增量式專業(yè)綜合實驗設(shè)計分析

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1實驗內(nèi)容設(shè)計

在實驗內(nèi)容設(shè)計上，通過對相關(guān)專業(yè)內(nèi)容進行梳理和采用平臺化思想，設(shè)計了一組具有層次性的實驗，其中包括5個基本實驗和1個開放式綜合實驗。6個子實驗是層次遞進的關(guān)系，學(xué)生完成當(dāng)次實驗后通過預(yù)習(xí)下次實驗準(zhǔn)備內(nèi)容，可以很好地將前一次實驗學(xué)習(xí)掌握的內(nèi)容與新的內(nèi)容有機結(jié)合，并通過可觀可感的現(xiàn)象提高學(xué)生參與及交互的興趣。基本實驗有I／O控制、外部按鍵中斷、定時器、LCD顯示、多任務(wù)調(diào)度。綜合實驗是一個開放性實驗，學(xué)生預(yù)習(xí)ADC及其他相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合前5個實驗，依靠提供的資源完成具有一定功能和趣味性的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，如俄羅斯方塊游戲、彈球游戲、電壓表等?；緦嶒灪烷_放式綜合實驗將增量式專業(yè)綜合實驗設(shè)計分為2個層次：第一個層次是通過一系列依次遞進的子實驗使學(xué)生對專業(yè)知識的實踐工程應(yīng)用有感性認(rèn)識；第二個層次是在第一個層次基礎(chǔ)上專業(yè)知識的綜合運用，包括方案設(shè)計與論證、系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試、功能測試與設(shè)計總結(jié)等過程。在實驗內(nèi)容推進上需要重視實驗前講課內(nèi)容（包括知識講解、方法引導(dǎo)、背景解釋等）、實驗中的引導(dǎo)和實驗后的總結(jié)。實驗前的講課內(nèi)容主要在于梳理專業(yè)知識，為學(xué)生利用理論知識開展工程實踐建立一個感性認(rèn)識，為后續(xù)實驗的展開奠定良好基礎(chǔ)；實驗中需要根據(jù)學(xué)生實驗開展的情況及時加以指導(dǎo)，并在一些開放性環(huán)節(jié)進行必要引導(dǎo)，從而做到“開放”而不“放任”；實驗后的總結(jié)不僅是一份報告，一個成績，而且是通過演講交流等形式讓學(xué)生的經(jīng)驗流動起來；不局限實驗本身，鼓勵學(xué)生進行拓展，在其他領(lǐng)域運用實驗中學(xué)到方法與技能。

（1）從學(xué)生的興趣點切入。以介紹系統(tǒng)設(shè)計為例，通過手機這一常見并與學(xué)生生活息息相關(guān)的嵌入式設(shè)備切入，通過分析其組成部分得到嵌入式系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)，從而通過學(xué)生興趣點引入實驗前的講課內(nèi)容。

（2）通過對比分析強化學(xué)生專業(yè)知識。以器件選型為例，通過嵌入式微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)與嵌入式微控制器的對比，得出2種系統(tǒng)在應(yīng)用中各自的優(yōu)勢與不足，從而強化學(xué)生相關(guān)概念、定義以及系統(tǒng)構(gòu)成等專業(yè)知識。213譚大為，等：增量式專業(yè)綜合實驗設(shè)計

（3）對一些關(guān)鍵實驗現(xiàn)象及時加以形象化說明解釋。學(xué)生在實驗過程中會遇到一些實驗現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在書本中已有解釋，但這些解釋可能比較抽象而難以讓學(xué)生形成直觀認(rèn)識，因此，可以結(jié)合實驗條件和實驗進度進行形象化說明解釋。以電源為例，在課前講解嵌入式微處理器構(gòu)成系統(tǒng)與嵌入式微控制器的對比時均有涉及（分別表述為“電源模塊”和“電源管理”），但并沒有就此展開，因此，在實驗過程中結(jié)合開關(guān)電源和線性電源電路組成進行形象化解釋，促進學(xué)生對于實驗原理的理解。

（4）通過實驗現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生思考。學(xué)生在專業(yè)知識學(xué)習(xí)中已經(jīng)了解“開關(guān)電源效率高，但輸出紋波大；線性電源效率低，但輸出紋波小”這樣一個定性的結(jié)論，在實驗過程中可以讓學(xué)生通過用手指觸摸開關(guān)電源芯片和線性電源芯片的非金屬部分（注意安全），根據(jù)手指的溫度感受對開關(guān)電源和線性電源的不同工作原理產(chǎn)生的實際現(xiàn)象（熱的程度）有感性認(rèn)識，進而引導(dǎo)學(xué)生思考如何在工程實踐中結(jié)合開關(guān)電源和線性電源的優(yōu)勢構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理的二次電源。

2實施效果

增量式專業(yè)綜合實驗2012年秋季學(xué)期在我校電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)3個本科專業(yè)開始實施，目前已運行2屆，每屆160人。自實施以來，取得了良好的效果，學(xué)生在專業(yè)知識的理解、獨立思考與分析、獨立解決問題、知識自主獲取、嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)術(shù)作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度等方面都得到了很好的培養(yǎng)與鍛煉，同時有的學(xué)生將專業(yè)綜合實驗中內(nèi)容加以拓展和延伸，結(jié)合自身的理解與靈感進行創(chuàng)新，在全國大學(xué)生電子競賽、全國信息安全競賽、全國嵌入式專題邀請賽、北航馮如杯等各級競賽中取得優(yōu)異的成績。實施過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題也不斷得到優(yōu)化和解決，從而形成實施與反饋的良性循環(huán)與互動。

3結(jié)束語

本文針對增量式專業(yè)綜合實驗設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容進行了闡述，就實驗設(shè)計思路與目標(biāo)、實驗內(nèi)容與實施、實驗效果與反饋等問題進行了說明，探討專業(yè)綜合實驗實踐過程中，通過“興趣牽引，任務(wù)驅(qū)動，現(xiàn)象啟發(fā)引導(dǎo)”指導(dǎo)原則，學(xué)生實現(xiàn)“被教學(xué)”到“主動學(xué)”，教師實現(xiàn)“少講少做”、“少指導(dǎo)多引導(dǎo)”、“少講授多啟發(fā)”的新型實驗教學(xué)互動關(guān)系的形成，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，增強學(xué)生對于專業(yè)知識的理解領(lǐng)悟，為學(xué)生未來研究性、探究性學(xué)習(xí)和可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

作者：譚大為 孫超 王俊 馮文全 單位：北京航空航天大學(xué)