加强实验教学示范中心建设培养学生创新能力

2013-08-15吕霞付

实验技术与管理 2013年5期

吕霞付，王平，罗萍，张毅

（重庆邮电大学自动化学院先进制造技术工程实训中心，重庆 400065）

创新能力是创造性人才的核心，培养创新型人才是社会发展对高等教育提出的要求。如何培养学生的创新能力，最好的办法是让学生在实践和浓厚的创新气氛中自己感悟［1－4］。为贯彻落实教育部“教育振兴行动计划”，推动高等学校加强学生实践能力和创新能力的培养，国家启动了高等学校“质量工程”建设，实验教学示范中心是“质量工程”重点建设项目之一［5－10］。我校“先进制造技术工程实训中心”2010年被评为重庆市实验教学示范中心。本文介绍了我们在示范实验中心建设中的一些体会和经验。

1 发挥特色，明确定位，树立正确的实验教学指导思想

我校是以信息科学技术为特色的高等学校，主要担负为国家电子信息技术行业培养人才和提供技术服务的任务。近年来我校面向电子信息产业的发展调整、优化了学科专业布局，着重面向设备制造、电信运营、服务提供、内容提供等整个产业链的人才能力的培养。学校始终坚持工程实践教学对学生掌握科学的研究方法、培养实事求是的科学态度、理论联系实际的工作作风、提高学生的个人能力（包括自学能力、创新能力、工程实践能力）、协同工作能力、调控工程以及社会大系统能力有着其他教育方式不可替代的作用的理念，坚持实验教学与理论教学相辅相成、统筹协调的正确定位，把实验教学作为人才培养体系的主要组成部分。结合学校实际，我们形成了明确的实验实训教学指导思想，即:

（1）坚持以人为本。学校办学以教师为本、教学工作以学生为本。

（2）紧跟电子信息技术产业发展，突出电子信息技术人才培养的大工程教育理念。通过建设工程教育综合实践基地、建立学科交叉工程链完备的工程教育实践平台、构建产品全生命周期的工程教育实践教学体系，让学生自主解决工程链中的技术、经济、管理和社会问题，从而培养学生的大工程观。

（3）注重2个接口的理念。注重教师和学生的接口，解决教与学的关系；注重学校和社会的接口，解决人才培养与社会需求的适应性关系。

（4）培育优良的学风，创造优雅的育人环境，弘扬并践行“修德、博学、求实、创新”的校训。

（5）树立教学与科研协调发展的理念。教学是立校之本，科研是强校之路［11］，注重教学与科研互动，强调科研促进教学。

2 围绕培养目标，创新实验实训教学体系

基于培养学生大工程观的理念出发，我们对实验实训教学的各个环节进行了整体优化和改进，建立了“2个平台、3个层次和4个模块”的实训教学体系，将工程教育融合在“构思→设计→制造→运行→管理→报废”等环节组成的现代电子信息产品全生命周期中。

2.1 2个平台

（1）构建贴近现代电子信息技术产业生产状况、大工程背景下的工程教育实训平台，吸收国际上先进的CDIO（Conceive Design Implement Operate，构思，设计，实施，运行）工程教育理念，建立平台化、分层次、多模块、相互衔接的系统科学的电子信息技术实训教学体系，构建现代电子信息产品从构思研发、制造检验到运行改良乃至终结废弃生命全过程的工程教育实验环境，让学生在真实的工业环境下，透过多样化的生产流程、工艺过程和工序训练学生的基本技能，培养学生的创造性思维能力和解决实际问题能力，使学生掌握工程实践和科学研究的基本方法。

（2）构建科学研究与实践教学相结合的工程教育实验平台，以学科建设带动实验室建设，依托“网络化控制与智能仪器仪表教育部重点实验室”、“微电子工程重庆市重点实验室”、“移动通信技术工信部／重庆市重点实验室”、“重庆高校汽车电子与嵌入式系统工程技术研究中心”、“重庆市智能仪表及控制装备工程技术研究中心”等技术创新平台在人才培养中的综合优势，运用科研资源构建本科生科技创新实验教学平台；科学规划、项目引导，坚持实验教学与科学研究和工程实践相结合，鼓励个性发展的思路，将教师的科研成果和项目引入大学生创新实践活动，使本科生尽早融入大学创新体系。

2.2 3个层次

大工程背景下的工程教育培养学生了解现代电子信息产品从构思研发、制造检验到运行改良乃至终结废弃的生命全过程，因此，工程训练贯穿于学生从入学到毕业的整个培养过程。根据信息类本科专业学生的培养特点，按照循序渐进的教学规律，为使学生在每一个培养阶段都能参与工程训练过程，将整个实训过程分为3个层次，即:

（1）工程基本训练层次。使学生对“工程”有一个感性认识，对“工程是综合的，是努力去创造”这一概念有一个较全面的了解，使之对相关课程内容的学习有一个明确的目标。该层次主要面向本科一、二年级学生。

（2）工程综合训练层次。引导学生充分发挥自身的学习主动性，自行组成实验或研究小组，自行设计实验方案、选择实验设备和材料，根据实验或实习内容分工协作，共同完成实验或科研，从而培养学生的自主学习能力与团队协作意识。该层次主要面向本科二、三年级学生。

（3）工程创新层次。运用实际科研课题，激发学生创新意识，对学生实施“构思—设计—实施—运作”全过程的工程化训练，让学生在真实的工业环境下，透过多样化生产流程、工艺过程和工序获取不同层次的工业和科技知识。同时，按项目方式组织实施小组，每位学生担任工程师、管理人员、市场人员、生产人员等角色，使学生能敏锐地发现应该由自己解决的问题，并知道自己应该如何去做，培养学生的个人能力（包括自学能力、创新能力、工程实践能力）、协同工作能力、工程调控能力和社会适应能力，使每一个学生的天赋都得到充分的展现。该层次主要面向本科三、四年级学生和研究生。

2.3 4个模块

考虑到学生在整个培养过程中的知识面和知识结构上的差异，通过对现代电子信息技术行业生产特点的分析，将实训内容凝练为现代设计与仿真、电子产品制造、电子产品测试与检验、电子产品运行与综合应用4个教学模块。

（1）现代设计与仿真。该模块主要培养学生了解和熟悉现代电子信息技术产品的设计方法和设计工具，包括电子产品的电路设计、结构设计和外观设计等，让学生学习编写产品的设计文件、绘制各类设计图纸。同时，学习利用各种仿真软件优化或改进设计。

（2）电子产品制造。该模块主要培养学生了解和熟悉常用电子产品的生产制造过程，了解产品的生产设备和工艺特点，包括原材料核算和采购、电路板制作、SMT 焊装、结构制造和整机装配等，通过学习，使学生认识电子产品的生产特点和工艺流程，了解行业生产状况。

（3）电子产品测试与检验。该模块主要培养学生了解、熟悉电子产品测试和检验方法，以及相关的国家标准和企业标准、常用的测试仪器设备的使用等，包括电子产品的元器件检验和筛选、电子产品的电气性能测试、电磁兼容性测试等。

（4）电子产品运行与综合应用。该模块主要培养学生了解和熟悉常用电子产品的使用特点，特别是工业电子产品的使用特点。本模块以电力监控与车间供电、过程检测与流程控制等为应用对象，通过典型仪表、控制器和执行器等电子产品在这些工业生产过程中的应用，加深学生对电子产品设计、制造及其工艺过程要求的理解，同时，也让学生了解相关工业生产状况。

3 适应教学需要，改进实验教学方法

实验教学中我们积极改进教学方法，树立以学生为中心的教学思想，形成了“四式、五步”的实验教学方法。

3.1 自主式、团队式、实境式、研究式为主的“四式”学习方式

（1）自主式。根据“以学生为本，以能力培养为核心”的教学理念，实验室采取开放式管理，发挥学生的主观能动性，给学生3个自主权:一是可以自主选择实验课题，或自主拟定实验课题，如创新实训和毕业设计项目，学生可以自主选择实验课题，还可以自主拟定实验课题；二是可以自主选择实验方案和实验仪器，对一些综合设计型实验项目，学生可以自主选择实验方案和所需的实验仪器；三是可以自主选择实验时间，对一些综合设计型实验项目和研究创新型实验项目，可以在一定的时间范围内根据实验内容和自己的学习计划在实验室管理系统上自由选择做实验的时间。

（2）团队式。针对有一定难度且工作量较大的部分综合设计型和研究创新型实验，要求学生2～4人一组，共同拟定实验方案，集体完成实验项目并写出总结报告。培养学生查阅资料的能力、根据具体要求设计实验的能力，以及总结、归纳、撰写、宣讲论文的能力。例如“智能小车”实验即采取合作式实验方式，分小组进行，学生3人一组，内部分工协作，查阅资料、设计实验、选择仪器和实验方法，各司其职又密切配合，在规定时间内完成实验工作，通过每个成员的努力，合作完成失效分析的任务。

（3）实境式。打破实验教学与理论教学之间的界限，探索理论教学与实验教学相结合的新方法［12］。改变过去那种“教师先讲，学生再做，抱着学生走”的教学方法。将有些实践性较强的理论教学内容，在实验课中结合实验内容讲授，充分运用现代计算机多媒体技术开展直观教学，这样可以改变过去在黑板上造机器、黑板上作热处理的那种理论脱离实际、枯燥无味、空洞无物的教学模式。

（4）研究式。主要针对研究创新型实验，这种方式强调对学生综合素质和创新精神、创新能力的培养，要求学生参与到科学研究的全过程，要参与研究方案的制定、实验设备的操作、实验数据的处理和研究论文的撰写等。这类实验项目大都来自于国家级科研课题，具有新意和挑战性，可以是指导教师设计实验项目，由学生选择完成，也可以是一组学生自主拟定实验项目，在教师的指导下共同完成。

3.2 理论讲解、方案设计、工程指导、工程训练和综合测评的“五步”教学方法

（1）理论讲解。学生到实验室首先进行实验前培训，就实验内容、安全注意事项等进行讲解，让学生了解实验的目的、意义和方法，激发学习兴趣，调动学习的积极性和主动性。在现场教学中进行示范讲解，通过对设备的原理、结构、操作规程的讲解，让学生深入了解设备各零部件的作用、用途。引导学生开拓思路，注意观察，为学生自主设计、创新思维奠定理论基础。在实验中穿插理论课，针对实验过程中遇到的普遍技术难题进行集中讲解，如PCB设计中的抗电磁干扰问题，PCB板的接地问题等从理论上进行分析，实现“实践—认识—再实践”的实验方法。

（2）方案设计。在工程实训过程中要求学生进行方案设计。根据实训项目要求，由学生自己构思设计方案，实训中安排一定时间由指导教师和学生就设计方案进行讨论，学生完善设计方案后，再进行具体的设计制作。如在激光雕刻实训时，雕刻图案及其三维视图均由学生自己设计完成；在调速系统综合实训时，调速系统电路设计也由学生独立完成。

（3）工程指导。教师指导学生设备操作、电路板加工和SMT 焊装、创新设计方案等，采用导师制，每个教师指导几名学生。

（4）工程训练。根据不同专业和时间开展实训，对学生采用分层次、分模块教学。

（5）综合测评。在实验、实训结束前对学生整个实验、实训过程进行综合测评。

4 发挥科研优势，将实验教学与科研、工程和社会应用实践相结合

为了实现工程教育的培养目标，实验室依托雄厚的学科基础和省部级科技创新平台、国际合作平台，积极将实验教学与科研、生产、工程和社会应用实践进行紧密结合，并取得了良好的教学效果。

（1）将科研成果应用到实验教学中，利用科研成果改进实验教学条件，提升实验教学水平［13］。我院示范实验中心每年都承担或参与多项省部级或企业科研课题，实验室教师利用科研成果改造实验设备，增加或更新实验内容，如利用“工业无线技术及网络化测控系统研究与开发”等国家“863”项目研究成果改造流程控制设备，增加了设备的总线控制方式，提升了设备的、实验实训功能，更新了实验、实训教学内容。在实验室每年承担的学生毕业设计中，所有设计课题均来自于科研和工程生产实际的项目，其中约40%的毕业设计课题是来自于国家“863”项目、科技攻关项目、自然科学基金项目和各类省部级科研项目。

（2）利用科研课题和企业的生产工程课题来设置研究创新型实验项目，让学生直接参加创新型实验项目研究。实验室教师利用科研课题或企业的生产工程课题设置研究创新型实验项目，然后让学有余力的学生2～5人成立课题小组，自主选择申请承担这些项目的研究任务，由1名经验丰富的教师进行指导，使实验教学与科研得到了很好的结合。每年根据科研课题等提供给学生选择的创新型实验项目都有10多项。

（3）利用科研成果和工程生产经验创新实验教学模式，优化学生知识结构，培养企业急需人才。我院示范实验中心教师大多具有丰富的工程实践经验，长期直接对外承接工程开发项目，十分了解社会对高校学生的具体要求，在实验教学中也十分注意联系工程实践，擅长给学生讲解工程中的实际问题及解决方法，使学生受益颇多。

5 结束语

近年来，先进制造技术实验教学示范中心的建设取得了一些成绩，获得重庆市教学成果一等奖及学校教学成果奖多项、重庆市精品课程3门，学生参加各类竞赛中共获得国家级奖60 多人次、省部级奖186 人次，学生发表各类科技论文12 篇，获授权专利4 项。以学生创新能力培养为核心，通过不断创新实验教学体系、优化实验教学内容、改革实验教学方法，先进制造技术工程实训中心力争在不远的将来创建国家实验教学示范中心。

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［1］印勇，曾孝平，黄扬帆.加强示范中心建设强化创新能力培养［J］.实验室研究与探索，2009，28（1）:20－22.

［2］王玉新，李梦轲，郑亚茹.锐意创新，加快实验教学示范中心建设［J］.实验室研究与探索，2011，30（1）:89－91.

［3］樊东，王晓云，赵奎军.加强高等院校实验室建设与管理，提高本科人才培养质量［J］.实验室科学，2007（2）:130－132.

［4］朱金秀，朱昌平，范新南，等.“以学生为本”建设电子信息技术实验教学示范中心［J］.实验室研究与探索，2009，28（12）:93－97.

［5］吴世华，杨光明，王秋长，等.加强实验教学示范中心建设，提高人才培养质量［J］.实验技术与管理，2012，29（1）:4－6.

［6］武林，潘日敏，冯根良，等.电工电子实验教学示范中心建设与实践［J］.实验技术与管理，2011，28（12）:121－123.

［7］景新幸，张国庆，周胜源，等.以实验教学创新全面推进国家级实验教学示范中心建设［J］.实验技术与管理，2011，28（12）:5－8.

［8］刘世熙，曹秋娥，马志刚，等.创新实验项目，彰显实验教学示范中心特色［J］.实验技术与管理，2012，29（3）:15－17.

［9］宋象军，汪春华，胡驰，等.国家级实验教学示范中心建设与评审的思考［J］.实验技术与管理，2009，26（4）:97－99.

［10］张文桂.实验教学示范中心建设的思考与实践［J］.实验技术与管理，2008，28（1）:1－4.