適應工程教育認證的實驗教學示范中心教學體系建設

呂 勇, 劉力雙, 劉 洋, 郎曉萍, 陳青山, 馬牧燕

(北京信息科技大學 儀器科學與光電工程學院, 北京 100192)

實驗教學示范中心建設

適應工程教育認證的實驗教學示范中心教學體系建設

呂 勇, 劉力雙, 劉 洋, 郎曉萍, 陳青山, 馬牧燕

(北京信息科技大學 儀器科學與光電工程學院, 北京 100192)

作為北京市實驗教學示范中心,北京信息科技大學儀器與光電工程實驗教學中心結合工程教育認證的要求,在“光機電算一體,理論實驗協同,基礎創新并舉,科研教學融合”的教學理念指導下,設置多層次、多種類型實驗實踐教學,突出4大基礎學科交叉融合一體化特色,構建了一個“立體化”實驗教學體系,在加強學生工程實踐創新能力培養方面取得了明顯成效。

工程教育認證； 實驗教學示范中心； 實驗教學體系

2016年6月,中國成為《華盛頓協議》第18個正式會員國?！度A盛頓協議》是目前國際上最具影響力的工程教育學位互認協議,由美國等6個英語國家的工程教育認證機構于1989年發起成立,其宗旨是通過多邊認可工程教育認證結果,實現工程學位互認,促進工程技術人員國際流動。成為會員國后我國的專業認證就具備了國際實質等效性,借此可促進高校按國際先進理念推動教育教學改革,加快與國際接軌[1-4]。新形勢下,結合工程教育專業認證的要求,進行高校實驗教學中心的建設與發展,不斷提高實驗教學示范中心的建設水平、提升工程人才的實踐和創新能力,對高校實驗室建設、實驗教學和改革具有重要的意義[5-8]。

1 中心概括

北京信息科技大學儀器與光電工程實驗教學中心(以下簡稱中心)始源于北京機械工業學院“精密儀器實驗室”。早在1981年,學院就開始招收“精密儀器”學科研究生,是我國首批培養研究生的碩士學位授權單位,與之配套建立的“精密儀器實驗室”負責研究生實踐培養。成立北京信息科技大學后,學校對專業系部進行整體調整,根據專業特點和發展規劃,以“整合資源,優化配置”為指導原則,根據學科特點和現有條件,突出“光、機、電、算”多學科交叉融合的特色,正式成立了“儀器與光電工程實驗教學中心”,重點建設光學、光電技術、精密測量、傳感技術、虛擬儀器與仿真、微處理技術、現代電子技術等7個專業實驗室。

中心堅持“強化理念更新,創新教學模式,夯實教學基礎,突出建設亮點”的建設思路,積極開展實驗教學改革與實踐,探索多元化的實驗教學模式,加強實驗教學內涵建設,提高實驗教學隊伍教學科研創新能力、實驗教學水平,完善實驗教學及實驗室管理,經多年建設,2015年被評為北京市實驗教學示范中心。

中心現有工作人員60 人,包括41名專職教師和19名兼職教師。中心積極進行教學改革和實踐,以教學改革促進實踐教學,承擔市級、校級教學改革項目29項,獲教學成果獎4項,發表教改論文40余篇,學術論文400余篇,其中SCI、EI收錄190余篇,申請發明專利52項,獲國家科技進步二等獎1項, 北京市科技進步二等獎2項,機械工業科技進步一等獎2項。

中心經過多年的建設,逐步成為學校重要的特色實踐教學基地,擁有眾多體現專業特色的先進設備,管理規范、教學效果顯著,為學生工程實踐能力和創新創業意識培養提供了優秀的實踐教學平臺。

2 教學理念

中心結合學科發展規律,全力開拓教學資源,探索學生培養與社會需求的契合點,以知識傳授、思維訓練、能力培養、素質提高為核心,確立了“圍繞高素質應用型人才的培養,光機電算一體,理論實驗協同,基礎創新并舉,科研教學融合,促進學生知識、思維、能力和素質的全面協調發展”的實驗教學理念,努力建設一個具有儀器與光電工程特色、符合本學科行業經濟發展和人才需要、教學水平及發展方向,位居國內外同行前列的高水平實驗教學示范中心。

2.1 光機電算一體

中心的學科和專業具多學科交叉融合的特性,主干基礎學科為光、機、電、算等學科。中心在實驗室建設和人才培養過程中堅持光、機、電、算一體,7個專業實驗室各有側重,交叉融合、全面發展,共同支撐中心的學科基礎一體化,在實踐環節內容設置和過程組織、考核等方面堅持光、機、電、算一體化能力培養。

2.2 理論實驗協同

構建高水平實驗教學平臺,整體設計并完成“測控技術與儀器”“光電信息科學與工程”等專業的專業基礎課、專業課的實踐教學與教學改革,理論知識與實踐技能相互滲透,使學生在“做中學”“學中做”,開闊眼界、活躍思維,加深對理論知識的理解和掌握,提高學生對理論知識的學習興趣,進而在實踐中對理論知識進行修正、拓展和創新。理論與實踐并重模式下培養出來的學生具有較好的解決實際問題的信心和能力,容易獲得更多更好的就業機會,在當今競爭的社會中更好地生存和發展,成為符合時代發展要求的高素質應用型人才。

2.3 基礎創新并舉

建設有利于培養學生實踐能力和創新能力的光、機、電、算多學科交叉的實驗教學體系,既著力培養學生的基本技能和專業技能、職業道德與責任意識及實事求是、嚴肅認真的科學態度和刻苦鉆研、堅忍不拔的工作作風,又注重培養學生的探索精神和創新精神。

在培育學生掌握基本實驗技能的基礎上,以培養學生的工程意識、綜合能力和創新能力為目標,通過大學生科技創新項目、學科競賽等多種形式加強學生實踐創新能力培養?；A與創新二者并舉,幫助學生成長、成才。在實踐教學的過程中因材施教,創造多層次的學習機會,鼓勵學生自我選擇與定位,增強實踐觀念,在不斷的探索與更正的過程中提高對自身的認識,發揮學生的主觀能動性,促進自我學習與創新能力的提高。在實踐教學中利用多種教學方法,通過實驗情境設計、角色分工和過程化考核等教學手段,有意識地培養學生樹立責任意識,把培養正確的社會責任價值觀貫穿在實踐教學全過程中。

2.4 科研教學融合

實行科研與實驗教學的深度融合,發揮中心高水平教師隊伍的科研優勢,將科研任務轉化為實驗項目、綜合實踐項目、學科競賽項目、大學生科技創新創業項目等,使學生得到真實項目研究的寶貴實戰經驗,促進了學生對于專業的理解,提高了學生從事專業工作的綜合工程能力。

3 適應工程教育專業認證要求的“立體化”實驗教學體系

工程教育專業認證標準明確要求學生不僅要通過學習掌握工程知識,還要運用知識進行問題分析、設計/開發解決方案并具備研究能力,能設計實驗、分析與解釋數據并通過信息綜合得到合理、有效的結論,最終目標是要解決復雜工程問題[9-12]。

為此,中心以工程能力培養為目標,全面梳理所有課程實驗的內容和先后銜接關系,分析、提煉具有專業代表性的典型復雜工程問題展開新的實驗和實踐環節設計，同時按照逐步提高能力的要求設置多層次、多種類型實驗實踐教學,突出光、機、電、算4大基礎學科交叉融合一體化特色,構建“培養能力、逐層推進、鮮明特色”的“立體化”實驗教學體系,如圖1所示。

圖1 “立體化”實驗教學體系

首先,中心實驗教學涵蓋了光、機、電、算4大基礎學科。底層是各學科的基礎性實驗,訓練基礎能力和基本規范養成；中間層次開設內容涉及4個學科中2個及以上學科的綜合設計性實驗,鍛煉實踐應用能力；頂層是交叉融合各基礎學科的研究創新性實踐,培養創新能力。通過3層實驗教學架構,培養學生掌握光、機、電、算各學科的基礎能力,還具有學科交叉應用能力,最終能夠具備光、機、電、算一體化研究創新能力。

前2個層次,各學科關鍵能力培養的主要實踐環節是課程實驗。鑒于開設綜合性、設計性實驗對于增強學生綜合分析能力、實驗動手能力和創新能力,調動學生學習的主動性和創造性,加快實驗教學體系的改革,培養基礎能力和實踐應用能力具有重要意義,經過不斷努力,目前中心開設的課程中94.3%都開設了綜合設計性實驗,對學生基礎能力和實踐應用能力培養效果有明顯提高。

學生具備光、機、電、算分學科的關鍵能力后,就可以逐步開展涉及多個學科的綜合設計性實踐環節訓練。訓練中讓學生解決一個實際問題,而實際問題往往又都是一個涵蓋光、機、電、算等多方面的復雜問題。例如在課程設計環節,學生要完成“發光物自動跟蹤電路設計”這類的題目,要求學生設計一個電路,可以探測發光物的位置,經過信號處理后驅動跟蹤裝置自動跟蹤發光物,且系統要具有抗其他光等環境干擾能力。整體系統設計主要涉及光電探測、信號傳輸處理、MCU控制、輸出驅動和機構設計等,是一個典型的光、電綜合系統。由于學生同時具有了光、機、電、算的基礎能力和實踐應用能力,為解決這類綜合問題提供了基本條件。借此,學生嘗試解決一些學科交叉融合的復雜工程問題,可以獲得比單一學科培養的學生更多的知識和方法,在跨學科方面具有鮮明特色。

再進一步,學生可以開展包括專業綜合實踐、大學生學科競賽、大學生科技創新項目、高水平實物型畢業設計等的研究創新性實驗訓練,主要針對具有較好專業基礎、動手能力較強且對科學研究、創新實踐有較高興趣的學生,以學生為主體,以興趣為導向,采用教師和學生都可以自主出題和申報的方式。中心開設的研究創新性實驗的特點是以解決一個涵蓋光、機、電、算跨學科交叉融合的復雜工程問題為任務,該層次實踐能培養學生知識的綜合應用能力,特別是光、機、電、算多學科深度交叉融合,能有效培養學生的創新精神和工程意識,還能培養學生的團隊合作能力、溝通交流能力和社會責任感。

4 教學效果及建設成果

中心在建設過程中借鑒“持續改進”的工程教育專業認證核心理念,3年制定一次發展建設規劃,同時每年都對中心的軟硬件條件進行梳理,總結建設過程中的優缺點,并在下一年進行改進。

經過多年建設和發展,中心在實驗教學和人才培養方面取得了突出的成果,表現在:

(1) 中心通過開設課程實驗、課程設計和專業綜合實踐,指導大學生科技創新項目、開放性實驗項目、各類學科競賽和實物型畢業設計,使學生將課堂上學習的知識應用到實踐中,學習掌握了各類常用儀器的操作和使用方法,提高了針對復雜工程問題分析、設計解決方案以及實現的能力,得到了測控技術與儀器和光電工程相關的綜合實踐訓練,提高了動手能力,鍛煉了分析和解決復雜工程問題的能力,培養了團隊協作精神,為就業和考研深造打下了良好的基礎。

(2) 學生在中心得到光、機、電、算等各基礎學科分學科的能力培養的同時,進一步獲得各學科交叉綜合能力培養,綜合實踐和創新能力強。近5年來,獲國家級、北京市級科技創新計劃資助近150項,實物型畢業設計75項,資助學生數1 000余人。學生在各類學科競賽中獲得國家級、省部級獎勵68項,發表論文20篇,申請專利10項。

(3) 中心“測控技術與儀器”本科專業2014年順利通過了國家工程教育專業認證,中心作為認證的重要環節,在教學體系建設、人才培養效果等各方面得到現場認證專家的充分肯定。

(4) 學生就業率高。中心培養的學生實踐動手能力強,具有較好的解決工程實踐問題的能力,近3年平均就業率為99.2%,且工作后展現出較好的團隊意識和合作能力,得到了用人單位充分認可。

5 結語

儀器與光電工程實驗教學中心建設歷史久、規模功能完善、專業特色鮮明,承擔了大量的校內外實踐教學任務。中心教學理念先進、實踐教學體系完善、設備和手段先進、師資隊伍優良、實踐教學經驗豐富。在我國全面開展工程教育專業認證的背景下,中心積極適應新思想、新要求,探索、構建了適應工程教育專業認證的立體化實驗教學體系,在加強學生工程實踐創新能力培養方面進行了有益探索,取得了明顯成效,并產生了良好的社會輻射作用。

References)

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Construction of teaching system of experimental teaching demonstration center based on adapting to engineering education accreditation

Lü Yong, Liu Lishuang, Liu Yang, Lang Xiaoping, Chen Qingshan, Ma Muyan

(School of Instrumentation Science and Optoelectronics Engineering,Beijing Information Science and Technology University,Beijing 100192,China)

Instrumentation and Optoelectronics Engineering Experimental Teaching Center of Beijing Information Science and Technology University is a Beijing Experimental Teaching Demonstration Center. Combined with the requirements of engineering education accreditation, under the guidance of teaching idea of “Integration of optics,mechanics, electronics, and computer science, collaborative development of theory and experiment, simultaneous development of foundation and innovation, combination of research and teaching,” multi-level and many different types of experiments are set up, and a multidimensional experimental teaching system is built, highlighting the integration features of four basic disciplines. Significant improvements have been achieved in strengthening the engineering practical innovative ability of students.

engineering education accreditation; experimental teaching demonstration center; experimental teaching system

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.051

2016-08-13

北京高等學校重點教育教學改革項目(2015-zd10)；北京信息科技大學重點教學改革項目(2015JGZD01)

呂勇(1971—),男,安徽蕪湖,博士,教授,主要從事光電技術教學和研究工作.

E-mail：lvyong@bistu.edu.cn

G482

B

1002-4956(2017)2-0197-04