引言

      去年6月，教育部發布了“卓越工程師教育培養計劃”，旨在未來10年內培養造就一大批創新能力強
、適應經濟社會發展需要的高質量複合型的工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路
、建設創新型國家和人才強國戰略服務。為了更好地培養中國未來的工程師，無論是院校還是教師

，都迫切需要以一種“麵向未來”的姿態去重新審視舊式的教學方式、理念和工具，並努力探索一條更先進、實用與創新之路。

傳統教學模式PK創新教育平台nextpad

      對於工程教育而言，教學、實驗和創新是必不可少的三個內容（圖1）。課堂教學是學生接收知識最直接、占用時間最多
、最zui易yi影ying響xiang學xue習xi效xiao果guo的de環huan節jie。就jiu目mu前qian我wo國guo高gao校xiao工gong程cheng教jiao學xue的de整zheng體ti方fang式shi而er言yan，老lao一yi套tao純chun公gong式shi推tui導dao和he板ban書shu式shi教jiao學xue還hai占zhan據ju著zhe主zhu導dao地di位wei，而er這zhe種zhong教jiao學xue方fang式shi往wang往wang導dao致zhi學xue生sheng無wu法fa對dui知zhi識shi點dian進jin行xing透tou徹che的de理li解jie，更geng無wu法fa引yin起qi學xue生sheng對dui課ke程cheng的de興xing趣qu和he求qiu知zhi欲yu。因yin此ci，將jiang傳chuan統tong呆dai板ban、抽象、沉悶的課堂教學方式向活潑
、形象、互動的方向轉變，勢必成為未來10niangongchengjiaoyujiaoxuemoshidefazhanfangxiang。jianyuci，benwenjiangcongruhegaibianlaotaojiaoxuefangshirushou，duigongchengjiaoyujiaoxuedefazhantichuyixiexindesilu，bingtantaoyixiegengxingzhiyouxiaodejiejuefangan。

圖1

      據調查

，大部分理工科師生表示，直觀、jiaohuyushengdongshishishengmenzuiweiguanzhuheqidaideshoukefangshi。ketangjiaoxuedegenbenmudezaiyurangxueshengzaiketangzhongzhangwosuoyingzhangwodezhishidian，danzaixianshijiaoxueguochengzhong，chuantongdejiaoxuefangshiyibuzuyimanzuxueshengduizhishidehaoqi，gengxiaohaobuqidaliangdeshijianfanfuyanshimouyigeshiyan，yinci，zhiguan
、交互、生動的教學方式往往隻能讓人望書興歎，知識點的掌握率更是大打折扣。

      要(yao)有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)也(ye)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)沒(mei)有(you)辦(ban)法(fa)，我(wo)們(men)不(bu)妨(fang)從(cong)一(yi)些(xie)最(zui)經(jing)典(dian)的(de)教(jiao)學(xue)實(shi)例(li)入(ru)手(shou)，換(huan)一(yi)種(zhong)思(si)路(lu)來(lai)思(si)考(kao)如(ru)何(he)提(ti)高(gao)課(ke)堂(tang)教(jiao)學(xue)效(xiao)果(guo)，或(huo)許(xu)會(hui)得(de)到(dao)另(ling)一(yi)種(zhong)感(gan)悟(wu)和(he)提(ti)高(gao)。以(yi)關(guan)於(yu)FFT（傅裏葉變換）知識點的教學為例：傳統的教學方式是在黑板上進行一係列的推導，最後手繪出一個頻譜曲線，這種做法對於FFT教jiao學xue而er言yan是shi一yi個ge必bi要yao過guo程cheng，隻zhi有you這zhe樣yang，學xue生sheng才cai能neng了le解jie到dao傅fu裏li葉ye變bian化hua的de整zheng個ge過guo程cheng是shi如ru何he一yi步bu步bu實shi現xian的de。這zhe雖sui是shi原yuan理li級ji別bie的de必bi要yao教jiao學xue過guo程cheng
，但dan卻que不bu是shi最zui有you效xiao的de。在zai授shou課ke過guo程cheng中zhong，很hen多duo實shi際ji的de教jiao學xue就jiu僅jin僅jin停ting留liu在zai這zhe一yi階jie段duan，造zao成cheng了le學xue生sheng隻zhi是shi被bei動dong地di了le解jie知zhi識shi點dian的de表biao麵mian部bu分fen。學xue生sheng的de整zheng個ge學xue習xi隻zhi是shi被bei動dong地di灌guan輸shu，根gen本ben無wu法fa達da到dao舉ju一yi反fan三san和he融rong彙hui觀guan通tong的de效xiao果guo。

      xijiuqilaijiubunanfaxian，chuantongdegongchengjiaoxuefangshishitingliuzaimougedianshangdejiaoxue，laoshizaijiangjieshiyezhishiduimougezhishidiandejiangjie，nanmiankuzaofawei。ruzaishangshudeFFT的de教jiao學xue中zhong，學xue生sheng隻zhi看kan到dao了le一yi種zhong函han數shu的de傅fu裏li葉ye變bian化hua，但dan是shi如ru果guo學xue生sheng要yao求qiu老lao師shi更geng換huan一yi個ge參can數shu再zai進jin行xing演yan示shi，老lao師shi就jiu必bi須xu再zai次ci重zhong新xin進jin行xing推tui導dao
，既ji耽dan誤wu時shi間jian，也ye不bu利li於yu教jiao學xue效xiao率lv的de提ti高gao。為wei了le讓rang學xue生sheng能neng更geng深shen入ru地di了le解jie函han數shu的de傅fu裏li葉ye變bian化hua，老lao師shi就jiu需xu要yao將jiang課ke堂tang知zhi識shi點dian的de講jiang解jie從cong一yi個ge點dian延yan伸shen到dao一yi個ge麵mian。同tong時shi
，借jie助zhu於yu一yi種zhong新xin型xing的de教jiao學xue平ping台tai，讓rang知zhi識shi點dian更geng形xing象xiang、生動地表達。
 

圖2

      針對以上問題，北京中科泛華測控技術有限公司（簡稱：泛華測控）開發設計了一種創新性工程教育平台――nextpad（下載地址：nextpad.wordpress.com）。nextpad是一個全新的
、完全免費和開放的軟件平台，它可以不斷地融合各種優秀演示與課件程序，從而提供給教師現成可用的資源使其教學更為生動

、直觀與交互。

      在本軟件中，老師可以在課堂上隨意地展示各種與信號處理相關知識點的概念演示程序。（如：圖3是nextpad中的SignalLab界麵
，您也可在優酷網站中搜索SignalLab，直接觀看本程序的視頻演示）。一方麵，教師通過波形圖、按鈕等易於理解和操作的形式
，可以讓學生更直觀地看到各種信號處理所得到的結果是怎麼樣的

；另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，教(jiao)師(shi)也(ye)可(ke)以(yi)很(hen)簡(jian)單(dan)地(di)改(gai)變(bian)整(zheng)個(ge)演(yan)示(shi)中(zhong)的(de)各(ge)種(zhong)參(can)數(shu)，讓(rang)學(xue)生(sheng)即(ji)時(shi)了(le)解(jie)到(dao)參(can)數(shu)的(de)變(bian)化(hua)對(dui)所(suo)得(de)到(dao)結(jie)果(guo)的(de)影(ying)響(xiang)，從(cong)而(er)讓(rang)學(xue)生(sheng)以(yi)一(yi)個(ge)麵(mian)的(de)角(jiao)度(du)去(qu)了(le)解(jie)知(zhi)識(shi)點(dian)，並(bing)有(you)利(li)於(yu)學(xue)習(xi)效(xiao)率(lv)的(de)提(ti)升(sheng)。從(cong)這(zhe)個(ge)例(li)子(zi)中(zhong)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)地(di)理(li)解(jie)到(dao)直(zhi)觀(guan)和(he)互(hu)動(dong)對(dui)工(gong)程(cheng)教(jiao)育(yu)效(xiao)果(guo)的(de)價(jia)值(zhi)所(suo)在(zai)。
 

圖3

nextpad的三大特性

直觀性是nextpad三大特性之一，指的是nextpad可以將原本枯燥的數據公式，通過圖片
、波形等直觀的方式有效表達出來。比如：把單純的數字結果用波形圖的方式表達出來，或者把單純的是否發生混疊用一個LED燈直接顯示出來
，都是nextpad直觀性的表現，這也給了學生一種更為直接的接受體驗。

      在圖3的(de)演(yan)示(shi)視(shi)頻(pin)中(zhong)，學(xue)生(sheng)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)各(ge)種(zhong)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)相(xiang)關(guan)的(de)知(zhi)識(shi)點(dian)是(shi)如(ru)何(he)通(tong)過(guo)這(zhe)套(tao)演(yan)示(shi)軟(ruan)件(jian)中(zhong)直(zhi)觀(guan)的(de)顯(xian)示(shi)控(kong)件(jian)來(lai)表(biao)達(da)各(ge)種(zhong)波(bo)形(xing)圖(tu)的(de)。相(xiang)比(bi)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)黑(hei)板(ban)或(huo)者(zhe)PPT而言，學生可更直接地感受到信號處理的結果。
交互性，顧名思義就是觀眾也可以參與
，就像界麵中所展示的一樣，每一個演示程序都允許學生改變各種參數（包括輸入信號、窗類型
、截止頻率等等），通過這種動手的操作和觀察隨之而變的結果，學生可以一種主動參與的姿態更好地接收和理解知識。

      除了直觀和交互之外，生動性也是nextpaddechuangxinxingzhiyi。womenfansi
，weishenmeyouxiekechengxueshenghuiganjiaobijiaokuzao，eryouxiekechengxueshengtingqilaidexingqushifennonghou？zhejiushiyinweiwuqudekechengwangwangneirongbugoushengdong
，youyisidekechengzehenkenengshimougelaoshihuichangzaiketangshangjuyixieshengdongdexiaolizihuozhezuomougeyanshi
，rangxueshengshenkediganshoudaozhishidianshiruheyingyongzaishijiqingkuangzhongde。nextpad就像是這個講述生動例子的老師，把生動帶給每位學生。
 

圖4

      舉一個比較生動的例子：對(dui)於(yu)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)算(suan)法(fa)的(de)教(jiao)學(xue)，除(chu)了(le)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)板(ban)書(shu)之(zhi)外(wai)，有(you)沒(mei)有(you)其(qi)他(ta)既(ji)可(ke)保(bao)證(zheng)算(suan)法(fa)的(de)準(zhun)確(que)
，又(you)能(neng)保(bao)證(zheng)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)直(zhi)觀(guan)生(sheng)動(dong)的(de)實(shi)現(xian)方(fang)式(shi)呢(ne)？答(da)案(an)是(shi)：有的。為此，我們設計了一種應用程序，如圖4
，它是一個人臉美容的程序（詳細使用，可在優酷網中搜索nextpad應用程序face）。通過這個程序，學生就可以印象非常深刻地理解到圖像處理算法到底能從事什麼樣的應用，從而讓學生真正地融入知識點的學習中。

      從上述教學方式中我們可以感受到，這種相對直觀、生動、新穎的教學方式是極具研究價值的。此平台的設計靈感來源於《哈利.波特》zhongdemofakeben，zaimofadeshijieli，renmenkandebaozhidoushikeyihuodongde，nameduiyujiaoxuekejian，shifouyekeyizuochengzhezhongfangshine？chuantongdekejianjiushiyigegeshengyingdeppt文件，打開後盡是無窮的字、圖(tu)和(he)公(gong)式(shi)
，我(wo)們(men)隻(zhi)能(neng)靜(jing)態(tai)地(di)去(qu)進(jin)行(xing)複(fu)習(xi)和(he)學(xue)習(xi)
，如(ru)果(guo)能(neng)讓(rang)課(ke)件(jian)活(huo)動(dong)起(qi)來(lai)，在(zai)閱(yue)讀(du)的(de)同(tong)時(shi)又(you)可(ke)以(yi)有(you)動(dong)態(tai)的(de)演(yan)示(shi)，無(wu)疑(yi)既(ji)是(shi)一(yi)種(zhong)全(quan)新(xin)的(de)學(xue)習(xi)體(ti)驗(yan)，又(you)是(shi)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)課(ke)件(jian)革(ge)命(ming)。

開放的創新教育平台――next計劃

      nextpad僅僅作為一個平台是遠遠不夠的
，其中內容的豐富性才是至關重要的。針對於此，我們也嚐試通過發動所有LabVIEW技術愛好者一起參與程序編寫，讓平台更加豐富（即next計劃

，詳情請見nextpad.wordpress.com）。next計劃也使得nextpad具有了開放性
，這種集眾家所長的做法叫做Crowdsourcing，即眾包。這種眾人拾柴的方式也已有過不少的成功先例，如：維基百科就是由大眾進行內容填入而豐富起來的平台。
next計劃的優勢有以下幾點：

      1
，每(mei)一(yi)個(ge)人(ren)所(suo)做(zuo)的(de)努(nu)力(li)和(he)貢(gong)獻(xian)都(dou)能(neng)以(yi)累(lei)加(jia)的(de)方(fang)式(shi)積(ji)累(lei)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)把(ba)每(mei)個(ge)人(ren)的(de)努(nu)力(li)都(dou)累(lei)加(jia)在(zai)一(yi)起(qi)，所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)結(jie)果(guo)將(jiang)具(ju)備(bei)一(yi)定(ding)規(gui)模(mo)
，且(qie)這(zhe)些(xie)結(jie)果(guo)也(ye)還(hai)不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)任(ren)何(he)因(yin)素(su)的(de)改(gai)變(bian)而(er)突(tu)然(ran)消(xiao)失(shi)和(he)歸(gui)零(ling)。所(suo)以(yi)，隻(zhi)要(yao)有(you)人(ren)願(yuan)意(yi)為(wei)工(gong)程(cheng)教(jiao)育(yu)的(de)改(gai)進(jin)而(er)添(tian)加(jia)進(jin)來(lai)一(yi)點(dian)力(li)量(liang)，我(wo)們(men)將(jiang)保(bao)證(zheng)其(qi)努(nu)力(li)絕(jue)對(dui)不(bu)會(hui)白(bai)費(fei)。

      2
，通過眾包，可以讓每個學科方向的專家為自己的專業編寫nextpad教學演示。例如：一(yi)個(ge)關(guan)於(yu)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)的(de)教(jiao)學(xue)演(yan)示(shi)

，雖(sui)然(ran)有(you)人(ren)具(ju)備(bei)開(kai)發(fa)水(shui)平(ping)，但(dan)沒(mei)有(you)專(zhuan)業(ye)知(zhi)識(shi)背(bei)景(jing)
，通(tong)過(guo)眾(zhong)包(bao)


，則(ze)可(ke)找(zhao)到(dao)這(zhe)樣(yang)的(de)專(zhuan)業(ye)人(ren)士(shi)來(lai)開(kai)發(fa)和(he)編(bian)寫(xie)
，真(zhen)正(zheng)達(da)到(dao)眾(zhong)誌(zhi)成(cheng)城(cheng)！

      總結而言
，直觀性、互hu動dong性xing與yu生sheng動dong性xing，是shi工gong程cheng教jiao育yu課ke堂tang教jiao學xue的de三san個ge值zhi得de發fa展zhan和he探tan索suo的de方fang向xiang，而er針zhen對dui這zhe一yi發fa展zhan理li念nian，我wo們men也ye做zuo了le第di一yi步bu嚐chang試shi性xing的de探tan索suo，值zhi得de欣xin喜xi的de是shi
，目mu前qian nextpad 全國下載量已超過1000次
，其中的優秀應用程序也已超過50ge。xiangxinzaibujiudejianglai

，zhegepingtaijiangjubeigengdadeguimoyugengduoyouxiudeneirong，congerzhenzhengzhuliyuzhongguodegongchengjiaoyu
，peiyangmianxiangweilaidezhuoyuegongchengshi。