陳祖國 盧 明 吳亮紅

（1.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大學(xué)電子與電氣技術(shù)國家級(jí)示范實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201）

0 引言

眾所周知，創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教育已逐漸成為我國高等教育發(fā)展的大趨勢。中國自主創(chuàng)新和學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育是中國“十四五”總體規(guī)劃的重要組成部分，也是“十三五”規(guī)劃中國大學(xué)生自主創(chuàng)新計(jì)劃的拓展。申請和實(shí)施該項(xiàng)目的高校總數(shù)不斷增加，所包含的內(nèi)容也逐漸擴(kuò)大。主要分為自主創(chuàng)新培訓(xùn)項(xiàng)目、創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)項(xiàng)目、創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目和創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目。這些項(xiàng)目以興趣為動(dòng)力，促進(jìn)學(xué)生發(fā)掘自身優(yōu)勢條件，能讓他們在實(shí)踐中提升自我[1]。在實(shí)踐過程中，學(xué)生的自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力應(yīng)被高度重視。自主創(chuàng)新與團(tuán)結(jié)協(xié)作可以使學(xué)生積極探索，在實(shí)踐中不斷進(jìn)步，塑造和發(fā)展自己的創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)的實(shí)踐工作能力。信息類專業(yè)屬于典型的應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，人才培養(yǎng)的總體目標(biāo)應(yīng)準(zhǔn)確地定位為優(yōu)秀的技術(shù)型和實(shí)踐型人才。學(xué)生應(yīng)該掌握全面的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，例如，電源電路、電子信息技術(shù)、自動(dòng)控制原理和傳感器技術(shù)、C語言編程、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)等。學(xué)生應(yīng)該具備將這些知識(shí)靈活應(yīng)用于解決實(shí)際問題的能力，擅長將學(xué)到的基礎(chǔ)理論應(yīng)用于解決特定任務(wù)，可在智能控制系統(tǒng)、儀器儀表、智能控制系統(tǒng)、機(jī)電一體化、目標(biāo)識(shí)別、項(xiàng)目集成等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)等方面的工作[2]。

1 改革信息類本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

智能車比賽為優(yōu)秀學(xué)生提供了學(xué)習(xí)，培訓(xùn)和提升自我的平臺(tái)，但如何合理地?cái)U(kuò)大智能車比賽所帶來的“蝴蝶效應(yīng)”，還必須依靠國家電子電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范管理中心優(yōu)良的實(shí)踐條件和高質(zhì)量的實(shí)踐活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力為總體目標(biāo)，構(gòu)建多層次的階梯式實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)方法。并融入工程教育與產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的理念，以實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)方法為改革主線，高質(zhì)量地完成信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)。通過對智能汽車設(shè)計(jì)和制作過程中涉及的知識(shí)進(jìn)行解析，其改革方案從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層、綜合設(shè)計(jì)層、研究創(chuàng)新層三個(gè)層次進(jìn)行改革[3]。

1.1 第一層次：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層

大學(xué)會(huì)根據(jù)專業(yè)課程教學(xué)的需要給每門課開設(shè)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是通過復(fù)現(xiàn)前人的實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生能夠更好地理解教科書上的理論知識(shí)。主要以常用儀器儀表、基本電子器件和簡單系統(tǒng)的使用、基本控制原理和程序的驗(yàn)證為主?；A(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是采用四步法模式，即課前預(yù)覽—講解—實(shí)驗(yàn)—測試報(bào)告。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生按教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案按部就班完成。盡管有所收獲，但結(jié)果不是很明顯。將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)由被動(dòng)式驗(yàn)證改為啟發(fā)式驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，這樣，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層面上大大提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力[4]。例如，在基本電子器件和基本原理應(yīng)用實(shí)踐中，只給出實(shí)驗(yàn)過程中主要的原理圖并提供一系列器件，由學(xué)生自行對器件選型培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐聯(lián)系的能力。而對于相對簡單的部分只簡單的說明基本原理，而不提供相關(guān)的原理圖。由學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路。學(xué)生在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后基本掌握了實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)電路設(shè)計(jì)，以及具備對電路功能進(jìn)行分析和對電路故障進(jìn)行診斷的能力。而對于目標(biāo)識(shí)別、智能控制與最優(yōu)控制理論的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，則只給出控制原理以及具體要求，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)具體的原理圖和編寫仿真程序，然后再由教師對其分析可行性，并給出相關(guān)的改進(jìn)建議[5]。對于C語言等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)則只給出實(shí)驗(yàn)的具體要求，使學(xué)生自行將相關(guān)的程序進(jìn)行編寫和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生將理論算法結(jié)合實(shí)踐控制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這樣才能充分地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

1.2 第二層次：綜合設(shè)計(jì)層

有了基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，學(xué)生已初步具備綜合設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＴO(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是對電路原理、電子電工技術(shù)、圖像處理、自動(dòng)控制原理等多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，通過綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到讓學(xué)生把理論知識(shí)融會(huì)貫通的目的，同時(shí)也是為了調(diào)動(dòng)各層次學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性[6]。智能汽車設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)以智能汽車為研究對象，整個(gè)實(shí)驗(yàn)包括：主控制模塊、電源模塊、路徑識(shí)別模塊、轉(zhuǎn)速檢測與控制模塊、舵機(jī)控制模塊等。每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K對學(xué)生都只提出設(shè)計(jì)要求，不提供設(shè)計(jì)方案，完全由學(xué)生自己查閱資料進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、參數(shù)確定、傳感器等電子元器件選擇。通過這幾部分把常用的模電、數(shù)電、單片機(jī)、傳感器、模式識(shí)別及控制原理的知識(shí)點(diǎn)綜合起來。

1.3 第三層次：研究創(chuàng)新層

研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及人才培養(yǎng)的最終目的，也是培養(yǎng)學(xué)生核心競爭力的關(guān)鍵一步。研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)對學(xué)生提出了更高的要求，首先要求學(xué)生觀察生活，發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)掘能夠滿足社會(huì)需求或者能夠達(dá)到科技創(chuàng)新目的的設(shè)計(jì)；其次要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)課外（包括其他專業(yè)）知識(shí)，例如，多傳感器信息融合技術(shù)、模式識(shí)別、智能計(jì)算等，并注重積累編程和閱讀科技文獻(xiàn)等技能。在此期間，學(xué)生也可能遇到很多不懂的知識(shí)，學(xué)生可以通過查閱文獻(xiàn)自主學(xué)習(xí)來完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的知識(shí)拓展、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)也有更重要的作用。如可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)兩輪自平衡的小車，通過傳感器陀螺儀以及加速度計(jì)得出小車的傾角，然后用PID控制小車電機(jī)前轉(zhuǎn)和后轉(zhuǎn)達(dá)到使小車在原地保持不動(dòng)的狀態(tài)[7-8]。學(xué)生也可以運(yùn)用Matlab仿真工具，先得出一組較為合理的PID參數(shù)，再用“試湊法”調(diào)試出合適的參數(shù)，達(dá)到小車自平衡的目的。同時(shí)還可以在平衡小車上增加攝像頭等識(shí)別傳感器，并將傳感器采集到的圖像信息進(jìn)行處理，提取出有效的信息，并利用有效信息控制小車按照特定的賽道路線運(yùn)行，提高了學(xué)生將課堂理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的能力，增強(qiáng)了學(xué)生自身的綜合能力。

除了上述實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和模式的改革外，還對實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行研究。針對信息類本科培養(yǎng)方案和理論授課體系?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)層主要在學(xué)生大二階段實(shí)施，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以智能汽車為依托可以設(shè)計(jì)如電源電路模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊等，要求學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)消化智能汽車設(shè)計(jì)的各個(gè)單元電路和基礎(chǔ)算法。綜合設(shè)計(jì)層和研究創(chuàng)新層主要在學(xué)生大三階段實(shí)施。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求學(xué)生能結(jié)合模電、數(shù)電、單片機(jī)、傳感器、模式識(shí)別及控制原理等知識(shí)點(diǎn)完成智能汽車的組裝和初步調(diào)試。并學(xué)會(huì)使用相關(guān)輔助工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。

2 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前學(xué)生就業(yè)不容樂觀的社會(huì)中，大學(xué)應(yīng)該逐漸改變以項(xiàng)目為導(dǎo)向改進(jìn)教學(xué)理念創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。應(yīng)該以學(xué)生自身的長處、喜好和興趣為基礎(chǔ)，挖掘?qū)W生技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在潛能，使他們能夠成為適應(yīng)性強(qiáng)的人才，融入社會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)型，增強(qiáng)自己的社會(huì)競爭力。