仿真软件与电子技术实验教学改革.doc

资源描述

仿真软件与电子技术实验教学改革摘要：本文对电子技术实验教学中出现的问题进行了分析，提出了把仿真软件的运用增加到实验教学中的观点，并介绍了仿真软件Multisim的功能和特点，以及在电子技术实验教学中的应用。 　　关键词：实验教学改革；电子技术；Multisim 　　　　 　　1引言 　　 　　电子技术是工科电子类专业和计算机专业的专业基础课，教学质量的优劣直接影响到该专业后续课程的学习。该课程分为模拟与数字两部分，在教学中有相当难度。一方面由于这门课的内容广泛，涉及了众多的原理电路和应用电路，学生在学习中需要很长时间来消化；另一方面由于电子技术的实践性较强，必须用大量的实验来辅助和加深理论学习。 　　为解决第一方面的问题，近年来许多高校在电子课程的教学中应用了多媒体技术，并且形成一种趋势，各校多媒体教学课件的水平也在不断提高。使用多媒体课件不仅可以节省大量板书电路图的时间，而且动画的适当应用也使得教学内容更加生动形象，这对于学生理解理论知识有很大的帮助，课堂教学取得了不错的效果。但对于第二方面，限于实验学时的分配与实验室硬件资源的配置，一直没有很好的解决办法。 　　以往的电子实验教学方法是在课堂教学后进入实验室对若干个电路进行验证，由于实验室不可能同时容纳所有学生，大部分学生要等待较长的时间才能对所学电路进行实验，在等待的过程中容易产生理论与实验相脱节的现象。即使有少数学生能够在课堂学习之后马上进入实验室，刚刚从课堂听来的知识也还没能全面系统地吸收消化，仍然处于一种似懂非懂的状态中，面对实验设备无从下手，实验的效果并不好。 　　其次，大多数电子技术实验室都存在严重的元器件品种和数量不足，以及实验仪器、电路板陈旧老化的问题。受到这些硬件条件的影响，电子实验开设的学时较少，实验内容局限在一定范围内并且多属验证性实验。而电子技术这门课的要求是学生能够熟悉大量的原理电路并对简单的应用电路具有分析和设计能力，教学资源与教学目标两者之间形成巨大的落差。学生只能在有限的条件下进行指定的实验项目，不能充分展开设计思想，大量的电路也不可能在有限的实验学时中一一进行验证，这在很大程度上影响了学生的学习效果和学习热情。许多教师曾经抱怨学生对实验环节不够重视，我认为这种现象实在不能归咎于学生。 　　在这种情况下，教师可以尽量开辟渠道，使学生接触更新颖的实验方法，在有限的学时内提高实验的效率，同时提高学生的分析与设计能力。在实验教学中使用电子线路设计和仿真软件Multisim就是一种很好的尝试。 　　 　　2仿真软件Multisim 　　 　　EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies公司(简称IIT公司)推出的专门用于电子线路设计和仿真的工具软件。20世纪80年代推出的EWB 5.0版本，以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，于20世纪90年代在我国得到迅速推广，受到电子行业技术人员的青睐。跨入21世纪初，IIT公司在保留原版本优点的基础上，增加了更多功能，特别是改进了EWB 5.0软件虚拟仪器调用有数量限制的缺陷，推出了EWB 6.0版本，并取名Multisim，意为多重仿真或万能仿真，也就是Multisim 2001版本，2003年又升级为Multisim 7.0版本。Multisim 7.0功能相当强大，它有十分丰富的电子元器件库，可供用户调用组建仿真电路进行实验；它提供18种基本分析方法，可供用户对电子电路进行各种性能分析；它还有多达17台虚拟仪器仪表和一个实时测量探针，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。Multisim 7.0已经相当成熟和稳定，是IIT公司在电子仿真软件领域中的一个里程碑。以后IIT公司又相继推出Multisim 8.0、8.3.30等版本，2005年以后，加拿大IIT公司已经隶属于美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI公司)。美国NI公司于2006年初首次推出Multisim 9.0版本，该版本的界面、元件调用方式、搭建电路、虚拟仿真、电路基本分析方法等还是沿袭了之前各版本的优良传统，软件的内容和功能又取得很大进步。比如元件工具条中增加了单片机和先进的三维外围设备。另外，Multisim 9.0基本界面右边的虚拟仪器工具条下方增加了4台LabVIEW采样仪器，分别是麦克风、播放器、信号发生器和信号分析仪。2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim 10版本。 　　Multisim操作界面如下图所示，面对显示器如同在实验室面对着一个左面放着器件、右面放着仪表、中间放着实验面包板的工作台，常用元器件库有信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL数字集成电路库、CMOS数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件库、射频器件库、机电器件库等，可供用户调用组建电路进行实验；仪器仪表栏依次为数字万用表、函数发生器、瓦特表、双通道示波器、四通道示波器、波特图仪、频率计、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、IV分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器等，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。在仿真—分析菜单下，Multisim提供的基本分析功能如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、失真分析、噪声分析、直流扫描分析、参数扫描分析等等，可供用户对电子电路进行各种性能分析；不仅如此，Multisim的交互式仿真功能，可以在仿真的同时通过键盘简单地改变交互式元件的参数，立即就可以得到相应的仿真结果。可以说，在计算机上运行Multisim，就如同走进一个设备先进功能完善的电子实验室。 　　 　　 　　3在电子实验教学中运用Multisim 仿真技术的方法和优势 　　 　　Multisim可以实现仿真实验教学，在实验教学中引入Multisim等仿真技术既是教学内容与手段改革的必然趋势，也是学科建设和发展的迫切需要，但决不能忽视了硬件实验的重要性。只有在教学中将现代化手段与传统模式相结合，才可以帮助学生更快更好地掌握知识，进一步培养和提高学生综合实验和创新的能力。在电子实验教学中运用Multisim仿真技术的方法是让学生在正式实验之前，先在Multisim上模拟实验，然后再在真实实验设备上进行。这样既可以弥补学生实验学时的不足，又可以提高实验效果，对于培养学生的综合实践能力也是非常有益的。与传统的电子实验相比，这种方法具有如下优势。 　　(1) 经济优势 　　有些实验设备昂贵，特别是较为先进的实验设备，需 　　 　　要很大的资金投入，而且平时维护的工作量也比较大。Multisim仿真软件功能强大、动态逼真，它提供的最坏情况分析、温度扫描分析、噪声分析等功能是一般电子实验所不具备的。同时，使用Multisim在计算机上建立虚拟电子电路实验平台，实验中不会消耗元器件，弥补了传统实验元器件损耗大的缺陷，并省去大量的实验准备时间，降低了实验成本。更为重要的是仿真实验的引入突破了时间和空间的限制，使实验场地不再局限于传统意义的实验室，所有配备电脑的教室甚至学生寝室都可以用来进行实验，实现一机多用，一室多用，大大提高了实验设施的利用率。 (2) 提高实验学习效率 　　利用Multisim软件进行电子技术仿真实验，实验过程非常接近实际操作的效果。学生在这个虚拟的电子实验平台上练习之后，一些注意事项、实验原理、仪器使用方法等已经基本掌握，再到实验室进行实验时就可以很好地避免盲目操作，实验效率大大提高。使用Multisim仿真软件可以方便地建立各种所需电路，快速准确地对电路进行仿真分析。与传统实验过程相比较，节省了实际元器件安装调测的过程。而且Multisim能够进行交互式仿真，学生在实验过程中可以不断修改电路，同时观察仿真结果，发现错误可以立即更正，调试方便，不必重新搭建电路。 　　(3) 有助于学生创新能力的培养 　　在Multisim这个虚拟的电子实验平台上，学生可以根据兴趣自己选择实验内容，自行设计实验方案，自主地进行电路分析和设计；实验项目不再局限于实验教材，设计性实验的比例提高了，综合性、研究型实验逐渐进入学习范围。这种方式激发了学生自主学习的积极性，拓展了学生的思维发展空间，培养和提高了学生的综合实验能力。学生在进行仿真实验的过程中会遇到问题、分析问题、解决问题，最终积累经验，这就是一个自我学习的过程。学生有独立思考、自主探索的时间和空间，可以使学生深刻地掌握原理运用知识，还可以帮助他们把各个分离的知识点组合为一个整体。学生的独立思考能力、动手操作能力、分析问题能力、解决问题能力、创新能力也都会得到提高。 　　 　　4结束语 　　 　　在实验教学中使用电子线路设计和仿真软件Multisim，解决了学生理论学习与动手实验这两个环节之间的衔接问题；增加了实验的数量、扩展了实验的范围、加大了设计性实验的比例，能够引起学生的兴趣；同时可以在不增加硬件投入的情况下有效地缓解实验室资源的紧张。现今的工程设计人员在做设计时都是先用仿真软件模拟，然后再实践。因此以学生为起点，利用Multisim仿真软件做虚拟实验，使学生既掌握了一种新的电子电路设计软件，又掌握了一门新型的实验分析方法，在将来的就业竞争中具有一定的优势。 　　 　　参考文献 　　[1] 华成英,童诗白. 模拟电子技术基础(第四版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006. 　　[2] 韩力,吴海霞,齐春东. Electronics Workbench应用教程[M]. 北京:电子工业出版社,2006. 　　[3] 余群,舒华,陈新兵. MultiSim进行电子电路设计的教学研究[J]. 实验科学与技术,2007,(10). 　　Applied Multisim On Electronic Technology Experimental Teaching 　　Abstract: This paper analysis’s the problems of the electronic technology experimental teaching, suggests to take simulation software’s into the experimen 数字式恶性负载识别装置的研究 　　关键词:线性负载;非线性整流性负载;负载识别 摘要:根据学生公寓常用的负载特点,给出了一种由负载电流特性检测负载的类型及线性负载大小的识别方法。详细介绍了设计思想和具体的硬件电路及软件设计,并且针对实际问题给出了解决方法。 　　Digital Identification Device M alignant Load 　　Gao Kunsheng 　　(Harbin Institute of Automation Instrumentation ,HaErbin150020,China) 　　Abstract:According to the student apartments common load,it presents a test load by the load current characteristics of the type and size of the linear load identification method.Detail the design concept and the specific hardware and software design,and practical problems presented for solution. 　　Keywords:Linear rectifier;Non-linear rectifier load load;Load identification 　　在目前的国内大学里,随着教育改革的深入,许多高校都实行后勤管理社会化。与此同时,关于高校学生公寓火灾事故的报道也日趋增多。据相关数据表明,这类火灾大部分是由于学生违章使用热得快、电炉等大功率阻性负载造成的。因此在确保学生正常用电的前提下,限制热得快、电炉等大功率电器的使用是亟待解决的问题。数字型恶性负载识别器正是为解决此类问题而设计的,此产品通过对学生公寓房间供电回路的实时检测,实现了对热得快、电饭锅、电炉子等危险发热性电器的限制使用,而对计算机、电视机、充电器等不会带来危险的电器则不限制使用。 　　一、设计原理 　　(一)线性负载与非线性整流性负载 　　线性负载通常指的是纯电阻性负载。这类负载一般仅由电阻组成,不包含电容等元件,所以其输入电压波形与输入电流波形在形状上是一致的,区别仅在于二者的幅值不同,如图1a所示。 　　学生公寓允许使用的负载类型主要是非线性整流负载,如计算机、电视机、充电器等。即负载电路中一般有电容存在,这使得电源只有在高于电容电压时做功,导致输入电流发生畸变。所以对于这类设备来说,虽然输入的交流电压是正弦波形,但其输入交流电流,的波形却严重畸变,呈脉冲状,如图1b所示。如何在非线性整流负载的使用过程中检测出投入的阻性负载成了众多学者研究的课题。 　　(二)负载识别原理 　　图1a和图1b进行比较可以看出在电压过零点的一定角度内,非线性整流性负载的值要远远小于线性负载。因此我们可以通过对电压过零点后的一定角度做积分的方式来判别线性负载和非线性整流性负载。实际的学生公寓既有线性负载又有非线性整流负载,这使得用户电路或负载的输入电流呈混合波形。其叠加后的波形如图1c所示,阴影部分就是混合负载的电流波形。图中竖线左侧阴影部分的面积是负载电流从电压过零点开始到该位置的积分值,可以看出非线性负载该部分面积很小,而混合负载和线性负载的面积几乎相同,因此该区域电流的积分数值能反映学生公寓输入的混合负载中线性负载的成分。 　　二、硬件电路设计 　　根据以上分析可知,电路应该包括过零点检测电路、放大电路、电流积分电路、比较电路等,图2是硬件结构示意图。首先通过过零检测电路检测到电压的过零点,从电压过零点开始通过积分电路对电流信号进行积分,这里的电流信号是经过采样放大电路放大滤波处理的,积分的时间由延时斩波电路控制,即可以控制积分电路对一个周波内的多少角度进行积分。积分电路得到的值反映了线性负载的大小,即图1c竖线左侧阴影部分的面积。单片机对积分电路的输出值进行A/D转换,判断该值的大小,并对电路的波动进行记录,通过几个周波的判断,确定是否有非法负载加入电路,综合判断是否切断电源及断电模式,单片机还可以对特定线性负载进行标定,确定指定的可以使用的电器正常使用。继电器驱动电路部分,使用磁保持继电器和相应的驱动电路,它能带动更大功率负载,自身功耗小,确保系统动作时能可靠运行。 　　这里值得注意的是电流检测电阻的使用,一般都使用康铜丝,但是康铜丝在长时间使用时会被氧化,使电阻值发生变化,影响检测精度。我这里采用密闭式合金取样电阻,保证了对供电回路中用电器电流信号的采集精确度。 　　三、软件设计 　　单片机对积分电路的电压输出进行A/D转换,并判断是否超过标准电压值,确定是否有非法电路接入。如通过几个周波的判断确定有非法电路接入,那么再判断该非法电路是否进行了标定,如果标定了允许使用。否则驱动继电器断开电源进入延时程序之后接通电源,当多次断电之后,即非法电器一直在使用时,则永久断电需要手动通电。 　　这里软件可以根据检测到的积分值的变化律来自动调整延时斩波电路的延时时间,最终得到一个相对合理的积分宽度,确保积分值能反映线性电阻的大小。还可以通过软件设定标准电压值,它用来调整允许通过的线性负载的最大值。软件还提供一个人机交互接口可以对一些数值进行设定,如断电延时时间、断电次数、允许通过的线性电阻的最大值等。应实际需要还提供了特殊电器的标定功能,通过通断电的方式就可以标定特定的允许使用的线性电器。 　　四、应用效果 　　经过实际现场应用该产品能自动识别房间内的用电情况,控制热得快、电炉、电暖器、电饭煲、电热锅等大功率恶性负载的使用,在插上恶性负载后能在几秒内断电,拔除恶性负载后能立即自动恢复供电。对电脑、日光灯、充电器等日常用电不加限制,从而大大地降低了火灾的发生概率,起到了安全节能的作用!产品控制的型号有200瓦和300瓦选择,设定的功率是对线性负载的功率限制,对超过设定功率的电脑、电视、普通照明等不限制,从而有效的方便了大中院校和单位集体宿舍的管理,得到了一致好评。 　　参考文献 　　[1]张湘伟,骆少明.小波分析在测试信号分析中的应用[J].应用数学和力学,1998,3 　　[2]李昂.智能负载识别器的设计[J].微机与应用,2005,4:21-22 　　[3]郑宇,姚加飞.基于谐波分离的学生公寓负载特性识别[J].电子应用,2007,26,8 　　[5]张重,张道信,姜宝林.学生宿舍总线式限电计量计算机管理系统[J].吉林建筑工程学院学报,2001,2 摘要：建构主义学习理论揭示了学习活动的内在规律,是当前教学改革的重要理论依据之一。本文应用这一理论提出了网络课程交互性层次结构设计的构想，并进行了交互性四个层面的设计。本文最后介绍了基于交互性层次结构设计的网络课程实例。 　　中国分类号：G64文献标总值码：A 　　关键词 本文来自：计算机毕业网：建构主义；网络课程；交互式；层次结构 　　　　 　　Design on Layered Structures of Interactive Network Courses onConstructivism 　　Feng Xiao-ming 　　(Campus Network and Computer Center, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China) 　　Abstract: Constructivism study theory opened out the inbeing rules of study activities, and it is the one of important theories of teaching innovations now. This paper put forward the design idea of layered structures of interactive network courses based on constructivism, and designed 4 layers of interactions. This paper introduced an example of interactive network courses based on layered structure design in the end. 　　Key Words: Constructivism; Network Courses; Interaction; Layered Structures 　　 　　1引言 　　 　　随着计算机信息技术的不断进步，主要应用于现代远程教育的网络课程得到了长足的进步。高校日校教学中也在积极探索相关技能型课程的网络课程的应用[1]。与高校常规的教师面授课程相比，目前的网络课程大多只能起到辅助教学的作用，究其根本原因主要是缺少教师面授的情景和交互，从而影响了学习效果。要在网络课程中体现教师面授等情景实为一大难题，但交互性的加强在技术层面上应该是有所作为的。旨在加强网络课程交互功能的探索和实践已成为当前网络课程研发的一个热点[2][3][4][5][6]。本文的目的也是探索网络课程的交互性问题，有所不同的是引用一种新的理论即建构主义学习理论来探讨这一问题，试图能找到一个较好的解决方案。 　　建构主义学习理论[7]是一种新的认知理论，它阐释了知识的建构性原则，揭示了学习活动的内在规律，自上世纪九十年代传入国内以来，备受教育改革者的青睐。目前以建构主义学习理论为指导的相关教学研究已成为当前教育改革的一大亮点[8][9][10][11]。 　　 　　2建构主义的学习观 　　 　　建构主义学习理论认为，学习是知识的意义建构的过程，是学生自主的认识活动。意义建构是学生对外部知识进行吸收和处理后转换成自己的意义的过程。获得知识的多少取决于学生根据自身经验去建构有关知识的意义的能力，而不取决于学生记忆和背诵教师讲授知识的能力。因此，知识不是由教师传授的，而是由学生自己建构的，这种建构是不可能由他人来代替的。 　　建构主义学习理论还认为，学习也是学生与学习环境之间互动的过程。意义建构需要必要的学习氛围、学习资料和他人的帮助，学校、教材和教师对学生的意义建构有很大的促进作用。建构主义学习理论认为学习环境有四大要素，即情境、协作、会话和意义建构。其中意义建构是整个学习过程的最终目标，其余三大要素促进了意义建构目标的实现。因此，一个好的学习环境不但要有利于学生意义建构的情境，又要有协作和会话的氛围。 　　建构主义学习理论完整描述了学习活动的全貌，即知识是在一定的情景下，在教师和学习伙伴的帮助下，利用学习资料，通过意义建构方式获得的。建构主义学习理论的核心是强调学生是认知的主体，知识的意义建构要靠学生自身来完成。根据建构主义学习理论，我国学者把与之相适应的教学模式概括为[7]：“以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”。 　　 　　3基于建构主义的网络课程设计考虑 　　 　　根据建构主义学习理论，情景是学习环境的第一要素，而教师面授应该是最为重要的情景。网络课程的特点是支持个体异步学习，学习不受时空的限制，但没有教师的面授。由于目前网络课程的研发水平大多不高，又没有教师面授，学习效率和效果均差强人意。因此，网络课程目前普遍不被人们看好，这是网络课程面临的尴尬，也是制约其发展的瓶颈。建构主义学习理论的引入，为网络课程的发展指明了方向，即网络课程应注重学习环境的建设，在网络环境中创设有利于学生意义建构的情境、协作和会话。 　　建构主义学习环境要素之一的“情景”应是指教师面授的情景，实验的场景和学校的学习氛围等综合的学习情景。网络课程如要创设学校教学的现实情景，且让学生能感受到“身临其境”，这在目前的技术条件下还是一大难题。或者可以调整一下思路，网络环境中的网络课程即为一类新型的学习情景。学生既要适应传统的学校教学的情景，又要适应现代的电子化的学习情景，我们认为这是当前信息时代的基本要求。 　　“协作”和“会话”是建构主义学习环境的另两大要素。协作和会话是在学习群体内进行的，学习群体是这两大要素的组织基础。建构主义学习理论认为，学生知识的建构不仅依赖于自身原有的知识水平与经验，而且还在一定程度上取决于学习同伴之间及师生之间对知识的共同讨论与理解，即所谓的“协作学习”(Collaborative Learning)，或称为“协同学习”。目前网络课程研发所强调的“交互性”与建构主义的“协作”和“会话”两个要素同义，因此，网络课程的发展方向之一应是加强交互性。 　　 　　4网络课程交互性层次结构设计 　　 　　网络课程学习的特点是个体异步学习，没有教师的面授和群体学习环境。实践证明，在个体学习环境中的学生容易迷失方向，学习效率低下，如有教师的指导和学习同伴的帮助，学习效率和效果会大有长进。因此，网络课程不能没有教师，只是教师的角色转换成了网络课程的指导者和管理员。网络课程也不能没有学习群体，只是这一学习群体是以网络为媒介。据此，我们提出了网络课程交互性层次结构四层设计的构想。 　　(1) 第一层面，学生与视频课件的交互 　　学生与视频课件的交互处于网络课程交互性的最低层。目前网络课程的主讲课件以视频课件居多。视频课件的学习是网络课程学习的基本方式。视频课件的交互性主要体现在学生可以按需点播，自行掌控，不受时空的限制，教师面授时需要统一进度的问题在网络课程中不再存在。 　　网络课程的交互性还与界面设计有关。界面设计是一种电子情景的创设，其目的是营造愉悦的学习氛围和架设便捷的学习路径。所以，网络课程的界面设计应面向青年学生，艳丽、动感、欢快的界面比较符合年青人的审美情趣。为便于初学者操作，界面的层次不要太多，以三层为宜。 (2) 第二层面，学生与学习资源的交互 　　除了学习视频课件外，学生还应该研读其他的学习资料，如电子版教材、电子版教案，电子版参考书，等。学习资料不同，对同一知识点的阐述方式，深度和广度也会不同，知识点的不同演绎有利于学生的辨正思维，从而加速知识点的意义建构。目前高校图书馆的电子资料已很丰富，只需在网络课程上加上链接即可。 　　这一层面交互的另一内容是在线练习和在线测试。网络课程的练习和测试就教学方式而言与常规的学校教学没有区别，唯一不同的是练习和测试是否在线进行。 　　(3) 第三层面，师生之间的交互 　　网络课程的指导教师是不见面的教师，是处在后台的指导者与管理者。指导教师通过师生之间的交互来体现自身的作用与价值。 　　师生之间的交互方式有“群体交互”和“个体交互”之分。指导教师通过网络课程了解学生的登录情况(即学习时间)，在线练习和测试的情况，从而掌握学生群体的学习进度和普遍性的问题；指导教师通过网络课程的信息发布窗口或BBS课程专版发布相应的学习辅导意见，这种交互方式称之为“群体交互”。“个体交互”则主要利用Email系统，由学生通过Email求助，指导教师可通过Email或BBS课程专版进行答疑辅导。目前笔者所在高校的BBS发文权和Email账号均向学生免费开放，所以高校师生之间基于网络的交互通道已经畅通无阻。 　　(4) 第四层面，学习群体内的交互 　　网络课程的学习是基于计算机网络的，计算机网络的优势在于信息共享和支持协同工作。所以，学习群体内基于网络的交互或协同学习十分便捷。学生可自行组织诸如学习小组、讨论组等学习团体，借助MSN和QQ等视频交互平台进行交互，如条件具备，也可以将各自的计算机组成工作组后协同学习。 　　其实目前最为便捷实用的交互平台应是高校校园网的BBS系统。高校校园网经过十多年的发展，其BBS系统大都比较强壮。如笔者所在高校的BBS系统版面众多，人气旺盛，上网快速而且免费，因此深受广大青年学生的青睐。如在BBS系统上开设课程讨论专版，充分利用学校现有的信息基础设施资源，这应该是一个明智之举。指导教师在这一层面的角色应是课程讨论的组织者和指导者。课程讨论可以解决若干具体的学习问题，但更为重要的是能提高学生学习的积极性。所以，课程讨论广泛的参与性尤为重要，指导教师在这方面责无旁贷。 　　 　　5交互性层次结构设计的网络课程实例 　　 　　基于网络课程交互性层次结构设计的构想，笔者对“计算机应用基础”网络课程交互性的层次结构进行了设计探讨和实践。 　　5.1网络课程的功能设计 　　“计算机应用基础”网络课程的功能设计如图一所示。 　　图一中的“视频课件管理”处于交互性层次结构的第一层面，“电子教材资料”处于第二层面，“教学信息发布”、“学生登录管理”、“在线练习管理”和“在线测试管理”则处摘要：计算机学科是实践性极强的学科，地方教学型院校仅仅依靠对本科生开放有限的科研资源，远不能满足大量本科生各层次创新实践活动的需求。文章提出了一种有效的创新实践能力培养模式，即通过建设面向本科生的创新实践基地，以项目为载体、任务驱动，培育学生创新团队和指导教师团队，将创新实践活动融入到学生的日常学习生活中，以提高学生的实践能力和创新意识。 　　关键词：创新能力；任务驱动；创新团队；实践基地 　　　　　　 　　1引言 　　 　　地方教学型本科院校肩负着为国家培养大批具有创新能力、面向生产一线的应用型人才，这一层次所培养的大量工程师是国家的创新集体中一支十分重要的队伍。因此占高等学校大多数的地方教学型大学，如何实现培养具有创新意识、实践能力和工程素养的应用型人才，是提高我国高等教育总体水平的核心问题。 　　在多年的本科人才培养实践中，根据计算机学科特点，积极组织学生参加各类科技竞赛活动、参与教师科研等措施加强本科生实践创新训练。这种以点带动面的创新实践活动在激励、吸引学生主动实践，自主创新过程中起到了重要的作用。但与研究型大学比较，教学型本科院校科学研究资源相对较少，仅仅依靠有限的科研资源对本科生开放，远不能满足大量本科生各个层次创新实践活动的需求。代表着高水平的各类全国性科技竞赛中，教学型本科院校的学生也大多处于从属地位。而且创新竞赛活动本也有其局限性，一是参与面即受益面有限，二是阶段性即目标完成后告一段落。 　　因此，计算机学院在2002年启动了软件创新实践基地建设，探索实践适合校情和计算机学科特点的、课内与课外结合的学生创新实践活动的有效形式，取得了良好的效果。 　　 　　2基本思路 　　 　　组织本科生参加科技竞赛活动或参与教师科研，其特征是给出具有挑战性的问题和目标，要求以创新的思路和方法解决问题，饱含兴趣和个性，对学生实践能力和创新精神的培养具有催化剂作用。计算机学科本身是理论性和实践性并重的学科。计算机软件、应用项目的开发过程充满着智慧和创造性，组织学生参与有明确任务和目标的软件项目、应用项目可以起到同样的作用，并且具有将创新实践活动拓展到本科生人人参与的现实意义。 　　基于以上思考，形成了如下创新人才培养的改革思路： 　　(1) 以项目为载体，开展与课内教学紧密结合的创新实践活动； 　　(2) 组建学生创新实践团队和指导教师团队； 　　(3) 创建与课内教学和生产实际相融合的创新实践环境； 　　(4) 严谨治学，在实践过程中实现创新能力培养。 　　将课内课外相结合的创新实践活动作为实践教学环节的重要组成部分，形成本科生人人参与创新实践的氛围。 　　 　　3以项目为载体的创新能力培养模式 　　 　　在多年的探索实践中，根据教育教学的客观规律要求，分析研究计算机人才培养的教学特点，建设与课内教学和工程实际相融合的创新实践基地，将学生置于一个更真实的、富有实践机遇和挑战的实践环境中。以软件项目为载体，以任务为驱动，通过学会做事来学会学习、学会做人和学会沟通；通过做事培养学生的科学精神、人文精神和工程意识；通过做事实现创新和实践能力的培养。围绕计算机人才的创新能力培养、实践基地建设与运行管理、创新实践项目(课题)、学生创新团队、指导教师团队等方面系统地开展了许多开创性的工作，形成了独具特色的创新能力培养模式(图1)。 　　 　　3.1构建以项目为载体、任务为驱动的多层次创新实践模式，培养不同类型学生的创新能力 　　传统创新科技竞赛特点——给出具有挑战性的问题和目标，要求具有创新的思路和方法解决问题。计算机软件、应用项目的开发过程本身充满着智慧和创造性。选择规模适当、饱含兴趣的项目(课题)，以任务(目标)为驱动，将导师制、学生创新团队及工程实践相结合，组织学生开展创新实践训练，在做事过程中形成严谨治学精神，在做事的过程中培养学生的创新意识、实践能力及工程素养。 　　学生创新实践活动以项目(课题)形式开展，其特点是具有明确的目标、任务和阶段性成果要求。通过把创新实践项目与教学内容相结合、渐进性与模块性结合，可满足不同类型学生需求，保证个性与广泛参与，达到将创新实践融入到学生平常学习生活中的效果。创新实践项目分为以下三个层次： 　　(1) 以学生为主体的自主申报项目。这一层次学生参与面最广，主要培养学生发现问题、解决问题的基本实践能力和创新意识。如程序设计、实现能力，熟悉软件开发基本流程，应用科学研究工具、方法等。 　　(2) 参与教师科研课题、企业应用项目、实际工程项目。学生具备一定的科研及项目开发基本能力之后，根据具体的项目需要，经双向选择，学生参与到科研或实际项目中，进入实战训练阶段。由于有了软件创新实践基地良好的创新环境和浓厚的创新氛围，这个层次的参与学生人数一直呈不断上升的趋势。 　　(3) 参与各类竞赛活动和基金项目(如全国电子设计大赛、机器人大赛、创新基金等)。全国电子设计大赛等竞赛活动代表了一定范围的顶级水平，具有相当的挑战性和创新能力显示度，对学生的综合素质和实践创新能力有很高的要求。有了第一、二两个层次的创新能力和科研训练，各类学生科技活动有了坚实的基础。 　　3.2建设学生创新团队和指导教师团队，营造浓厚创新氛围 　　企业对信息类人才需求，一方面，对于毕业生专业知识、技术的要求在不断提高；另一方面，越来越多的人们意识到工程人员必须拥有良好的团队协作精神，以便适应现代化工程团队、新产品及新系统的开发需求。有效的学生创新团队建设是培养学生协作精神和沟通交流能力的良好形式，同时也是学生创新活动本身蓬勃发展并形成长效机制的需要。 　　组织两种类型的创新团队，一是项目组，规模一般在3-5人，学生实践活动全部以项目组形式进行。二是形成滚动发展的创新科技团队，规模比较大，一般5至十几人，团队有稳定实践方向、实践项目来源、还担负创新实践活动的组织、宣传、服务、管理。 　　从2002年开始，在全国大学生机器人电视大赛团队建设成效的示范下，与软件创新实践基地建设同步，我们探索不同模式的学生创新团队建设、指导形式。通过多年的实践，我们在学生创新科技团队建设中，以软件创新实践基地建设为依托，紧紧抓住两个基本点：一是分析当代大学生特点，因势利导，以兴趣吸引学生，营造创新实践风气，二是政策倾斜，经费支持，提高指导教师积极性。具体做法如下： 　　(1) 加强指导：成立软件创新实践基地指导委员会。 　　(2) 两个建设：学生团队建设和指导教师团队建设并重，同步进行。 　　(3) 两个激励：建立激励机制，从创新实践学分认定、成果(成绩)奖励、评优等各方

展开阅读全文