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(shù)，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(fù)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(yīng)新工科建設(shè)的新要求和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，構(gòu)建“基礎(chǔ)—專業(yè)—創(chuàng)新—創(chuàng)業(yè)”多層次實驗室體系，依托學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)夢工場，探索多元化實踐教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)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(guān)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(shù)、人工智能、機器人、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)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(xué)生掌握本學(xué)科的理論基礎(chǔ)知識，還要求學(xué)生能夠與相關(guān)交叉學(xué)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(chǔ)上探索新的發(fā)展范式，新工科建設(shè)要以未來新興產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)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(fù)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(shè)[2]。高校實驗室作為實踐教學(xué)的重要場所，為培養(yǎng)學(xué)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(shè)創(chuàng)新開放型實驗室，在保障正常教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，通過各種學(xué)科競賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等科技活動支撐學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐[3-4]。電工電子實驗室是學(xué)生進行電工電子基礎(chǔ)實驗實習(xí)的基地，作為實踐教學(xué)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(xué)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(shè)對人才培養(yǎng)的新定位，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)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(wù)，因此對現(xiàn)有實驗室的建設(shè)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(xué)模式，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣

完善實驗室儀器設(shè)備，依托項目教學(xué)法豐富實驗實踐教學(xué)形式，充分調(diào)動學(xué)生主觀能動性；加大實驗室開放力度，依托學(xué)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(xué)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(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高學(xué)生綜合實力。

（二）構(gòu)建學(xué)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(yīng)為學(xué)生，教師穿插指導(dǎo)，以培養(yǎng)“創(chuàng)新意識強、高素質(zhì)復(fù)合型”人才為目標。學(xué)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(shè)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(fù)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(shè)內(nèi)涵

新工科建設(shè)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(xué)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(shè)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(xué)生培養(yǎng)需求，踐行新工科教學(xué)的內(nèi)涵式發(fā)展[7]。

二、多層次創(chuàng)新實驗室體系建設(shè)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(chǔ)實驗（實習(xí)）教學(xué)和自動化、電子信息類專業(yè)課程實驗基礎(chǔ)上，拓展創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育的功能，深入開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。融合IT學(xué)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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

（一）電工電子基礎(chǔ)實驗（實習(xí)）教學(xué)平臺

加強實驗室信息化建設(shè)，服務(wù)全校相關(guān)專業(yè)電工電子基礎(chǔ)實驗（實習(xí)）教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)不同學(xué)科專業(yè)特點及培養(yǎng)要求，開設(shè)不同學(xué)時的“電工電子實習(xí)”實踐課程。學(xué)生靈活選擇合適的時間段，進入實驗室學(xué)習(xí)基本儀器設(shè)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(xué)內(nèi)容設(shè)置經(jīng)典，幫助學(xué)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(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育夯實基礎(chǔ)。

（二）專業(yè)課程實驗教學(xué)平臺

為積極響應(yīng)教育部新工科建設(shè)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(xué)環(huán)節(jié)，進行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，傳統(tǒng)教師為主導(dǎo)的演示性和驗證性實驗逐漸減少，開展以學(xué)生獨立思考完成一個設(shè)計類實驗項目的教學(xué)模式。在“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗”“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗”課程實驗環(huán)節(jié)，通過PBL項目教學(xué)法設(shè)計和制作“計數(shù)器、直流穩(wěn)壓電源”等實驗項目，加深學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的邏輯思維能力，以適應(yīng)社會對卓越工程師的新標準。

（三）科技創(chuàng)新實踐教學(xué)平臺

依托全國學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生智能汽車競賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競賽，鼓勵學(xué)生積極參與創(chuàng)新實驗室，并開設(shè)“微處理器智能控制系統(tǒng)設(shè)計實踐”“大學(xué)生電子創(chuàng)新設(shè)計導(dǎo)論”等選修課，為學(xué)生提供協(xié)同創(chuàng)新的學(xué)習(xí)平臺。根據(jù)不同學(xué)科競賽的特點和要求，學(xué)生自由組隊，由指導(dǎo)教師進行方向引導(dǎo)和技術(shù)支持，圍繞競賽主題開展相應(yīng)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(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，將深度學(xué)習(xí)、模式識別等人工智能領(lǐng)域知識與傳統(tǒng)電工電子知識相融合，提高學(xué)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(xué)生的動手能力。

（四）產(chǎn)教融合創(chuàng)業(yè)教育平臺

學(xué)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(dǎo)有敏銳洞察力的學(xué)生加入夢工場進行孵化，對創(chuàng)業(yè)有興趣的學(xué)生，校內(nèi)外創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)教師則會結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)需求和學(xué)生特點，為其匹配創(chuàng)業(yè)方向和團隊，如國產(chǎn)FPGA應(yīng)用團隊等。為學(xué)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(shù)，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(fù)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(yīng)新工科建設(shè)的新要求和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，構(gòu)建“基礎(chǔ)—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(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的實踐動手能力，為企業(yè)培養(yǎng)卓越工程師；鍛煉學(xué)生團隊自主管理，深化高校人才培養(yǎng)理念，培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識，提高學(xué)生的科研能力和綜合素質(zhì)，向社會輸送創(chuàng)新型、工程應(yīng)用型復(fù)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(dǎo)機制，踐行新工科建設(shè)內(nèi)涵。

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作者：王永圣 張家亮 王程濤 單位：武漢理工大學(xué) 武漢易思達科技有限公司