多層次電工電子實驗室體系研究

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摘要：面向新產(chǎn)業(yè)、新態(tài)勢、新技術，探索適合中國特色的“新工科”教育模式，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新復合型人才，保障新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。電工電子創(chuàng)新實驗室積極響應新工科建設的新要求和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，構(gòu)建“基礎—專業(yè)—創(chuàng)新—創(chuàng)業(yè)”多層次實驗室體系，依托學科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)夢工場，探索多元化實踐教學模式，調(diào)動學生學習主動性，提高本科生團隊意識、創(chuàng)新意識和動手實踐能力，加強產(chǎn)教融合，為新時期工科人才實踐能力培養(yǎng)提供思路。

關鍵詞：新工科；實驗室體系；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；多層次

隨著信息技術、人工智能、機器人、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應用，企業(yè)和社會對高等教育人才提出了新要求，不僅要求學生掌握本學科的理論基礎知識，還要求學生能夠與相關交叉學科相融合，具備分析和解決問題的能力，具有較強的創(chuàng)新意識和實踐動手能力[1]。2017年，我國提出了“新工科”教育理念，在傳統(tǒng)工程教育模式的基礎上探索新的發(fā)展范式，新工科建設要以未來新興產(chǎn)業(yè)、新技術為方向，更新工程人才知識體系，創(chuàng)新工程教育方式和手段，培養(yǎng)具備創(chuàng)新與實踐能力的高素質(zhì)復合型人才，實現(xiàn)傳統(tǒng)教育模式改革，助力高等教育強國建設[2]。高校實驗室作為實踐教學的重要場所，為培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和實踐動手能力提供平臺。為提高實驗室硬件資源使用率，許多高校建設創(chuàng)新開放型實驗室，在保障正常教學環(huán)節(jié)的基礎上，通過各種學科競賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃等科技活動支撐學生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐[3-4]。電工電子實驗室是學生進行電工電子基礎實驗實習的基地，作為實踐教學的重要依托，是工科類專業(yè)教育體系中重要組成部分。構(gòu)建多層次的實驗室開發(fā)體系，對現(xiàn)有實驗室管理模式進行改革，以滿足新工科人才培養(yǎng)的需求，對新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)和學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育具有重要作用[5-6]。

一、構(gòu)建多層次創(chuàng)新實驗室體系的必要性

面對新工科建設對人才培養(yǎng)的新定位，傳統(tǒng)的實踐教學模式和實驗室管理方式不足以支撐創(chuàng)新型卓越工程師的培養(yǎng)任務，因此對現(xiàn)有實驗室的建設和管理進行改革和優(yōu)化具有一定必要性。

（一）探索多元化實踐教學模式，激發(fā)學生創(chuàng)新興趣

完善實驗室儀器設備，依托項目教學法豐富實驗實踐教學形式，充分調(diào)動學生主觀能動性；加大實驗室開放力度，依托學科競賽和科技創(chuàng)新活動，增強實踐項目的挑戰(zhàn)性和趣味性，提高學生分析問題、解決問題的能力；加強校企合作，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動向，優(yōu)化實驗實踐教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提高學生綜合實力。

（二）構(gòu)建學生自主管理模式，深化高校人才培養(yǎng)理念

高校實驗室的主體參與人應為學生，教師穿插指導，以培養(yǎng)“創(chuàng)新意識強、高素質(zhì)復合型”人才為目標。學生自主管理實踐項目的創(chuàng)意構(gòu)思、方案計劃制定、實驗設計驗證、結(jié)果分析和成果產(chǎn)出的全流程，其參與度更高且需要解決的問題更加復雜和多樣性，有助于激發(fā)創(chuàng)新意識，鍛煉動手能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。

（三）全面開放創(chuàng)新實驗室，踐行新工科建設內(nèi)涵

新工科建設要培養(yǎng)的是工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才，注重培養(yǎng)具有多學科交叉融合背景和工程實踐能力的卓越人才，對實驗室的體系建設也提出了新的要求，以多層次、全開放運行的實驗室，從宏觀角度提高實驗室利用率，從微觀角度充分發(fā)揮實驗室的職能，滿足多年級、差異化學生培養(yǎng)需求，踐行新工科教學的內(nèi)涵式發(fā)展[7]。

二、多層次創(chuàng)新實驗室體系建設與實踐

構(gòu)建多層次創(chuàng)新實驗室體系[6]，如圖1所示，在電工電子公共基礎實驗（實習）教學和自動化、電子信息類專業(yè)課程實驗基礎上，拓展創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育的功能，深入開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。融合IT學科優(yōu)勢，結(jié)合新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，轉(zhuǎn)變教育理念，以實施“創(chuàng)意—創(chuàng)新”為主線，著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

（一）電工電子基礎實驗（實習）教學平臺

加強實驗室信息化建設，服務全校相關專業(yè)電工電子基礎實驗（實習）教學環(huán)節(jié)，根據(jù)不同學科專業(yè)特點及培養(yǎng)要求，開設不同學時的“電工電子實習”實踐課程。學生靈活選擇合適的時間段，進入實驗室學習基本儀器設備的使用方法、元器件參數(shù)計算等知識，按照實驗原理圖和實驗步驟，完成實物制作并進行調(diào)試和優(yōu)化，教學內(nèi)容設置經(jīng)典，幫助學生完成理論性的驗證，提供動手實踐的鍛煉機會，為高年級的專業(yè)課程學習和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育夯實基礎。

（二）專業(yè)課程實驗教學平臺

為積極響應教育部新工科建設要求，提高人才培養(yǎng)的創(chuàng)新性思維和動手實踐能力，在專業(yè)課程實驗教學環(huán)節(jié)，進行教學內(nèi)容和教學方法的改革，傳統(tǒng)教師為主導的演示性和驗證性實驗逐漸減少，開展以學生獨立思考完成一個設計類實驗項目的教學模式。在“數(shù)字電子技術基礎實驗”“模擬電子技術基礎實驗”課程實驗環(huán)節(jié)，通過PBL項目教學法設計和制作“計數(shù)器、直流穩(wěn)壓電源”等實驗項目，加深學生對時序邏輯電路、運算放大電路、負反饋放大電路的理解，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)他們的邏輯思維能力，以適應社會對卓越工程師的新標準。

（三）科技創(chuàng)新實踐教學平臺

依托全國學生電子設計競賽、全國大學生智能汽車競賽、全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、全國大學生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學科競賽，鼓勵學生積極參與創(chuàng)新實驗室，并開設“微處理器智能控制系統(tǒng)設計實踐”“大學生電子創(chuàng)新設計導論”等選修課，為學生提供協(xié)同創(chuàng)新的學習平臺。根據(jù)不同學科競賽的特點和要求，學生自由組隊，由指導教師進行方向引導和技術支持，圍繞競賽主題開展相應的文獻查閱、方案論證、實物制作、軟硬件調(diào)試、分析優(yōu)化、成果產(chǎn)出等一系列學習環(huán)節(jié)，將深度學習、模式識別等人工智能領域知識與傳統(tǒng)電工電子知識相融合，提高學生的綜合素質(zhì)，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中培養(yǎng)團隊意識、合作精神，鍛煉學生的動手能力。

（四）產(chǎn)教融合創(chuàng)業(yè)教育平臺

學生群體作為萬眾創(chuàng)新的主力軍，是我國雙創(chuàng)人才儲備的重要資源，依托電工電子創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)夢工場，加強高校與企業(yè)之間的交流與合作，結(jié)合經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，提供創(chuàng)業(yè)教育平臺。引導有敏銳洞察力的學生加入夢工場進行孵化，對創(chuàng)業(yè)有興趣的學生，校內(nèi)外創(chuàng)業(yè)指導教師則會結(jié)合當前產(chǎn)業(yè)需求和學生特點，為其匹配創(chuàng)業(yè)方向和團隊，如國產(chǎn)FPGA應用團隊等。為學生搭建合適且具有優(yōu)勢的產(chǎn)教融合創(chuàng)業(yè)教育平臺，能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識，提升他們的創(chuàng)業(yè)能力。

三、結(jié)語

面向新產(chǎn)業(yè)、新態(tài)勢、新技術，中國高等教育也要改革發(fā)展，探索適合中國特色的“新工科”教育模式，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新復合型人才，保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展。電工電子創(chuàng)新實驗室積極響應新工科建設的新要求和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，構(gòu)建“基礎—專業(yè)—創(chuàng)新—創(chuàng)業(yè)”多層次實驗室體系，探索多元化實踐教學模式，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的實踐動手能力，為企業(yè)培養(yǎng)卓越工程師；鍛煉學生團隊自主管理，深化高校人才培養(yǎng)理念，培養(yǎng)學生的團隊意識，提高學生的科研能力和綜合素質(zhì)，向社會輸送創(chuàng)新型、工程應用型復合人才；全面開放創(chuàng)新實驗室，加強與企業(yè)的交流合作，建立產(chǎn)教協(xié)同指導機制，踐行新工科建設內(nèi)涵。

參考文獻：

[1]石飛,李洪濤,王建英,等.高校創(chuàng)新實驗室管理模式與實踐人才培養(yǎng)體系研究[J].實驗技術與管理,2019(9).

[2]吳紫恒,王兵,李聰,等.人工智能背景下電子信息類新工科人才培養(yǎng)模式的研究[J].湖北工程學院學報,2021(3).

[3]劉捷,池品優(yōu).以開放型實驗室和多層次實驗體系為基礎推動計算機專業(yè)本科創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[J].微型電腦應用,2019(7).

[4]許濤,徐曉龍,路正蓮.構(gòu)建四層次實驗室開放體系培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2019(7).

[5]葛延,李海軍,葛麗娟,等.新工科背景下電工電子實驗室管理模式的探索與嘗試[J].教育現(xiàn)代化,2020(7).

[6]羅霞,羅闊,李震,等.新工科背景下專業(yè)創(chuàng)新實踐大平臺研究與探索[J].中國教育技術裝備,2020(19).

[7]別玉濤,王曉光,朱卓,等.新工科背景下開放性創(chuàng)新實驗室的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2020(6).

作者：王永圣 張家亮 王程濤 單位：武漢理工大學 武漢易思達科技有限公司