面向新工科的工程实践教学体系建设与探索

孙科学, 郭宇锋, 肖 建, 程 勇, 成谢锋

(南京邮电大学 电子与光学工程学院, 江苏 南京 210023)

联合国教科文组织在2015年的研究报告中指出:世界高等教育正在发生革命性变化,并呈现出了“大众化、多样化、国际化、终身化、信息化”的趋势,高等工程教育作为其中重要的组成部分,也遵循上述趋势进行了多次转型,从注重技术应用的“技术范式”转换为注重科学研究的“科学范式”,又转换成为注重实践的“工程范式”,并时刻瞄准未来的新范式[1-2 ]。“新工科”的率先提出为高等工程教育的改革探索提供了一个全新视角和“中国方案”[3-6]。

我校电子科学与技术实验教学示范中心(简称示范中心)，依托南京邮电大学“电子科学与技术”一级学科博士点、江苏省重点学科“电磁场与微波技术”、江苏省优势学科“有机光电子”和江苏省优势序列学科“智能电网与控制技术”的学科优势,以电子科学与技术等国家特色专业、卓越工程师培养计划、教育部工程教育专业认证专业、国家和省级品牌特色专业为专业支撑,通过整合优化“射频与微纳电子综合训练中心”“电工电子实验教学中心”2个省级实验教学示范中心、多个国际/校企合作实验室和企业实习基地,组建而成。

我校作为电子信息类行业高校,把新工科实践的重点放在在电子信息类工程技术人才培养上,聚焦产业领域当前急需和未来发展,既重视对传统行业特色工科的转型升级,也注重在传统工科基础上的新工科建设,加强与国内外相关产业领先企业的合作和深度融合[7-10]。

1 工程实践实验课程建设

示范中心在实验实践教学过程中,秉承“强调学用结合,注重能力训练,倡导创新拓展,培养创新型人才”的实验教学理念,构建了“三纵三横”的实验实践教学课程体系,如图1所示。

图1 工程实践教学体系与实验课程建设

实验实践教学体系分为3个层次(三横),每一层次的教学中又分为教学内容、教学方法和教学目的(三纵)。

第一层次为基础实验能力训练,采用了可视化、信息化、规范化的教学方法。培养学生的基本实验技能,既考虑共性需求,又兼顾特殊要求,设计系统完整的专业基础实验模块。

第二层次为综合设计实验能力训练,采用了个性化、开放式的教学方法。通过构建课程设计、综合设计和专题研讨等实验实践模块,实现不同知识点、不同课程之间的知识整合,以及知识重构与知识融合,进一步巩固学生所学专业知识的基本概念、基本原理和分析方法,培养综合运用所学知识分析和解决问题的能力,实现知识的活学活用,同时培养学生的自学能力、思维能力、实践观点和团队合作能力。

第三层次为创新实践能力训练,采用了工程化、协同化的教学方法。它是实验技能与工程素养培养的最高层次,主要依托实验室的优质软硬件资源和师资力量,以各类创新项目(大学生创新训练计划项目、开放实验训练项目等)、学科竞赛(大学生电子设计竞赛、数模竞赛等)和科学研究为载体,采用灵活的组织模式,培养学生的创新能力、思维能力、合作能力、科研能力、管理能力和工程意识。

2 建立多维度课程体系

在工程实践能力训练中,注重综合智力与非智力因素,在课程设置中涵盖知识、能力以及素质3个维度,储备交叉学科领域知识、培育多学科研究能力与跨学科合作精神,使培养的人才具有多学科思维、复合型知识、创新性能力与工程型素质。

在经典教材基础上不断融入多个学科的新知识、新技术,以“思维导图”视角优化课程内容；以工程问题为线索,建设电子信息交叉学科专业课程群模式,扩大电子信息学科的专业课程修读覆盖面。开展面向工程能力培养为核心的多学科交叉与融合教学。

3 实践教学平台的建设与教学新方法探索

综合创新能力的培养涉及面广、硬件平台要求高,为提供个性化的培养方案、体现个性化创新能力培养的模块化特点,在现有创新实践平台的基础上,自主开发了一系列适应综合性创新能力培养的新平台,并在实践教学中采用“翻转课堂”和“混合式教学”的教学形式,构成创新能力培养课程群。自主研发的个性化实验平台,能更好地贴合个性化创新能力培养目标,吸收企业意见与建议、采纳国际化先进培训理念,在信息化教学形式下,更好地实现工程性、创新性的培养模式,且具有较大的推广价值。

示范中心教师将科研成果融入创新项目,自主开发个性化的系列实验平台,培养学生工程实践能力。图2为中心教师将科研项目转化为学生的国家级创新项目,近3年来,指导学生获得了飞行器方向大学生电子竞赛全国一等奖3项、全国二等奖2项、省级奖多项,并于2017年捧得全国大学生电子设计大赛最高奖“瑞萨杯”。

图2 科研成果融入创新实践创新

同时,将科学研究成果转化到教学实践中去,取得了良好的效果。图3为中心教师开发的IC芯片测试仪和电子竞赛培训实验箱。IC芯片测试仪可以对多种门电路、放大器、比较器、三极管等基本集成芯片功能进行校验,有利于节省教学时间。电子竞赛培训实验箱已广泛用于本科电子类实验教学,每年培训的学生参加全国大学生电子设计竞赛获得全国和省级奖项数量居江苏省前列。

图3 科研成果融入实践平台建设

4 结语

南京邮电大学作为电子信息类行业高校,在新工科建设上做到专而深,即新工科建设凸显学校在电子信息领域的专业优势,力求把这些新工科建成有深度、有特色的学科专业。电子科学技术实验教学示范中心在实验实践教学过程中,秉承“强调学用结合,注重能力训练,倡导创新拓展,培养创新型人才”的实验教学理念,构建了“三纵三横”的实践课程建设模式。以各类创新项目、学科竞赛和科学研究为载体,采用灵活的组织模式,培养学生的创新能力、思维能力、合作能力、科研能力、管理能力和工程意识。同时,探讨了在工程实践能力训练中,建立多维度课程体系,注重综合智力与非智力因素,培育多学科研究能力与跨学科合作精神,培养具有多学科思维、复合型知识、创新性能力与工程型素质的电子信息类人才。多年来,坚持自己的特色和创新举措,取得了突出的人才培养成效和示范效应。就人才培养质量而言,学生科技创新能力突出,学生创新受益面大、创新层次高，学科竞赛和创新创业成果丰硕,特别是电子设计竞赛，我校曾获最高奖“索尼杯”,近3年获得省以上电赛奖237项,其中全国奖33项。

参考文献(References)

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