电子信息工程专业实践教学体系的研究

电子信息工程专业实践教学体系的研究摘要：根据新工科对地方高校电子信息工程专业人才培养的要求，针对目前电子信息工程专业实践教学出现的问题，皖西学院对电子信息工程专业实践教学体系进行改革探索，构建“三纵四横”的专业实践教学体系。以学生为主体，加强过程考核，更新实践教学内容和考核方式；加强双能型师资培养，深化产学研合作；依托专业学生协会，结合学科竞赛、大学生创新创业项目等激发学生学习的能动性，有效提升学生的专业实践能力、工程应用能力和创新能力。关键词：新工科；电子信息工程专业；实践教学；教学改革为应对新一轮科技革命和产业变革，加快培养新兴领域工程科技人才，改造升级传统工科专业，布局未来战略领域人才培养，教育部提出了“新工科”建设这一重大教育战略。自2017年开始，教育部积极推进“新工科”建设，明确了“新工科”建设的目标，为我国的工程教育改革指明了新方向。“新工科”是对工科学科建设的优化再造和内容升级，培养适应新技术、新产业、新发展的卓越工程科技人才[1]。电子信息工程专业属于传统工科专业，国内众多高校都开设电子信息工程专业，每年培养的学生数量也一直名列前茅。皖西学院作为地方应用型高水平大学，根据地方经济发展和人才需要，电子信息工程专业以“夯实基础、拓宽口径、注重实践、强化能力”为基本导向，把培养学生的实践能力和创新能力作为首要任务，努力打造“硬软结合，面向系统，追求卓越”新工科人才[2]。该文以皖西学院为例，针对电子信息工程专业人才培养过程中存在实践教学理念、教学内容陈旧，实践考核方式不严，创新平台较少等问题，在目前已有的专业实践教学体系基础上，结合学校的实际情况，基于OBE（OutcomeBasedEducation）教育理念，构建适应“新工科”发展的电子信息工程专业实践教学体系。1目前专业实践教学存在的问题“新工科”背景要求人才培养必须以学生为本，从“以教师为中心”的“传道、授业、解惑”逐步走向“以学生为中心”的“悟道、求业、生惑”的新境界[3-4]。目前，电子信息工程专业的实践教学体系主要包括基础课程实验、专业课程实验、课程设计、认知实习、毕业实习和毕业设计等，主要培养学生的专业知识技能、分析解决问题能力、知识综合应用能力、创新能力等。对比“新工科”的要求，主要存在以下问题[3-4]。1.1应用型师资实力偏弱，缺乏创新的教学理念电子信息工程专业具备工程应用能力的实践教师数量少，现有教师大部分是高校毕业后就直接到校任教，教师知识结构单一，缺乏高水平、工程实践能力强的师资队伍。目前的教育模式和教学理念侧重于知识的传授，未注重学生主观能动性的培养及学生创新能力的培养。在教学实施的过程中教师的主观性占主导地位，学生处于被动的学习状态，学习的主动性和创造性有待提高，教学效果以及质量难以得到保障。现有的教育模式已经不能适应“新工科”的发展要求，需要对教育模式进行创新。1.2实践教学内容较为陈旧，实践课程考核不严，学生重视度不够随着信息技术的发展，电子信息工程专业实践教学内容也应与时俱进。目前，专业实践教学内容已进行多次改革，综合性和设计性实验的占比都有所提升，但是验证性实验还存在很多，学生综合知识应用能力的培养有待进一步提升。另外，部分实验仪器设备老旧，当大规模集成电路广泛应用时，仍然还存在以小规模集成电路为主要教学内容，与实际应用存在一定差距。多年来，专业实践教学考核大部分以考查为主，交一份实践报告即可，缺乏科学合理的实践过程设计和管理评价，授课教师考核过程不严，学生重视度不够，不能有效引导学生在实验过程中理解掌握相关专业知识，大部分学生只是在课堂上完成有限的实验任务，课前、课后不再积极主动思考实验内容。1.3实验室开放程度有待提高，学生自主创新实践平台不够新时代大学生具有思路活跃、构思新颖、科技创新潜力大等特点，开放实验室可引导学生积极参与老师的科研项目和大学生创新创业项目，对培养学生实践能力、创新能力和科研能力有很大的帮助和鼓励。作为地方应用型高水平大学，皖西学院电子信息工程专业每年招生人数较多，专业课程实践教学一般要求在规定时间和场地开设，目前各个实验室教学安排较多，空闲时间少，对学生开放的时间也少，实验平台开放不够，缺乏开放式、自主学习的创新实践平台。2新工科背景下的实践教学体系构建根据目前经济发展战略和人才需求，结合皖西学院的实际情况，为解决目前存在的问题，同时达到“新工科”对电子信息工程专业的要求，按照“继承与创新、交叉与融合”的思路对电子信息工程专业实践教学进行改革[5-6]，明确实践教学目标，采用智慧教学软件，更新教学模式，加强任务驱动，搭建多元化实践平台等，通过实践效果检验、深化理论教学效果。构建“教中做、做中学、学中用、用中创”的“三纵四横”实践教学体系，实践教学始终贯穿大学专业知识学习，以培养适应“新工科”要求的专业技术人才，具体情况见图1。为适应新工科的发展需求，电子信息工程专业实践教学体系分为学科基础层、专业基础层、专业核心层和创新应用层，每一层次包含专业实践环节、任务目标和开设学期等内容，具体见表1。3多元化实践教学模式探索及改革3.1创新实践教学方法，加强过程考核专业实践课程教学借助智慧教学软件，通过布置任务、讨论、抢答等活动，调动学生课堂的参与和互动，并记录平时成绩。在综合型和创新型实践教学环节采用CDIO工程模式进行教学[7]，从项目可行性论述、系统方案设计、硬件软件设计、软硬件调试、系统的集成和优化等方面开发项目，最终提交设计报告、仿真结果或实物作品等。通过该教学模式的实施，让学生掌握构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的项目工程开发过程，训练学生的项目开发思维和实施能力。例如：《微处理器与单片机原理》课程采用“口袋式实验室”，为每个设计小组提供单片机开发板套件，不再局限于课堂，随时随地可以完成课程要求的设计内容。随着后期其他专业实践课程的开设，通过设计相应的实践项目，让设计小组进行二次扩展开发，有效地提升开发板的利用率，以及学生综合设计开发能力和专业知识应用能力。3.2结合工程实际应用，革新实践教学内容“新工科”要求培养具有创新能力、实践能力和工程素养的技术人才。因此，电子信息工程专业课程实验增加综合性、设计性实验比例，减少验证性实验。另外，实践内容注重结合电子技术学科前沿和生产实际应用，与时俱进[8]。在课程实践开展中，利用Multisim、Proteus、Mat‐lab、Quartus等仿真软件和专业实践平台相结合。简单的实践内容，尽可能保证每位学生利用实验箱或者开发板动手实操；实验平台限制无法实现的复杂问题，可以直接利用仿真软件进行虚拟仿真；大部分专业实践设计课题，都可以先利用虚拟仿真得到关键参数，然后再通过实践平台进行实验验证。通过虚拟仿真和实践平台实际操作相结合，使学生掌握软件仿真和实际操作技能，提升学生软件使用能力和动手能力，提升职业技能。3.3加强“双能型”师资队伍建设，积极开展校企合作教师队伍是专业实践课程教学和学生能力培养的根本保障，皖西学院开始加大人才引进和人才培养力度，电子信息教研室2021年引进5名博士，3位具有企业工作经历；并通过利用科技特派员、专项培训、企业挂职等多种方式，加快“双能型”师资队伍建设，提升教师实践教学和科研能力；另外，充分发挥企业优势资源，利用企业工程师的项目开发实践能力，邀请工程师与老师一起开展实践课程教学，以满足对创新人才培养的需要。除工程训练中心、创客空间等校内实训基地，电子信息工程教研室依据专业人才培养定位，积极开展校企合作，紧密联系地方具有优势的和该专业相关的企业，积极规划、逐步落实实习、实训、就业等校外实践教育基地；目前已创建“皖西学院-安徽博微长安电子有限公司”校企合作实践教育基地，并长期保持与合肥荣事达、哈工大机器人-合肥研发中心、联宝（合肥）电子有限公司、南昌比亚迪电子部品件有限公司等实习基地的合作，积极探索产教融合形式，拓宽实践教学平台，进一步深化校企产学研合作，建立合作共赢的人才培养方式。3.4依托嵌入式应用协会和开放实验室，积极开展学科竞赛各类学科竞赛是对学生的理论课程、实践课程最好的综合应用和锻炼。指派老师协助管理大学生嵌入式应用协会和电子兴趣小组，有规划、有任务地开展各种专业实践活动，从低年级开始引导学习、培训和实践训练，选拔优秀学生参加全国大学生电子设计竞赛、“互联网+”创新创业大赛、安徽省机器人大赛等学科竞赛，近年来学生在专业比赛中多次获奖，大学生创新创业项目申请比例逐年增加；并形成老带新的梯队和辐射作用，持续带领新的学生进入实践学习中，增加了同学间的交流和合作，营造“爱学习、爱实践、爱创新”的良好氛围。规范管理实验室和创新实践平台，在课外时间对学生开放，学生根据自己的时间和需求申请借用，实践教学内容在时间和空间上得到延伸，为学生和专业比赛提供强大的支持。4结语该文依据皖西学院的定位，结合新工科要求，基于OBE教育理念，对电子信息工程专业实践教学体系进行改革，探索多元化的实践教学模式。改革后的专业实践体系能够体现地方应用型高校的办学特色，激发学生学习的主动性，提升学生的专业综合应用能力、工程实践能力和创新能力；为普通应用型本科院校电子信息类专业的实践课程体系建设提供一定的参考。但是，皖西学院电子信息工程专业在校企合作深度、创新实践平台建设、“双能型”师资队伍建设方面仍然存在一些不足，后续还需不断优化完善。参考文献[1]周开发,曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究,2017,5(3):22-34.[2]王本有,戴书华,蔡翠翠.高水平本科教育引领地方高校创新发展:以皖西学院电子信息工程专业为例[J].泰州学术,2019(00):172-181.3]王奇,范山岗,戴海鸿,等.面向工程能力培养的电子信息类专业实践教学改革[J].实验科学与技术,2020,18(6):71-75.[4]张宪峰,宫德龙.“金课”视角下的电子实训课程教学改革探索[J].科技创新导报,2020,17(8):188-189.[5]张洁寒,张瑜.基于新工科理念的电子信息工程专业实践教学体系构建与探索[J].实验室科学,2020,