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“新工科”背景下面向实践创新能力培养的数字电子技术基础课程教学模式改革与实践

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  摘 要 2017年年初,教育部在上海高等工程教育发展战略研讨会上达成了“‘新工科’复旦共识”。随后,教育部公布了关于新工科研究与实践的通知,国内高等工程院校便掀起对“新工科”探索和实践的热潮。本文响应国家号召,在“新工科”背景下将工程教育改革落于实处,以“数字电子技术基础”这一专业基础课程为抓点,针对传统教学过程,探索基于CDIO主动式任务驱动教学方法、实践弹性教学过程、坚持以赛促改、引用信息化教学手段等促进高职学生实践创新能力培养的教学模式改革有效举措,推进“新工科”的建设与发展。
  关键词 新工科 实践创新能力 数字电子技术基础 教学模式
  中图分类号:G424                                       文献标识码:A    DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.04.051
  Abstract At the beginning of 2017, the Ministry of Education reached the "Fudan Consensus on New Sciences" at the Symposium on the Development Strategy of Higher Engineering Education in Shanghai. Subsequently, the Ministry of Education issued a circular on the research and practice of new science, and the domestic engineering colleges and universities set off a wave of exploration and practice of "new subject". In response to the call of the state, the reform of engineering education is put into practice under the background of "new subject". Taking the basic course of Digital Electronic Technology as the key point, and aiming at the traditional teaching process, this paper explores the active task-driven teaching method based on CDIO, the flexible teaching process of practice, the persistence of competition-driven reform, and the introduction of information-based teaching methods to promote the practical innovation ability of Higher Vocational students. Effective measures are taken to reform the teaching mode and promote the construction and development of "new subjects".
  Keywords new subject; practical innovation ability; Foundation of Digital Electronics Technology; teaching mode
  自2017年教育部提出“新工科”概念之后,國内专家学者陆续展开对“新工科”的内涵、特征、途径方法等大方向的研究;随后教育部公布了《新工科研究与实践项目指南》,[1]全国各地高等院校纷纷加入了“新工科”教育理论研究和探索的行列。“新工科”的主要研究目的是培养出满足未来新产业新技术需要的,具有实践创新能力、动态适应能力、高技能高素质的交叉复合型科技人才。[2]目前,我国高等工程教育经过“2011计划”、“创新创业改革”等重大改革举措,取得了卓有成效的成绩,形成了较为完备的工程教育教学体系。但同时我们也应当看到了我国高等工程教育在人才培养方面表现出一些不适应。
  数字电子技术基础作为电子信息、自动控制、检测类工科的专业基础学科,是一门集物理学、电子控制技术、计算机科学与技术、电源开关技术、仪器仪表技术等多学科、多领域于一体的基础技术。数字电子技术在国内外经过一个多世纪的发展,目前涉及应用的领域涵盖了生活、科技、工业等各行各业。然而,数字电子技术基础作为电信类工科学生学习技术的专业基础课程,在国内的工程教育中却未有效促进工科学生的实践创新能力培养,使得学校输出的人才缺乏创新能力,这从近年来美国对中国芯片的制裁可见一斑。为保障国内“创新创业”、“科教兴国”战略的有效实施,我国工科技术人才队伍的培养迫在眉睫。其中,特别重要的是对在校大学生实践创新能力的培养,以更好的适应未来技术、产业发展的需求。
  本文针对目前数字电子技术基础课程在高职教育教学过程中存在的教学方法陈旧、理论与实践脱节、缺乏创新能力培养等问题进行分析,结合相关专家学者对本课程的教学改革策略,与企业结合,研究课程教学模式,探索顺应新工科建设需要的实践创新能力培养的教学模式改革和实践。
  1 数字电子技术基础课程的教育教学模式探索   近几十年来,我国高等职业院校对数字电子技术基础课程的教育教学方法模式进行了不断的探索和改革。目前,该课程较为突出的教育教学方法有以下几种模式:
  (1)任务驱动教学法[3]:是指任课教师将某一教学内容设计为一个或多个具体的任务或项目,以生活中的实际案例为驱动,进而提出具體问题引发学生思考,使学生在学和做的过程中掌握教学内容,达到教学目标,从而可提高学生发现、分析和解决问题的能力。
  (2)引导讨论式教学法[4]:在教学过程中,先给出往届学生在学习过程中或实践活动中最常出现的一个问题,然后给出课程内容概念,将学生进行分组进行探讨,引导学生主动去探索思考如何避免问题的出现或解决问题,经过主动的思考和探索,再进行课堂内容的讲解,可有效提高学生的自主学习、沟通交流和团队协作能力。
  (3)交互式教学法:为了使学生主动参与到教学过程中来,可采用交互式翻转课堂教学法。针对教学内容,设置一些合适的知识模块,让学生利用课后时间完成(如制作一分钟趣味动画、简易PPT、上台授课等)的任务,实现教与学角色的翻转,让学生有机会站在教师的角度思考教学内容和问题,可有效提高学生对课程内容的理解,实现被动学习转变为主动学习。
  (4)混合式教学法[5]:主要是针对传统课堂的枯燥和新型碎片化教学MOOC的缺陷,将混合式教学方法引入课堂。整个教学过程中,以传统教学和SPOC+翻转课堂按照适当的教学进度交替进行,并引入Protuse软件仿真技术加强实践教学环节,多种教学方法融合,全方面提高学生的自主学习和实践动手能力。
  以上四种教学模式,主要是针对提高学生自主学习能力和实践动手能力的教育教学方法探索。在新工科背景下,企业、社会对工科的人才培养提出了更高的要求,对于数字电子技术基础课程的教学方法探索也应从如何让学生主动学转变到如何提高学生实践创新能力的研究上来。
  2 新工科背景下面向实践创新能力培养的教育教学改革与实践
  实践创新型人才是推动工程自动化行业制造能力转变的根本动力,而应对“中国制造2015”、“工业4.0”等新工业革命对工程人才教育提出了全高的要求。[6]因此“新工科”概念的提出,有效解救了传统教育教学模式的困境。在新工科背景下,针对数字电子技术基础课程教学模式现状,针对性探索国内高职工科教育在数字电子技术基础课程教学方法,积极响应国家战略需求,提出了新工科背景下高职学生实践创新能力培养的教学模式研究与探索,对数字电子技术基础课程进行教学改革(图1)。
  2.1 基于CDIO主动式任务驱动教学方法
  根据以往的教学经验及与同行之间的交流,发现数字电子技术基础课程普遍存在教学方法陈旧、重理论轻实践、采用教材老旧与主流技术脱节,还存在教师孤立传授知识、不注重学生能力培养及课程授课无有效评价机制。而数字电子技术基础在电子信息类专业人才培养中占着举足轻重的位置,因此,采用基于CDIO主动式任务教学方法来对教学模式进行改革。CDIO教学模式是以学生为主体,对教学任务进行教学前构思(Conceive);在构思基础上对任务进行设计(Design);对设计设计方案进行验证并实施(Implement);最后对任务进行运行(Operate)。[7]例如:给学生一个学习任务“如何利用数字集成电路CD4511来实现四路抢答器的控制”,学生对任务的实现可查阅相关资料、和同学探讨,进行详细的构思,在脑海有一个大概的设计思路;其次对任务进行初步的设计,并不断验证完善;然后将设计电路图在仿真软件中进行绘制和仿真验证;仿真验证能实现任务,便可开始着手电路板的安装焊接和运行。采用基于CDIO主动式任务教学方法对学生主动学习探索的全过程进行控制,将常规的任务驱动变为以学生为主体的主动式任务驱动。在整个教学过程,弱化教师角色,强化学生主动创新学习。同时,在主动式任务驱动过程中加强监管,完善对教师教学和学生学习效果考核评定机制,实时反馈学生学习的效果。基于CDIO主动式任务教学法,可有效促进实践能力与创新能力的培养,为学生今后走向工作岗位奠定基础。
  2.2 实施创新课程教学弹性学习过程
  弹性教学过程不局限于课本知识、不拘泥于传统课堂、不受限于传统实践活动,是对传统教学模式的调整,可消除整齐划一教学模式对工科学生的不利影响,促进学生实践创新能力发展。在数字电子技术基础教学过程中,更加注重教学与实践有机结合、理论与实践的互动融合,加大与数电技术创新有关的实践环节比重,开展多样化的实践教学活动,引导学生赴企业见习或参与实践生产,指导学生参加“互联网+xx电子产品”创新创业比赛等,将学生参与与模电技术有关实践活动进行考量,计入学生的专业成绩和综合素质测评中。实施弹性课堂教学模式,充分调动高职工科学生参与形式多样的实践创新能力培养的积极性和主动性。
  2.3 建设基于数字电子技术优势特色的创新实践平台
  高职工科学生创新实践教育内涵的发掘与提升,有赖于发挥基于工科优势特色的创新实践平台的有力支撑。电子信息类传统工科专业应加强数字电子技术基础专业实训室、虚拟仿真实训室、STM焊接实训室等完善和建设,开放实训室,让学生可随时进行自主学习,为推动创新实践与自主学习提供平台。数字电子技术基础课程对应的专业技术可服务于学校师生和社会企业。因此充分利用学校资源,积极倡导电子信息类学生组织“电子科技协会”的建设,可对全校师生定期进行家电维修服务;充分利用当地资源,建立校企合作平台,使学生深入企业参与生产实践锻炼,参与企业电子创新技术攻坚。
  2.4 以赛促学,以赛促教,以赛促训,以赛促改
  参加竞赛可有效提高学生的实践动手能力、现场应变能力、创新设计能力;指导竞赛可使教师与前沿技术接轨,更新知识体系,调整教学方式方法;备赛过程,教师和学生接触历年竞赛赛题和模拟赛题,可充实课程实训内容;竞赛的举办多为培养更具实践动手能力、现场应变能力、创新设计能力和团队协作能力的高素质综合型技术人才,助力国家经济社会发展,竞赛内容也向国际发展方向靠拢,参与竞赛可不断促进学校的课程内容改革。因此,办好校内科技竞赛活动,鼓励和引导学生积极参与科技创新活动;组织电子信息类学生参加全国大学生技能大赛等赛项;鼓励学生参加江西大学生科技创新与技能大赛电子专题设计赛和电路仿真设计赛等相关赛项;积极举办与模电专业技术有关的讲座、培训和论坛。专任教师通过指导学生参与竞赛,不断调整课程内容;根据备赛效果,不断对教学方式进行改革;学生通过备赛训练,不断提高实践创新能力。
  2.5 引入信息化教学手段,提高学生学习效果
  针对高职学生特点及数字电子技术基础课程特征,研究适合于高职学生学情的信息化教学模式。高职学生热衷于用手机学习和交流,且自制力不强,因此可将较为难理解的知识点做成 “微课”或一分钟小视频,以动画的形式深入浅出讲授知识点,同时采用“雨课堂”手段,通过手机对学生进行学习监控、同步练习、效果考评。采用“微课+雨课堂”混合教学模式,可吸引学生兴趣,提高学生学习效果。
  3 结束语
  探索顺应新工科建设需要的实践创新能力培养的教学模式改革和实践,有利于提高学生主动学习能力和实践创新能力,利用信息化手段进行教学,有利于提高教学质量。本文响应国家号召,在新工科背景下将工程教育改革落于实处,以数字电子技术基础这一专业基础课程为抓点,针对传统教学过程,探索基于CDIO主动式项目驱动教学方法、实践弹性教学过程、坚持以赛促改、引用信息化教学手段等促进高职学生实践创新能力培养的教学模式改革有效举措,推进“新工科”的建设与发展。
  参考文献
  [1] 陆国栋,李拓宇.新工科建设和发展的路径思考[J].高等工程教育研究,2017.3:20-26.
  [2] 顾菊平,堵俊,华亮.新工科视域下综合性大学电气类创新型人才培养的路径选择[J].中国大学教育,2018.1:56-60.
  [3] 周正,宋宇飞.采用“任务驱动”法进行数字电子技术基础教学[J].课程教育研究,2017.50:232-233.
  [4] 罗铭,朱天桥,赵建勋等.数字电子技术课程的问题导引式教学方法探析[J].教育教学论坛,2016.5(21):204-205.
  [5] 候勇严,陈蓓,李天利.基于混合式教学模式的《数字电子技术基础》教学研究与实践[J].教育教学论坛,2018.8(33):172-173.
  [6] 刘丽芳,杨红等.地方高校机械类专业高素质应用性人才实践创新能力培养的研究与实践学科探索[J].2018.6:46-47,113.
  [7] 于军.基于CDIO模式下数字电子技术课程教学改革与实践[J].教育与职业,2014.8:37-39.
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