創新人才培養模式的探索與實踐

張金龍，柴海莉

(北京信息科技大學 國家級電子信息與控制實驗教學中心，北京 100101)

大學生學習的目的是為了掌握知識，獲取技能，在實踐中運用所學的知識，實現個體價值，成為德能知行并重的人才[1]。高等教育改革是我國社會改革的重要組成部分[2]。實驗教學是大學生素質養成、能力培養的重要環節，也是學校開展教學、科研、生產實踐三結合的重要場所[3]。

1 實驗教學中心建設概況

北京信息科技大學電子信息與控制實驗教學中心于2001年成立，2007年被獲得北京市實驗教學示范中心，2008年評為國家級實驗教學示范中心建設單位，2012年正式通過教育部專家驗收[4](下稱中心)。

中心每年面向全校電子電氣信息類及非電類專業3 700余名本科生開設30多門電子、信息與控制相關理論課程及實踐課程。經過幾代人的不懈努力，構建了具有連貫性、綜合性、創新性的相關學科，完善了課程的基礎實驗教學環境。從實驗室整合重構、優化實驗教學體系、加強實驗室開放、加強實驗隊伍建設與推進信息化建設等方面對學科基礎實驗平臺進行了規劃設計，為建設高水平的學科基礎實驗公共服務平臺提供了技術指導[5]，有力改變了傳統的實驗教學模式所出現的問題并積累一些經驗[6]。

本著建設電子電氣信息類專業基礎實驗教學大平臺的思想，圍繞電路、通信、信息處理、自動控制等知識結構，近年來中心投入2 000多萬元資金，構筑了多學科交融、設備先進、軟硬件一體、功能復合、全面開放、高效運行的大電類實驗教學平臺。現擁有4大類(電子電路、通信、信息、自動控制)功能復合型實驗室，總面積2 693 m2，實驗室分布在健翔橋校區和小營校區。中心設主任1人、副主任1人，4大類功能實驗室主任各1人，每個功能實驗室配有負責人，所有功能實驗室的教學任務安排、儀器設備維護、人員調配等由中心統一管理。

中心承擔全校電子信息工程、通信工程、自動化、智能科學與技術、計算機科學與技術、信息安全、網絡工程、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、電子科學與技術、光信息科學與技術、機械設計及其自動化、車輛工程、工業工程、工業設計等15個專業本科生的教學任務，開設實驗項目182項，每年實驗人時數36.9萬人時。同時也為信號與信息處理、檢測技術與自動化裝置、控制理論與控制工程及模式識別與智能系統等二級學科的碩士研究生教育承擔實驗教學任務，現有在讀碩士研究生50余人。

中心始終把師資隊伍建設放在首位，提出了理論教學與實驗教學相結合、教學與科研相結合、本科生與碩士生教育相結合的實驗教師隊伍建設理念，形成了一支結構更趨年輕化，高學歷化，教學科研創新能力強，實驗教學水平高，勇于創新、團結協作的實驗教師隊伍。現有專職教師34人，其中教授6人，副教授9人；具有博士學位14人，碩士學位14人。兼職教師8人。近年來，承擔教研項目25項，獲省部級以上教學成果獎4項，發表教研論文33篇，出版實驗教材7部。承擔科研任務66項，科研經費達1 700萬元以上；獲國家發明二等獎1項；獲發明專利5項；發表科研論文287篇，其中被SCI、EI及ISTP收錄133篇。中心擁有全國優秀教師稱號的1人、北京市教學名師4人、北京市優秀教師4人、北京市屬市管高等學校拔尖創新人才及青年骨干教師12人、北京市德育先進工作者1人、北京市師德標兵1人、首都勞動獎章獲得者1人，北京市大學生電子設計競賽優秀輔導教師4人。中心教學團隊獲北京市優秀教學團隊稱號。

中心面向校內外、社會開放。為電子設計競賽、機器人大賽、嵌入式系統設計大賽、計算機應用大賽等多種學科競賽和學生科技小組活動提供教師指導、培訓、場地、設備以及元器件，為企業提供技術支持，為科研單位提供設備資源共享。承辦了全國第10屆機器人FIRA大賽、首屆北京市機器人大賽，中央電視臺、北京電視臺等多家媒體進行了報道。承辦了“天華杯”全國電子專業人才設計與技能大賽北京分賽，承擔全國大學生電子設計大賽及北京市電子設計競賽分賽區的組織實施工作，連續3年獲優秀組織獎。近年來，中心培訓的學生在國際仿人機器人奧林匹克競賽、全國及北京市機器人大賽、全國及北京市大學生電子設計競賽等省部級以上學科競賽中獲省部級以上獎勵220項，為外校學生1 326人提供服務。與安捷倫、中興通訊、中電集團41所、TI公司、普源精電儀器公司等多家企業合作，聯合共建實驗室和實習基地，為企業的對外培訓提供儀器設備和場地。近年來，為企業培訓80余人。

中心著力實現實驗人員復合配置，促進教科研成果向課程轉化，建設階梯型培養模式，完善開放實驗制度和實驗教學的網絡化信息化管理，構建強弱電結合、軟硬件結合、機電結合的多元功能型實驗室。形成了工程訓練與課程實驗相結合，理論教學與實驗教學互通并重的鮮明特色。

2 樹立創新的實驗教學新理念

高效的實驗教學中心管理機制，是最大限度地提高實驗室的利用率、提高實驗教學質量的制度保證。要從根本上改變實驗教學依附于理論教學的傳統模式，就必須建立與理論教學保持有機的聯系、又相對獨立的實驗教學管理體系[7]。

作為高等教育教學的重要組成部分，實驗教學承擔著科學研究、教學改革和教書育人的主體工作。正確認識實踐教學對人才培養的作用及在高校教學工作的地位，對提高學生的素質教育有著至關重要的作用。近年來，中心也摸索了一些適應新環境的教學理念。

在實驗教學觀念上，明確了實驗教學與理論教學并重，實驗教學是理論教學的延伸而不是附屬，實驗教學是培養學生應用所學知識分析和解決實際問題的實踐能力、科研素質和創新意識的必要手段，從而明確了實驗教學的建設目標。

在實驗教學體系和內容的改革中，建立以能力培養為主線，分層次、分階段、多模塊、循序漸進的實驗教學模式，突出學生的創新意識、綜合能力、工程能力、實驗能力等方面的培養。

在師資隊伍建設中，強化教學與科研結合、實驗與理論結合，充分利用現有的人才引進和培養政策加強建設力度，建設教學、科研、技術兼容，核心骨干相對穩定，結構合理的師資隊伍。教學團隊由富有經驗的教師作為團隊的負責人和教學顧問，指導青年教師的教學。同時鼓勵青年教師積極參與教材的編寫，把科研成果轉化到教材中。通過編寫教材，加強青年教師專業書籍寫作能力，培養嚴謹的學風，并加深對教材的掌握和理解，提高課堂教學質量[8]。

在實驗環境建設中，構建一個面向電子、電氣、信息、計算機、自動化和智能科學與技術等學科的專業人才培養體系，建設大電類基礎課程實驗教學大平臺，營造儀器設備先進、資源共享、開放服務的實驗教學環境。注重信息化建設，對中心的管理信息化現狀進行分析，探索可行的實驗教學中心管理信息化策略[9]。

在實驗室管理上，建立高效、系統、規范的實驗教學和實驗室管理網絡信息平臺。

3 實驗教學手段的探討

中心面向全校電子信息與控制類各學科專業，圍繞“電路、電磁場、信號處理、自動控制”等知識結構建立了實驗教學體系，把實驗教學內容與科研和工程應用相結合，將實驗教學分為基礎知識和基礎能力、綜合設計和實踐能力、科學研究和創新能力3個層次，逐步培養學生基本實驗技能、工程綜合能力和創新意識。

中心共開設實驗項目近200項，在這些實驗項目中，注重教學與科研結合、綜合設計與工程應用結合，實驗內容體現不同層次的綜合，即課程內的綜合、課程之間的綜合、學科之間的綜合。在實踐教學中我們強調注重基礎知識教育和基本技能培養，加強學生設計能力訓練，主要表現在這幾方面：

(1) 在實驗中，讓學生掌握基本的實驗方法，教師在指導過程中有目的、有意識地培養學生，引導學生獨立思考，鼓勵學生查閱資料吸取新的知識，拓寬知識面，拓寬視野，提出新的實驗方案，組織學生討論，提高學生實踐興趣，為其創新能力打下基礎。

(2) 基本技能培養是實驗教學中的基本技能訓練和整個實踐環節的思維和過程訓練，包括器件的識別與選用、合理連線、儀器的使用、維護、基本的測量方法、故障的排除、結果的分析、報告的撰寫。這些技能如果單獨靠教師的講、學生聽，效果不好，現在融入了多媒體教學，開放式實驗室，使得每一次學生都變成主動參與。例如面向剛剛學習完模擬電路以及數字電路兩門課程所開設的電子工藝實習，引導學生使用至少一種PCB設計軟件，學習器件的識別、導線連接，最后焊接完整的階梯波電路并且用示波器測量各點波形、示波器截圖。以上教學過程基本上使學生掌握了一個簡單的電路從設計、安裝、調試到測量的過程，從而激發了學生的學習興趣，有的學生為了解決一個電路問題，飯可以不吃，晚上連續作戰，連做夢都是電路的事情，花了很大的工夫，直到得到正確的結果。有位學生在實驗體會中提到“通過實習，才知道學到的電路能做什么，怎樣做，有了對學習的濃厚興趣，感謝學校給了這樣好的一個學習機會”。

(3) 設計性實驗是在學生掌握基本知識、基本技能的基礎上，給學生足夠的自由空間，讓學生自己設計總體方案和實驗步驟。中心的設計性實驗通過教師的正確指引，讓學生自主選擇，激發和滿足不同層次學生的探索欲望和創新意識。實驗前，讓學生自主結合，3～4人1組，成績稍好一些的學生搭配學習稍差的學生，在完成課程的基本要求后，要求每一組學生至少要做出一種新的功能拓展，實驗方法和手段要與其他組的學生有區別，通過軟件仿真確定方案的正確性。通過這種形式完善了實驗電路的功能，訓練了學生的設計能力和溝通交流能力，提高了探索新領域的興趣。實驗完成后原來能力較強的學生得到了更好的提高，能力稍差的學生提高了興趣感與成就感，大家普遍反映喜歡這樣的模式。

(4) 綜合技能提高，不再是某一個或幾個知識點的簡單設計，而是要求學生對知識的融會貫通，學生能提出問題、分析和解決問題。通過開放實驗室，競賽培訓，我們感覺對學生的綜合能力提高幫助非常之大。以前學生需要教師手把手的扶持，通過開放實驗室，學生有了自己獨立思考，學習的過程，再通過仿真及實驗驗證，學生綜合設計能力有了較大提高。

4 實驗教學環境建設目標

4.1 改革和完善實驗教學環境

中心重視實驗教學環境的建設,其目標是:

(1) 建成為全校電子、信息以及控制類實踐教學基地，完成本科4年的實踐教學、理論教學、電子類綜合課程設計和畢業設計等教學任務。

(2) 建成為本科生工程訓練的基地，使學生了解電子系統或產品的技術動態、技術水平、工藝過程,為學生提供電子系統設計、制作、調試、測試等工程訓練的實踐過程。

(3) 建成為我校當代電子信息先進技術展示平臺和技術培訓推廣基地,也是創新人才培養基地。這個平臺將通過選修課程、技術講座、大學生電子設計競賽培訓等活動，將電子信息新技術和應用型技術傳授給學生，組織學生課外科學實踐和課外創新活動，培養他們的創新能力。

4.2 引進現代先進技術

在實驗教學環境的建設中應充分體現當代社會的最新技術成果，突出展示學校學科和專業的優勢、特色。實驗室的結構、設備配置、技術和實驗內容應該具有時代氣息，能夠吸收當代技術的精華，如計算機控制理論和應用技術、電子新技術新器件、計算機仿真技術、計算機輔助設計、現代控制方法與檢測技術、單片機、DSP、集成電路設計、虛擬儀器技術等[10]。需要兼顧以下幾個方面的問題：

(1) 實驗室的建設規劃與相關學科的發展方向相結合,實驗室既是教學的設施，也是科研的實驗基地和科技水平的展示窗口，既要配備面向廣大學生的實驗設備，也要配置一些尖端設備，進行科研和開拓學生的視野。

(2) 實驗教學環境發展必須有學科的支持，應具備科研和開發能力，為實驗室的發展、技術更新提供保證。應鼓勵自制實驗設備，將科研成果轉化為實踐教學服務。

(3) 實驗教學環境的硬件設備的配置兼顧面和點，根據教學計劃的需求，規劃相關實驗室的規模、儀器設備的配備。要預見技術的發展，為儀器設備的自然更新和新設備的引進留有發展的空間[11]。

5 結束語

中心的實驗教學理念與建設思路、開放式網絡化的實驗教學管理與實驗教學方法、鮮明的實驗教學特色等，是多年來中心全體師生辛勤勞動的結晶，是中心的精神財富。近年來，清華大學、北京大學，特別是地方一般院校如北方工業大學、北京聯合大學等全國10多所高校的領導和專家先后前來中心參觀、指導和交流。來訪的專家對于中心的建設、改革和特色給予較高評價和充分肯定，認為值得國內同類中心參考借鑒[12]。這是對我們的鞭策和鼓勵，我們將繼續深化改革，為培養創新人才做出更大的努力。

[1] 黃水林.大學人才培養路徑的思考[J].江蘇高教，2012(6)：98-99.

[2] 景巧玲，韓喜華.高等教育改革中創新型人才培養非智力要素研究[J].黑龍江高教研究，2013，31(7)：107-109.

[3] 金建潮.依托實驗教學中心加強學生實踐能力的培養[J].實驗技術與管理，2013，30(3)：117-119.

[4] 張金龍.開放實驗室建設的研究[J].中國素質教育研究，2007(5)：126-127.

[5] 李忠新，左建華.依托實驗教學中心進行學科基礎實驗平臺系統規劃與建設[J].實驗技術與管理，2014，31(1)：131-134.

[6] 張學軍，王鎖萍.全面改革實驗教學培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2005，24(1)：4-6.

[7] 李光提，李汝莘.發揮實驗教學中心作用提高實驗教學質量[J].實驗室研究與探索，2009，28(3)：77-79.

[8] 劉貴松，陳文宇，王曉斌，等.計算機學科本科生計算思維能力培養模式的探索與實踐[J].中國大學教學，2013(10)：25-28.

[9] 林關成，張西寧，李智勇.實驗教學中心管理信息化的探索與實踐[J].教育與職業，2013(8)：179-180.

[10] 張金龍.《DSP原理及應用》課程的改革探索[J].中國素質教育研究，2007(2)：61-64.

[11] 方麗梅.實施研究性教學，推進創新人才培養[J].實驗技術與管理，2012，29(8)：140-144.

[12] 高晶敏． 電工電子實驗教學中心服務應用型人才培養的實踐探索[J]．清華大學教育研究，2010，31(增刊)：136-139．