面向新工科的工程實踐教學體系建設與探索

孫科學, 郭宇鋒, 肖 建, 程 勇, 成謝鋒

(南京郵電大學 電子與光學工程學院, 江蘇 南京 210023)

聯合國教科文組織在2015年的研究報告中指出:世界高等教育正在發生革命性變化,并呈現出了“大眾化、多樣化、國際化、終身化、信息化”的趨勢,高等工程教育作為其中重要的組成部分,也遵循上述趨勢進行了多次轉型,從注重技術應用的“技術范式”轉換為注重科學研究的“科學范式”,又轉換成為注重實踐的“工程范式”,并時刻瞄準未來的新范式[1-2 ]。“新工科”的率先提出為高等工程教育的改革探索提供了一個全新視角和“中國方案”[3-6]。

我校電子科學與技術實驗教學示范中心(簡稱示范中心)，依托南京郵電大學“電子科學與技術”一級學科博士點、江蘇省重點學科“電磁場與微波技術”、江蘇省優勢學科“有機光電子”和江蘇省優勢序列學科“智能電網與控制技術”的學科優勢,以電子科學與技術等國家特色專業、卓越工程師培養計劃、教育部工程教育專業認證專業、國家和省級品牌特色專業為專業支撐,通過整合優化“射頻與微納電子綜合訓練中心”“電工電子實驗教學中心”2個省級實驗教學示范中心、多個國際/校企合作實驗室和企業實習基地,組建而成。

我校作為電子信息類行業高校,把新工科實踐的重點放在在電子信息類工程技術人才培養上,聚焦產業領域當前急需和未來發展,既重視對傳統行業特色工科的轉型升級,也注重在傳統工科基礎上的新工科建設,加強與國內外相關產業領先企業的合作和深度融合[7-10]。

1 工程實踐實驗課程建設

示范中心在實驗實踐教學過程中,秉承“強調學用結合,注重能力訓練,倡導創新拓展,培養創新型人才”的實驗教學理念,構建了“三縱三橫”的實驗實踐教學課程體系,如圖1所示。

圖1 工程實踐教學體系與實驗課程建設

實驗實踐教學體系分為3個層次(三橫),每一層次的教學中又分為教學內容、教學方法和教學目的(三縱)。

第一層次為基礎實驗能力訓練,采用了可視化、信息化、規范化的教學方法。培養學生的基本實驗技能,既考慮共性需求,又兼顧特殊要求,設計系統完整的專業基礎實驗模塊。

第二層次為綜合設計實驗能力訓練,采用了個性化、開放式的教學方法。通過構建課程設計、綜合設計和專題研討等實驗實踐模塊,實現不同知識點、不同課程之間的知識整合,以及知識重構與知識融合,進一步鞏固學生所學專業知識的基本概念、基本原理和分析方法,培養綜合運用所學知識分析和解決問題的能力,實現知識的活學活用,同時培養學生的自學能力、思維能力、實踐觀點和團隊合作能力。

第三層次為創新實踐能力訓練,采用了工程化、協同化的教學方法。它是實驗技能與工程素養培養的最高層次,主要依托實驗室的優質軟硬件資源和師資力量,以各類創新項目(大學生創新訓練計劃項目、開放實驗訓練項目等)、學科競賽(大學生電子設計競賽、數模競賽等)和科學研究為載體,采用靈活的組織模式,培養學生的創新能力、思維能力、合作能力、科研能力、管理能力和工程意識。

2 建立多維度課程體系

在工程實踐能力訓練中,注重綜合智力與非智力因素,在課程設置中涵蓋知識、能力以及素質3個維度,儲備交叉學科領域知識、培育多學科研究能力與跨學科合作精神,使培養的人才具有多學科思維、復合型知識、創新性能力與工程型素質。

在經典教材基礎上不斷融入多個學科的新知識、新技術,以“思維導圖”視角優化課程內容；以工程問題為線索,建設電子信息交叉學科專業課程群模式,擴大電子信息學科的專業課程修讀覆蓋面。開展面向工程能力培養為核心的多學科交叉與融合教學。

3 實踐教學平臺的建設與教學新方法探索

綜合創新能力的培養涉及面廣、硬件平臺要求高,為提供個性化的培養方案、體現個性化創新能力培養的模塊化特點,在現有創新實踐平臺的基礎上,自主開發了一系列適應綜合性創新能力培養的新平臺,并在實踐教學中采用“翻轉課堂”和“混合式教學”的教學形式,構成創新能力培養課程群。自主研發的個性化實驗平臺,能更好地貼合個性化創新能力培養目標,吸收企業意見與建議、采納國際化先進培訓理念,在信息化教學形式下,更好地實現工程性、創新性的培養模式,且具有較大的推廣價值。

示范中心教師將科研成果融入創新項目,自主開發個性化的系列實驗平臺,培養學生工程實踐能力。圖2為中心教師將科研項目轉化為學生的國家級創新項目,近3年來,指導學生獲得了飛行器方向大學生電子競賽全國一等獎3項、全國二等獎2項、省級獎多項,并于2017年捧得全國大學生電子設計大賽最高獎“瑞薩杯”。

圖2 科研成果融入創新實踐創新

同時,將科學研究成果轉化到教學實踐中去,取得了良好的效果。圖3為中心教師開發的IC芯片測試儀和電子競賽培訓實驗箱。IC芯片測試儀可以對多種門電路、放大器、比較器、三極管等基本集成芯片功能進行校驗,有利于節省教學時間。電子競賽培訓實驗箱已廣泛用于本科電子類實驗教學,每年培訓的學生參加全國大學生電子設計競賽獲得全國和省級獎項數量居江蘇省前列。

圖3 科研成果融入實踐平臺建設

4 結語

南京郵電大學作為電子信息類行業高校,在新工科建設上做到專而深,即新工科建設凸顯學校在電子信息領域的專業優勢,力求把這些新工科建成有深度、有特色的學科專業。電子科學技術實驗教學示范中心在實驗實踐教學過程中,秉承“強調學用結合,注重能力訓練,倡導創新拓展,培養創新型人才”的實驗教學理念,構建了“三縱三橫”的實踐課程建設模式。以各類創新項目、學科競賽和科學研究為載體,采用靈活的組織模式,培養學生的創新能力、思維能力、合作能力、科研能力、管理能力和工程意識。同時,探討了在工程實踐能力訓練中,建立多維度課程體系,注重綜合智力與非智力因素,培育多學科研究能力與跨學科合作精神,培養具有多學科思維、復合型知識、創新性能力與工程型素質的電子信息類人才。多年來,堅持自己的特色和創新舉措,取得了突出的人才培養成效和示范效應。就人才培養質量而言,學生科技創新能力突出,學生創新受益面大、創新層次高，學科競賽和創新創業成果豐碩,特別是電子設計競賽，我校曾獲最高獎“索尼杯”,近3年獲得省以上電賽獎237項,其中全國獎33項。

參考文獻(References)

[1] 林健. 面向未來的中國新工科建設[J]. 清華大學教育研究,2017,38(2):26-35.

[2] 陳慧,陳敏. 關于綜合性大學培養新工科人才的思考與探索[J]. 高等工程教育研究,2017(2):19-23.

[3] 夏建國,趙軍. 新工科建設背景下地方高校工程教育改革發展芻議[J]. 高等工程教育研究,2017(3):15-19,65.

[4] 陸國棟,李拓宇. 新工科建設與發展的路徑思考[J]. 高等工程教育研究,2017(3):20-26.

[5] 周開發,曾玉珍. 新工科的核心能力與教學模式探索[J]. 重慶高教研究,2017,5(3):22-35.

[6] 成謝鋒,郭宇鋒,黃麗亞, 等. 大電子實驗教學平臺建設和教學方式的改革[J]. 實驗室研究與探索,2015,34(9):164-167,187.

[7] 陳東輝,江敏,錢平. 電氣工程專業工程實踐教學體系的構建[J]. 實驗室研究與探索,2013,32(11):193-196.

[8] 楊晉,王小榮,劉瀟瀟,等. 工科院校工程實踐教學體系的探索與實踐[J]. 實驗技術與管理,2008,25(7):20-22,32.

[9] 李運華,范悅,沈頌華. 遞進式工程實踐教學體系的創建與實踐[J]. 高等工程教育研究,2005(5):42-45.

[10] 程勇,郭宇鋒,呂文俊,等. 射頻與微納電子學科綜合訓練中心的建設與實踐[J]. 實驗技術與管理,2015,32(9):167-169.