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《郑州科技学院优秀教学案例展示(四十七):基于创新实验室培养大学生应用与创新能力的实践研究


2018年12月25日 06:58  点击:[]


信息工程学院 李志伟

基于创新实验室培养大学生应用与创新能力的实践研究以认真分析目前实验室建设中培养学生应用能力和创新能力方面存在的一些问题,据此探讨如何在新建的创新实验室中进一步培养学生创新能力的方法策略。

我们将首先分析大学生应用能力以及创新能力的结构,内容主要涉及实际应用能力、创新意识、创新思维能力、创新实践能力、反思和评价能力,得出具有建设性的结论。另外,为了正视现实问题,解决目前实验室在培养学生应用能力和创新能力方面存在的问题,理论的视野和高度是至关重要的。如今,建构主义关于学习、认知和能力的理论,己成为指导教学研究与实践很有影响力的理论。再者,勃勃兴起的非线性机制的自组织理论,从自然科学的新视角出发,成为指导培养学生应用能力和创新能力的新理论。最后,探讨以培养大学生创新能力为目标的实验室建设策略。

一、通过创新实验室加强增强大学生创新能力的对策

创新能力的培养是顺应当今时代对人才的新要求,针对传统教育和应试教育的弊端而提出来的,目的在于培养具有创新意识、创新能力的高素质创新型人才。针对我国我大学生创新能力培养方面出现的问题,可以从以下几个方面予以解决。

(一)大学生创新意识的培养

在当今这个知识经济的时代,知识的性质、作用、增长方式及其获取途径都发生了很大的变化,教师的知识权威性和教学方式、方法都受到了前所未有的挑战。所以,教师应该转变其教育观念,使整个教学行为以学生为中心,服从于学生创新思维和创新能力的培养。

1)建立开放式的创新实验室

随着信息技术的迅猛发展,依托信息技术发展起来的现代化教学手段,如多媒体技术、训练模拟技术等,促使教学方式向全时空、交互式、个性化的方向发展,为创新思维能力培养展示了广阔的空间。但是,通过对郑州科技学院教学计划的调研我们发现,比如计算机类课程的实验内容,其实验学时数都是有限的,但是对于一个设计型或者综合性的实验来说,它所需的学时数往往难以确定,这样,我们就必须给学生创造一个能随时做实验、随时搞科研的开放的实验环境,开放实验室无疑是一个最好的选择。在这里,不仅可以培养学生的实验技能,还可以在实验中进一步激发学生的创造性思维,培养学生的动手实践能力和创新能力。

2)结合具体教学加大选修课和实验课的比重

根据创新人才培养的需要以及课程本身的要求和特点,调整实验学时和理论学时的比重,适当的增加实验学时和课程设计的学时。一般地,含有实验环节的专业课程实验学时要占到总学时的50%,而课程设计的学时数可以根据课程性质和课题的实际情况自行设置。实验学时的增加可以让更多学生有更多的时间参与实践操作,加深对课程知识的理解和掌握,提高动手能力。

(二)改革传统的教学方法

我们要把传统灌输式教学思想转换为创新性的教学。即:在教学过程中以培养学生的创新能力为核心,在课堂中给学生营造发挥个性的空间,启发学生主动地去发现问题、提出问题并解决问题。另外,还要给学生营造一个宽松活跃的课堂环境,对学生所犯错误具有高度的包容精神。

(三)营造有利于大学生创新能力培养的环境

第一,营造蕴涵创新精神的校风学风。比如,作为我国最知名学府的北京大学一直遵循着“空气育人”的理念;哈佛大学的校风是:崇尚自由竞争和个人奋斗,崇尚冒险和创业,崇尚对事业的追求与高度负责的工作态度,强调生活的富有应来自勤奋与努力,强调个人的智慧、毅力、能力和自信心是事业成功的关键岗素,注意理性分析,讲求实际和办事成效。这都充分体现出了其创新教育的思想,都很值得我们去学习和借鉴。

第二,创造良好的学术氛围。首先,要提倡学术自由和学术平等,鼓励学生积极参加学术活动。其次,在学术活动中要反对学术腐败,树立良好的学术研究风气。第三,改善校园文化结构,将学术活动作为校园文化的主要内容,形成浓厚的创新文化氛围。

再次,加大对大学生创新活动基地的投入。为了方便大学生创新活动的开展,必须建立体系稳定且形式多样的活动基地。首先,要有多功能报告厅、展览厅等科技创新的学习基地;其次,要有让学生自主开展科研活动的基地,比如:开放式实验室、机房等,使学生能够非常方便的做实验以及进行上机操作等;最后,要有产学研基地、实习实训基地等相关的场所,方便学生进行技术创新和自主创业活动。

二、大学生创新实验室教学体系

(一)开放式实验教学

1.开放形式

大学生创新实验室实验室应是一个具有开放性质的、为学生的探索研究和科技创新活动提供服务的实验场所。要培养学生的创新精神,培养他们的创造才能,就必须把实验室开放,让学生能更自由的使用实验室以利于对他们的培养。创新实验室开放以项目驱动,老师或学生填写创新实验项目申请表,报实验中心审批,老师把创新实验项目任务计划下达到学生手中,开放实验室,要求学生在某一规定时间内完成,并按时结项上报实验中心审批。

工科专业教学与其他经济管理类专业教学一个明显的区别就是精讲多练,要给学生提供充分的实践机会,这样才能把基础理论和知识变为一种熟练的技能。所以工科专业相关课程相应的实验教学改革就显得尤为重要,特别是大学生创新实验室的建立。建立大学生创新实验室,创建一个让学生自由申请、亲自动手的操作实践环境,这样更能提高学生的应用能力,更能培养出适应现代社会的高素质的人才。

创新实验室实验开发也体现在实验教学内容方面,如增加设计型综合实验、小型研究性实验。这类实验将重点放在培养学生在工程实践中发现问题、分析问题及解决问题的综合能力与素质方面。开放实验,有利于对学生因材施教,有利于学生个性发展,也有利于培养学生的学习兴趣。

2.开放实验的内容

1)基本技能训练型的实验:学生自己准备工具和材料,熟悉和掌握实验室设备的正确使用,独立完成实验指导所规定的实验内容,以进行必要的基本技能训练。

2)综合性和设计性的实验:学生通过系列实验和各种实验操作,进一步熟悉各类型仪器的使用,掌握各项实验技术与方法,掌握各种实验手段,不断提高实验技术水平以及独立分析问题解决问题的能力。

3)学生参与科研型的开放实验:使学生学会如何发现课题,如何搞科研工作,培养学生实事求是科学态度、严谨治学的学风和相互协作的团队精神。

4)学生自选课题型的创新实验:在自主性实验中,学生与指导教师一起确定研究课题或研究方向,学生必须独立通过各种渠道查找相关信息和资料,完成课题的方案设计、实验装置安装与调试,修改完善后,在指导教师的指导下进行实验,撰写实验报告或论文。学生可根据自己的兴趣和将来的打算,选择课题方向,搜集资料,掌握技术,以便将来选择适合自己的职业。

(二)第二课堂的组织

第二课堂是以学生的学习兴趣为导向,提供学校教学计划之外的各种教育活动,旨在开阔学生的视野,丰富学生的知识.增长学生的智慧,激发学生的学习兴趣,另外,第二课堂活动的开展还有助于提高学生的动手实践能力和创新能力,其组织形式也多种多样。

1.建立兴趣小组

学院可以根据每个学生的专业方向和兴趣爱好以及每个老师的研究方向,按照指导教师的研究方向和学生的专业方向一致的原则,给每个学生分配相应的指导教师,让各个指导教师对自己小组的学生进行专业的、有针对性的指导,教师也可以组织各种与该组专业方向有关的课外兴趣小组,引导学生积极参与,在参与中积极的发现问题、解决问题,逐步提高学生的动手实践能力和创新能力。在兴趣小组的组建过程中,可以依托信息技术创新实验室和机器人实验室,鼓励实验室老师也积极参与到学生的指导工作中,充分利用开放实验室的良好条件,结合学生自身的专业方向和兴趣爱好,在各种实验平台下开展相关的实践和创新研究工作。

第二课堂的活动内容丰富,广泛涉及多个学科知识领域尤其是交叉领域。因此,在活动的组织形式上,学院根据信息工程学院固有的学科以及与信息工程学院联系紧密的交叉学科的划分方式,按活动内容综合划分为以下三个宽(泛)学科领域的兴趣大组,并各下设若干分支学科或交叉学科的兴趣小组:

1)程序开发类活动小组:本类活动小组主要针对信息工程学院固有的学科知识进行诸如高级语言程序设计、网站开发、软件开发等。

2)嵌入式系统设计类活动小组:本类活动小组主要进行嵌入式软件系统的设计与开发,由于嵌入式系统开发涉及计算机、电子等多学科领域,所以本类活动小组除了学习计算机相关的高级语言程序设计、操作系统等知识外,还应补充电子系统设计、单片机设计、嵌入式开发等偏电类领域的课程。

3)机器人设计类活动小组:本类活动小组主要进行机器人的研发和技术应用,机器人更是体现了机械、电子和计算机等学科的有机结合,学科交叉显得更为突出,因而,本类活动小组不仅强调计算机编程,还着重强调机械设计、传感器、电子控制和微控制器系统等知识的应用。

2.开展学术讲座及研讨班

在第二课堂活动的开展过程中,也可以积极的开展各种学术讲座和专业学术研讨班,这样也可以在很大程度上提高学生的专业素质,开阔学生的视野。我校也根据所开设的专业情况,不定期地邀请其他院校相关专业及研究领域有特长的教授来给学生作专题报告,介绍当前相应研究领域的新技术及其未来的发展方向,另外,也会不定期的举办学术交流活动,鼓励老师们积极的和其他院校的教师交流工作经验,取其长处补自己的短处。另外,通过开设研讨班对学生进行调研,了解学生的学习、生活情况以及他们对开展第二课堂活动的意见和建议,从而对第二课堂教学活动的内容及方法进行相应的改进。

3.学生参与老师科研

提高学生的科研能力,可以在很大程度上提高学生毕业后的工作能力,所以学校也非常重视学生科研能力的培养,给学生提供了很多参与科研的机会,并且成立了机器人实验室和信息技术创新实验室两个开放的实验室,以供学生们做科研工作之用。另外,学院根据一定的指标体系,选拔了一部分科研能力比较强的学生成立了不同的兴趣小组,积极鼓励他们参与到教师的科研工作中。由老师和学生一起制订研究方案,一起参与到科研工作中,以此来激发学生的学习兴趣、促进学生自主学习的热情,提高学生的动手实践能力和创新能力。由于学生参与了整个科研项目的工作全过程,所以他们对整个科研工作的实施步骤和方法也会有一个系统性的了解,对他们以后踏入工作岗位也是非常有利的。

4.社团的第二课堂活动

在第二课堂活动的开展过程中,还可以充分发挥学生社团的作用,在学生社团中开展相关活动来提高学生的专业技术水平,让学生在社团活动中主动地去发现问题、利用所学的专业知识来解决问题,并且让学生以团队的形式参与活动,提高学生的团队意识。信息工程学院主要是在晨曦软件协会中开展各种第二课堂活动,通过社团组织各种竞赛活动,如:信息技术大赛、电脑知识竞赛、创新创业计划大赛、PPT制作大赛、网页设计大赛、软件创意设计大赛等,使学生在参赛过程中逐渐提高自己的专业技术水平和团队意识,同时也有利于其专业理论知识的巩固和掌握。

5.组建学科竞赛集训队

通过日常第二课堂活动的开展,针对省级和国家级计算机类相关的学科竞赛,在竞赛前期选拔队员组成临时集训队,备战省级和国家级学科竞赛,为在学科竞赛中取得好成绩奠定了基础。

(三)第二课堂建设成果

信息工程学院在院长的带领下,全院教职员工都很重视在校大学生的综合素质的培养,并且在学生综合素质的培养过程中,始终把第二课堂活动的开展放在首位。在第二课堂活动的开展过程中,我院始终本着以学生为出发点,从学生自身的专业方向和兴趣爱好出发,激发学生的学习兴趣,积极拓展学生的视野,给学生提供更大的发展空间,积极主动的把他们的特长和才能展现出来。

1.组织各类兴趣小组

在专业课老师的引导下,我院在校学生对专业课学习产生了浓厚的兴趣,借助信息技术创新实验室和机器人与微系统实验室组织了C++程序学习小组、android手机软件开发兴趣小组、嵌入式软件开发兴趣小组和机器人开发兴趣小组,全院学生参与热情高涨,有百余位学生参与其中;另外学生还自发组织了java学习兴趣小组和.net学习兴趣小组;有学生进行自主管理,形成了良好的专业课学习氛围,“以老带新”实现了各类兴趣小组的健康、循环发展。

2.学科竞赛大放异彩

由于各类兴趣小组的蓬勃发展,也使得在竞赛的组织上不再捉襟见肘,同时也为好成绩的取得奠定了坚实基础。

近五年来,我院积极参加全国大学生电子设计竞赛、全国信息技术应用水平大赛、全国软件专业人才设计与开发大赛、微软校园之星大赛等省级和国家级竞赛,并取得优异的成绩。

3.科研热情高涨

依托学院创新实验室、机器人实验室、晨曦软件协会和科技创新协会开展第二课堂活动,通过各类学术讲座,丰富了学生的课余文化生活、拓展了学生的知识面,也为学生参加老师的科研项目提供了平台,多人参加了由我院专业课教师主持的各类科研项目中。

三、实验室资源的整合和优化

(一)教师资源的整合和优化

首先,树立“以人为本,以教师为本”的教师资源优化配置的观念,其核心是要确立广大教师在办学治校中的主体性地位,加快我校传统的人事管理向人力资源管理的转变。把“为教师提供一流服务”作为学校机关职能部门和全体管理人员以及后勤服务人员工作的出发点,在考虑问题、计划工作时要以为教学、科研人员服务为重、为先。急教师所急,想教师所想,全心全意地为教师服务,形成尊重知识、尊重人才的良好氛围。总而言之,“以人为本,以教师为本”意味着必须提高广大教师参与学校内部管理工作的积极性和自觉性,使学校实验室的管理工作进一步规范化、科学化、化。在学校实验室管理中,必须牢固树立以教师为中心的管理思想,着眼于人才资源的开发,致力于人才的合理利用,做到人力资源管理方法的科学化、民主化、法制化。要始终坚持尊重教师的意愿、了解教师的需求、激发教师的能动性和创造性,使教师的潜能和积极性得到最大程度的发挥。实现从传统人事管理到现代人力资源管理的积极转变.

其次,完善学术团队的激励考核制度。鼓励教师加人实验室创建团队中,必然要在学校政策和考核机制中体现出来,对科研成果的考核要将个人业绩与团队价值结合起来进行考核,构建实验室团队考核指标要将能团队的组成和效益进行细分,使其反映实验团队的价值。

(二)物力资源的整合和优化

物力资源的整合和优化主要包括两个方面:一是打破部门界限,深化共享意识。二是共享资源的公开。

先打破部门界限,深化共享意识。资源共享是提高资源利用率最有效的办法,资源共享可以促进创新、提高办学效益。而日前学校中大多数教学资源分属于各学院或部门,如大型仪器设备分配后通常归各学院的实验室所有,即使在闲置期间也不能由他人使用,甚至出现单人专用的现象,仪器设备的使用封锁在小团体或个人的小圈子里,导致了其利用率低和重复购置的现象。实现资源共享是提高物力资源使用效益的有效途径,首先必须更新‘为我所有、为我所用、于己方便”的旧观念,从全局的层面上看待物力资源共享机制的建设。从某种意义上说,物力资源共享及其管理机制的建立不是某一部门的行为,而应是普遍行为,而这种行为的实现,必须以更新旧观念为先导。另外,建立共享机制不是简单地将物力资源集中起来,而是管理方式的改变和使用上的开放。

其次,共享资源信息的公开传播。实验室资源不仅可以实现校内各部门共享,也可实行对外开放,收取一定的费用来补贴实验室资源的。而采取这些措施的前提是使共享信息得到传播,包括校内公开通知和宣传。共享资源信息的公开传播是实现资源共享的基本前提,若信息没有流通,没有人了解有哪些资源可以共享,就不会有人来提出共享要求,使共享无法实现,最终使资源共享变成了一种口号。

四、结论

通过此次研究。为了在创新实验室培养并提高大学生应用与创新能力,项目组主要解决了以下几个研究问题:

第一,分析了大学生的创新能力结构及其相关教育理论依据;

第二,从分析目前创新实验室的问题出发,怎样以教育理论为指导,把大学实验创新教育功能与培养学生的应用与创新能力相结合,从而构建培养大学生创新能力的实验平台;

第三,探讨了实验教学体系、创新实验室的全面开放、大学生科技创新协会建设及学科竞赛课外科技活动等问题

通过一年的探索研究,基本构建了以计算机相关专业、电气相关专业以及机械相关专业为主的工科学生的应用与创新人才培养体系和创新实验室创新项目评价体系,基本实现创新实验室资源共享、满足交叉学科的创新项目的研发需求,提高资源利用率,结合学校特色,在实验中心的指导下,依托创新实验室开展创新项目,大学生科技创新协会依托创新实验室进行相关科技创新活动、举办科技创新交流讲座,指导我校学生参加创新项目的研发、科研论文的撰写,鼓励学生参加教师的科研项目,促进我校学生的创新能力培养,参与学生创新能力考核。

通过此次研究,我校信息工程学院、电气工程学院、机械工程学院等工科专业将因此受益,逐步扩大实验范围,直至辐射我校所有专业,预计受益人数将超过50000人。

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