构建信息类教学实验平台培养学生创新精神和实践能力

构建信息类教学实验平台培养学生创新精神和实践能力

王建林，何苏勤，赵利强

(北京化工大学，北京100029)

高校教育集知识信息的生产与传播、科学技术的创新与应用、人才素质的培养与提高等功能于一身，是推动当今知识经济发展的重要动力源。实验教学是本科教学中的重要环节之一，是整个教学内容和课程体系中不可分割的组成部分。实验教学体系的构建和实验教学环节的建设，是搞好实验教学、提高实验教学质量的关键。实验教学水平和实验室建设水平是反映学校的办学条件和办学实力及人才培养质量的重要标志。随着课程教学内容及课程体系改革的进一步深化，院系重组、学科建设、本科专业调整，迫切需要建立与之相适应的综合性、多功能实验教学体系。为了进一步优化资源配置，改革实验教学体系，依据工程教育原理，加强实验教学内容体系的基础性、整体性、实践性、创新性，打破按课程设置实验室的传统模式，构建专业大类教学实验平台。

在教育部和学校的大力支持下，从构建信息类教学实验平台入手，开展了对实践教学体系的改革。经过几年的研究与实践，信息类各专业的实践教学条件有了很大改善，实验内容得到了进一步丰富和完善，为培养学生的创新精神和实践能力奠定了良好的基础。

1　优化资源，构建多功能和综合性的信息类教学实验平台

1．1　学院实验教学现状

北京化工大学信息科学与技术学院现有电子信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术、自动化、测控技术与仪器6个本科专业，每届有600多名学生，每个专业均有50多门课程设有实验内容，同时还设有综合课程设计、认识实习、生产实习、创新活动、毕业设计等实践教学活动。长期以来，学院因专业实验室功能单一，设备落后，实验管理人员不足，学生人数多，专业多，实验管理不规范、内容不系统等因素，不能保证各类实验教学活动的正常开展，严重影响了学生创新意识和实践能力的培养，影响了教学效果和教学质量。设备陈旧落后已不能很好地反映目前相关专业领域实际工程应用中的较新设备和技术，已不适应经教学内容及课程体系改革后的实验教学内容的需求，不能适应对学生创新精神和实践能力的培养。为有效利用实验设备、避免重复建设、实现教学与科研的资源共享，打破专业及课程界限，需构建新的实验教学体系及实验平台，为学生创新实践能力的培养提供良好的环境条件。

1．2　信息类教学实验中心建设要点

为搞好院级教学实验平台建设，我院从更新教育观念、转变教育思想入手，组织全体教职工开展教育思想大讨论。在此基础上，经反复酝酿，充分论证，提出院级教学实验平台的建设目标、总体思路及科学规划。院级教学实验平台建设要点可归纳如下:

①院级教学实验平台建设以培养具有创新精神和实践能力的高素质人才为目标，将院级教学实验平台建成学校重要的、特色鲜明的实验教学基地;

②院级教学实验平台建设应围绕课程体系、教学内容改革这个核心来展开，使新的课程体系教学内容与实验教学相互协调，共同为培养高素质人才服务;

③院级教学实验平台的建立要与新教学体系的建立同步进行，最大限度地发挥实验设施的效益;

④院级教学实验平台建设坚持水平高、实用性好、覆盖面大的原则，应和学科建设相结合;

⑤院级教学实验平台建设应重点研制、开发设计性、综合性及创新性实验项目;

⑥院级教学实验平台建设要强化职责，推行高效的运行机制和新的管理模式。

根据上述建设要点，信息学院构建了两个教学实验平台，即计算机系统与通信教学实验中心和自动化与测控系统教学实验中心，着重培养学生设计创新能力、工程实践能力与运用现代技术解决工程实际问题的能力。

计算机系统与通信教学实验中心下设公共基础实验室和专业实验室。公共基础实验室面向学院各个本科专业，承担每个专业计算机、信息类课程的实验教学工作;专业实验室分别承担本专业独有的专业课程的实验教学工作及专业课程设计工作。

自动化与测控系统教学实验中心下设公共基础实验室和专业实验室。公共基础实验室面向学院各个本科专业，承担每个专业检测、控制类课程的实验教学工作;专业实验室分别承担自动化、测控技术与仪器专业独有的专业课程的实验教学工作及专业课程设计工作。

根据专业课程实验的性质，每个实验室分别承担3～8门课程实验和相应的综合课程设计、生产实习等实验教学任务，譬如硬件实验室可以进行计算机组成原理、微机接口技术、微机原理及应用、DSP原理及应用、单片机原理及应用、多媒体技术和计算机网络等课程的实验。硬件实验室除了为上述课程配备专用的实验装置外，32台计算机、32台示波器、32块数字万用表、32套电用工具则作为通用设备可以共用于各门课程实验，从而提高了实验室和仪器设备的利用率，实现了设备集中管理、资源共享、高效率使用，用有限的资金解决了学生多、实验学时多、实验类别多的问题，为学院6个专业的学生和学校部分工科类学生的实践教学活动提供了良好的环境。

与此同时，我们还制定了完善的实验平台管理制度、实验平台开放制度、实验室设备管理守则、实验指导教师守则、实验室学生守则，做到科学组织实验教学，规范实验教学过程，全面提高了实践教学管理的质量和水平。

院级计算机系统与通信教学实验中心和自动化与测控系统教学实验中心，及校级电工电子教学实验中心和计算机教学实验中心共同组成了我院实验教学体系框架结构。校级电工电子教学实验中心和计算机教学实验中心面向学校理、工科各专业，承担相应课程的实验教学及实习。

我院实验教学体系的分层构建，最大限度地优化了实验资源，提高了设备利用率，实现了资源共享和平台式、综合性服务功能，推进了实验教学体系改革。

2　改革实验教学体系，培养学生创新精神和实践能力

信息类教学实验平台的建设改善了教学实验的硬件条件，只要有资金，有规划，就可以在很短的时间内完成，但是与之相应的软件建设则是艰巨而漫长的系统工程。由于受传统教育思想的影响，重理论教育，轻实验教学;在实验教学模式上，学生处于被动地位，由教师规定实验内容和实验步骤，学生自主创新实验的热情不高;在实验教学过程中，安排的综合设计性实验少等等，这些因素都影响着学生实践能力和创新能力的培养，为此我们在规划建设实验平台的同时，根据课程与学科发展的特点和培养创新能力的要求，进行了充分论证，逐步建立和完善了适应创新人才教育的实践教学体系。

2．1　建立“三模块”实践教学体系

依据信息类人才培养目标和培养模式，建立“课程内实验—独立设课实验—研究综合性实验”三个模块组成的实验教学体系。各模块的设置原则如下。

①课程内实验:是促进学生巩固和验证各门课程的理论知识、掌握实验基本技能、培养动手能力和设计能力的实践教学环节，由演示性、验证性、设计性和综合性等多层次实验内容构成。此类实验与理论课紧密结合，是理论知识点的验证、补充和提高。

②独立设课实验:以系列课程或课群为起点，设置跨课程、跨专业的综合性、设计研究性实验课程，作为创新学分由学生选修，培养学生综合运用知识分析、解决实际问题的能力和自主实验的意识。独立设课实验必须具备系统的实验理论和实验内容，科学、合理的实验教学大纲及实施计划，公开出版(或校内编写印刷)的实验教材和完善的实验考核制度。

③研究创新性实验:运用多学科知识，综合多学科内容，结合教师的科研项目，使学生初步掌握科学思维方式和科学研究方法，鼓励学生根据自己的兴趣与专长自拟实验项目，进入开放实验室自主实验;培养学生的自主开发能力和创新能力。该类实验也可以利用生产实习、毕业环节或寒暑假完成，其研究成果可申报学校的科技创新奖励和创新学分。

根据学科特色设置的实验课程体系，旨在加强实践教学内容的基础性、整体性、实践性和创新性的建设;按学科、按专业大类整合专业课程的实验教学内容，开展以学生为本的实践教学活动，增加适用性、趣味性的实验项目，激发了学生实践创新的热情，使学生对实践活动产生浓厚的兴趣，其学习积极性和学习潜能得到了充分的发挥。

2．2　自主开发综合设计性实验设备

依托科研优势，促进科研成果向实验教学转化。为了更好地支持实验教学内容的改革和创新教育的实施，满足综合性、设计性实验内容的需要，我们组织实验平台的教师和经验丰富的教授自主研制开发了有特色的，具有综合性、设计性、研究性功能的实验教学仪器和仿真实验软件，目前已开发出多功能过程与控制实验系统、通信原理综合实验装置、通信电子线路实验箱、DSP综合实验系统、信号与系统综合实验装置、光纤通信实验装置、电梯运行控制系统等11种设备。这些实验设备技术先进，特色鲜明，整体结构采用模块化设计，可插拔，可扩展，开放性强，能够进行基础设计性实验、综合设计性实验、研究创新性实验;硬件资源和外设接口丰富，可开设的实验项目多，实验内容涉及的学科和专业多，为本科生、硕士生以及进行相关技术研究的博士生和教师提供了不同层次的学习和设计、研究和创新的实验平台。目前，实验平台已装备自制实验设备96台/套，用于各类实验环节，效果显著，在评估中受到了教育部领导和专家的高度评价，建议向国内外推广。

自主研制开发实验设备，不仅弥补了购置设备的不足之处，而且培养和锻炼了一批业务过硬、深受学生欢迎的实验教师队伍，部分学生参加了实验设备和实验项目的开发，受益匪浅。

2．3　修改和完善实践教学内容

实践教学内容的制定应以专业人才培养计划、课程的教学目的为依据，不断优化和更新。为了适应信息技术的飞速发展，我们组织从事理论教学和实践教学的教师编写和修改实验大纲和实验指导书。已编写出43本教学计划课程内的实验指导书，9本独立设课的综合实验项目实验指导书，并分别以系(专业课群)或以实验室为单位汇编成册。

目前信息类教学实验平台利用购置和自制的各种先进设备，已开出350个实验题目，其中设计性、综合性题目为250个，每学期都将有新的实验题目供学生选择。实验题目设置由浅入深、由简单到复杂、由模拟仿真到主动设计以及运用，形成了由基础性实验、设计性实验和研究创新性实验所组成的实践教学内容体系。同时我们组织学生到工厂和企业实地参观，请国内外专家学者开办前沿讲座，使学生尽早了解到国际、国内信息技术的发展情况和前沿技术。通过校外实习活动，学生接触到了最先进的技术和产品，增强了他们的求知欲望;利用校内教学实验平台提供的硬件设施和资源，安排和引导学生结合专业和实际应用项目，自己动手制作和创新开发。

2．4　实行开放实验教学模式

实验平台实行开放管理、预约实验方式，在不影响正常教学实验的前提下面向全院和学校部分专业学生全天开放。我们自主开发了实验平台信息管理系统，利用该系统学生可查阅各实验室所承担的实验项目、实验课程的安排和资源使用情况，并可进行实验时间、地点和实验内容的预约以及实验数据上传等，实现了实验教学管理手段的现代化。在实验平台提供的综合设计性实验项目的基础上，学生可根据自己的情况预约时间进入实验室进行选做实验，或在教师指导下自主选题，或自己设计题目自主研究开发。

实验室的开放实现了实验教学主体从教师向学生的真正转变，使学生可以自主支配时间，自主选择实验内容，激发了学生的创新意识和学习热情，学生的创新能力不断提高。

3　加强实验教学管理与实验教师队伍建设

建设一支事业心强、业务精、结构合理、相对稳定的实验技术队伍是建设好教学实验中心的关键，也是培养高素质人才的关键。学院在多方面注重教学实验中心的队伍建设工作，大胆选拔实验技术水平高、强有力的带头人和组织者，先后实施了一些有利于实验室技术人员队伍建设的措施，努力提高教学实验中心的管理水平。

为了加强实验教学队伍，学院在岗位聘任制度上采取了一系列有效措施，吸引了一批高水平的中青年骨干教师做专职实验教师，在全院教师缺编40%的情况下，保证了实验教师队伍的满编制。岗位职责要求他们在完成实验室建设与管理的前提下，进行综合实验项目的开发和实验教学的指导工作。实验室设备的先进和充足，激发了这些教师将科研项目转化为综合设计性实验项目的积极性;紧跟现代科技发展的实验教学项目的研究和开发又促进了科研项目的数量增长和质量提高;引进先进的技术和紧跟社会需求的科研项目内容充实到学生的实验中，使实验内容不断更新，从而形成了实验教学和科学研究的良性循环，促进了实验教师业务素质的提高，保证了专职实验教师队伍的稳定性。

为了提高实践教学水平和效果，吸引更多的教师投入教学实验平台的建设和实验教学改革中，我们加强了理论教学和实践教学的紧密结合和互动交流，安排理论教学水平高的教师从事一定的实践教学工作，鼓励广大教师进实验室开发高水平的实验设备和综合性实验项目，聘请他们做兼职实验教师，并在岗位评定上给予肯定。同时我们还启动了三助学生和保送硕士研究生进入实验室参与本科实践教学工作，协助指导实验课和管理实验室。从而形成了以专职实验教师为主、兼职实验教师和研究生为辅、广大教师踊跃参与的相对合理的实验教学队伍结构，在实践教学改革和实验平台建设中发挥了巨大的作用。

教师将自身的科研活动和对前沿技术的研究融入到实验教学当中，使学生在学习传统、经典知识的基础上，尽早了解专业前沿的发展状况以及本学科新的研究成果与发展方向，实现了教学与科研的互动和融合。专职和兼职的实验教师共同承担实验教学任务，成为培养学生实践创新能力的一支生力军。

4　结束语

信息类教学实验平台的建设和实践教学的改革是一个长期而又艰巨的工程，为使这项工作能够切实可行地顺利展开，需要给予高度重视，加强领导，真抓实干，统一思想，转变观念，调动全体教师和实验人员的积极性，发扬民主，配套政策，完善体制转变后实验平台的制度，明确职责，提高素质，团结协作，制定实验技术人员培训计划，有计划地分期分批组织业务培训，使实验技术人员的业务水平随着科学技术的发展而不断提高。鼓励教师、研究生参与实验室工作，使固定实验技术人员和流动实验人员形成互补，不断提高教学和实验质量。

参考文献

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