适应工程教育认证的实验教学示范中心教学体系建设

吕 勇, 刘力双, 刘 洋, 郎晓萍, 陈青山, 马牧燕

(北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192)

实验教学示范中心建设

适应工程教育认证的实验教学示范中心教学体系建设

吕 勇, 刘力双, 刘 洋, 郎晓萍, 陈青山, 马牧燕

(北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192)

作为北京市实验教学示范中心,北京信息科技大学仪器与光电工程实验教学中心结合工程教育认证的要求,在“光机电算一体,理论实验协同,基础创新并举,科研教学融合”的教学理念指导下,设置多层次、多种类型实验实践教学,突出4大基础学科交叉融合一体化特色,构建了一个“立体化”实验教学体系,在加强学生工程实践创新能力培养方面取得了明显成效。

工程教育认证； 实验教学示范中心； 实验教学体系

2016年6月,中国成为《华盛顿协议》第18个正式会员国。《华盛顿协议》是目前国际上最具影响力的工程教育学位互认协议,由美国等6个英语国家的工程教育认证机构于1989年发起成立,其宗旨是通过多边认可工程教育认证结果,实现工程学位互认,促进工程技术人员国际流动。成为会员国后我国的专业认证就具备了国际实质等效性,借此可促进高校按国际先进理念推动教育教学改革,加快与国际接轨[1-4]。新形势下,结合工程教育专业认证的要求,进行高校实验教学中心的建设与发展,不断提高实验教学示范中心的建设水平、提升工程人才的实践和创新能力,对高校实验室建设、实验教学和改革具有重要的意义[5-8]。

1 中心概括

北京信息科技大学仪器与光电工程实验教学中心(以下简称中心)始源于北京机械工业学院“精密仪器实验室”。早在1981年,学院就开始招收“精密仪器”学科研究生,是我国首批培养研究生的硕士学位授权单位,与之配套建立的“精密仪器实验室”负责研究生实践培养。成立北京信息科技大学后,学校对专业系部进行整体调整,根据专业特点和发展规划,以“整合资源,优化配置”为指导原则,根据学科特点和现有条件,突出“光、机、电、算”多学科交叉融合的特色,正式成立了“仪器与光电工程实验教学中心”,重点建设光学、光电技术、精密测量、传感技术、虚拟仪器与仿真、微处理技术、现代电子技术等7个专业实验室。

中心坚持“强化理念更新,创新教学模式,夯实教学基础,突出建设亮点”的建设思路,积极开展实验教学改革与实践,探索多元化的实验教学模式,加强实验教学内涵建设,提高实验教学队伍教学科研创新能力、实验教学水平,完善实验教学及实验室管理,经多年建设,2015年被评为北京市实验教学示范中心。

中心现有工作人员60 人,包括41名专职教师和19名兼职教师。中心积极进行教学改革和实践,以教学改革促进实践教学,承担市级、校级教学改革项目29项,获教学成果奖4项,发表教改论文40余篇,学术论文400余篇,其中SCI、EI收录190余篇,申请发明专利52项,获国家科技进步二等奖1项, 北京市科技进步二等奖2项,机械工业科技进步一等奖2项。

中心经过多年的建设,逐步成为学校重要的特色实践教学基地,拥有众多体现专业特色的先进设备,管理规范、教学效果显著,为学生工程实践能力和创新创业意识培养提供了优秀的实践教学平台。

2 教学理念

中心结合学科发展规律,全力开拓教学资源,探索学生培养与社会需求的契合点,以知识传授、思维训练、能力培养、素质提高为核心,确立了“围绕高素质应用型人才的培养,光机电算一体,理论实验协同,基础创新并举,科研教学融合,促进学生知识、思维、能力和素质的全面协调发展”的实验教学理念,努力建设一个具有仪器与光电工程特色、符合本学科行业经济发展和人才需要、教学水平及发展方向,位居国内外同行前列的高水平实验教学示范中心。

2.1 光机电算一体

中心的学科和专业具多学科交叉融合的特性,主干基础学科为光、机、电、算等学科。中心在实验室建设和人才培养过程中坚持光、机、电、算一体,7个专业实验室各有侧重,交叉融合、全面发展,共同支撑中心的学科基础一体化,在实践环节内容设置和过程组织、考核等方面坚持光、机、电、算一体化能力培养。

2.2 理论实验协同

构建高水平实验教学平台,整体设计并完成“测控技术与仪器”“光电信息科学与工程”等专业的专业基础课、专业课的实践教学与教学改革,理论知识与实践技能相互渗透,使学生在“做中学”“学中做”,开阔眼界、活跃思维,加深对理论知识的理解和掌握,提高学生对理论知识的学习兴趣,进而在实践中对理论知识进行修正、拓展和创新。理论与实践并重模式下培养出来的学生具有较好的解决实际问题的信心和能力,容易获得更多更好的就业机会,在当今竞争的社会中更好地生存和发展,成为符合时代发展要求的高素质应用型人才。

2.3 基础创新并举

建设有利于培养学生实践能力和创新能力的光、机、电、算多学科交叉的实验教学体系,既着力培养学生的基本技能和专业技能、职业道德与责任意识及实事求是、严肃认真的科学态度和刻苦钻研、坚忍不拔的工作作风,又注重培养学生的探索精神和创新精神。

在培育学生掌握基本实验技能的基础上,以培养学生的工程意识、综合能力和创新能力为目标,通过大学生科技创新项目、学科竞赛等多种形式加强学生实践创新能力培养。基础与创新二者并举,帮助学生成长、成才。在实践教学的过程中因材施教,创造多层次的学习机会,鼓励学生自我选择与定位,增强实践观念,在不断的探索与更正的过程中提高对自身的认识,发挥学生的主观能动性,促进自我学习与创新能力的提高。在实践教学中利用多种教学方法,通过实验情境设计、角色分工和过程化考核等教学手段,有意识地培养学生树立责任意识,把培养正确的社会责任价值观贯穿在实践教学全过程中。

2.4 科研教学融合

实行科研与实验教学的深度融合,发挥中心高水平教师队伍的科研优势,将科研任务转化为实验项目、综合实践项目、学科竞赛项目、大学生科技创新创业项目等,使学生得到真实项目研究的宝贵实战经验,促进了学生对于专业的理解,提高了学生从事专业工作的综合工程能力。

3 适应工程教育专业认证要求的“立体化”实验教学体系

工程教育专业认证标准明确要求学生不仅要通过学习掌握工程知识,还要运用知识进行问题分析、设计/开发解决方案并具备研究能力,能设计实验、分析与解释数据并通过信息综合得到合理、有效的结论,最终目标是要解决复杂工程问题[9-12]。

为此,中心以工程能力培养为目标,全面梳理所有课程实验的内容和先后衔接关系,分析、提炼具有专业代表性的典型复杂工程问题展开新的实验和实践环节设计，同时按照逐步提高能力的要求设置多层次、多种类型实验实践教学,突出光、机、电、算4大基础学科交叉融合一体化特色,构建“培养能力、逐层推进、鲜明特色”的“立体化”实验教学体系,如图1所示。

图1 “立体化”实验教学体系

首先,中心实验教学涵盖了光、机、电、算4大基础学科。底层是各学科的基础性实验,训练基础能力和基本规范养成；中间层次开设内容涉及4个学科中2个及以上学科的综合设计性实验,锻炼实践应用能力；顶层是交叉融合各基础学科的研究创新性实践,培养创新能力。通过3层实验教学架构,培养学生掌握光、机、电、算各学科的基础能力,还具有学科交叉应用能力,最终能够具备光、机、电、算一体化研究创新能力。

前2个层次,各学科关键能力培养的主要实践环节是课程实验。鉴于开设综合性、设计性实验对于增强学生综合分析能力、实验动手能力和创新能力,调动学生学习的主动性和创造性,加快实验教学体系的改革,培养基础能力和实践应用能力具有重要意义,经过不断努力,目前中心开设的课程中94.3%都开设了综合设计性实验,对学生基础能力和实践应用能力培养效果有明显提高。

学生具备光、机、电、算分学科的关键能力后,就可以逐步开展涉及多个学科的综合设计性实践环节训练。训练中让学生解决一个实际问题,而实际问题往往又都是一个涵盖光、机、电、算等多方面的复杂问题。例如在课程设计环节,学生要完成“发光物自动跟踪电路设计”这类的题目,要求学生设计一个电路,可以探测发光物的位置,经过信号处理后驱动跟踪装置自动跟踪发光物,且系统要具有抗其他光等环境干扰能力。整体系统设计主要涉及光电探测、信号传输处理、MCU控制、输出驱动和机构设计等,是一个典型的光、电综合系统。由于学生同时具有了光、机、电、算的基础能力和实践应用能力,为解决这类综合问题提供了基本条件。借此,学生尝试解决一些学科交叉融合的复杂工程问题,可以获得比单一学科培养的学生更多的知识和方法,在跨学科方面具有鲜明特色。

再进一步,学生可以开展包括专业综合实践、大学生学科竞赛、大学生科技创新项目、高水平实物型毕业设计等的研究创新性实验训练,主要针对具有较好专业基础、动手能力较强且对科学研究、创新实践有较高兴趣的学生,以学生为主体,以兴趣为导向,采用教师和学生都可以自主出题和申报的方式。中心开设的研究创新性实验的特点是以解决一个涵盖光、机、电、算跨学科交叉融合的复杂工程问题为任务,该层次实践能培养学生知识的综合应用能力,特别是光、机、电、算多学科深度交叉融合,能有效培养学生的创新精神和工程意识,还能培养学生的团队合作能力、沟通交流能力和社会责任感。

4 教学效果及建设成果

中心在建设过程中借鉴“持续改进”的工程教育专业认证核心理念,3年制定一次发展建设规划,同时每年都对中心的软硬件条件进行梳理,总结建设过程中的优缺点,并在下一年进行改进。

经过多年建设和发展,中心在实验教学和人才培养方面取得了突出的成果,表现在:

(1) 中心通过开设课程实验、课程设计和专业综合实践,指导大学生科技创新项目、开放性实验项目、各类学科竞赛和实物型毕业设计,使学生将课堂上学习的知识应用到实践中,学习掌握了各类常用仪器的操作和使用方法,提高了针对复杂工程问题分析、设计解决方案以及实现的能力,得到了测控技术与仪器和光电工程相关的综合实践训练,提高了动手能力,锻炼了分析和解决复杂工程问题的能力,培养了团队协作精神,为就业和考研深造打下了良好的基础。

(2) 学生在中心得到光、机、电、算等各基础学科分学科的能力培养的同时,进一步获得各学科交叉综合能力培养,综合实践和创新能力强。近5年来,获国家级、北京市级科技创新计划资助近150项,实物型毕业设计75项,资助学生数1 000余人。学生在各类学科竞赛中获得国家级、省部级奖励68项,发表论文20篇,申请专利10项。

(3) 中心“测控技术与仪器”本科专业2014年顺利通过了国家工程教育专业认证,中心作为认证的重要环节,在教学体系建设、人才培养效果等各方面得到现场认证专家的充分肯定。

(4) 学生就业率高。中心培养的学生实践动手能力强,具有较好的解决工程实践问题的能力,近3年平均就业率为99.2%,且工作后展现出较好的团队意识和合作能力,得到了用人单位充分认可。

5 结语

仪器与光电工程实验教学中心建设历史久、规模功能完善、专业特色鲜明,承担了大量的校内外实践教学任务。中心教学理念先进、实践教学体系完善、设备和手段先进、师资队伍优良、实践教学经验丰富。在我国全面开展工程教育专业认证的背景下,中心积极适应新思想、新要求,探索、构建了适应工程教育专业认证的立体化实验教学体系,在加强学生工程实践创新能力培养方面进行了有益探索,取得了明显成效,并产生了良好的社会辐射作用。

References)

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[11] 韩凤霞,郑军.基于工程教育专业认证的工程训练教学的改革[J].实验技术与管理, 2015,32(10):178-181.

[12] 林健.如何理解和解决复杂工程问题:基于《华盛顿协议》的界定和要求[J].高等工程教育研究,2016(5):17-26.

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

北京高等学校重点教育教学改革项目(2015-zd10)；北京信息科技大学重点教学改革项目(2015JGZD01)

吕勇(1971—),男,安徽芜湖,博士,教授,主要从事光电技术教学和研究工作.

E-mail：lvyong@bistu.edu.cn

G482

B

1002-4956(2017)2-0197-04