搭建合作平台中心与安庆市筑梦新区联合共建智能制造与控制工程研究院与安庆市经济技术开发区联合共建智能制造协同创新中心与安徽筑梦三维智能制造研究院和安徽兆利光电科技有限公司等校企联合共建实验室搭建本科生第二课堂平台开设“江淮工匠精神”大讲堂利用讲堂定期邀请行业专家、企业技术骨干等优秀人物来校举办讲座等活动帮助学生感受工匠精神营造良好氛围 邀请企业一线专家来校内第一课堂给学生上专业导论课 聘请行业技术专家参与学生竞赛实验指导、毕业论文实践指导 利用这些校企共建平台积极开展第二课堂建设将课程设计、毕业设计做到企业研发一线.构建校内和校外相协同的育人理念安徽省着力打造具有重要影响力的“三地一区”加速形成高新产业体系离不开地方高校工科类专业的人力资源支持 省属地方高校因地而设、受地支持、为地服务理应面向区域发展需求联合企业发展协同教育有效形成教育合力打造产业人才高地培养过程中注重生产衔接训练提高教学与实际应用的结合深度 中心充分利用现有交流平台与企业构建合作育人体系在学生实习实训、师资互聘等方面开展实质性合作 聘请企业经验丰富的技术工程师进校承担实验课程教学为本科生提供电子测试仪器培训、实验设计指导和产品开发演示 除了把企业专家“请进来”学院还在寒暑假带着学生“走出去”进驻环新集团、长鑫存储、池州华宇等企业进行现场观摩教学为学生提供更加真实的职业体验让学生从进校就开始了解行业环境熟悉区域产业背景建立起职业兴趣和投入“三地一区”建设的使命感为扎实推进校地合作支撑区域电子产业技术人才提升需要中心与企业建立资源共享机制全年向企业研发技术人员和其