课程设计法在民族高校电子信息科学与技术专业学生实践能力培养的研究

林 倩

(青海民族大学 物理与电子信息工程学院，青海 西宁 810007)

0 引言

近年来，随着时代的发展和社会的快速进步，整个社会对人才知识结构的综合性和创新性的要求逐渐提高，各行业对应用型和创新型人才的需求也越来越大.因此，如何培养创新人才和应用人才是大学教育面临的一个严峻挑战，也已经成为当前高等教育的头等重任[1-2].然而，培养创新和应用人才的关键就是提高大学生的实践能力和创新能力.电子信息科学与技术专业的实践能力的详细内容如图1所示[3-4]，主要包括通用能力和专业能力.其中通用能力包括常规的关键能力(包括逻辑思维能力、获取和处理信息的能力、判断能力、创造能力、解决问题的能力、与人沟通和合作能力)和职业能力(包括对社会、专业、单位、团队的责任)；专业能力包括知识运用能力(包括知识层次、知识相关性、知识素养)和技术运用能力(包括通用技能、专业技能和综合能力).这里的实践能力主要指的就是专业能力的培养.因此，综合素质的提高就是培养人才的最终目的.这就需要通过实践将理论内容融汇贯通，再将理论知识的相互联系深入实践进而完成一个系统的构建.然而，课程设计恰好可以实现这样的目的.课程设计法不但强化对理论知识的理解，还可以将学到的理论应用于实践完成一个系统的构建.

为了研究如何培养和提高学生的实践能力，进而全面提高学生的综合素质，这里提出了以课程设计法为主导，进行深入的探索和研究，搭建了一个电子信息科学与技术专业实践能力培养系统.另外，通过对本校近四年电子科学与技术专业学生的各个专业课程的实验教学的设计、毕业设计、就业情况、电子设计竞赛、创新创业项目等方面的统计和分析，对本专业学生的实践能力的培养进行了深入分析和研究.这些为本专业的实践教学可提供重要的指导.

1 课程设计法的介绍

对于电子信息科学与技术这样理论性和实践性较强的专业，实践素养是必备的专业素养[5].其中，课程设计是把理论运用到实践中的必要环节，也是对理论知识检验的重要手段.通过系统的课程设计可以使抽象的理论知识更具体化、实用化，能切实加强工程实践思维方法的训练和实践能力的提高.这里首先需要在理论课上充分将实践知识和典型案例讲解清楚，之后通过实验操作和观察使学生加深理论知识的理解，从而提高学习兴趣和自信心.这种课程设计法可以把系列相关的理论知识点有机地联系到一起，形成完整的一套系统.

1.1 课程设计的概念和特点

课程设计(Practicum or Curriculum Design)是某一课程的综合性实践教学环节，一般是完成一项涉及某个课程主要内容的综合性、应用性的开发题目[5].它是一个有目的、有计划、有结构的系统化活动，是促使学生全面发展的教育性经验的计划，不仅可以突破传统课堂教学的局限性，而且更加注重理论知识的系统应用.

在此基础上提出的课程设计法就是把专业的系列理论知识通过课程设计串成一个完整的体系，主要通过各个环节的设计和验证，根据理论依据将各个环节连接起来，完成一个具有特定功能的系统活动[7].这里课程的组织形式要产生于学生的需要、兴趣和目的.课程设计就是以学科中心设计的方式来预先计划，规定查阅的资料，计划实施的活动以及安排从事的评定程序来形成课程结构.而且，课程设计的主要目的是重在解决问题.在寻找解决办法时，就体现着课程设计的主要价值，包括真实性、直接性、主动性以及经验相关性.

1.2 课程设计的原则

课程设计的基本原则是从简单到复杂、从特殊到一般、从一般到细节、从一般分类到更细的分类.这里的设计是为了通过需求分析来确定课程目标，再根据这一目标选择某一个课程或多个课程的教学内容和相关教学活动，从而进行计划、组织、实施、评价、修订以最终达到课程目标的整个工作过程.

2 基于课程设计法的实践能力培养

为了适应应用型人才的教育趋势，培养学生的专业实践能力，在本校2014级电子信息科学与技术专业学生的教学中，学院改变以往的教学模式，在多门课程中都采取了课程设计的方法来对学生进行期末考核.这里课程设计的时间是从每学期末的第17周到20周，持续一个月.这样可以更好地将理论知识与实践能力有效地联系起来，加深学生对理论知识的理解和掌握.

课程设计法主要包括课程设计和课程设计考核两个阶段.课程设计阶段要求学生选定题目后首先分析系统的设计要求，进行系统方案的比较和选择，接着在相关的专业软件里进行系统设计和仿真.之后就可以进行电路系统的制作，包括确定元器件、焊接电路和电路电气检查.最后对电路进行测试，确定其是否满足系统的设计要求.如果满足就进行系统的测试和数据记录；否则就需要查找问题并进行修正，进入重新设计和仿真，重复上述步骤，直到满足系统设计要求为止.接下来，课程设计的考核阶段主要是进行课程设计的预答辩、撰写课程设计报告、系统设计的答辩讲解、实物功能演示和综合问答.以电子课程设计为例的课程设计法的流程图如图2所示.

图2 课程设计流程图

除此之外，还需考虑以下几个方面：

2.1 课程设计题目多元化

为了最大程度激发学生的学习积极性，同时综合考虑不同学生群体的需求，我们为学生设计了原理简单的基本设计型、偏重理论分析的提高设计型和综合性训练的综合设计型三类设计课题.学生可以根据自己的实际情况进行选题，这样可以使大家对课程设计建立充分的自信.另外，为了实现在教学细节上的多元化，针对学生个性化的差异，我们对每个课题安排了基本设计内容外，还设计了一定的扩展性和创新性的可选内容.

2.2 项目教学法的应用

课程设计中每个课题都是一个独立的项目，整个完成过程都按照项目教学法来推进.教师在整个指导过程中全程指导，具体实施细节由学生分工完成.一个项目的所有成员组成一个团队，分工完成资料查阅、方案确定、单元电路设计与仿真、系统调试等任务.整个过程可以让大家充分认识电子系统设计的过程和步骤，切实地增强了学生的实践能力、沟通协作能力和团队合作能力.为今后其他专业课的学习和适应工作岗位的能力奠定坚实的实践基础.

2.3 严格考核环节

为了让团队成员实实在在地参与每一个环节，课程设计的考试严格按照各自的任务分工进行打分.整个课程设计的考核环节主要包括预答辩、答辩、实物演示、设计报告和综合评定五个环节.通过整个项目的实施，使学生掌握了规范的系统设计方法和技巧，为今后的专业学习提供有效的方法指导.

1) 预答辩主要是通过学生对课题的设计要求的理解、设计原理、可选设计方案等的阐述来了解项目的准备情况.这个阶段要求学生必须充分了解对课题的设计原理，提出合理的设计思路和方法，合理地规划设计步骤和分工.同时，通过与同学、老师的讨论，及时纠正不正确的设计思路和想法，为后面的工作提供正确的指导.如预答辩未通过，说明学生对课题的设计原理理解不够或者设计方案不合理，需要扣掉相关分数，以此惩戒学生的不认真，责令其认真研究设计原理并修改设计方案.

2)待课题设计完成，就要进行正式答辩.这里要求每个团队以PPT的形式简要汇报课程设计的主要原理和内容，包括设计思路、设计方法、设计内容、测试结果和任务分工.讲解结束后，再进行实物的功能演示，最后由专业老师进行针对性的提问，需要团队成员积极应答.这个过程能切实地锻炼学生制作PPT，讲解PPT和方案答辩的能力，这正是以后学生在求职、工作汇报中欠缺的工程素养.

3)讲解结束后就需要进行实物演示.这也是课程设计的关键环节之一，通过演示可以验证设计是否正确.因为制作实物的过程就是将自己的设计方案转化为实物的实践过程.在这个过程中可能会出现各种各样的问题，如实物与仿真无法统一、误操作带来的电路性能变化、制作工艺及手法不正确造成的硬件损伤等.如果按照正确的设计方案制作出了完整的电路实物，并可以实现正确的功能，代表整个课程设计已经成功了一大半.

4) 设计完成后需要撰写规范而完整的设计报告，将整个课程设计的过程记录下来.报告里需详细写明系统的设计要求、设计目标、设计原理、设计方案对比和选择、系统仿真、实现步骤、系统调试、测试结果及分析、收获和体会、参考文献和附录(包括电原理图和程序清单).

5)最后，由指导教师就答辩的情况进行综合评定.其中预答辩占20%、实物演示占30%、答辩占30%、撰写设计报告占20%.每个部分都根据具体的情况分为不及格(<60)、及格(60～70)、良好(70～80)、优秀(80～90)、优异(90～100)五个等级，由答辩专家当场给予评定，最后根据比例核算总成绩.

3 需要改进的措施

3.1 加强理论联系实践

在课程设计的指导过程中我们发现有的学生对于理论分析和计算比较擅长，而欠缺从工程实践出发去设计电路、估算参数的能力.正是由于这种工程估算的概念不清晰，很多学生选定题目后就显得措手不及.这也反映出我们的理论讲授与实际应用有脱节的现象.因此，今后的理论教学中就需要从工程实践的需求出发，充分强调工程估算的概念，从每个项目入手来训练电路的设计和分析能力.在理论讲授时注意对实践的内容的引导和铺垫，然后再通过实践加深理解，这样学生接触到相关问题时的思路会更清晰.

除此之外，在理论考核和实验考核中应该密切联系实践，侧重学生工程思维的引导和训练.例如，可以举例说明各类功率放大器应用在实际通信系统的性能比较.

3.2 注重收集实践素材

通常，在课程设计的指导过程中会遇到各种各样的电路故障，教师可以将这些问题的原因和解决方法作为理论教学的素材，使抽象的理论概念和计算更加具体和实用.这就需要教师在平时的指导中要处处留心，注意观察，多收集和积累这些实践经验.

3.3 改革实验教学体系

针对电子信息科学与技术这样的对实践能力要求高的专业而言，这里可以将每一个实验都看成是一个“微型课程设计”，包括实验预习、实验操作、实验报告和实验考核四个主要步骤[8].为平衡各部分测试比例，这里采用2∶4∶4的比例来进行实验成绩的评定.

3.3.1 实验预习

为了让学生充分理解理论知识，很多课程都要设计相关的实验来指导教学.一般教师会提前给学生布置实验的预习任务.实验前要求学生提前撰写预习报告，通过预习学生可以充分地了解本次实验的实验原理、实验方法、实验条件及实验内容[9].预习报告也是实验报告的雏形，应该包括实验名称、实验目的、实验条件、实验原理、实验步骤、实验内容和思考题等.通过预习，增强学生对实验的重视程度，预知学生在实验过程中可能出现的问题.实验预习最后占总分数的20%.

3.3.2 实验操作

预习好后就可以进实验室进行实验.作为整个实验过程中的最重要环节，实验操作时要求学生严格遵守操作流程，在教师的指导下独立操作，按步骤完成实验内容，认真详实地记录实验结果.这个过程中要注重培养学生良好的实验习惯、规范的实验操作.这部分占总分数的40%.特别是，在学生遇到问题时，教师不要马上解答，而是应该注重教会学生检查和分析故障的方法，并积极引导其寻找解决方法.

3.3.3 实验报告

实验报告是以书面的形式对实验的系统总结，因此要实事求是、规范地撰写实验报告.除了实验过程的记录，实验报告中的讨论部分一定要重视.这是对实验原理和内容的延伸和扩展.同时也要切实地记录实验中遇到的反常现象和各种故障，其重点是记录解决问题的方法，为今后的实验操作提供有效的指导.

撰写实验报告的主要目的就是培养和锻炼学生以书面的形式总结实验结果的能力.规范的实验报告应该由实验目的、实验原理、实验器材、实验方法、实验步骤、实验数据与结论、讨论等6部分组成.成绩评定时，主要从实验数据判断整个实验的操作效果和掌握程度，从实验数据及结论判断学生的综合能力，从实验讨论部分看学生的创新能力.实验报告最后占总分数的40%.

3.3.4 实验项目改革

传统的实验教学中主要以简单的验证性实验为主，这只需要学生按照预先设计好的电路进行电路的连接和功能验证.然而，随着社会对创新型人才的迫切需求，就需要对传统的实验项目进行改革.可以以实验教学的层次化为改革思路，将实验设计为基础实验、综合实验、创新实验三个类型[10-11].减少验证性实验，适当地增加综合性和创新性实验的比例.

3.4 重视课程设计、专业实习和毕业设计

为了全面提高学生的综合素质与实践应用能力，就需要重视学生的系统和工程观念的培养.例如电子信息科学与技术专业的课程设计法是一个系统的工作，包括了设计选题、方案论证、硬件设计、软件设计、系统调试及撰写设计报告等多个环节.课程设计需要与实践技能训练、实际应用、新技术相结合.经过课程设计的开展，学生可以掌握电子电路的设计和制作方法，有效地增强学生对电子系统设计的兴趣和综合实践能力.

专业实习是学生在大四阶段的必经阶段，通过在专业对口单位的短期实习，将自己的专业知识和能力学会应用于实践，实现专业技能的实践和应用.

另外，毕业设计也是大学学习中非常特殊而重要的一个环节，是贯穿整个大学学习的综合设计成果，可以初步检验一个本科生研究能力的高低.也就是说，毕业设计或毕业论文可以是专业的某一方向的研究性论文或者综合性的课程设计.毕业设计的质量也直接反映出本科人才培养的质量和大学的综合教学水平，也是毕业生质量和素质高低的重要表现.通过毕业设计也可以有效地检验学生专业知识的掌握程度，切实地增强学生的专业实践能力.

4 现阶段取得的成效

如前所述，课程设计法极大地激发了学生的学习热情，锻炼了学生的综合实践能力，通过这个环节已经在很多方面取得了一定的成效，主要体现在以下几个方面：

4.1 提高积极性

通过课程设计的开展，使学生亲眼看到采用自己所学的理论知识与实际应用多方面结合，做出来的电子系统可以完成特定的功能，为人们的生产生活带来更多的便利.这不仅使学生对所学专业树立了坚定的信心，增强了专业的归属感，同时也深刻地体会到理论知识对实践的支撑作用，更加有效地激发了学生理论学习的热情.

通过课程设计，学生学习积极性被充分地调动起来，很多同学更愿意主动深入理论的学习，同时也愿意主动采用专业仿真软件进行电路设计，自觉利用课余时间进实验室进行电路制作和调试，充分发挥了仿真工具和实验室第二课堂的作用.

4.2 增强团队协作

课程设计时，一般都是2～3人自由组合为一个团队来完成一个课题的设计任务.每个课题都指定一名项目负责任人来负责整个项目的全盘工作，包括任务分工、进度安排、实时监督等.每个团队成员都根据自己的特长负责一部分设计任务(如搜集资料、电路设计与仿真、硬件调试等).这就需要学生在整个设计过程中学会沟通协调、相互配合，具备较强的责任感和团队合作精神.每个团队成员都能从自己的任务分工中学到知识并掌握一定的能力.通过大家的团结协作，最终完成了一个设计实物的制作，同时也深刻理解了与所设计题目相关的所有理论知识，是理论结合实践的最快途径.

4.3 构建实践能力培养系统

图3 电子信息科学与技术专业实践能力培养系统

综合上述内容，我们构建了如图3所示的电子信息科学与技术专业实践能力培养系统.从中可以看出电子信息科学与技术专业实践能力的培养主要从基本技能和能力、综合应用能力和工程创新能力三个层次来进行培养[12]. 每个层次的实践内容详见图3.实践中主要通过电子课程设计、电子设计大赛、创新创业项目、毕业设计和专业实习来逐级落实实践内容，分阶段分层次地培养学生的实践操作能力，将实践能力的培养渗透到各个环节和各个阶段.

4.4 提高专业实践能力

为了深入研究本专业实践能力的培养效果，这里对近年来各届毕业生的就业情况进行了统计，具体情况如图4所示.根据本专业学生最终就业岗位的性质将就业情况分为本专业就业和非本专业就业两大类.其中2014年本专业毕业生共37人，其中27人非本专业就业，10人本专业就业，本专业就业率达27%；2015年本专业毕业生共35人，其中24人非本专业就业，11人本专业就业，本专业就业率达31%；2016年本专业毕业生共33人，其中14人非本专业就业，19人本专业就业，本专业就业率达58%；2017年本专业毕业生共29人，其中14人非本专业就业，15人本专业就业，本专业就业率达52%.从中可以看出，本专业就业比例逐年上升，并且连续 2年超过总人数的50%.这说明本专业学生的专业素养有很大幅度的提高，在人才市场上具有一定的竞争力，从事本专业的人数相比前几届显著增加.其中，每年本专业的学生人数一般由本校该年度的招生人数决定，所以每年该专业的人数都不同.

图4 本专业近4年就业情况分布

另外，近四年本专业学生已经参加过各类各级别的电子竞赛达108组，获奖83项，其中获一等奖8项，二等奖15项，三等奖41项，优秀奖11项.其中国家级2项，省部级41项，校级12项，其他类28项.具体各年的分布如图5所示.从图中可以看出，虽然在2015—2016年有些许波动，但是总体呈现显著增长的趋势，并且获奖总数在2017年均达到最多.

图5 电子竞赛获奖等级分布

本专业学生共主持本校大学生科技创新项目12项和大学生挑战杯项目10项，其中18项已结项，4项在研.同时，从2014年开始本专业学生的实习也越来越正规化和专业化，已经从以前的大范围的非专业实习逐渐转化为对口单位的专业实习，从自由实习转化为统一的专业实习，为后续的对口就业奠定了重要的实践基础.

总之，通过参加各类比赛、主持各类创新创业项目、对口专业实习及本专业就业等措施，本专业学生的专业技能近年来得到了一定程度的提高，学生对专业知识和技能的掌握越来越好，专业素养显著提升，专业信心也越来越增强.

5 结论

以上分析表明，课程设计法可以有效地激发学生的学习兴趣，切实地提高学生的设计能力和实践能力，极大地增强了学生的团队协作的能力和专业就业的信心.通过研究，初步实现了电子信息科学与技术专业实践能力培养系统的搭建，并通过对近四年本专业学生的毕业设计、参赛获奖、参加创新项目和本专业的就业情况进行了统计和分析.可以看出，通过课程设计法的教学方法的实施，本专业学生的专业实践能力得到了显著的提高.也就是说，课程设计法已经成为培养电子信息科学与技术专业综合实践能力的科学的有效的方法之一.