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實驗教學是高等工程教育環節中的重要組成部分，它是啟迪學生思維，樹立學生工程實踐觀念，培養和提高學生發現、分析并解決實際問題綜合應用能力的重要載體［1－4］。隨著現代EDA、IP與SOC技術的集中涌現，傳統電子信息工程類實驗體系由于實驗項目內容陳舊、類型單一、專業核心模塊內容之間各自為政、缺乏必要的規劃與滲透等方面問題的集中暴露，已極大地影響了實踐教學效果，人才培養方案中所涉及的學生工程創新意識的培養更是無從談起。近幾年來，國內高等理工類教育體系發生了不少積極變化，其中汕頭大學2008年率先實施的CDIO工程教育［5］已取得了不少成果，亦得到不少高校的響應。然而，由于CDIO改革理念的顛覆性與復雜性，相應的實驗體系改革在建設過程中面臨相當大的挑戰，其實踐效果也有待時間的進一步檢驗。有鑒于此，結合我校實際情況，文章提出一種基于課程群的層次型實驗體系的構建思路與方法，該體系以培養創新高級工程技術人才為目標，擬從多個環節有效促進實驗教學質量的提高。

1基于課程群的層次型實驗體系建設與管理

所謂課程群是指專業體系中存在一定拓撲順序且相關聯系緊密的課程集合。依據清華大學2004年電子信息學科基礎綱要［6］的規劃要求，綜合考慮本專業特色與實際情況，我們建立并優化了電子信息工程的4個課程群，分別是電子電路課程群、信息處理課程群、信息傳輸課程群、計算機課程群，對應的課程群魚骨架如圖1所示。4個課程群基本覆蓋整個電子信息領域，包括信息采集、處理、傳輸和反饋，形成一個閉環。實際上，不同的院校根據具體因素（地方經濟、學生的層次、師資等）選擇制定特色的課程群。每個課程群配備一定的課內實驗和課程設計，整個專業則進行生產實習和畢業設計，以強化學生工程設計能力。本科層次的理論課主要由課程群團隊負責。相應的課程群負責人由具有博士學位和副教授職稱以上的教師擔當，其成員由該課程群中各門課程的主講教師和實驗人員構成。課程群團隊任務歸納起來有以下幾點：（1）確定并更新課程群中課程的基本內容、重點內容和難點內容，精簡講授內容，減少冗余知識；（2）確立課程群內部課程之間以及與其他課程群的關系；（3）負責課內驗證性實驗與獨立綜合設計性實驗項目的設計與規劃，帶學生參與各類課外科技競賽與創新實踐活動。從培養高素質創新型人才的角度出發，新體系將實驗教學劃分成3個不同的層次：基礎驗證性實驗、綜合設計性實驗和自主創新性實驗。基礎驗證性實驗項目涉及電路、信號與系統（含數字信號處理）、電子電路技術（含模電、數電、高頻）等課程相關理論內容，全面覆蓋專業主干課程中的知識結構，重點培養學生的基本實驗方法和技能，培養學生正確記錄、處理與分析實驗數據，科學規范地表述實驗過程與實驗結果的能力。綜合設計性實驗項目涉及單片機原理與接口技術、電子設計自動化等相關內容的綜合應用。作為新實驗體系構建方案中的重要組成內容，該類實驗項目一般是由教師規劃設計的難度適中、面向實際工程應用的小課題。它要求學生根據具體的應用問題、參考教師給出的實現框架和算法，自行完成從系統的軟硬件設計到調試安裝的全過程，致力于培養并提高學生的工程創新意識和知識應用能力。自主創新性實驗項目主要面向在電子信息工程方面表現出濃厚興趣的學生，它是針對少部分學有余力的本科生的高級工程訓練，是培養學生創新意識、全面提高學生專業應用能力的絕佳手段。這一類型的實驗是知識面涉及更廣、難度更大的綜合設計性實驗項目。在這類實驗項目的進行過程中，指導教師僅負責界定課題面向的具體應用領域及所需達到的相關技術指標，項目要求學生完成從系統框架設計、實驗方案的選擇與論證、系統軟硬件實現到完整實驗報告提交的全過程，并鼓勵學生關注學科與相關專業領域的發展動態，通過構建合適的實驗平臺完成對具體工程應用問題的系統建模工作。實踐證明，雖然該類實驗項目所占比例不大，但在學生工程素質與創新意識的培養方面卻是不可或缺的。

2實驗體系構建的具體措施

2．1注重實驗項目的虛實結合與多樣性設置

新體系在確定實驗項目時，在突出基礎性、典型性和綜合性的基礎上，應側重實驗項目的虛實結合與多樣性設置［7－8］，主要體現在以下4個方面：（1）作為實驗項目中的重要組成部分，虛擬仿真實驗以虛擬軟件平臺為基礎，以虛擬設備IP核的形式實現了各種復雜器件及電路系統的功能，這一特點使得相關實驗項目的設置變得更加簡潔而靈活，有利于實現學生的自主創新過程。與此同時，也因注意到單純的虛擬實驗過程過于理想化的特點，不利于學生發現與解決實際硬件系統可能出現的問題。實踐證明，通過運用傳統的硬件搭建實驗為主，虛擬仿真實驗技術為輔，虛實結合，軟硬兼顧的方法，能很好地實現相關實驗項目的優勢互補，進而提高實驗教學效果。（2）針對同一個知識點設計多個實驗項目。不同的實驗項目可以從不同角度揭示相關知識點的本質，引導學生自主復習并掌握該項知識內容。例如，作為電路原理中應用廣泛的戴維南和諾頓原理，除了傳統的驗證性實驗項目外，作為選作實驗項目，可考慮引入電路局部元器件參數調整影響電路性能方面的實驗內容，要求學生對實驗結果作必要的分析與歸納。（3）新體系在構建過程中應側重考慮不同實驗項目類型的比例問題，注重項目難度的梯度設計。（4）項目的設計應基于新技術的創新組合。如前所述，實驗項目的設計應打破原有理論課程之間的僵化界限，強調課程與課程間的有機聯系。如果我們把傳感技術、視／音頻技術、信號處理、自動控制和微處理控制技術等看成一個個坐標軸的話，它們之間將可進行多種面向實際應用的項目組合，這些組合最終形成的實驗項目可面向不同專業方向開出，供學生多樣化選擇。

2．2注重實驗教學手段的現代化

隨著計算機網絡、多媒體與EDA等新技術的涌現，新體系的構建還需注重將這些新技術引入電子信息實踐教學環節中。例如我們根據實驗教學的內容自行制作和收集了一批多媒體實驗教學課件和視頻材料，供學生作為預習使用。我們還在模擬電路實驗環節中引入了電路仿真軟件的應用，學生在進行面向真實器件的模擬電路搭建前，可考慮使用Multisim進行對應電路的計算機建模仿真分析，這樣做既深化了學生對既有電路結構的理解，也有效地提高了他們自主學習的能力。上述的新實驗教學手段也已經成功地推廣到其他的理工科實踐環節中，取得了良好的預期效果。

2．3注重實驗指導的層次化

實驗指導是影響實踐教學環節的重要因素。由于新體系所涉及的實驗項目類型不同，內容各異，實驗指導形式也應相應地呈現多樣性和層次性［9－10］。具體體現在以下2個方面：（1）集體講解。對于學生在原理上、實踐中出現的共同問題，一般可采取集體輔導和講解的形式。講解應有針對性，圍繞知識的應用和分析問題的方法展開討論。幾年來的實踐教學經驗表明，集體講解在學生進行驗證性和演示性實驗時發揮了較為明顯的效果，約占總輔導學時的35％。然而，對于綜合設計性實驗項目，集中講解環節應重點強調設計流程和設計方法，指導教師應側重引導學生思考項目所涉及的主要指標參數，鼓勵學生為實現相同目標提出不同的設計方案，并對它們之間在成本控制、難易程度及可操作性等方面做進一步的取舍與平衡。（2）技術專題講座。指導教師根據實驗項目推出一系列程度不同的專題講座，學生根據自身的能力和需求有選擇地參與。專題講座應注重體現明確的針對性與應用性。例如在面向某項應用的中小型電子系統開發的設計性實驗項目中，可介紹現代電子系統的一般設計流程與調試方法，重點講解與實驗項目相關的新方法和新手段，進一步達到豐富學生知識面、激發學生實踐欲望的目的。

2．4注重實驗考核的科學規范化

科學規范的實驗考核體系是合理評價學生實驗成績的重要依據［11］。由于新體系中所規劃的實驗項目類型多種多樣，在制定實驗考核標準時應依據實驗項目內容嚴格規范各子評分細則，注重考核標準的科學性和可操作性。對專業模塊中涉及綜合性和學生自主創新性的實驗項目，每學期組織一次交流答辯會，由專家評審小組根據學生的設計報告、總結報告、實物演示、制作工藝、性能價格比和學生在講演中的表達能力綜合衡量評定成績。由于每個學生的選題有所不同，即使是同一題目，實現方案也不盡相同，通過演示和交流，可擴展學生的知識面，進一步提高學生的工程實踐水平。通過答辯培養學生的表達能力和應變能力，切忌對所有實驗項目搞一刀切的評價標準或提供所謂的“標準答案”。

3效果與思考

新實驗體系是結合我校電子信息工程專業實際情況，歷經大量調研工作后逐步構建形成的。經過近3年時間的運行與實踐，新體系在學生專業實踐能力與工程創新意識培養方面均取得了顯著成效，在全校范圍內起到了較好的示范作用。網上測評結果顯示，超過90％的學生對新實驗體系改革表示認可，普遍反映在創造性思維能力、工程素質與協作精神方面有較大的收獲。近幾年來，不斷有學生在國家、省市各級電子設計競賽中獲得重要獎項。事實證明，新體系的應用是科學且富有成效的，它在結構規劃與設計方面確保了電子信息工程專業實踐教學計劃的圓滿落實，極大地激發了學生的工程創新意識，切實提高了我校實踐教學質量。值得一提的是，新體系在構建中應特別注意以下2個方面的問題：

（1）應重視演示性、驗證性與綜合設計性實驗項目的比例設置。基礎性實驗項目是培養學生基本實驗設備使用，科學規范地記錄、分析及整理實驗數據，扎實掌握相關專業知識點的重要手段，而綜合設計性實驗項目對于培養學生創新意識，全面提升學生知識應用能力方面發揮著不可替代的作用。二者相得益彰，不可偏廢。課程群團隊在制定實踐教學大綱時，在保證專業知識體系完整的前提下，應加大專業模塊中綜合設計性實驗項目的比例設置。

（2）新體系應注重全局化、整體構建思路，建設過程中應突破原有專業模塊課程之間的僵化界線，強化課程群之間的有機聯系，最大限度地避免實驗項目內容的重復性設置。