为使实验教学不仅具备传授学生知识、训练技能,而且具有激发学生创新思维、培养学生工程实践能力的功能,中心遵循以学生为本的教育理念,将实践教学与理论教学有机结合,构建了以工程实践能力和创新能力培养为主线、以“教师指导-自主探究”两类实践教学模式为手段、以“课程实验-集中实践环节-课外实践”三种实践教学类型为根本、以“基础性-综合设计性-工程性-创新性”四层次实践教学内容为核心的“一条主线、两类形式、三种类型、四个层次”实验教学体系,如图2-1所示。该实验教学体系使实验教学课程设置与人才培养目标结合、理论课与实验课结合,充分体现实验教学的基础性、综合性、工程性和创新性特点。
图2-1 实验中心实验教学体系
(1) 构建“一条主线、两类模式、三种类型、四个层次”实验教学体系
明确一条主线:以培养学生工程实践能力和创新能力为主线,着重训练学生的科学思维、工程思维和创新思维,培养具备实践能力、工程能力和创新能力的高素质复合型工程应用人才。
打造两类模式:即在实践教学模式上采用教师指导传授型方式和开放自主探究型方式。教师指导传授型实验教学方式以学生为主体,教师为主导,根据实验大纲要求,完成基础性、原理性、验证性实验,突出学生对基本知识、基本原理和实验技能的训练,促进学生实验能力培养。开放自主探究型实验教学方式倡导学生自主实验,开放命题、开放实验,形成以自主式、合作式、探究式为主的学习方式,以满足不同层次、不同需求、不同个性学生的需求;同时,依托中心四类平台和教师研究课题,通过科研培训,进行选题调研、文献查阅、实验方案设计、结果分析和成果总结等训练,突出科研能力、科研素质和团队合作精神的培养。
设计三种类型:即在实验教学类型设计上采用课程实验、集中实践环节和课外实践三种不同形式。①课程实验包含课堂实验和课后延续实验,涉及基础验证型和综合设计型两个层次,对于电子信息类、电气自动化类、计算机类、信息管理类等专业必修课和专业选修课都设计了课程实验内容,以训练学生的基本实践能力。②集中实践环节包含综合设计型和工程实践型两个层次,涵盖了认识实习、生产实习、工程实训、专业实习、企业实践、毕业实习、毕业设计等环节,着重培养学生的综合性实践能力。③课外实践包含综合设计型、工程实践型和创新研究型三个层次,通过课外设计与制作、学科竞赛、参与教师科研、大学生创新创业项目、科技论文、申请专利或软著等形式培养学生的工程实践和创新能力。
构建四个层次:是在实验教学内容上构建基础型、专业综合设计型、工程实训型和创业创新研究型四层次实验。①基础性实验主要培养学生对理论的认知能力和基本的实践技能;②专业综合设计型实验进行专业知识、技术、实验方法和手段综合应用训练,侧重培养学生知识综合能力和分析解决问题的能力;③工程实训型实验面向工程实际、面向不同专业,使学生在参与实验的过程中获取各类工程技术经验;④创业创新研究型实验旨在通过创新创业教育与实践、科学研究、科技协会活动等进行系统的研究方法训练,侧重培养学生科学研究能力和创新能力。
(2) 构建面向四级能力培养的四层次实验课程体系
依托中心“一条主线、两类形式、三种类型、四个层次”实验教学体系,经过不断探索、改革和建设,中心建立了四种类型实验平台:基础实验平台、专业综合实验平台、跨专业综合实验平台和创业创新研究实验平台,涵盖了公共基础、专业基础、专业综合、实习实训、虚拟仿真、协同创新等691个实验项目,逐步形成了“基本实践--综合设计--工程应用--创新研究”的四级能力培养体系,如图2-2所示。
第一层次:基础课程实验
本层次实验内容训练学生基本实践能力,包括常用仪器设备使用,电子元器件和电路基本参数测试,基本软件、虚拟平台使用等,涉及的课程属于公共基础类和专业基础类,涵盖了电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、电工电子学、计算机软件、计算机硬件、计算机信息数据中心等7个实验室,开设12门基础实验课程,实验学生人数4324人次/年。该层次实验通过基础科学原理课程的实验训练,使学生养成科学、规范的研究习惯与方法,如实验设计、常用仪器准备与使用、数据采集和处理、结果分析和报告等,初步培养其工程意识与素养。
第二层次:专业综合实验
本层次实验内容训练学生综合设计能力。将计算机科学与技术、软件工程、自动化、电气工程及其自动化、信息工程、电子科学与技术、信息管理与信息系统、电子商务八个专业的实验课程整合为22个专业综合实验室,开设117门专业综合实验课程,实验学生人数9247人次/年。综合性设计环节允许学生结合自己的能力和特长选择组织实验内容,并依据自主、合作、探究的学习方式开展实验活动,让学生实践活动建立在自我控制、自我指导的基础上,在实践教学中培养学生责任感和独立研究能力。
图2-2 面向四级能力培养的四层次实验课程体系
第三层次:工程实训型实验
本层次实验内容训练学生的工程应用能力。利用集中实践、校内实习、校外实习等方式,开展金工实习、电子工艺实习、生产认识实习、各类专业实习、毕业实习、毕业设计、校外实习基地实习等环节,形成优质资源融合、教学科研协同、学校企业联合培养人才的实验教学新模式,建立了23个校内外实习实践基地。通过与工程实际和生产实际贴近的实践活动,使学生获得对工业化生产方式、生产流程、设计流程、电子商务、信息管理、金融软件、计算机应用等更加全面的认识,结合所学的基础知识和已经掌握的基本技能,得到工程实践能力的综合训练。
第四层次:创业创新科学研究实验
本层次实验内容训练创新创业及科学研究能力。以学科竞赛、创新实践训练和项目开发为主体,通过学科竞赛、大学生创新创业项目、校外实习基地实训项目、科技协会活动、参与教师科研、科技论文、申请专利或软著等形式开展大学生的创新创业实践活动,为本科生和研究生从事创新性科学研究及创业实践提供有利条件。其中竞赛型实验有:电子设计竞赛、数学建模与计算机应用竞赛、智能车竞赛、计算机编程竞赛、嵌入式物联网设计竞赛、网络商务创新竞赛、“ERP”竞赛等;项目型实验有:大学生科研创新实践、大学生创新实验计划项目等模块;创业型实验有:大学生创业计划、大学生创业企业经营等综合模块。这些实践活动培养了学生的创造性思维能力、创新精神和创业意识,以及从事科学研究和技术开发的能力。
为培养学生的创新思维和创业意识,中心专门建立了以创新创业为培养目标的管理运行模式,如图2-3所示。中心成立了创新实践领导小组,对各项创新实践活动给予整体规划、部署;按相关学科专业组织申报各类创新实践活动和学科竞赛;对实践教学环境场地、仪器设备维护进行日常管理;对学生创新实践活动进行培训、指导。
图2-3 创新创业管理运行模式
(4) 建设特色鲜明、紧跟技术发展的实验教学环境
按照北京市实验教学示范中心的建设标准,做好中心的基础建设;密切跟踪高新技术的发展动态及最新应用,不断更新实验教学设备和技术;加强实验教学和实验教学管理信息化建设,将中心建成设备先进、业务流程合理、环境整洁规范、符合社会发展需求的示范中心。