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【摘要】在研究“厚基础、宽专业,重特色”的教学理念基础上,采用模块化设计方法与总线插板式、背板式结构相结合,开发了一套电子信息类专业实验教学平台,并编写了与此实验平台配套的符合创新教学理念的系列化教材,该专业实验教学平台的研制改变了传统的本科人才实践培养模式,满足了21实际高校电子信息类专业课程建设与实践的需求,形成了完整的电子信息类专业实验教学体系。
【关键词】厚基础 宽专业 重特色 教学体系
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0142-02
1 引言
根据高等教育教学研究需要,21世纪高等本科院校人才培养目标是培养出一批“厚基础、宽专业、重特色”的专业技术人才,这一人才培养目标对高等院校的专业课程建设与实践提出了更高的要求。
本文从电子信息类专业实践的角度出发,根据世纪更替技术发展的趋势——电子信息向光子信息的发展,开发研制出一套与“厚基础、宽专业、重特色”的电子信息类技术人才培养模式相配套的电子信息类专业实验教学平台。
2“厚基础、宽专业、重特色”教学理念的研究
厚基础:“厚基础”离不开专业基础课的拓展,这一拓展不仅“厚”在专业基础课的数量上,更应“厚”在专业基础课的质量上,要充分利用有限学时开好、开精符合专业发展的基础课,为学生奠定扎实的专业理论基础。
宽专业:专业面宽、业务能力强、综合素质高是科研和生产对电子信息类技术人才的基本要求。“宽专业”的实现主要以所修专业为主,加强与本专业相关的邻近学科的课程建设,努力把学生培养成“一专多能”的复合型人才。
重特色:“重特色”意味著“重”在充分挖掘自身资源,综合利用自身优势,形成利于自身生存和发展的独特品。“特色突出”才能在激烈的市场竞争中立于不败之地,才能适应日新月异的科技发展。
3 “厚基础、宽专业,重特色”的电子信息类专业实验教学平台的研制构思
“厚基础、宽专业,重特色”的教学新理念对高等院校的实验室建设提出了新的需求——如何开发研制配套的综合实验教学平台。对于电子信息类专业的教育工作者而言,如何开发研制配套的电子信息类专业实验教学平台已成为亟待解决的问题。
目前,专业实验教学主要体现在四个方面:验证性实验教学、设计性实验教学、综合性实验教学、演示性实验教学。其中,验证性实验教学的目的在于帮助学生理解和掌握基础理论;设计性实验教学的目的在于发挥学生的主观能动性,培养学生的创新意识和创新能力;综合性实验、演示性实验教学的目的在于开阔学生的视野,促进多学科交叉,培养学生的综合性素质。
电子信息类专业课程设置主要有模拟电路、数字电路、传感器、51单片机、CPLD、新型AVR单片机、DSP、光电检测与信息处理等,高等院校的电子信息类实验室中已配备了课程相应的实验系统。调研发现,这些实验系统共用了键盘、数码管、扬声器、滑动变阻器、逻辑开关、指示灯和电源等资源,实验室的建设尤其是实验设备的采购存在资源浪费问题,同时,大部分实验系统只适用于开展验证性实验,可拓展型和灵活性较差。
根据目前电子信息类专业课程的设置、专业实验教学和专业实验室建设的具体情况,总结多年的教学和科研经验,遵循21世纪的人才培养目标,本文开发了一套“厚基础、宽专业,重特色”的电子信息类专业实验教学平台。
4 电子信息类专业实验教学平台的设计
首先,该实验平台采用模块化设计,共分为五大模块:电源模块、总线模块、系统资源模块、液晶显示模块、CPLD/AVR模块。系统的结构如图1所示。
其中,电源模块提供了五路“+5V、-5V、+12V、-12V和0～5V可变电源;总线模块提供三个各自独立的VME64插座,三个插座的连线方式完全相同,设计不同的实验插板插到任何一个插座上即可开展不同的实验,也可以同时插上三个不同的实验插板进行复杂的实验;系统资源模块的结构如图2所示,系统资源。
模块提供了六个绿色发光二极管、一个四位的拨码开关、四个七段LED数码管、2×8键盘、蜂鸣器、0－1K可变电阻、0－10K可变电阻、扬声器;液晶显示模块提供一块液晶屏及其接口电路;CPLD/AVR模块结构如图3所示,该模块主要有总线扩展背板式结构,在AVR单片机基础上可扩展51单片机,系统的适用适用对象更宽。
其次,该综合实验教学平台的适用于光电检测、光电信息技术、51单片机、AVR单片机、CPLD、DSP、数字电路、模拟电路等专业课与专业基础课;同时,该综合实验教学平台的适用实践环节有课程设计、本科生毕业设计、电子大赛赛前培训、研究生开题论证与实验验证、青年教师业务培训等;该实验系统可为工科院校电子信息类、光电信息类专科生、本科生、研究生及相关的工程技术人员调试开发的有力工具。
5 综合实验教学平台的特点
(1)突出了光的物理特性,使学生对基础理论有了感性的认识;
(2)研究宗旨:厚基础、宽专业、重特色;可开展基础级——系统级——综合级的系列实验;
(3)模块化的设计,提高了系统的可扩展性,配备不同的实验插板即可实现不同的实验功能;
(4)实验电路原理清楚、要点突出、实验内容丰富、电路设计新颖、技术先进、波形测量点准确、具有代表性,既可以用于验证性实验教学,又可以用于设计性、综合性、演示性实验教学。
6 结论
本文研制的“厚基础、宽专业、重特色”的电子信息类专业实验教学平台集知识性、趣味性、专业性于一体,让学生们体验到光、机、电、算等专业知识的相互融合及相互渗透,提高了学生们的学习热情,激发了学生们的创新意识,为高校电子信息类高级专业技术人才的培养提供了坚实的平台。
参考文献
[1] 凌振宝,林君,程德福等.仪器仪表专业实验教学平台建设与实践[J].实验技术与管理,2007年24卷7期,148-150页.
[2] 何苏勤,王建林.信息类教学实验平台的建设与实践教学改革[J].实验室研究与探索,2006年25卷1期,14-16页.
[3] 童玲,王厚军.电子信息类专业实验教学模式的改革[J].中国大学教学,2008年第6期.
当然,由于“传递现象”课程的难度较高,理论知识点的数学推导过程繁琐,我们在利用多媒体教学的同时,需要结合板书的方式对课程中的难点重点进行讲解。通过采用循序渐进的板书方式,对推导过程进行一步一步的详细讲解,使学生对难点重点具有更深刻的理解,增加课堂中学生的参与意识和激励学生主动思维。
4 类比法教学方式的运用
类比教学法就是把学生不容易理解的问题通过类比后变得容易理解,把学生容易混淆的知识点通过类比变得清晰,把学生难于记忆的知识通过类比后变得容易记忆,通过比较、分析、综合、概括、推理等思维过程和形式,把科学的客观性逻辑性与一些艺术手法结合起来,使学生在学习知识的过程中掌握发现问题、处理问题、解决问题的方法,从而发展学生的思维能力。
如前所述,“传递现象”是研究自然和生产过程中的动量、热量和质量传递的问题。三种不同的传递现象之间存在着类似的规律,因此在解决实际问题的方法上可以互相借鉴。此外,鉴于“傳递现象”对学生数学基本知识要求教高,课程难度较大的特点,以及新入学研究生存在基础参差不齐等状况,在教学中可以通过采用对“三传”类似性进行系统分析的教学方式,启发学生运用已学过的知识来解决类似的问题,避免枯燥而繁琐的数学推导。运用该方法可以提高教学效率,开拓学生的思维方式,使教学过程变得简洁,便于学生轻松掌握。以“分子传递规律”的类比问题为例,具体教学方式如下[3]:
揭示分子动量传递规律的牛顿粘性定律:
揭示分子热量传递规律的傅立叶定律:
揭示分子扩散传递规律的费克定律:
三种分子传递规律也可分别表示为:
,和。
通过量纲分析可知:,和分别表示三传的传递通量;,和分别表示三传的扩散系数;,和分别表示三传的浓度梯度。
因此,动量、热量和质量传递规律,在一维系统中的表达形式可以统一表示如下:
传递通量=系数*浓度梯度
通过以上方式,学生在掌握和理解分子动量传递规律的基础上,对分子热量和分子扩散传递规律的理解具有更深刻的印象,能够更快、更好地掌握该知识点,使教学具有事半功倍之功效。
诚然,类比法的教学方式同样适用于“传递现象”中的其它问题。通过运用类比法,可以将三传中类似的问题采用相同的方法来处理,减少繁杂的数学推导,突出工程概念,提高学生运用已学知识解释自然现象和工程问题的能力。
5 教学展望
为推进厦门大学国际化办学进程,厦门大学从2007学年开始在人文学院、法学院、经济学院、海洋与环境学院、化学与化工学院和生命科学学院六个学院启动国际硕士项目,招收优秀留学生。项目所有课程以英语授课,旨在培养既具有良好的专业基础,又了解中国社会与文化的高层次国际专业人才。笔者有幸成为项目之一的化学工程学科核心课程“传递现象”的主讲教师,负责该课程的教学与建设。因此,如何将中文“传递现象”课程的教学经验应用于全英文国际硕士项目将是一个很大的挑战。通过第一批国际硕士的教学实践经验,笔者认为结合国际硕士生生源广泛、知识背景各异等特点,确定合适的教学体系,以及通过积极开展教学研究活动,提高教学质量和教学水平的方式将是该课程建设的有力保障。笔者也期待该项目的开展将有助于加快厦门大学国际化办学的步伐。
参考文献
[1] 钟理,严益群,罗文标.研究生课程《传递原理》的改革与探索.化工高等教育,2001(1).
[2] 万嘉若,曹揆申.现代教育技术.北京:中国科学技术出版社,1991.
[3] 孙志仁.传递过程导论中的类比.化工高等教育,2000(2).
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
【关键词】厚基础 宽专业 重特色 教学体系
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0142-02
1 引言
根据高等教育教学研究需要,21世纪高等本科院校人才培养目标是培养出一批“厚基础、宽专业、重特色”的专业技术人才,这一人才培养目标对高等院校的专业课程建设与实践提出了更高的要求。
本文从电子信息类专业实践的角度出发,根据世纪更替技术发展的趋势——电子信息向光子信息的发展,开发研制出一套与“厚基础、宽专业、重特色”的电子信息类技术人才培养模式相配套的电子信息类专业实验教学平台。
2“厚基础、宽专业、重特色”教学理念的研究
厚基础:“厚基础”离不开专业基础课的拓展,这一拓展不仅“厚”在专业基础课的数量上,更应“厚”在专业基础课的质量上,要充分利用有限学时开好、开精符合专业发展的基础课,为学生奠定扎实的专业理论基础。
宽专业:专业面宽、业务能力强、综合素质高是科研和生产对电子信息类技术人才的基本要求。“宽专业”的实现主要以所修专业为主,加强与本专业相关的邻近学科的课程建设,努力把学生培养成“一专多能”的复合型人才。
重特色:“重特色”意味著“重”在充分挖掘自身资源,综合利用自身优势,形成利于自身生存和发展的独特品。“特色突出”才能在激烈的市场竞争中立于不败之地,才能适应日新月异的科技发展。
3 “厚基础、宽专业,重特色”的电子信息类专业实验教学平台的研制构思
“厚基础、宽专业,重特色”的教学新理念对高等院校的实验室建设提出了新的需求——如何开发研制配套的综合实验教学平台。对于电子信息类专业的教育工作者而言,如何开发研制配套的电子信息类专业实验教学平台已成为亟待解决的问题。
目前,专业实验教学主要体现在四个方面:验证性实验教学、设计性实验教学、综合性实验教学、演示性实验教学。其中,验证性实验教学的目的在于帮助学生理解和掌握基础理论;设计性实验教学的目的在于发挥学生的主观能动性,培养学生的创新意识和创新能力;综合性实验、演示性实验教学的目的在于开阔学生的视野,促进多学科交叉,培养学生的综合性素质。
电子信息类专业课程设置主要有模拟电路、数字电路、传感器、51单片机、CPLD、新型AVR单片机、DSP、光电检测与信息处理等,高等院校的电子信息类实验室中已配备了课程相应的实验系统。调研发现,这些实验系统共用了键盘、数码管、扬声器、滑动变阻器、逻辑开关、指示灯和电源等资源,实验室的建设尤其是实验设备的采购存在资源浪费问题,同时,大部分实验系统只适用于开展验证性实验,可拓展型和灵活性较差。
根据目前电子信息类专业课程的设置、专业实验教学和专业实验室建设的具体情况,总结多年的教学和科研经验,遵循21世纪的人才培养目标,本文开发了一套“厚基础、宽专业,重特色”的电子信息类专业实验教学平台。
4 电子信息类专业实验教学平台的设计
首先,该实验平台采用模块化设计,共分为五大模块:电源模块、总线模块、系统资源模块、液晶显示模块、CPLD/AVR模块。系统的结构如图1所示。
其中,电源模块提供了五路“+5V、-5V、+12V、-12V和0～5V可变电源;总线模块提供三个各自独立的VME64插座,三个插座的连线方式完全相同,设计不同的实验插板插到任何一个插座上即可开展不同的实验,也可以同时插上三个不同的实验插板进行复杂的实验;系统资源模块的结构如图2所示,系统资源。
模块提供了六个绿色发光二极管、一个四位的拨码开关、四个七段LED数码管、2×8键盘、蜂鸣器、0－1K可变电阻、0－10K可变电阻、扬声器;液晶显示模块提供一块液晶屏及其接口电路;CPLD/AVR模块结构如图3所示,该模块主要有总线扩展背板式结构,在AVR单片机基础上可扩展51单片机,系统的适用适用对象更宽。
其次,该综合实验教学平台的适用于光电检测、光电信息技术、51单片机、AVR单片机、CPLD、DSP、数字电路、模拟电路等专业课与专业基础课;同时,该综合实验教学平台的适用实践环节有课程设计、本科生毕业设计、电子大赛赛前培训、研究生开题论证与实验验证、青年教师业务培训等;该实验系统可为工科院校电子信息类、光电信息类专科生、本科生、研究生及相关的工程技术人员调试开发的有力工具。
5 综合实验教学平台的特点
(1)突出了光的物理特性,使学生对基础理论有了感性的认识;
(2)研究宗旨:厚基础、宽专业、重特色;可开展基础级——系统级——综合级的系列实验;
(3)模块化的设计,提高了系统的可扩展性,配备不同的实验插板即可实现不同的实验功能;
(4)实验电路原理清楚、要点突出、实验内容丰富、电路设计新颖、技术先进、波形测量点准确、具有代表性,既可以用于验证性实验教学,又可以用于设计性、综合性、演示性实验教学。
6 结论
本文研制的“厚基础、宽专业、重特色”的电子信息类专业实验教学平台集知识性、趣味性、专业性于一体,让学生们体验到光、机、电、算等专业知识的相互融合及相互渗透,提高了学生们的学习热情,激发了学生们的创新意识,为高校电子信息类高级专业技术人才的培养提供了坚实的平台。
参考文献
[1] 凌振宝,林君,程德福等.仪器仪表专业实验教学平台建设与实践[J].实验技术与管理,2007年24卷7期,148-150页.
[2] 何苏勤,王建林.信息类教学实验平台的建设与实践教学改革[J].实验室研究与探索,2006年25卷1期,14-16页.
[3] 童玲,王厚军.电子信息类专业实验教学模式的改革[J].中国大学教学,2008年第6期.
当然,由于“传递现象”课程的难度较高,理论知识点的数学推导过程繁琐,我们在利用多媒体教学的同时,需要结合板书的方式对课程中的难点重点进行讲解。通过采用循序渐进的板书方式,对推导过程进行一步一步的详细讲解,使学生对难点重点具有更深刻的理解,增加课堂中学生的参与意识和激励学生主动思维。
4 类比法教学方式的运用
类比教学法就是把学生不容易理解的问题通过类比后变得容易理解,把学生容易混淆的知识点通过类比变得清晰,把学生难于记忆的知识通过类比后变得容易记忆,通过比较、分析、综合、概括、推理等思维过程和形式,把科学的客观性逻辑性与一些艺术手法结合起来,使学生在学习知识的过程中掌握发现问题、处理问题、解决问题的方法,从而发展学生的思维能力。
如前所述,“传递现象”是研究自然和生产过程中的动量、热量和质量传递的问题。三种不同的传递现象之间存在着类似的规律,因此在解决实际问题的方法上可以互相借鉴。此外,鉴于“傳递现象”对学生数学基本知识要求教高,课程难度较大的特点,以及新入学研究生存在基础参差不齐等状况,在教学中可以通过采用对“三传”类似性进行系统分析的教学方式,启发学生运用已学过的知识来解决类似的问题,避免枯燥而繁琐的数学推导。运用该方法可以提高教学效率,开拓学生的思维方式,使教学过程变得简洁,便于学生轻松掌握。以“分子传递规律”的类比问题为例,具体教学方式如下[3]:
揭示分子动量传递规律的牛顿粘性定律:
揭示分子热量传递规律的傅立叶定律:
揭示分子扩散传递规律的费克定律:
三种分子传递规律也可分别表示为:
,和。
通过量纲分析可知:,和分别表示三传的传递通量;,和分别表示三传的扩散系数;,和分别表示三传的浓度梯度。
因此,动量、热量和质量传递规律,在一维系统中的表达形式可以统一表示如下:
传递通量=系数*浓度梯度
通过以上方式,学生在掌握和理解分子动量传递规律的基础上,对分子热量和分子扩散传递规律的理解具有更深刻的印象,能够更快、更好地掌握该知识点,使教学具有事半功倍之功效。
诚然,类比法的教学方式同样适用于“传递现象”中的其它问题。通过运用类比法,可以将三传中类似的问题采用相同的方法来处理,减少繁杂的数学推导,突出工程概念,提高学生运用已学知识解释自然现象和工程问题的能力。
5 教学展望
为推进厦门大学国际化办学进程,厦门大学从2007学年开始在人文学院、法学院、经济学院、海洋与环境学院、化学与化工学院和生命科学学院六个学院启动国际硕士项目,招收优秀留学生。项目所有课程以英语授课,旨在培养既具有良好的专业基础,又了解中国社会与文化的高层次国际专业人才。笔者有幸成为项目之一的化学工程学科核心课程“传递现象”的主讲教师,负责该课程的教学与建设。因此,如何将中文“传递现象”课程的教学经验应用于全英文国际硕士项目将是一个很大的挑战。通过第一批国际硕士的教学实践经验,笔者认为结合国际硕士生生源广泛、知识背景各异等特点,确定合适的教学体系,以及通过积极开展教学研究活动,提高教学质量和教学水平的方式将是该课程建设的有力保障。笔者也期待该项目的开展将有助于加快厦门大学国际化办学的步伐。
参考文献
[1] 钟理,严益群,罗文标.研究生课程《传递原理》的改革与探索.化工高等教育,2001(1).
[2] 万嘉若,曹揆申.现代教育技术.北京:中国科学技术出版社,1991.
[3] 孙志仁.传递过程导论中的类比.化工高等教育,2000(2).
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”