0 引 言
在全力打造“金课”的大背景下，应用型本科院校电子信息类专业应针对专业课程理论性和实践性强等特点，借助新的教育教学技术和手段，探索和实践课程教学改革，切实提高课程教学质量。近年来，随着微电子技术快速发展，电子类实验设备逐步实现了微型化，且功能丰富、价格低廉、携带方便，口袋实验室应运而生 [1]，为开展电子信息类专业课程教学改革提供了新的途径与手段。
面向电子信息类专业应用型人才培养需求，利用口袋实验室特征，将便携实验设备融入课堂教学、课后学习、实践创新与考核评价等培养过程，推进教学条件、教学内容、教学方法、学习方式、考核方式、资源建设、评价机制和持续改进等方面的改革，构建面向电子信息类专业课程体系的“三化、三结合、三全面”的教学模式，即实施理论实践一体化、教学内容项目化、考核方式多元化，利用教学资源的自制与精选相结合、实践训练课内与课外相结合、学习方式线上与线下相结合，通过教学资源全面开放、课程体系全面贯通、教学过程全面互动，达到知行合一、因材施教、学以致用、教学相长的教学效果。
1 传统电子信息类专业课程教学存在的问题
1.1 教学形式单一，理论与实践衔接不紧、相互融合和促进欠佳
传统教学中，教学形式单一，理论与实践环节相对独立，单纯理论讲解有时不够生动，课堂氛围沉闷。此外，实验环节通常在规定的时间和地点开展，使得二者衔接不紧、相互促进欠佳，不利于达成教学目标。
1.2 学习方式单一，效率不高，实践创新训练不足
传统培养过程是“理论在教室，实践在实验室，学习在宿舍”。学习方式单一，课后学习以理论为主，学生有创新灵感和实验需求时，常受限于实验室条件而难以开展，导致实践和创新训练不足。
1.3 师生互动单一，缺乏了解，不利于因材施教和教学相长
传统课堂教学通常是信息单向传递，教师难于把握学生掌握情况；实验内容往往不够灵活，不能兼顾学生的不同需求，难于因材施教；实验过程中出现的问题也相对固定，对指导教师个人能力要求小，不利于教学相长。
1.4 考核方式单一，结果不够精准，难于实施持续改进
多数专业课程传统考核方式仍是采用试卷考试的形式，考核结果难以充分反映学生知识掌握情况和能力训练效果，也难以全面反映学生解决复杂工程问题的能力，不利于持续改进。
2 基于口袋实验室的课程教学模式
2.1 “三化”并举推进教学方式和考核方式的改革创新
口袋实验设备具有便携、价格低廉、功能丰富等特性，可为每位学生配备，实施理论实践教学一体化、教学内容项目化和考核方式多元化，“三化”并举推进教学方式、教学内容和考核方式的改革。
（1）理论实践教学一体化。上课时，师生将便携式口袋实验室设备带进课堂，实施理论实践一体化教学。依据教学目标任务，在理论教学过程中即时开展实验，学生可以第一时间将理论学习与动手实践同步，让抽象的理论知识更加具体，一方面可以帮助学生加深理论知识的理解和掌握，另一方面也能充分活跃课堂氛围，提升学生学习积极性。例如，数字电路课程可以将“小脚丫”口袋型 FPGA 开发板或 Diligent 公司 Xilinx BASYS3 FPGA 实验板带进课堂，实时验证数字逻辑的设计 [2]；模拟电子技术课程也可以利用 Analog Discovery 2 口袋分析仪或 ADI 公司的 ADALM2000，搭配面包板和简单元器件构成便携实验系统，在课堂中师生就可对各种模拟电路进行实验分析 [3]。课后，学生可以利用便携式口袋实验设备在宿舍、教室和图书馆等场所开展实验，随时随地将所学理论知识进行实验验证，达到理实衔接、相互促进的目的。此外，可将部分传统书面作业调整为创新实验项目或研究课题，通过实践训练促进学生学以致用，开拓学生思维、提升实践能力、激发创新潜能。
（2）教学内容项目化。借助口袋实验设备，实施教学内容项目化，按照教学大纲要求将教学内容和知识点进行细化分解，重新整合成若干可以在口袋实验设备上进行实验验证或实际操作训练的实验项目，每个项目涉及若干知识点，对应于若干学习任务。在教学过程中，以完成实验项目为目标，将教师课堂讲授重点知识和学生课后自主完成学习任务相结合，在完成实验项目过程中，达成课程教学目标。项目化教学能激发学生学习主动性，强化理论知识理解，提升实践动手能力。此外，项目化教学还有助于促进个性化培养，根据学生对知识点掌握程度，基于口袋实验设备设置适应不同能力要求的项目任务，进而构建一个层次递进的能力培养体系，逐步提升学生实践创新能力。单片机原理及应用、可编程逻辑器件、嵌入式系统设计等课程均可以选择特定的口袋实验设备实施项目化教学 [4-6]。
（3）考核方式多元化。借助口袋实验设备，实施多元化考核，通过对学习过程和学习效果全面跟踪，实现课程目标达成度的综合评价。改革课堂提问、书面作业和考试等传统考核方式，基于课堂、课后以及学期结束等阶段学生在口袋实验设备上开展实践项目的完成度、复杂度和创新度等指标，以及考虑学生作为项目组成员在项目实施过程中的参与度和贡献度等多个维度，进行全过程、多元化考核与评价。借助多元化考核方式，提升教学效果评价的全面性和准确性，并可根据项目实施效果进行理论学习内容和实践项目的个性化推荐，以及教学方法的持续改进，从而实现因材施教和学生个性化培养。
2.2 通过“三个结合”促进条件建设和学习方式的改革创新
借助自制或精选的口袋实验设备，配合网络教学资源，将线上理论学习和线下实践训练相结合，将实践创新课内与课外相结合，通过“三个结合”促进条件建设和学习方式的改革。
（1）便携口袋实验设备的精选与自制相结合。近几年，基于口袋实验室的教学模式受到越来越多高校的关注和采用，众多企业也推出各类便携式口袋实验设备。这些便携设备包括各类开发套件，如树莓派、“小脚丫”、 Arduino 开发套件、 Xilinx BASYS3 FPGA、 TI LaunchPad 口 袋 实验平台、 Pocketlab 便携硬件实验平台 [7] 等；也包括各类便携式口袋实验仪器，如美国国家仪器数据采集卡 NI MyDAQ、 Diligent 公司 AnalogDiscovery 2、 ADI 公司 ADALM2000 等。这些便携式仪器配合适当的外围电路可以服务于多门课程的教学改革。专业教师可以依据经费状况、教学需要等因素选择企业开发的口袋实验设备。此外，教师也可结合课程特点，自行开发便携式设备和教学资源 [8]，根据教学目标设计不同实验项目，进行基础训练和开展综合创新，满足不同层次学生的实践需求。学生可将设备使用过程中产生的创新思路或设计灵感反馈给教师；教师不断更新和优化设备功能，有助于课程持续改进。例如，笔者所在教学团队针对嵌入式系统设计课程教学需要，以核心教学内容为基础自行设计便携设备，并编写配套教材。开发的便携设备采用开源 NanoPi 核心板，设计了具备各种常用外设的底板，采用嵌入式 Linux C 编程，完成各种外设硬件电路的驱动实验，将嵌入式系统原理、技术和设计方法的教学以及学生实践能力培养贯穿于便携设备中。
（2）实践创新课内与课外相结合。借助口袋实验设备，可以将理论教学、实践教学和课后学习有机结合起来，形成相互促进的有机整体 [9]。在理论教学过程中，实施理论实践教学一体化，实验验证贯穿理论教学环节，解决传统验证性实验必须在实践教学环节才能开展的问题。实践教学环节，改变单一、统一的实验方式，减少验证性实验内容，增加设计性和综合性实验项目，布置难度较高的实验项目和创新要求让学生自行探索，提升学生创新能力。课后学习环节，学生可以随时随地开展实验，也可利用口袋实验设备解决身边的应用问题，培养学习兴趣。组织学生成立兴趣组并申报大学生创新计划项目，选拔能力强的学生参加相关学科竞赛，促进团队协作，实施即时创新，激发探索精神 [10]。
（3）学习方式线上与线下相结合。将“互联网 +” [11] 与口袋实验室的教学模式相互融合，通过线上理论学习与线下实践训练相结合提升学习效果。在教学过程中，引入爱课程、中国大学 MOOC 等平台的优质教学资源，也可根据教学需求自制线上教学资源。学生可以自主开展理论学习，并配合口袋实验设备随时随地开展实践训练，实现理论和实践的双元泛在学习，促进学以致用。基于互联网实施学习过程跟踪和理论学习效果评价，借助口袋实验设备开展实践能力综合评价，有助于提升教学效果评价的全面性和准确性 [12]。
2.3 落实“三个全面”支持支撑教学内容和教学过程的改革创新
构建全面贯通课程体系，将便携实验设备相关教学资源全面开放，推进教学过程的全面互动，落实“三个全面”的教学内容和教学过程的改革创新。
（1）课程体系全面贯通。教学过程中，多门课程可以使用相同的便携设备，因此以口袋实验设备为纽带，可以将多门课程关联起来。例如，笔者所在专业设计了一款 51 系列单片机开发板，在大学一年级电子工艺实习课程中就将电路板和配套元器件发给学生，由学生焊接、装配和调试，形成自制口袋实验设备，在后续单片机原理与应用课程以及课程设计中还可继续使用此设备。学生也可将该设备用于综合课程设计、创新训练、学科竞赛和毕业设计等环节 [13]。这样既能锻炼学生装配工艺和调试能力，也能尽早激发学生创新探索的激情，还能在课程后续学习和实践创新过程中继续使用，从而可以将课程体系贯通起来。再如，借助 Xilinx BASYS3 FPGA 开发板，可以将数字电路、 EDA 技术、电子系统综合设计、毕业设计等课程贯通起来。因此，利用口袋实验设备构建理实一体化课程群，再借助综合实践课程或实践训练项目建立课程群之间的联系，从而实现课程体系的全面贯通。
（2）教学资源全面开放。口袋实验设备和相关教学资源的全面开放是开展教学模式改革的重要保障。各专业课程组可通过精心选择或自制合适的口袋实验设备，以发放、学生借用等形式面向学生开放，为学生自主实践提供硬件条件。笔者所在单位创新口袋实验设备管理模式，借鉴自助借阅图书理念，建成口袋实验设备自助借用柜——“金科板易取”，学生可以通过手机扫描二维码等形式自助借用便携实验设备。设备相关技术文档和各种项目化教学案例等教学资料，借助网络平台面向学生开放 [14]。为了保障自主实践和创新方式多样性，课程组也可以基于课程内容和设备功能提供开放实践项目、教师科研项目和各类竞赛供学生自主选择，实现教学资源的全面开放。
（3）教学过程全面互动。在课堂教学过程中，借助便携设备“教、学、做”交替开展，学生全面融入课堂，教师依据“做”的效果，适时调整教学内容和教学方法，活跃课程氛围，提升教学效果。教师可围绕口袋设备布置创新实践项目，并要求学生定期展示实践创新成果，在创新成果展示和答辩过程中，把以往沉默单向的课堂变成展示自信、启迪创新的场所，从而提高教学过程的互动性。此外，基于互联网环境的互动便捷性和口袋实验室的即时实验性，可以实现课堂与课后、师生之间、学生之间的全面互动，实现对学生学习动力的有效激励；可以促使教师自我提升，以匹配互联网环境下学生求知广度和深度的需求，从而实现教学相长 [15]。
3 教学实践的保障措施
3.1 建立激励机制，调动师生积极性
激励专业教师积极参与教学改革，在教改项目立项、工作量认定、经费资助、设备供给、评价考核等方面给予充分支持。设立与人才培养模式创新相适应的学生考核和评价机制，将学生参与教学改革的积极性作为评价的依据之一。
3.2 构建课程体系，明确操作规范
根据专业课程特点，确定适合实施教学模式改革的课程体系。建立课程组，并由课程组共同实施教学内容、教学方法和考核方式改革，完成相关教学资源建设，形成规范化的操作流程和管理机制。
3.3 构建与教学改革相适应的实验条件
围绕口袋实验室设备配置、自制、使用和管理开展实验条件建设。强化经费保障，资助设备自制，按照学生规模配置和协调设备资源。建立完善的设备管理制度、借用设施和安全操作规程，营造良好的实验环境。
3.4 组织学科竞赛，营造良好创新氛围
以各类学科竞赛为抓手，营造良好的创新氛围。组织课程创新比赛、各级科技创新竞赛，组织学生参加全国、省市级创新大赛，开展专题讲座与报告会，激发学生利用口袋实验室设备开展实践创新的兴趣。
4 结 语
电子信息类专业利用口袋实验设备开展课程教学模式改革具有重要的现实意义。近 3 年的实践结果表明，基于口袋实验室的教学探索，形成了深受学生欢迎的一流教学活动，积累了丰富教学资源，促成了一系列教改项目；学生实践和创新能力明显提升，各类学科竞赛成果丰硕；教师教学能力和水平明显增强，参加各类教学竞赛成绩显著。下一步，笔者将融合“互联网 + 教育”理念与基于口袋实验室教学模式的优势，进一步探索课程建设方法，开发特色教学案例和教学资源，不断提升学生实践能力和创新精神。
参考文献：
[1] 侯长波, 王晓迪, 胡乃志, 等. 全开放口袋实验室共享平台建设与实践[J]. 实验室研究与探索, 2016, 35(12): 277-280.
[2] 吴苏, 马知远, 周达华. 基于口袋实验室的数字电路课程教学模式改革与实践[J]. 大学教育, 2020 (9): 102-104.
[3] 张涛, 黄大刚, 包秀娟, 等. Analog Discovery 2在模拟电子技术实验案例中的应用[J]. 实验技术与管理, 2020, 37(7): 176-179.
[4] 苗曙光, 李峥, 方振国, 等. 基于口袋实验室的单片机实验教学改革研究[J]. 赤峰学院学报(自然科学版), 2020, 36 (8): 101-104.
[5] 丁家峰, 李新梅, 孙克辉, 等.“EDA技术与应用”课程教学改革与创新[J]. 电气电子教学学报, 2017, 39(6): 47-49, 59.
[6] 漆强, 刘爽. 基于嵌入式系统的口袋实验室设计[J]. 实验技术与管理, 2015, 32 (12): 105-110.
[7] 王蓉, 王欢, 冯军, 等. 基于PocketLab®口袋实验室的“电子线路”实验改革[J]. 电气电子教学学报, 2018, 40(5): 115-117.
[8] 张凡, 黄浩, 朱铁柱. 基于FPGA的口袋实验装置示波器设计[J]. 电子设计工程, 2021, 29(13): 174-179.
[9] 陈洁, 仲雪飞, 杨兰兰, 等. 基于口袋实验室的实践教学模式改革探索[J]. 电气电子教学学报, 2019, 41(2): 89-92.
[10] 谭贵生, 石宜金, 冯微玮, 等. 独立院校口袋实验室建设与教学改革[J]. 高教学刊, 2020(33): 153-156.
[11] 韩筠. “互联网+”时代教与学的新发展[J]. 中国大学教学, 2019(12): 4-7.
[12] 曹文, 姜书艳, 王银玲, 等.“双实一虚”数电实验运行与人才培养模式[J]. 实验技术与管理, 2020, 37(3): 207-211.
[13] 石飞, 陈娟, 王建英,等. 口袋式单片机实验系统研制与应用[J]. 实验技术与管理, 2019, 36(4): 92-95.
[14] 张东艳. 高校实验室设备管理系统的设计与开发[J]. 信息技术与信息化, 2021(1): 86-90
[15] 田媛, 席玉婷. 高校混合课堂教学模式的应用研究[J]. 中国大学教学, 2020(8): 78-86, 96.
基金项目： 江苏省高等教育教改研究立项课题（2019JSJG622，2019JSJG054）；2018 年江苏省教育科学“十三五”规划重点资助课题（B-a/2018/01/39）；金陵科技学院 2019 年校级教育教改研究课题（JYJG2019-2）。
第一作者简介： 陈正宇，男，金陵科技学院教授，研究方为物联网、人工智能， zych@jit.edu.cn。
引文格式：陈正宇，姜志鹏，胡国兵. 基于口袋实验室的电子信息类专业课程教学[J].计算机教育,2022(10):179-182.
转自：“计算机教育”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
