王東

（西北農(nóng)林科技大學 機械與電子工程學院，陜西 楊凌712100）

自2017年起，教育部積極推進新工科建設，先后發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的“中國模式”“中國經(jīng)驗”，助力高等教育強國建設［1］。在此背景下，國內高校也啟動了新一輪的工程教育改革［2］，旨在從根本上對工程教育進行一次系統(tǒng)性反思和變革［3］?！靶鹿た啤睉?zhàn)略的提出，對高等教育中工程技術和應用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高要求，而高等工程教育改革則是點燃創(chuàng)新驅動的新引擎［4］。電子工藝實習作為絕大部分新工科專業(yè)的基礎和核心實踐課程，如何順應社會發(fā)展與時代變化進行改革創(chuàng)新，實現(xiàn)對大學生創(chuàng)新內驅力的激發(fā)，值得深入探討。本文以西北農(nóng)林科技大學十年來電子工藝實習的改革實踐為例，借此為西部地區(qū)高校及農(nóng)林院校等弱勢工程類專業(yè)的發(fā)展改革提供經(jīng)驗與支撐［5］。

一、高校電子工藝實習概況及存在問題

電子工藝實習幾乎涉及所有的新工科專業(yè)，既是大學生學習基本技能和工藝知識的入門向導，又是創(chuàng)新實踐的啟蒙課，具有較強的工程實踐性、應用性和先進性，其發(fā)展極具時代性和創(chuàng)新性［6］。從基本元件認知到高水平創(chuàng)新實踐，電子工藝實習滿足了大學生理論學習和技能實踐的多種需求，極大地節(jié)省了教學時間和經(jīng)濟成本；同時，電子工藝實習還為大學生課程設計、畢業(yè)設計和創(chuàng)新實踐等提供了有利支撐，在高校人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新驅動作用日益突出。但在國內很多高校尤其是西部地區(qū)或農(nóng)林類等工程類專業(yè)發(fā)展相對弱勢的高校，電子工藝實習還面臨著很多挑戰(zhàn)并存在一些普遍的問題［7-10］。

（一）教學內容滯后于現(xiàn)代技術發(fā)展——實踐項目更新迭代緩慢

電子工藝技術發(fā)展日新月異且應用廣泛，但各高校電子工藝實習的實踐項目普遍存在更新迭代緩慢的問題，導致操作技能訓練不足，教學實效性受阻。以西北地區(qū)為例，即使在一本院校，依然有相當比例的高校在電子工藝實習中，依然采用已瀕臨淘汰的收音機組裝或單片機實驗箱等單一模式開展實習教學，實踐項目十余年未發(fā)生實質改變，電子工藝實訓的產(chǎn)品嚴重滯后于現(xiàn)代電子技術發(fā)展水平。

（二）教學知識與實踐技能分離——教學系統(tǒng)性不強

電子工藝實習作為一門綜合實訓課，與模擬電路、數(shù)字電路、單片機原理等多門專業(yè)課密切相關，是大學生課程設計、畢業(yè)設計等諸多環(huán)節(jié)的基礎實踐課程，傳統(tǒng)的實踐訓練模式受制于電子產(chǎn)品落后于時代發(fā)展，其理論基礎、知識體系與專業(yè)其他后續(xù)課程相關度不高甚至沒有任何銜接，導致教學系統(tǒng)性不強，大學生對現(xiàn)代電子技術前沿知之甚少，依舊停留在數(shù)年前的理論架構，未能形成理論與實踐的協(xié)同性。

（三）教學創(chuàng)新的驅動性不足——實習作品單一，自主學習創(chuàng)新受限

傳統(tǒng)的實習作品僅能完成簡單的電子產(chǎn)品組裝和調試，功能單一。大學生在完成基本的技能訓練后，僅能掌握簡單的電子工藝技術。實習成果往往在實習后即閑置，實用價值不高，學生不能借助電子工藝實習成果實現(xiàn)電子技術應用于實踐的目的，導致學生自主創(chuàng)新的熱情不高。

二、西北農(nóng)林科技大學電子工藝實習課程改革的導向

電子信息技術的飛速發(fā)展，要求電子工藝實習課程要突破單一的認知和技能訓練，聚焦問題，精準發(fā)力，不斷進行改革創(chuàng)新［11］。西北農(nóng)林科技大學探索集實踐操作能力、工藝設計能力和研究創(chuàng)新能力為一體的綜合產(chǎn)品項目，在知識學習、實踐技能和創(chuàng)新素養(yǎng)等方面深化改革，在教學理念、內容和保障等方面不斷優(yōu)化，并依托實踐教學、自主創(chuàng)新和平臺建設三大路徑，提升大學生核心工程素養(yǎng)［12］。

（一）與時俱進：現(xiàn)代技術與傳統(tǒng)工藝并舉，打造實踐技能“啟蒙課”

教學理念上，西北農(nóng)林科技大學立足電子科技前沿，針對電子技術更新?lián)Q代速度快的特點，淘汰傳統(tǒng)落后的電子產(chǎn)品，引入先進的科學技術知識。將現(xiàn)代電子技術與傳統(tǒng)焊接組裝綜合考慮，從大二的電子工藝實習開始，指導學生自主制作、調試出“單片機綜合開發(fā)板”，大學生的課程實驗、畢業(yè)設計和各類競賽等均可依托這塊實習產(chǎn)品進行拓展實踐訓練，電子工藝實習要成為名副其實的實踐技能啟蒙課。

（二）知技融合：實踐內容與相關課程銜接，打造專業(yè)課程“基礎課”

實踐內容上，西北農(nóng)林科技大學注重與模擬電路、數(shù)字電路及單片機等控制類課程內容的前后銜接。將多門課程的教學實驗需求納入開發(fā)板的功能設計，開發(fā)支持所有課程實驗的“單片機集成開發(fā)板”；結合實習實踐，編制《電子工藝實習教程》，鼓勵和指導學生開展實踐探索，實現(xiàn)隨時、隨地自主學習；根據(jù)電子技術發(fā)展和學生實踐中出現(xiàn)的問題，對開發(fā)板進行多次優(yōu)化升級和更新?lián)Q代，在充分考慮學生自主設計空間的基礎上，集成溫度、光照、紅外、電機控制等功能模塊，為學生專業(yè)學習實踐提供了良好的基礎。

（三）平臺貫通：操作技能與工程素養(yǎng)協(xié)同，打造創(chuàng)新能力“素質課”

西北農(nóng)林科技大學建設了“大學生電子創(chuàng)新實驗室”，實施“教師負責，學生自治”的管理模式，面向全體大學生24 小時開放；為大學生提供電子設計的儀器儀表、焊接測試工具、常用元器件和必要的指導；引導學生結合學校農(nóng)業(yè)特色，發(fā)揮學科優(yōu)勢，鼓勵學生自主創(chuàng)新，開展與農(nóng)業(yè)緊密結合的科研創(chuàng)新活動；“以賽促學”，支持和指導學生積極參加專業(yè)相關的高水平學科競賽，全力提升大學生的核心工程素養(yǎng)。

三、西北農(nóng)林科技大學電子工藝實習改革創(chuàng)新的著力點

西北農(nóng)林科技大學肩負著為“智慧農(nóng)業(yè)”輸送農(nóng)業(yè)信息技術人才的重要使命，如何依托電子工藝實習的改革實踐，全面提升大學生農(nóng)業(yè)信息技術的創(chuàng)新能力，是電子工藝實習改革創(chuàng)新的主要目標。西北農(nóng)林科技大學機械與電子工程學院順勢而為，改革后的電子工藝實習，以課程體系、實踐產(chǎn)品與實現(xiàn)路徑為著力點，統(tǒng)籌了多渠道的資源，實現(xiàn)了教學、實踐以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的系統(tǒng)耦合，既實現(xiàn)了與后續(xù)課程教學系統(tǒng)銜接，又為學生課后實驗以及創(chuàng)新競賽提供了平臺，充分調動了大學生自主創(chuàng)新的積極性。

（一）課程體系創(chuàng)新

團隊構建了面向信息化發(fā)展的電子工藝實習課程體系——“現(xiàn)代技術與傳統(tǒng)工藝并舉”“實踐內容與專業(yè)課程銜接”和“操作技能與工程素養(yǎng)協(xié)同”。根據(jù)電子信息技術發(fā)展迅速的特點以及國家信息化戰(zhàn)略對人才培養(yǎng)的實際需求，注重培養(yǎng)大學生核心工程素養(yǎng)，在鍛煉學生傳統(tǒng)的實訓技能基礎上，敢于更新和淘汰落后的電子工藝實習模式；注重人才培養(yǎng)的系統(tǒng)性，在實習作品的功能設計方面，與后續(xù)多門課程銜接，集便攜靈活、功能齊全、自主學習為一體，為培養(yǎng)新工科復合型人才打下了堅實的基礎。

（二）實踐產(chǎn)品創(chuàng)新

團隊指導并帶領學生自主開發(fā)、升級了3 代便攜式單片機綜合開發(fā)板并投入實踐教學使用（圖1-圖3）。十年來，以團隊教師為核心，指導學生骨干大膽創(chuàng)新實踐，開發(fā)的V1.0 最小系統(tǒng)單片機開發(fā)板，尺寸僅為7cm×6cm，可作為控制核心，用于學生自主設計電路；升級的V2.0 非獨立電路集成開發(fā)板，不僅提升了焊接訓練量，還集成了相關課程的所有實驗內容；V3.0 獨立電路集成開發(fā)板，在拓展了單片機功能模塊基礎上，電路采用獨立設計方案，支持學生自行定義處理器接口功能，極大推動了學生的自主創(chuàng)新。

圖1 第1 代單片機核心板

圖2 第2 代非獨立開發(fā)板

圖3 第3 代獨立開發(fā)板（可自由編程）

（三）實現(xiàn)路徑創(chuàng)新

團隊拓展了“實踐教學、自主創(chuàng)新和平臺建設”三大實現(xiàn)路徑，在實踐中訓練操作技能，在作品應用中推動自主創(chuàng)新，在平臺保障中競賽錘煉。電子工藝實習模式的革新，為鼓勵學生持續(xù)學習、自主學習和以賽促學的專業(yè)熱情，在學校的大力支持下，創(chuàng)建并發(fā)展了大學生電子創(chuàng)新開放實驗室，根據(jù)學生的研究課題和各類學科競賽活動需求，提供場地、儀器、元器件和指導教師等，使得電子工藝實習的課程價值無限延伸，為學生發(fā)展成長提供更多支持和保證。以機械與電子工程學院的電子信息專業(yè)為例，作為農(nóng)林院校的弱勢學科，在電子工藝實習改革實踐中，高水平項目數(shù)量陡增、學科競賽成績斐然，如學生參加“全國大學生電子設計競賽”“挑戰(zhàn)杯”等各類高水平競賽的比例從改革前的2.8%提升至改革后的42.0%；省級以上獎勵從0 項提高到34 項，其中國家級獎勵13 項，位居西部地區(qū)農(nóng)業(yè)院校第一，大學生創(chuàng)新能力大幅提升。

四、西北農(nóng)林科技大學電子工藝實習的實踐成果與應用

（一）課程體系建設立足科技前沿，緊跟時代發(fā)展

電子工藝實習課程改革，實現(xiàn)了教學、實踐以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的系統(tǒng)串聯(lián)，借助實習作品的推陳出新和更新?lián)Q代，為后續(xù)的專業(yè)學習奠定了良好的實踐基礎；與模擬電路、數(shù)字電路、單片機原理等多門專業(yè)課教師商討適用性和功能性更為完備的實習方案；明確了電子工藝實習的知識模塊、實踐模塊和創(chuàng)新素養(yǎng)模塊要求，制定了符合電子技術發(fā)展水平的人才培養(yǎng)方案，極大提升了專業(yè)課程體系的系統(tǒng)性。

（二）多項高水平競賽成績喜人，大學生創(chuàng)新素養(yǎng)大幅提升

“大學生電子創(chuàng)新實驗室”建成以來，持續(xù)承擔大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目和本科生畢業(yè)設計的硬件開發(fā)職能，學生作品質量持續(xù)提升；連續(xù)培養(yǎng)學生參加“全國大學生電子設計競賽”“挑戰(zhàn)杯”等各類高水平競賽，獲獎人數(shù)持續(xù)增長；先后組織50 余支隊伍參加教育部組織的電子技術類含金量最高賽事——全國大學生電子設計競賽，獲得國家級二等獎2 項，省級一等獎4 項、二等獎2 項、三等獎7 項，使學校在此項賽事上取得了零的突破，大學生的創(chuàng)新素養(yǎng)獲得質的提升。

（三）建立了“以學生為主體”的自主實踐創(chuàng)新模式，助推人才培養(yǎng)與發(fā)展

學校打破了傳統(tǒng)電子工藝實習受課時和場地設備的限制，功能強大的“單片機集成開發(fā)板”方便大學生隨時隨地對課上內容進行驗證；鼓勵大學生參與“單片機開發(fā)板”的升級更新，3 代產(chǎn)品均由多名骨干學生參與，如參與研發(fā)第一代開發(fā)板的A 同學，本科畢業(yè)后自主創(chuàng)業(yè)，研發(fā)的“高精度溫度變送器”填補了國內空白，25 歲即被評為所在市“青年科技創(chuàng)新之星”；參與研發(fā)第二代開發(fā)板的B 同學，畢業(yè)后被保送至上海交通大學碩博連讀研究生；參與研發(fā)第三代開發(fā)板的C 同學，獲得了多項高水平競賽成果，現(xiàn)在澳大利亞攻讀博士學位。電子工藝實習的模式革新，極大提升了學生的自主實踐創(chuàng)新行為，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)輸送了一大批兼具專業(yè)基礎和農(nóng)業(yè)知識的創(chuàng)新人才，學生畢業(yè)后服務農(nóng)業(yè)信息技術相關研究人員比例高達70%。

五、結語

經(jīng)過近10年的改革探索，西北農(nóng)林科技大學的電子工藝實習已形成一套集實踐操作能力、工藝設計能力和研究創(chuàng)新能力為一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。在學校和學院的支持和激勵下，電子工藝實習改革不斷精進與優(yōu)化，近五年來，大學生參與國家自然科學基金、“863 計劃”項目等省部級以上科研課題62 人次，占在校學生的21%；高水平學術論文、專利及登記軟件著作權等成果大幅提升，學生在校期間研制的“蘋果霉心病快速無損檢測儀”“基于適宜根溫區(qū)間的水培蔬菜光環(huán)境調控系統(tǒng)”等多項發(fā)明填補國內空白并在生產(chǎn)實際中推廣應用，學生在農(nóng)業(yè)創(chuàng)新中解決問題的能力越來越強，有利助推了“智慧農(nóng)業(yè)”落地生根。

電子工藝實習的改革之路依然任重而道遠，只有將社會經(jīng)濟發(fā)展、國家戰(zhàn)略需求、學校特色發(fā)展與人才創(chuàng)新培養(yǎng)充分融合，才能真正激活大學生創(chuàng)新的內在驅動力，將高校弱勢學科的短板變?yōu)閯?chuàng)新實踐的利器，實現(xiàn)電子工藝實習在新工科專業(yè)中應有的實踐性、應用性和先進性價值。