电子工程师实践能力培养模式

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摘 要：为了加强工科大学生综合素质和工程实践能力的培养,以社会需求为导向,以工程实践为主线,探索培养学生的工程意识、工程素质和工程实践能力.为此,构建工程型人才培养的实践教学体系,构筑基础、设计、综合三个平台,以“虚拟+现实”双模式为依托的实训体系推进工程实践与创新教育实践的融合,夯实学生工程实践能力,由浅入深地提高他们在电子产品制作、设计与应用等方面的综合能力,从而适应现代电子信息技术的新发展和新需求.

关 键 词：工程实践；电子工程师；“虚拟+现实”双模式

作者简介：江友华（1974-）,男,江西南城人,上海电力学院电子与信息工程学院,教授；雷景生（1966-）,男,陕西韩城人,上海电力学院计算机科学与技术学院,教授.（上海200090）

基金项目：本文系上海电力学院卓越计划教学改革立项项目（项目编号：20121607）、上海电力学院重点教改项目（项目编号：20121505）的研究成果.

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）32-0032-03

本文以社会需求为导向,以工程实践为主线,探索培养学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,构建实践教学与创新教育体系,着重从提高学生工程素质、工程意识和工程能力三方面入手进行教学改革,共同研究和确定培养方案,从软硬件理论设计、基本电路仿真、电子工艺实训、印刷电路板设计和加工、产品测试、系统仿真等由浅入深的分层递进培养模式,提高他们在电子产品制作、设计与应用等方面的综合能力,着力提升学生的工程素养、培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力,让每个学生都能够享受到实践教育的锻炼,从而适应现代电子信息技术的新发展和新需求,解决目前学历教育与企业实际需求相脱节的现状,也与国家中长期教育改革和发展规划纲要决定实施的卓越工程师教育培养计划指导思想吻合.

一、课题背景

本文针对社会普遍认为大学生理论与实践脱节、企业评价大学生实践能力偏弱等现状的基础上,并分析目前高校教育所存在的问题：

1.思想认识上对实践教学重视不够

不论是教育者还是受教育者都存在对实践教学的认识不够,严重制约了加强实践能力培养的具体实施.

2.教师的工程意识和工程实践能力偏低

在工科院校,中青年教师大都是从校门到校门的“双门型”教师,他们学到的理论知识很多,却很少走出校门接受工程训练,导致他们普遍缺乏现代工程意识、工程素养和工程实践经验.

3.实践类课程体系设置的不合理

目前理论课程一般是按照通识教育课程、学科基础课程、专业课程等分层递进模式,但实践课程体系没有同理论课程相对应,采用分层递进模式来实训使得学生跨越式接受,不能充分有效地吸收知识,实际动手能力没有得到锻炼和提高.

4.实验教学设置不够完善

实验教学资源通常是傻瓜式、封闭式试验箱,学生只需要接几根线或测试几个点的电平就可以了,甚至有的同学只要能背诵也可以顺利做出实验,学生被动学习、兴趣不高,根本就没有锻炼学生的工程实践能力.此外,实验教学的学时数也相对偏少,留给学生的自由实践时间也不多.

5.实习等工程实践环节流于形式

许多企业讲求经济效益和害怕影响生产秩序,不愿接收实习学生,使得工科院校的生产实习、毕业实习成了“走马观花”式的参观.

6.创新性、参与性的训练偏少

由于教学实施及学生参与度的不足,大多数学生不能全面地进行实践锻炼.

7.教学方法、教学理念、教学内容固化

大多数教师科研任务重,投入科研的时间大于教学时间,家庭压力大,没有足够精力投入教学,致使教师按部就班地采用原有的教学方法、教学理念及教学内容,不去思考和创新新的教学工具（如仿真软件）、课程内容（科研项目样机、控制板、科研项目模块内容）来加强学生工程实践能力,从而造成教学固化,不与时俱进.

二、培养模式及实施路线

1.以理论教学为引导,构建工程型人才培养的实践教学体系

制订合理的课程体系设置、专业计划和学期课程安排,加强专业课和基础理论课之间的联系与梯度,能够进行辩证施教,能够使学生有效、循序渐进地学习和掌握所学知识.下面以电子制作与设计平台为参考,阐述分层递进培养模式在现代工程师电子制作、设计能力的培养过程.

二年级上半学期的课程设计是电子设计自动化EWB,是为了配合学科基础课课程体系中设置的“电路”、“模拟电路”课程,使学生能够运用电子设计自动化EWB软件进行简单电路的仿真,巩固所学电路理论知识,其目的是培养学生电路理论与实践相结合的知识体系.

二年级下半学期的课程设计是电子工艺实训,是为了配合学科基础课课程体系中设置的“电路”、“模拟电路”、“数字电路”课程,使学生能够认识常用的电子元器件,学会如何查找电子元器件资料；认识线路板的加工生产工艺和过程,并能够进行线路板元件的手工焊接,然后利用万用表、示波器等仪器进行简单的电路调试.其目的是培养学生认识电路、分析电路、调试电路技能.

三年级上半学期的课程设计是PROTEL设计与仿真,是让学生对所学电路知识进一步升华.其目的是培养学生利用PROTEL软件根据给定的电路图进行原理图设计、PCB制作,使学生有电路系统概念及全局知识.

三年级下半学期的课程设计是电子系统设计与实践,是为了使学科基础课、专业基础课、专业必修课融入一体,形成系统知识.其目的是培养学生能够根据实际应用与需求进行电路设计,参数设置,软件编程与硬件制作等综合能力.

四年级上半学期的课程设计是大学生创新电子设计,是为了让学生能够根据其累计的电路知识及设计经验来设计电路,其目的是培养学生的创新意识.四年级下半学期的课程设计是大型课程设计（毕业设计）,使学生能够综合应用所学的各种理论知识和技能,应用全面、系统、严格的技术能力去解决实际应用问题.其目的是培养学生的工程实践能力.

通过分层递进的课程体系,能够以“电子设计自动化EWB”、“PROTEL设计与仿真”、“电子系统设计与实践”、“单片机原理及应用”等课程为目标,将模电、数电、单片机等课程的关键知识点融合在一个典型的真实的电子工程系统中,使学生体会到电子产品设计、开发、改进、完善、提高的过程,初步建立起对工程系统的设计思路和实施方案.

2.以学科竞赛为目标,学生兴趣为动力,提高学生动手能力与创新能力的培养

以学生兴趣为动力、吸引一批、带动一片的模式,提高学生动手能力与创新能力,主要分三种形式来实施.

（1）开放实验室.为满足部分学习兴趣浓、学习动手能力强的学生需要,为学生开放了实践与创新应用实验室,并提供相应的实验设备及电子耗材,并实行开放式管理,学生只要有兴趣、有想法、有时间均可以进入实验室、体验电子制作过程,学生也可以根据自己想法、兴趣进行实验项目设计与制作.

（2）学科竞赛.通过开放实验室的锻炼、社团的准备以及社员的重点培养,挑选出优秀或拔尖学生参加学科竞赛.因为通过全国大学生飞思卡尔智能车竞赛以及电子设计大赛的参与和实践,同学能够学到多学科相结合的技能,包括电子技术、机械结构、算法处理、传感技术、控制理论等,同时在完成各类文档、协同作业等方面得到了充分的锻炼和培养,完成了一个个应用实例,真正达到学以致用,融会贯通,理论和实践能力得到了较好的提升.

（3）大学生科创.为了锻炼和培养大学生的创新能力和创新思维,鼓励大学生科技新秀人才脱颖而出,学校成立了大学生科技创新基金,用于支持大学生科技创新项目.这样,学生在实施项目的过程中能够不断提高自己的专业理论和动手能力,创新思维得到激活,探索精神得到发扬,并在较大程度上带动了整体的学风,起到了良好的“科创”效应.

3.构筑基础、设计、综合三个平台,推进工程实践与创新教育实践的融合,夯实学生工程实践能力

学生所必需的实践能力、工程能力和创新能力的提高同实践条件建设的好坏密切相关.为此,学校按照电子工程师培养的要求构筑基础、设计、综合三个平台,推进工程实践与创新教育实践的融合,构建创新型人才培养的实践教学体系.

（1）以学校工程实践平台为基础.此平台采用学校工程实践平台和企业现场相结合的方式.首先利用学校本身的“电子工程实训”进行集中工程实践培训,请企业辅导教师和本校教师一起授课和辅导,主要讲授电子元器件的识别、参数配置、电路板焊接电子工程师所需要掌握的基础知识.

（2）以企校混合实践平台为设计.企业和学校共同投资建立实践平台,合作企业开发人员常驻该平台并且合作企业有合适的项目.然后以项目为导向,选拔学生组成3～5人的开发实践小组,在校企合作实践平台上进行工程实践,企业教师和校内教师的指导下进行开发实践.在此平台实训环境下,学生可以亲自进行嵌入式硬件设计、软件设计、仿真调试、硬件测试,从而让学生直观、全面地了解嵌入式系统设计的各个步骤和方法,真正加深对电子产品的系统化认识,真正提高了学生的电路设计、制作、测试和软件调试的技能和实战能力,使得学生在信息技术方面具有扎实的理论基础和很强的实践动手能力,具有比较完备的技能,缩短大学生到工程师的距离.

（3）以企业基地作为设计平台.此平台利用企业基地及科研力量、环境等进行集中工程实践培训,请企业辅导教师和本校教师一起授课和辅导,让学生真实地进入企业,真实地感受电子产品的工业化实现,从而可以使学生从软硬件理论设计、印刷电路板设计和加工、产品测试和设计文档建立等不同的角度掌握相关知识,提高他们在电子信息产品设计、制作、测试技术等方面的综合能力,实现“学习、工作无缝连接”.

4.以“虚拟+现实”双模式为依托的电子工程师综合能力的工程实践体系,全方位提高学生工程实践能力

在高等教育“大众化”的情况下,如何满科生综合素质和实践能力、团队合作和创新精神的培养需要,以项目为引导的实践与实训将是一条途径.通过有效的、合理的实践与实训可以为电子信息类专业学生提供完全开放的实习和实训环境.“远程虚拟实验中心”可以为电子信息类实验提供不受场地限制、不受时间限制的仿真实验环境.学生可以根据自己的实际情况登记选择实习和实训时间段,提高实践学习的效率.实训基地训练概括了一般电子电路制作的全部过程,从理论到实践、从纸上谈兵到实际动手,循序渐进,逐步实现.让每位同学都亲身体验电子电路设计、制作的成功快乐.开放的目的既可以满足能力较强学生的发挥,多做一些内容；也可以满足能力较差的同学有时间完成要求的实训内容.该工程实践体系由基于Proteus的远程虚拟实验中心实践模块来完成与实施,如图1所示.

通过该实践平台可以有效解决实践能力提高过程中遇到的下列问题,如克服校外实训基地存在的不足、解决实习实训教学安排问题、提供开放性实践环境、提高实践教学效果、降低实践教学成本.

三、结论

在高等教育“大众化”的形势下,如何满科生综合素质和实践能力、团队合作和创新精神的培养需要,以企业工程实践为引导的学生实践与实训将是一条途径.本文从以理论教学为引导,构建工程型人才培养的实践教学体系；以学科竞赛为目标,学生兴趣为动力,提高学生动手能力与创新能力；构筑基础、设计、综合三个平台,推进工程实践与创新教育实践的融合,夯实学生工程实践能力；以“虚拟+现实”双模式为依托的电子工程师综合能力௚

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