電子信息類專業(yè)綜合實踐課程改革與探索

張攀峰，楊 帆，馬令坤，李慧貞

(陜西科技大學 電子信息與人工智能學院，西安 710021)

電子信息類專業(yè)集數(shù)學、物理、電子學、通信技術、計算機科學技術、控制理論以及智能科學技術于一體，呈現(xiàn)出軟硬兼顧、跨學科、復合性強、發(fā)展速度快、企業(yè)對專業(yè)人才實踐創(chuàng)新能力要求高等特點。針對國家發(fā)展戰(zhàn)略、專業(yè)特點和工程教育的需求，電子信息類專業(yè)開展系列改革與研究，在原有2012版培養(yǎng)方案中各課程實驗及課外8學分的基礎上，在2016版培養(yǎng)方案中增加了3學分專業(yè)綜合實踐課程，共48學時，在第七學期開設。

1 課程實施中的問題

專業(yè)綜合實踐課程目標定位于學生在學習完專業(yè)全部核心課程的基礎上，依托全部或者絕大部分核心課程內容，發(fā)揮頂石課程(Capstone Course)的融會貫通性，發(fā)揮學生的自主探究性，強調學生能將學過的理論與實驗知識及技能融會貫通，在培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神中具有極為重要的地位。但因為要求高及開設時間晚，在實施過程中存在以下問題[1]：

1.1 課程內容認定標準待確定

學生在前期所進行的課程實驗跟隨對應的課程，是課程理論的驗證和應用。綜合實踐以學生專業(yè)核心能力形成為基準，強調專業(yè)核心課程的綜合運用，因此需要給出不同類別專業(yè)綜合實驗的界定標準，以此作為后續(xù)不同類別綜合實踐項目開發(fā)的依據(jù)。

1.2 缺乏教材和實訓指導書

自本專業(yè)開設以來，缺乏專門面向新工科背景下電子信息類專業(yè)的專業(yè)綜合實踐教材和實訓指導書，限制了該環(huán)節(jié)的有效實施。

1.3 教師指導經驗不足

目前，配套課程的實驗一般由任課教師指導，大部分教師只精通專業(yè)領域多個學科中的一個，缺乏新工科背景下更加強調多學科融合發(fā)展的技能，使得一般教師難以指導綜合實踐課程教學。

1.4 綜合實踐平臺亟待建設

原有實驗室主要針對課程實驗進行建設，實驗設備和儀器只能滿足針對課程的驗證性、綜合性及設計性實驗，難以滿足多學科融合實驗的搭建、驗證和測試需求。

2 課程開發(fā)和建設

2.1 課程開發(fā)思路

通過本專業(yè)綜合實踐課程培養(yǎng)學生在新工科和“雙萬計劃”背景下的專業(yè)綜合實踐能力，本專業(yè)對該課程的開發(fā)思路為：基于工程教育OBE理念對課程進行開發(fā)，采用能力導向原則，課程培養(yǎng)目標、課程內容、師資隊伍、實訓資源、評價方式、持續(xù)改進等都緊緊圍繞學生的專業(yè)實踐能力和素養(yǎng)來設計[2-3]。

2.1.1 廣泛調研，確定課程目標

通過梳理本專業(yè)綜合實踐課程開設中存在的問題，理清主要矛盾。調研國內外兄弟院校相關專業(yè)的專業(yè)綜合實踐課程開設模式，開展文獻研究、實地考查、對比分析等研究工作，確定課程目標和支撐的畢業(yè)要求及指標點。

2.1.2 以目標為導向開發(fā)教材和指導書

根據(jù)課程目標、實踐內容將信息的采集、傳輸、處理與識別有機結合，形成綜合性實驗，使得學生的綜合分析能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力、運用多學科知識解決問題的能力和創(chuàng)新能力有了較大改善，根據(jù)內容編寫實踐指導書。

2.1.3 基于OBE理念建設專業(yè)綜合實踐課程教學團隊

教學團隊應該掌握綜合實踐理論基礎，通過相互配合，指導學生自行設計實驗方案、搭建實驗系統(tǒng)并開展實驗。

2.1.4 以提高實踐能力為目標，開展實訓平臺建設

本專業(yè)采取購置和自主開發(fā)相結合的建設思路，更新和補充實驗設備。加強產學合作和協(xié)同育人平臺建設，使得學生的創(chuàng)意和創(chuàng)新方案得以快速開發(fā)和實現(xiàn)。

2.1.5 基于OBE理念開展教學實施、考核和持續(xù)改進

課程考核以學生能力的達成為主要目的，在本專業(yè)綜合實踐完成后，學生以實驗報告的形式進行總結，要求學生從實驗方案設計、實驗系統(tǒng)搭建、關鍵技術的實現(xiàn)、主要實驗觀測現(xiàn)象及其分析等幾個方面，詳細闡述實驗內容。任課教師對課程目標達成情況進行分析，根據(jù)課程目標達成分析結果持續(xù)改進相應教學方法、內容及考核等環(huán)節(jié)。

2.2 課程內容開發(fā)

本課程是實踐性教學環(huán)節(jié)，根據(jù)本專業(yè)綜合實踐培養(yǎng)目標、教學大綱及對畢業(yè)要求的支撐關系，開發(fā)出的內容包括課堂專題講座和綜合實踐訓練兩個環(huán)節(jié)。課堂專題講座包括專業(yè)新知識新技能講座、典型案例剖析、實驗項目的要點和主要儀器設備介紹。綜合實踐訓練通過學生組隊完成方案設計、系統(tǒng)搭建、關鍵技術的設計與實現(xiàn)，觀測實驗現(xiàn)象分析及其總結。

2.2.1 新知識新技能講座

為適應新工科、“雙萬計劃”和工程教育的新要求，指導教師對綜合實踐中涉及的人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”、數(shù)據(jù)融合基本理論和技術進行講解和示范。

2.2.2 典型案例剖析

引用日常生活中的網(wǎng)約車、家庭智能助手、智慧農業(yè)、智慧交通等典型案例，剖析案例中信號產生、采集、傳輸、處理、顯示等模塊化技術的組合應用，啟發(fā)學生思維，為綜合實踐的開展奠定基礎。

2.2.3 實踐項目要點和主要儀器設備介紹

介紹開發(fā)的7個綜合實踐項目的技術方案、技術路線以及對應的專業(yè)技術模型，如表1所示。介紹綜合實踐中所使用的MyDAQ、MyRIO、LabVIE以及Matlab等軟件平臺。

表1 綜合實踐項目Tab.1 Comprehensive practice project

2.2.4 綜合實踐訓練

專題講座完成后，學生根據(jù)本專業(yè)公布的選題資源，選擇自己感興趣的題目，搜集資料，集體協(xié)商，自行構思，獨立開展工作，完成設計后撰寫實驗報告，演示實驗結果，匯報實驗過程。

2.3 教學方法

A.課堂講授法。任課教師進行典型案例剖析、實踐項目和技術分析、主要儀器設備介紹。B.案例分析法。剖析典型案例，熟悉案例技術路徑，制定實驗系統(tǒng)搭建方案。C.小組討論。組織開展分組專題研討、答疑，通過多種方式與學生溝通，開拓學生思維。

2.4 師資隊伍建設

為了更好地完成本專業(yè)綜合實踐，增強綜合實踐的綜合性，強化校企協(xié)同效應，引進合作企業(yè)參與指導，企業(yè)出題、參與指導，教師跟進、解決問題，校企聯(lián)合共同建設專業(yè)綜合實踐課程。

2.5 實踐平臺建設

2.5.1 實驗平臺建設

本專業(yè)為每個學生配備了“口袋實驗系統(tǒng)—單片機開發(fā)系統(tǒng)”，自制嵌入式實驗板64套和頻率合成器模塊12套，購置儀器設備170臺套，與美國國家儀器(NI)有限公司新建立了“陜西科技大學—美國國家儀器虛擬儀器聯(lián)合實驗室”。

2.5.2 產學合作和協(xié)同育人平臺建設

本專業(yè)和廣東粵嵌通信科技有限公司、北京軟通動力信息技術有限公司、華清遠見教育集團建立了產學合作協(xié)同育人協(xié)議，為學生進行實踐創(chuàng)新提供實踐平臺。

2.5.3 實習實踐基地建設

本專業(yè)與陜西廣播電視設備有限責任公司、陜西捷盈電子科技有限公司、四川長虹集團等電子信息特色鮮明的企業(yè)共建實訓基地，學生通過參觀、聽報告、生產體驗等方式，了解產品相關技術，為實踐創(chuàng)新奠定基礎。

2.6 課程考核、評價與持續(xù)改進

2.6.1 課程考核體系

建立了針對平時表現(xiàn)、實驗任務完成情況、團隊合作情況、報告質量、答辯情況的綜合考核體系，按照平時成績10%、實驗任務完成情況25%、團隊合作情況15%、報告質量40%、答辯情況10%的比例，給出最終總評成績。

2.6.2 課程評價

根據(jù)OBE理念在課程完成后進行評價，通過評價分析課程目標的達成情況及優(yōu)缺點，以便持續(xù)改進，采取直接評價和間接評價。A.直接評價。課程直接評價由實驗過程表現(xiàn)、實驗完成情況、團隊合作情況、實驗報告質量、答辯情況等考核方式結果進行測算，并將各類課程學習成果劃分到不同的課程目標上，評價面向專業(yè)全體學生，根據(jù)評價結果分析學生課程質量達成情況。B.間接評價。間接評價主要依靠課程結束后對學生的調查問卷結果進行分析測算，任課教師根據(jù)課程大綱，設計課程目標達成度問卷，學生根據(jù)個人情況填寫課程目標達成情況，任課教師統(tǒng)計并分析學生對各課程目標的掌握情況。

2.6.3 課程持續(xù)改進

完成直接和間接評價后，本專業(yè)課程質量評價小組將兩種評價結果進行匯總分析，結合專業(yè)負責人、教學督導、教學院長等不同評價主體對該課程的建議，對課程內容、教學方法、考核方法等進行持續(xù)改進。

3 課程改革效果

第一，參加學科競賽及獲獎學生人數(shù)穩(wěn)步上升。通過開展專業(yè)綜合實踐，本專業(yè)學生的基本實驗技能、實驗系統(tǒng)設計能力、數(shù)據(jù)處理能力和專業(yè)知識綜合應用能力進一步提高。本專業(yè)2016級、2017級學生先后有19人在省級及國家級科技創(chuàng)新、學科競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽中獲獎。第二，畢業(yè)生就業(yè)率和就業(yè)質量明顯提高。通過專業(yè)綜合實踐的學習，畢業(yè)生的專業(yè)知識綜合應用能力進一步提高，畢業(yè)生就業(yè)率和就業(yè)質量顯著提高。近三年的本專業(yè)學生畢業(yè)率平均為98.5%，學位授予率平均為99.0%，畢業(yè)生一次就業(yè)率平均為95.4%。經向企業(yè)調查，畢業(yè)生以基礎知識扎實、動手能力強、富有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和精神而得到企業(yè)好評。第三，教師教學成果數(shù)量多。教師對專業(yè)核心知識的綜合運用能力持續(xù)提高，不斷開展專業(yè)建設和教學改革。近年來，完成國家級教學改革項目1項，省級教學改革項目7項，校級教學改革項目8項；獲國家級教學成果獎2項，省級教學成果獎2項，校級教學成果獎4項。

4 結語

按照新工科要求和OBE理念對本專業(yè)綜合實踐課程進行了開發(fā)，進行了師資隊伍和平臺建設，建立了課程目標、內容、實施過程、考核、評價和持續(xù)改進體系，對進一步提高學生的專業(yè)素養(yǎng)、實踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力大有裨益。