左緒忠，何恩節(jié)，秦炎福，官邦貴

（安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院，蚌埠233030）

0 引言

改革開放至今，隨著社會的快速進(jìn)步推動著各大領(lǐng)域的迅速發(fā)展，科技發(fā)展的腳步也逐漸走向了新時代，在新時代的背景下，國家和企業(yè)對具有創(chuàng)新型實踐人才的需求量也日益增長。同時，2015年5月《中國制造2025》戰(zhàn)略的提出是中國實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。眾所周知，高等本科院校對人才培養(yǎng)在人才強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略中發(fā)揮了不可替代的主力軍作用，因此高等學(xué)校對人才的培養(yǎng)需要順應(yīng)時代的發(fā)展，工科生的人才培養(yǎng)方向應(yīng)該由基礎(chǔ)理論知識教育逐漸向培養(yǎng)具有創(chuàng)新和實踐能力的人才教育轉(zhuǎn)變，人才培養(yǎng)質(zhì)量要看重學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的專業(yè)核心能力的培養(yǎng)。最初于2000年被倡議的CDIO工程教育模式符合現(xiàn)階段人才培養(yǎng)的目標(biāo)，其要求學(xué)生具備構(gòu)思、設(shè)計、發(fā)現(xiàn)和運(yùn)作的工程能力，CDIO的培養(yǎng)大綱主要將工程類畢業(yè)生的能力按照工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人機(jī)團(tuán)隊能力以及工程系統(tǒng)能力進(jìn)行了劃分[1]?！豆怆娞綔y與信號處理》是安徽科技學(xué)院光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生在大二時必修的一門專業(yè)核心課程，該課程涵蓋的五部分內(nèi)容在光電探測領(lǐng)域和信號處理領(lǐng)域都占據(jù)著非常重要的地位。本文主要以《光電探測與信號處理》課程為例，針對目前該課程在理論和實踐教學(xué)過程中存在的一系列問題與不足，我們探索和改革了線上和線下教育資源互補(bǔ)、以競賽為抓手促進(jìn)學(xué)生動手能力、強(qiáng)調(diào)課程設(shè)計環(huán)節(jié)中的仿真實驗結(jié)果以及引入綜合性設(shè)計實驗四個模塊，旨在培養(yǎng)工科畢業(yè)生具有解決復(fù)雜工程問題的實踐能力，從而縮短人才培養(yǎng)質(zhì)量和國家以及用人企業(yè)對復(fù)合型人才需求之間的差距。

1 課程理論與實踐教學(xué)存在的問題

1. 1 理論教學(xué)存在的問題

《光電探測與信號處理》課程在2017年的人才培養(yǎng)方案中的理論學(xué)時是42學(xué)時，考慮到該課程涵蓋了大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)和復(fù)變函數(shù)與積分變換等多門課程的知識，因此學(xué)生在有限的課堂時間里對理論知識點(diǎn)的吸收與掌握存在較大的難度。根據(jù)CDIO模式下的工程教育要求，目前理論教學(xué)還存在以下問題和不足：①理論學(xué)時和課程設(shè)計學(xué)時分配不科學(xué)，同時課程設(shè)計在教學(xué)計劃中安排在學(xué)期的中期，因此在開展課程設(shè)計時，理論教學(xué)相當(dāng)于只完成了一半的教學(xué)工作量，這對于學(xué)生在課程設(shè)計中不能完全合理科學(xué)地調(diào)用全課程體系的理論知識。②教學(xué)資源稀缺，師資較為匱乏，目前能勝任《光電探測與信號處理》這門課程教學(xué)的專任教師只有2人，面對快速發(fā)展的光電領(lǐng)域，很難形成頭腦風(fēng)暴。③只有線上資源，沒有線下資源，學(xué)生只能在課堂上被動地學(xué)習(xí)，在課余時間主動學(xué)習(xí)課間沒有理解的知識的渠道相對較少，因此拓寬線下資源將會很大程度上改善學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境。

1. 2 實踐教學(xué)存在的問題

根據(jù)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的要求，《光電探測與信號處理》這門專業(yè)核心課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括實驗演示和操作以及機(jī)房的課程設(shè)計兩個模塊。目前實踐教學(xué)存在的問題主要有：①側(cè)重模仿式實驗，忽略了設(shè)計性實驗。實驗演示和操作主要體現(xiàn)為教師首先講解實驗內(nèi)容、實驗原理以及實驗操作步驟，其次教師進(jìn)行實驗演示讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，然后學(xué)生按照實驗講義和教師的要求重復(fù)操作該實驗，在整個過程中有很大一部分學(xué)生沒有深入思考實驗原理中的理論知識和認(rèn)真鉆研實驗的操作流程，因此模仿式實驗的開展不利于學(xué)生的思考和動手能力的提高。②注重仿真實驗過程，輕視了實驗結(jié)果。課程實踐通常以分組的形式開展，每組在獲得題目之后將進(jìn)行實驗仿真，由于課時的限制，我們注重學(xué)生對題目的整體分析和解決能力，但是最后匯報答辯時存在較多小組仿真運(yùn)行結(jié)果和題目要求存在較大偏差等現(xiàn)象，說明很多學(xué)生在學(xué)習(xí)的主動性、自主學(xué)習(xí)能力和自我約束力上存在很多不足。③理論知識學(xué)習(xí)和學(xué)科競賽環(huán)節(jié)脫離。學(xué)科競賽既是檢驗學(xué)生理論聯(lián)系實際能力的一個非常好的平臺，也是培養(yǎng)學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力的一個好的機(jī)會，目前雖然很多學(xué)生理論知識較為扎實但是動手實踐與創(chuàng)新的能力較為薄弱，因此吸納更多具有扎實學(xué)識的學(xué)生走進(jìn)實驗室參與學(xué)科競賽，這可能對提高工科學(xué)生的實踐能力有很好的促進(jìn)作用。

綜上所述，該門核心課程在理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)均存在諸多不足，這對培養(yǎng)具有CDIO現(xiàn)代工程教育背景的應(yīng)用型本科高校畢業(yè)生存在很多弊端。為了改善和提高學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力，我們基于CDIO模式對現(xiàn)階段的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索，旨在培養(yǎng)具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力的學(xué)生以符合社會和用人單位對創(chuàng)新性人才的需求。

2 基于CDIO模式的《光電探測與信號處理》實踐能力培養(yǎng)

2. 1 線上線下教育資源互補(bǔ)

《光電探測與信號處理》課程的內(nèi)容具有理論知識多，知識范圍廣，抽象性強(qiáng)等一系列特點(diǎn)，而且該門核心課程的課堂理論教學(xué)學(xué)時有限，所以學(xué)生在課堂上很難準(zhǔn)確地吸收和掌握全部課程知識。同時，一部分學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)和課堂領(lǐng)會能力較為薄弱，最主要表現(xiàn)在上課不能集中注意力。另外，部分學(xué)生雖然上課專心聽講，但是由于多媒體教學(xué)存在的先天缺陷，導(dǎo)致這部分學(xué)生也很難完全掌握課堂上講授的所有知識點(diǎn)。但是，對于提高學(xué)生的實踐能力，很重要的一點(diǎn)就是要求學(xué)生具備較為專業(yè)的理論知識，針對上述存在的問題，我們教學(xué)團(tuán)隊利用課堂教學(xué)的資源拍攝了全課程的講授視頻，并且將這些視頻全部上傳至網(wǎng)絡(luò)對學(xué)生開放，學(xué)生可以利用課后時間登錄網(wǎng)站進(jìn)行個性化地自主學(xué)習(xí)，這一點(diǎn)有利于學(xué)生熟練掌握在課堂上沒有理解的知識點(diǎn)或者加深對知識點(diǎn)的理解，從而對提高學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)對理論知識點(diǎn)的快速提取起到一個非常重要幫助。因此，線上和線下的教育資源互補(bǔ)、全天候開放式教學(xué)模式可以有效地改善學(xué)生在理論聯(lián)系實際環(huán)節(jié)中所存在的理論知識匱乏的現(xiàn)狀。

2. 2 以學(xué)科競賽促進(jìn)實踐能力培養(yǎng)

理論聯(lián)系實際的能力不僅是檢驗一個學(xué)生對理論知識掌握的熟練程度，而且是檢驗該學(xué)生動手能力強(qiáng)弱的一個很重要的指標(biāo)[2]。CDIO模式教學(xué)旨在培養(yǎng)有構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運(yùn)行綜合素質(zhì)的學(xué)生，為此，安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院創(chuàng)辦了“精英大舞臺”，在這個平臺下開設(shè)了基于“智能車、電子設(shè)計、單片機(jī)、光電設(shè)計以及大學(xué)物理競賽”為導(dǎo)向的實踐實訓(xùn)教育實驗室，每年我們都在大一新生中吸收具有不同興趣的學(xué)生進(jìn)入實驗室，通過實驗室指導(dǎo)老師和高年級學(xué)生的講解與幫助，讓新生盡快地了解和掌握實驗儀器和實驗項目，再結(jié)合學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，指導(dǎo)老師會根據(jù)實驗的內(nèi)容深入講解所運(yùn)用的理論知識以加深學(xué)生對理論知識的影響，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的工程能力，然后通過不斷地工程技術(shù)實踐的訓(xùn)練，最終培養(yǎng)具有較高實踐與創(chuàng)新能力的競賽隊伍，目前這些實驗室已經(jīng)形成了“傳-幫-帶”的良好氛圍。經(jīng)過這兩年的探索，我們光電信息科學(xué)與工程專業(yè)項敢亮學(xué)生在2019年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中獲得了全國二等獎，該獎項也刷新了我院在該項賽事中獲獎的最好成績。當(dāng)然，這一成績的取得也直接證明了我們在以“學(xué)科競賽”培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力的道路上邁出了堅實的一步。

2. 3 注重課程設(shè)計中的仿真實驗結(jié)果

課程設(shè)計是《光電探測與信號處理》的附屬課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生利用課堂上所學(xué)的理論知識解決實際復(fù)雜工程問題的能力。課程設(shè)計以分組的形式進(jìn)行，每組4人，通常選取2名成績較為優(yōu)秀和2名成績較為合格的學(xué)生搭配分組。以往，指導(dǎo)老師在分配好課程設(shè)計題目之后，每組根據(jù)題目的要求完成相應(yīng)的仿真設(shè)計，指導(dǎo)老師在課間或課后對學(xué)生提出的問題提供可參考的解決方案，主要工作還是由學(xué)生自主完成，但是我們在匯報答辯的時候發(fā)現(xiàn)很多小組都不能較好地實現(xiàn)題目所要求的功能。光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生實踐能力主要體現(xiàn)在在給定的條件下，能否自行地寫出程序、畫出電路和制作實物以解決復(fù)雜工程問題[3]。同時，針對以往課程設(shè)計在答辯過程中發(fā)現(xiàn)存在的不足，現(xiàn)階段不僅注重仿真實驗的設(shè)計過程，更看重仿真實驗的運(yùn)行結(jié)果。在答辯時，通常要求每個小組中的每名成員在答辯時都要熟練地操作仿真實驗中所運(yùn)用到的Proteus軟件，而且能清晰地講解出電路圖的設(shè)計與運(yùn)行時所用的理論知識，針對不能按照要求完成課程設(shè)計的小組，在考核中給予較差的評價。注重仿真實驗的結(jié)果不僅對學(xué)生寫程序和畫電路圖提出了更好的要求，而且提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊合作能力，同時還能提高學(xué)生在利用所學(xué)知識解決實際問題過程中的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運(yùn)行的能力，從而有利于培養(yǎng)具有較高實踐能力的工科生。

2. 4 引入綜合設(shè)計實驗凸顯創(chuàng)新能力培養(yǎng)

實驗課程在壓縮之前具有21個實驗，部分實驗內(nèi)容出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，部分實驗現(xiàn)象出現(xiàn)雷同行為，為了保證學(xué)生通過基礎(chǔ)實驗的操作和觀察來掌握和加深基本理論知識點(diǎn)，同時結(jié)合課程內(nèi)容的特性，保留了10個最具有代表性的實驗作為基礎(chǔ)實驗項目。另外，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力，引入了超快激光特性研究、三維攝像與顯示以及LED封裝、測試與設(shè)計三個綜合設(shè)計類實驗項目，綜合設(shè)計類實驗依然按照分組進(jìn)行，指導(dǎo)老師把題目分配給學(xué)生之后，讓學(xué)生查閱相關(guān)資料和走進(jìn)實驗室，要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成實物的制備與性能的調(diào)試，這些項目的引進(jìn)不僅能激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，還能加深學(xué)生對社會生產(chǎn)實踐的理解，更能提高學(xué)生動手、創(chuàng)新與實踐的能力，這對培養(yǎng)具有創(chuàng)新型思維的工科畢業(yè)生有很大的幫助[4]。

3 結(jié)語

本文針對我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)核心課程《光電探測與信號處理》學(xué)生工程實踐能力較為薄弱的現(xiàn)象，我們基于CDIO模式在線上和線下教育資源互補(bǔ)、以競賽為抓手促進(jìn)學(xué)生動手能力、強(qiáng)調(diào)課程設(shè)計環(huán)節(jié)中的仿真實驗結(jié)果以及引入綜合性設(shè)計實驗四個方面進(jìn)行了探索和改革。結(jié)果表明：加深了學(xué)生對課程的理論知識的理解和掌握，改善了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，縮短了學(xué)生和企業(yè)對創(chuàng)新性人才需求之間的差距?？傊?，我們探索了新形勢下地方應(yīng)用型本科高校中光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的新途徑，并取得了將為良好的培養(yǎng)效果。