打造人才培养的“最佳交汇点“!


——北京理工大学实验教学工作建设侧记

【编者按】2022年是党的二十大召开之年,是实施“十四五”规划关键之年,党委宣传部特别推出“喜迎二十大,奋进新征程”专题报道,全面展现学校加强党的领导党的建设取得的成绩,生动讲好北理工人的奋斗故事,广泛凝聚学校事业发展的磅礴力量,以优异成绩迎接党的二十大胜利召开。

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北理工学生正在使用全新的“牛顿环实验仪”做“牛顿环干涉”实验

一幅“水晕”般的“同心环”图案在电脑屏幕上清晰地呈现,学生们正在聚精会神地“测量”……,这是大学物理实验中经典的“牛顿环干涉”实验,与以往不同的是,学生们不需要再逐一“数环”了,只需要看着屏幕上的“信号波峰”,就方便得到了最后的结果。

在北京理工大学物理教学实验课堂上,一款全新的“牛顿环实验仪”,创造性地采用信息技术“彻底颠覆”这一经典的大学物理实验,不仅学生们耳目一新,更是大大提升了实验教学效果。

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北理工6支参赛队伍在第六届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛上获奖

在由中国高等教育学会主办的第六届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛(简称“全国大赛”)上,北京理工大学的6支参赛队伍荣获一等奖3项、二等奖2项、三等奖1项,团体总分全国第一。“新型牛顿环实验仪”正是在本届比赛上夺得一等奖的作品。

对于所有的理工科大学生来说,学理论知识、做教学实验、写实验报告是大学生活的经典“三部曲”,丰富的教学实验为学生们开展科技创新和科学研究奠定了坚实的基础。

多年来,北京理工大学聚焦一流人才培养,通过创新方法、建强队伍、创新机制等一系列举措,潜心推动实验教学高质量发展,持续深化“科教融合、以教为先”育人理念,为学校在“实践育人”和“科研育人”上取得显著成绩提供了有力支撑。

“科”与“教”为一流人才培养“融汇贯通”

手持扫描手柄,在自己的手指上轻轻滑动,眼前的电脑屏幕中,随即呈现出清晰的手指皮肤二维、三维断层图像……,这是学生使用国内领先的光学相干层析(OCT)技术教学仪器开展学习的场景。

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北理工创新研制的“OCT”教学仪器可对皮肤结构进行图像分析

凭借低廉的成本、开放式的结构、可编辑的代码,以及不输商业设备的性能,这一由生命学院助理教授张晓等人开发的实验教学仪器,不仅斩获了“全国大赛”一等奖,更让医工类学生第一次可以如此“自由透彻”的学习掌握常用于眼睛、皮肤等临床诊断的“OCT”技术。

“在实验教学过程中,学生不仅锻炼了动手能力,同时进一步深化了对理论知识的理解。作为理工科大学生培养过程中最重要的环节之一,实验教学既是理论与实践相结合的重要‘交叉点’,更是科研与教学相融合的最佳‘交汇点’。”资产与实验室管理处处长史天贵分享了自己对实验教学的思考。

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北理工学生使用全虚拟实验平台进行新能源飞行器实验

在“虚拟飞行仿真”与“真实能源动力”深度融合的实验平台上,学生正在模拟新能源飞机的飞行……,在面向全校工科学生开设的实践通识训练课程《新能源飞行器能源管理与控制》课堂上,根据任务需要,学生不仅可以完成新能源飞行器的能源管理与控制实验,完成飞行器单独使用太阳能、氢能或两者混合动力的实验,还能通过半实物仿真实验检验飞机的性能参数,深入感受、理解其中的工作机理。

作为该课程的负责人,宇航学院新能源飞行器技术研究所刘莉教授长期致力于新能源飞行器研究,在学校的推动引导下,她立足自己在轻小型太阳能、氢能无人机等方面的科研成果,开发了适用于实验教学的新能源飞行器能源管理与控制实验教学平台,并在“全国大赛”中荣获一等奖。

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新能源飞行器能源管理与控制实验教学平台

把最新的科学研究成果应用于人才培养的实践过程中,不仅实现了科研优势对教学“反哺”,同时也推动了教学过程紧密衔接科技前沿。聚焦一流人才培养,北理工在夯实“交叉点”的同时,更注重抓好“交汇点”,高质量的实验教学让“科”与“教”实实在在的“融汇贯通”了起来。

“做一流人才培养的生力军!”

“每当面对专业化的大数据操作界面,对金融大数据的认识理解,瞬间立体直观了起来,这种‘沉浸式’实验学习,让我受益匪浅!”2017级会计学专业本科生韩笑冰分享了自己在金融大数据教学实验室的学习感受。对大部分北理工学子来说,教学实验成为他们通过实践深入理解理论知识的“初体验”,而一批长期深耕实验教学一线的实验系列教师,就成为了系统培养学生们实验研究素养的“教练员”。

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黄璐讲授的《行为经济学》慕课

“从我2010年入职起,就始终感受到这支队伍中那种聚焦人才培养的良好氛围。”管理学院实验教学中心主任黄璐分享自己的感受。2021年,黄璐成为全校第一个获评正高级实验师的实验系列教师。

头顶上的数据“跑马灯”闪烁不停,一个个工位上“六屏联排”,中央大屏幕上数据曲线动态更新……,2011年,按照学院的部署,黄璐和同事们在充分调研的基础上,组织专业设计力量,将主楼尾楼的大阶梯教室,改造成为国内高校争相参观学习的金融大数据教学实验室。“我们既保留了阶梯教室在教学上的优势,又对标金融机构建设一流设备平台,加之学院常年采购的高级商业数据资源,让学生们享有了国内少有的一流教学实验条件。”

2021年,经过升级建设,实验室实现了线上线下混合式教学、多校区数据互联互通等功能,不仅满足了“互联网+”与后疫情时代的金融实验教学需求,还拓展成为了航空管理等多元化大数据中心。

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北理工金融大数据教学实验室

多年来,不论是指导学生连续发表顶刊论文,还是开设《金融工程》《行为经济学》慕课受到好评,黄璐始终将教学科研一线的收获与实验教学工作相贯通,将建设一流水平的金融科技、管理科学实验教学平台,培养一流金融和管理人才作为自己的奋斗目标。

像黄璐一样,北理工实验系列教师们始终保持着对实验教学的执着追求,是学校人才培养的一支重要“生力军”。截至2022年,北理工实验系列教师已达到307名,全校22个实验教学中心每学年开展实验教学项目近1300个。

近年来,学校遵循教师成长发展规律,深化分类评价改革,构建“横向联通、纵向贯通”的职称体系,实现分类卓越,其中着力加强了实验系列教师队伍建设,注重实验教学育人,聚焦痛点和难点问题,率先设置专职实验岗位,畅通职称晋升通道,率先设置实验系列正高级职称岗位;制定实施《北京理工大学专职实验人员考核实施意见》,建立并优化《北京理工大学实验系列(正)高级专业技术职务岗位申报基本条件》,建立起“多向引导、个性发展”的评价考核体系,2021年实现实验系列教师正高级实验师晋升零突破,通过不断鼓励教师个性发展、追求卓越,为这支人才培养的“生力军”注入职业生涯的发展动力和工作活力。

潜心深耕一流人才培养的“责任田”

一排排机床有序排列,在一间间宽敞明亮的“大车间”中,身着工作服的青年学子们正在老师指导下,“操持着”现代化的加工机械“车钳铣刨磨”忙个不停……,这是北理工工程训练中心实验教学的日常。

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北理工工科实验教学大楼

2020年,学校投资1亿元建成2万平米的工科实验教学大楼,并将工程训练中心、地面机动装备实验教学中心、电工电子实验教学中心三个国家级实验教学中心,以及基础力学实验教学中心、航空航天工程实验教学中心、某特种装置系统与工程实验教学中心、光电实验教学中心、信息与电子实验教学中心、自动化实验教学中心等实验教学平台迁入其中。

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北理工思政课虚拟仿真体验教学中心

头戴VR眼镜体验红军长征、与老院长徐特立“面对面”交流……2021年,北理工获批建设全国高校思政课虚拟仿真体验教学中心,学生通过智能交互、沉浸式的“虚仿”学习平台,完成“不同凡响”的思政课学习体验。这一年,学校投资2300多万在新落成的文萃楼搬迁建设了计算机实验教学中心、数学实验中心、管理与经济实验教学中心、人文素质教育教学实践中心、思想政治虚拟仿真体验教学中心、模拟法庭、外语教学实验中心、设计与艺术综合实验中心等8个教学平台。

近年来,学校聚焦一流人才培养,持续加大对实验教学工作的投入,推动实验教学布局调整,大力度改善实验教学条件。2016年以来,全校实验教学中心仪器设备总值增加1.2亿元。

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鲁溟峰发明的新型牛顿环实验仪

“牛顿环实验的目的是教授学生观察光的干涉现象,这个实验已有300多年历史,到如今信息化的时代,绝大部分实验室仍然基于数环法完成测量。即使是工业界,也没有太好的手段直接分析牛顿环。牛顿环中到底蕴含了什么信息?能否不通过数环来观测牛顿环?”带着这样的思考,在学校“实验室研究项目”计划的支持下,信息与电子学院高级实验师鲁溟峰通过多年研究,首次提出牛顿环是一种chirp信号,利用信号处理和深度学习的方法,发明了本文开篇提到的“新型牛顿环实验仪”,跳出了数环法的框架,给学生提供了一个新的视角观测牛顿环,并且极大的改进了实验的准确性和可操作性。目前,作为“全国高校教师教学创新大赛——第六届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛”一等奖作品,该实验装置已经在国内部分高校中推广应用,让近万学生受益。

当前,前沿科学探索愈发依赖于先进的实验手段,实验研究能力已经成为一流人才的核心关键素质,实验教学这块一流人才培养的“沃土”更加需要深耕细作。

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北理工电工电子实验教学中心

从1985年开始,北理工就专门划拨经费支持实验教学设备自制改制,鼓励广大教师通过自制教学仪器设备等方式,聚焦人才培养创新解决实验教学中的重点、难点问题。2012年,学校推出“实验室研究项目”,坚持以实验教学中的问题等为导向,通过项目化、规范化的工作机制,进一步推动实验教学等实验室工作的内涵建设。

至今,学校“实验室研究项目”已开展5期,共支持了320个研究课题,累计投入资金645万,支持自制(改制)教学设备170项,改进实验技术方法75项,产出配套实验教程103套。

多年来,围绕实验教学的工作组织、项目管理、政策制定、经费保障等,学校已经建立起一套具有北理工特色的工作体系,有效推动了实验教学方法、教学手段的改革与创新,为一流人才培养提供了强有力的支撑。