首页 -> 2008年第6期
电子信息类专业实验教学模式的改革
作者：童 玲 王厚军
关键词：电子信息；实验教学模式；远程网络实验
一、电子信息类专业实验教学改革的迫切性
据统计，仅1999—2003年高校扩招人数已翻了一番多，其中50％的扩招集中在电子信息类专业，包括电子信息工程、通信、信息与计算机科学、自动化、测控等专业。涉及的相关产业未来的发展重点是电子信息产品制造业、软件产业和集成电路等；新兴通信业务如数据通信、多媒体、互联网、电话信息服务、手机短信等业务也将迅速扩展；仪器仪表制造业如测控仪器仪表制造，星、机、车载仪器仪表；控制系统和控制装备等等。上述产业要求技术人才具有很强的创新能力和实践能力，如能进行电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成；应用先进的技术进行新产品的研究和开发；排除技术故障、设备调试和顾客服务、硬件和软件安装以及配置更新和系统操作、监视与维修等。社会各行业的需要对电子信息类人才培养提出了更高的要求：不仅拥有扎实的基础、宽广的知识面，同时拥有很强的实践动手能力和创新意识与创新能力。因此，全国各高校都提出了创新能力培养的新目标。作为工科性专业，创新能力的培养毫无疑问是以完善的、高水平的实验培养体系为重要支撑的。电子信息类专业实验培养体系包含实验课程框架、实验课程内容以及高水平信息技术支持下的实验硬件平台。
目前全国轰轰烈烈开展的实验教学改革研究纷纷把设计性、创新性实验项目的凝练作为主要目标，把教学形式作为改革的体现。主要表现在对课程体系进行重组优化，更新教学内容、教学方法和教学手段，突出实验教学的系统性、综合性和整体性。把常规教学与强化训练相结合、课内教学与课外实践相结合。在常规的课内教学中，将实验教学内容分为基础验证性实验、综合设计性实验两大部分。将学生实践能力从验证课堂教学内容，提升到自我设计内容、集成实验系统、制造(部分)和调试实验设备、实现实验目的等高层次实验能力培养。此外针对全国、各省市、各高校举办的各类设计大赛，如电子设计大赛、Freescale大赛、嵌入式设计大赛等，对参赛学生实行集中强化培训，大幅度地提高学生的实践动手能力和临场应变能力，使得学生能在出校门以前就经历完整的系统研发能力培训。但是任何实验课程改革都离不开高水平实验硬件平台，这要求雄厚的教育财力的支撑。尽管近年来我国国民经济进入了高速发展的阶段，GDP年均增长达两位数，然而我们毕竟是发展中国家，发展基础低，能投入教育的经费有限，在有限的经费中还要优先保证基础教育。因此要求国家大量投入高等教育的实验平台建设是不现实的。
另一方面，近十年来高等教育规模快速的发展直接造成了各类高等教育，特别是电子信息类专业的教育资源匮乏，尤以投入相对要求较大的实验教学条件的匮乏更为突出，已经成为提高人才培养质量的瓶颈。其中核心问题是传统的电子信息类专业实验模式对实验设备、场地等资源的要求非常高，各高校在该方面的投入很难跟上该类专业发展的速度，因此该类专业实验教学模式改革的迫切性非常突出。
二、实验教学模式改革的时代背景和技术支撑
进入21世纪后，我国信息技术迅猛发展，特别是通信基础设施已经形成了末端达到乡、村级的完善的网络系统。在北京、上海、广州形成了三个国际出口节点；在成都、西安、武汉、沈阳、南京等城市形成了大区级通讯网络节点，具备Tbps级的通信能力；在省会城市形成省(区)级通信枢纽。同时北京、上海、广州三城市的互联网普及率接近50％，大区级网络节点城市的互联网普及率也在20％左右。而处于技术前沿的高等院校，互联网普及率更是高达100％，特别是某些高校已经具备了宽带无线上网的条件，即用户可以在校园区域内任何一个地点随时上网。
在元器件、材料业，特别是集成电路业快速发展的支撑下，计算机制造业也进入飞速发展的阶段。计算机性能每2～3年就上一个台阶，同时制造成本大幅度下降。现在一台中等性能台式计算机的售价仅2000-3000元，笔记本电脑降到了5 000元以下。因此目前我国大多数高校的实验室都配备了计算机，计算机在学生中的普及率也极高。
此外在单片计算机、嵌入式计算机、DSP等技术广泛普及的同时，各种智能仪器、设备蓬勃发展。目前各仪器、设备制造商的产品，特别是电子类产品大多数具备接口功能，能通过总线用计算机进行控制。20世纪90年代，在美国NI、Agilent等大型仪器制造商的促进下，已掀起远程控制测试的风潮。例如NI利用其开发的Labview软件平台，通过各种总线和接口卡实现了仪器的远程操作，亦即仪器行业中非常流行的“虚拟仪器”；Agilent公司设在美国本部的技术服务中心利用“虚拟仪器”，通过互联网络承担了世界范围内的售后服务。
在现代信息技术高速发展的背景下，综合自动测试技术、计算机技术和互联网技术实现电子类实验模式的改革时机和条件已经成熟，可实现以小成本、小投入完成大面积学生实践能力培养的目的。同时还可以改革传统的教学过程、教学管理、教学评估等模式，实现整个教学的自动化、信息化，减少了培养成本，增强了培养效果。
三、改革的具体做法
从1995年始，作为国内唯一一所以电子信息为主要培养方向的“985工程”大学——电子科技大学率先对电子实验类专业的实践教学模式改革进行了一系列的研究和探索。通过大量调研和认真分析发现，目前电子信息类专业实践教学建设的最大问题为：(1)实验设备，特别是电子测试设备昂贵，更新速度极快，难以普及，硬件条件很难满足教学需求。(2)以每门课为对象建立的实验环境不能适应专业发展现状，导致各课程间内容重复，设备共享差。(3)设备自动化程度差，实验场地和设备利用率极低。针对上述问题，我们通过教育部、四川省等各方面设立的一系列的教学研究和改革项目，如教育部“新世纪高等教育教学改革工程”项目“虚拟电子技术实验教学环境建设与实践教学方式改革的研究与实践”、电子科技大学“211工程”建设项目“现代测试技术实验基地建设”等，全面开展了电子信息类专业实践教学模式改革的研究。研究内容包含：(1)建立以现代电子技术和网络技术为基础的全新的电子实验模式——以计算机实时控制、多设备构成电子系统、网络化实验指导和管理、现场和远程实时互动的实验模式来改进传统的手动、单一设备(或少量设备)系统、现场的实验模式，并研制了全套的技术和管理软件以实现新的教学模式。(2)建立新的实验模式技术支撑平台——通过将自动测试技术、虚拟电子技术和计算机网络技术三者融合，并综合电子信息类专业基础课程的实验需求，建立了一种基于网络环境的、面向多门电子信息类专业共性基础课程的综合实验平台。实验平台的内容主要包括：第一，综合电子信息类专业多门基础课程如“电路分析”、“信号系统”、“模拟电路”、“微机原理及接口技术”、“数字电路”、“电子测量原理”、“非电检测”等课程实验的共性需求，充分考虑到通用型、共享性、低成本等因素，研制了一套综合电子设备；第二，利用自动测试技术，将各种测试仪器设备(包括整机、模块和板卡)综合成测试系统，为高度共享的、计算机控制的远程化网络实验奠定了技术基础；第三，利用虚拟仪器实现了基于计算机实时控制的、用Labview软件再现实验场景的、面向多种课程的实验环境：第四，利用各种仪器总线、计算机和互联网技术建立分布式远程实时互动实验教学网络。
新型实验模式的构建纽带是实验软件平台的建设。在大量科研成果的支撑下，通过体现实验指导、管理与实施的软件实现了一种新的实验模式。该平台使实验教学通过网络在计算机终端上实施。教师通过实验室内设置的服务器指导学生实验，包括实验安排、答疑、实验过程控制、实验报告评阅以及存档等；学生通过计算机终端完成实验，包括实验申请、实验系统设置、实验装备的实际操作、实验数据处理、报告编写和提交、成绩查阅等。所有过程既可以实验室现场进行，也可以通过互联网远程实现。同时由于仪器设备的控制由计算机统一分配，而学生实际操作设备的时间远少于实验时间，因此实现了以少量设备承担大量学生同时上实验课的效果。此套装备在实际运行中，曾经用两套设备同时提供给80多学生上实验课，而没有在操作终端出现排队等待的现象。
此套实验技术应用在国家、省级精品课程建设中，如“电子测量原理”、“自动测试系统”等，使得这些课程成为国内精品课程中少数可以真正实现远程实时互动操作实验系统的课程。
[责任编辑 余大品]