地方院校國家級實驗教學示范中心建設的探索

李 目, 歐青立, 吳新開, 吳亮紅, 吳笑峰

(湖南科技大學 信息與電氣工程學院, 湖南 湘潭 411201)

地方院校國家級實驗教學示范中心建設的探索

李 目, 歐青立, 吳新開, 吳亮紅, 吳笑峰

(湖南科技大學 信息與電氣工程學院, 湖南 湘潭 411201)

闡述了實驗教學示范中心建設的目標與特色、實驗教學內容設計與整合、實驗教學方法和手段改革、實驗教學模式改革、實驗教師隊伍建設和實驗室網絡信息化建設等方面的改革措施與成果,為同類型實驗教學示范中心的建設提供借鑒和參考。

示范中心建設； 實驗教學； 人才培養

國家級實驗教學示范中心是教育部繼國家級重點實驗室、重點學科、教學基地建設之后,在實驗教學領域組織與實施的重大改革和建設項目,旨在推動高校加強學生實踐能力和創新能力的培養,加快實驗教學改革和實驗室建設,促進優質資源整合和共享,提升辦學水平和教育質量,為高校實驗教學提供示范經驗,帶動高校實驗室的建設和發展[1-6]。我校電子與電氣技術實驗教學中心于2003年在中央與地方共建專項建設資金支持下,建成國內最早具有智能網絡化管理功能的實驗中心，2008年獲批為國家級實驗教學示范中心(下稱中心)建設單位,于2012年順利通過教育部驗收。通過10余年的建設與發展,中心硬件建設已初具規模,現有實驗室面積8 000多m2,儀器設備3 500多臺(套),總值3 000余萬元。在凸顯辦學特色、實驗教學體系改革、師資隊伍建設和管理體制改革、工程實踐平臺建設等方面進行了積極而富有成效的探索與實踐,在不斷提高實驗教學質量的同時,充分發揮了中心的示范和輻射作用,為培養適應國家經濟建設與社會發展需要、服務于地方經濟發展及“兩型”社會建設、具有較強競爭實力的高素質創新型工程技術人才提供了良好條件[7-8]。

1 明確建設目標,突出辦學特色

發展目標與辦學特色是高校發展的生命線。每所高校都有各自的歷史發展進程,也有其特有的文化傳承和社會生存環境,因此,各大學都根據自身情況合理定位自己的發展目標和辦學特色[9]。我校基于長株潭城市群全國資源節約型和環境友好型“兩型”社會建設綜合配套改革試驗區的區位優勢,面向“兩型社會”建設和振興區域經濟的發展,提出了將“弘揚和創新工程學科與教師教育特色,加快推進特色鮮明高水平大學建設進程”的新思路，作為我校建設成為“省屬一流、全國知名、特色鮮明”高校的發展戰略的新要求。

在實現學校發展戰略目標的框架下,中心圍繞學校中心建設目標和主體辦學特色,積極在更新教育理念和教學觀念、改革實驗教學體系、增強實驗教師隊伍、提升實驗教學環境和建立高效管理機制等方面進行了長期的探索與實踐。同時,中心經歷多年的建設與實踐逐步形成了“開放式教學與管理、虛實與軟硬結合、教學與科研結合、多平臺協作和綜合考核”的自身辦學特色,以強化學生“三個能力”(實際操作技能、綜合應用能力和研究創新能力)[10]培養為首要目標的教學模式。實驗教學的各個環節均以辦學特色為基點,以服務“兩型社會”建設為導向,以學生“三個能力”培養為目標,在實驗教學內容、教學方法和手段、教學模式、教師隊伍和網絡信息化應用等方面開展改革與實踐,提高實驗教學質量,為國家和本地區經濟發展培養出高素質的工程技術人才。

2 面向“四個層次”設計和整合實驗教學內容

圍繞學生“三個能力”培養目標,以鞏固理論基礎、突出實踐能力、適應社會需求和個性化發展,分層次設計和整合實驗教學內容。中心在注重學生創新能力培養的基礎上,將實驗教學內容分為4個層次：基礎實訓層、綜合設計層、應用創新層和工程實踐層(見圖1)。

圖1 實驗教學內容層次結構圖

(1) 基礎實訓層。該層是實驗教學的根基,也是后2個層次實驗教學的基礎,主要面向一、二年級學生,包括電路接線工藝與規程、常用儀器儀表的使用、印刷電路板設計、焊接技術和電子設備基本工藝及調試等基礎實驗項目。該層次注重學生基本實驗技能的培養,通過電工電子基礎實驗平臺,加強對基礎知識的理解,掌握基本的實驗操作技能和方法。

(2) 綜合設計層。該層主要面向二、三年級學生，重點培養學生的綜合分析能力和應用設計能力,開設項目以綜合性和設計性實驗為主。學生通過電工電子實驗設計平臺,根據給定的實驗條件制訂相應的實驗方案,運用自己構思的方法和手段達到實驗目標,教師只在學生的實驗方案設計與技術路線上進行指導,充分發揮學生的主觀能動性和實驗主體性,積極培養學生分析問題和解決問題的能力。

(3) 應用創新層。該層主要面向三、四年級學生，根據項目來源分為開發性實驗和研究性實驗。通過創新實驗項目和科技競賽保證實驗教學內容的先進性、針對性和可行性。實驗中心組建了大學生創新訓練中心,由學生組成項目小組,根據訓練中心定期公布的引導性創新實驗項目或各類科技競賽課題的要求,設計相應實驗方案,培養學生的創新性思維和自主創新能力。學生通過團結協作,首先查閱相關資料,然后進行項目方案設計,并借助虛擬平臺進行仿真驗證,最后完成電路與系統的制作和調試,整個過程對培養學生的創新能力起到積極作用。

(4) 工程實踐層。該層主要面向大四學生,主要依托工程研究中心、工程實驗室和校企合作聯合培養基地等平臺，實驗項目來源于教師的科研課題和企業生產研發。這些實驗項目具有鮮明的工程實踐性,能夠有效地開闊學生知識視野和拓展專業結構。直接面對科學問題和生產實際,提高學生參與實驗的主動性和興趣,充分發揮學生的創新潛能,全面提升學生的創新能力和工程實踐能力。

3 堅持“四種方式”和“四個結合”

實驗教學過程中,教師根據不同課程的特點和實驗教學內容,有意識和有目的地運用啟發式、討論式、探索式和研究式教學方法,通過這“四種方式”教學,充分調動學生的學習積極性,培養學生的科學思維和創新意識,切實從教學方法上改變過去實驗教學中教師為“主唱”,學生為“聆聽者”和“模仿者”的形式,突出學生在實驗中的主體地位,建立了以學生為中心的教學模式,形成自主式、研究式和創新式為主的學習方式,營造學生獨立思考、自覺主動學習的氛圍。

以培養學生“三個能力”為目標,始終堅持理論與實踐結合、虛擬與實物結合、軟件與硬件結合和多種實踐平臺結合的“四個結合”教學手段。中心通過更新實驗內容、結合科研項目,有意識地增加實驗的工程實踐背景,注重理論與實踐的有機結合,達到拓寬學生知識面和提高學生工程實踐能力的目的。為配合學生“三個能力”培養提供相應的實驗教學環境,中心建立了虛擬仿真實驗中心,學生可利用虛擬仿真中心提供的豐富資源進行各種仿真實驗。同時,中心還專門設立了制作與工藝實驗室,為學生提供從虛擬仿真到實物實現的工程環境。實驗教學及課程設計內容的設置均體現軟件設計與硬件開發相結合,培養學生的系統綜合實現能力,使學生能夠適應現代工程設計的需求。為了充分利用多平臺實驗教學的優勢,中心還建立了大學生創新訓練中心、產學研基地和卓越工程師培養計劃等多種實踐教學平臺,課程實驗教學、課程設計、生產實習和畢業設計等環節實現多平臺結合,充分發揮各平臺的優勢,著力培養學生的“三個能力”。

4 實行全方位開放式實驗,改革實驗教學模式

傳統實驗教學模式中,實驗教學長期從屬于理論教學,學生只能在規定的時間到固定的實驗室做計劃好的實驗項目[11-13]。在實驗中,學生多數情況下按照實驗指導書中的實驗步驟,簡單地重復實驗過程。因此,傳統實驗教學模式壓抑了學生的實驗興趣,束縛了學生探索潛力的發揮,不利于學生創新能力的培養。

開放式實驗教學就是實驗教學中所有實驗資源對學生開放,給學生提供充足的自主發展和實踐鍛煉的空間與環境。開放式實驗教學強調學生為實驗主體,要求學生在掌握一定的基本技能后,針對某些具體實際問題進行自主實驗。學生在實驗項目、實驗內容、實驗設備、實驗方法和實驗時間等方面享有充分的自主權,使學生能夠根據個人知識基礎、興趣愛好和專業特點進行實驗探索與研究,提高學生分析問題和解決問題的能力,重點培養學生的科學探索精神、創新意識和工程實踐能力。

中心自2003年春季開始,對全校26個理工科專業開設的電類基礎課程,包括電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、電路與電子學、電工學等全面實行了開放式實驗教學,每年參與實驗的學生人數達到7 800人,年實驗教學量達到147 210人學時。學生能夠在每學期第1—18周、星期一—星期六的8:00—22:00這個時間段,通過實驗中心預約系統預約實驗時間。為了配合開放實驗教學管理與指導,實驗中心對實驗室人員和任課教師實行了組合輪班制,實驗室教師和任課教師共同參與實驗指導,確保開放實驗有序、高效運行。開放式實驗教學模式實施以來,通過學生的主動參與、自主學習和自由探索,讓學生體會了實驗帶來的快樂與成就感,調動了學生學習的主動性和積極性,激發了學生學習潛力的發揮,促進了學生自主學習能力和個性化發展。通過借鑒電類基礎課開放式實驗教學的經驗,中心逐步對電類專業課實行開放式實驗教學,并在機器人、過程控制、單片機、DSP原理與應用、微機原理與接口技術等課程進行了成功試點,并準備向所有電類專業課進行推廣。

5 注重工程背景,建設高素質實驗教師隊伍

要實現學生“三個能力”培養的目標,實驗教師隊伍建設是關鍵[14]。中心目前擁有教師56名,其中,30人具有教授或副教授職稱,31人具有國內外知名高校博士學位。隨著實驗教學改革的不斷深入和實驗教學方法與手段的不斷革新,對教師隊伍的教學水平與管理能力提出了新的更高要求。例如,在開放式自主實驗教學中,實驗項目多來自于工程實際,所以要求教師具有較強的學術背景、豐富的科研經歷和扎實的工程實踐能力。其中,工程實踐能力顯得尤為重要,要求教師具備熟練的實驗技能和工程操作能力以及分析、解決實際問題的應變能力。開放式實驗教學模式要求教師既是學生的實驗指導者,又是實驗室的管理者，雙重身份對實驗教師隊伍在結構層次、業務水平和綜合素質等方面都有了更高要求。中心在實驗教師隊伍建設方面結合自身特點實施了以下舉措：

(1) 以優化實驗教師隊伍學歷結構和知識層次為出發點,積極培養和引進具有博士學位的青年教師進入實驗室,使他們成為實驗教學的青年骨干。同時,聘任具有豐富教學經驗和工程實踐能力的教授和副教授擔任實驗教學的專業負責人,逐步形成老中青結合的高學歷、高職稱、高水平實驗教師隊伍。

(2) 建立健全實驗教學激勵機制,合理調整政策導向,從師資配備和政策機制上保證實驗教學的質量,增強實驗教學的吸引力和驅動力，使青年教師有積極性進入實驗室從事教學工作,使實驗室教師有動力全身心投入自身能力提高和實驗教學中,形成相對穩定又不斷發展的實驗教師隊伍格局,為實驗教學的改革發展和實驗教學質量提高提供良好的人才保障。

(3) 以產學研基地、校企合作培養基地為渠道,積極聘請知名企業和公司的高水平工程技術人員到中心擔任兼職指導教師。目前中心外聘教師21名。高水平工程技術人員不但帶來了技術,而且帶來了豐富的工程經驗和企業管理方法,這些都是難得的寶貴資源。通過這些高技術人才的指導,學生既切實地學習到了各種工程技術,又開闊了視野,提高了工程實踐能力,同時,也為將來的個人發展積累了經驗。

(4) 創新用人機制,實現理論教師與實驗教師的互換與融通。從現代實驗教學內容來看,越來越需要實驗教師既要有扎實的理論基礎,又要有豐富的實踐經驗。因此,在用人機制上根據教師特長和水平,實現理論教師和實驗教師的融通甚至互換,即實現理論教師兼任實驗教學、實驗教師承擔適量理論教學,形成優勢互補、相互發展的態勢。

6 應用網絡技術提高實驗教學質量和管理效能

實驗教學示范中心的建設離不開網絡信息化建設,需要充分利用先進教育理念結合現代教育技術,有效發揮網絡信息化技術在實驗教學中的優勢,提高實驗教學質量和管理效能。中心以校園網為基礎,將各種實驗教學資源進行整合,為學生提供形式多樣的網絡服務。例如,為了實現開放式實驗教學,中心設計了實驗預約系統,學生通過校園網根據自己的時間自由安排自己的實驗；為了提高實驗教學效果,中心設計了相應的實驗課件和實驗視頻,學生可以利用課余時間自由地學習相關實驗課程,通過圖、文、聲并茂的交互式學習環節,激發學生的學習興趣,調動學生的學習積極性；中心建立了實驗管理系統,對實驗室信息、實驗設備、學生實驗成績、實驗測評和實驗論壇等進行綜合管理,實現了實驗各環節的規范和高效運轉,還提供了教師與學生之間的交流互動平臺。

為滿足區域“兩型社會”建設和工程技術人才培養的需求,我校實驗教學中心不斷加強網絡信息化建設步伐,給學生創造理論學習與實踐動手的良好實驗環境,大力開展虛擬仿真實驗教學實踐,建立了信息與電氣技術虛擬仿真實驗教學中心。該中心目前開設了150 項虛擬仿真實驗項目,涉及22門實驗課程。實驗項目所屬大類包括新能源與控制技術類、信息技術類、礦山電氣自動化類、科研成果轉化類、電工電子公共基礎類等5大類,其具體內容如表1所示,滿足不同學科、不同專業學生對虛擬仿真實驗教學的需求,實現虛擬仿真實驗教學資源的開放共享。通過開展虛擬仿真實驗提高教學質量,擴展實驗參與面,降低實驗成本和風險,形成了環境友好型與資源節約型的“兩型”綠色實驗教學新格局。

表1 實驗中心開設虛擬仿真實驗項目

7 結語

實驗教學示范中心建設是一項復雜的系統工程,遠不是實驗教學過程中某個環節的簡單改革就能完成的,而是實驗室建設目標與特色、實驗教學內容、實驗教學方法與手段、實驗教學模式、實驗教師隊伍建設和實驗室信息化提升等方面系統、全面的改革與實踐。實驗教學示范中心必須堅持以實際操作技能、綜合應用能力和研究創新能力這“三個能力”培養為落腳點,秉承“以人為本”的教學理念,注重空間、設施和設備等硬件建設的同時加強制度、措施和投入等軟件建設,不斷探索和創新,才能真正把實驗教學示范中心建設成為具有輻射性和示范性的高水平實驗教學基地。

References)

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Exploration and practice on construction of national experimental teaching demonstration center in local colleges

Li Mu, Ou Qingli, Wu Xinkai, Wu Lianghong, Wu Xiaofeng

(College of Information and Electrical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China)

The construction of the national experimental teaching demonstration center has important significance in accelerating the laboratories construction in colleges and universities, promoting reform and development of experimental teaching,realizing the integration and sharing of high quality resources and strengthening students’ practical and innovative ability. The reform measures and results are expounded on the construction goal and characteristics of the experimental teaching demonstration center,experimental teaching content design and integration,teaching method and means reform,teaching mode reform,teachers team and laboratory network information construction. The proposed methods can provide experience and references for construction of the same type experimental teaching center.

construction of experimental teaching demonstration center; experimental teaching; cultivation of talents

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.053

2016-10-11 修改日期：2016-12-01

湖南省普通高等學校教學改革研究項目(湘教通[2015]291號,序號254；湘教通[2014]247號,序號282)；湖南科技大學瀟湘學院教學研究與改革項目(G31454)

李目(1979—),男,湖南寧鄉,博士,副教授,碩士生導師,主要從事復雜網絡分析、綜合、測試與診斷方面的研究.

E-mail：limuucn@163.com

G642.0

A

1002-4956(2017)4-0207-05

實驗教學示范中心建設