以創新人才培養為核心的實驗室開放模式探索

劉興華, 王方艷

(1. 青島農業大學 機電工程學院, 山東 青島　266109；2, 陜西師范大學 政治經濟學院, 陜西 西安　710062)

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以創新人才培養為核心的實驗室開放模式探索

劉興華1,2, 王方艷1

(1. 青島農業大學 機電工程學院, 山東 青島266109；2, 陜西師范大學 政治經濟學院, 陜西 西安710062)

實驗室開放是高校培養創新人才的重要途徑,是提高實驗室指出了利用率、培養學生創新及實踐能力的重要手段。該文分析了青島農業大學機電工程學院實驗室開放現狀,指出了實驗室開放存在的內容單一、經費短缺、指導教師不足及實驗室開放力度不夠等問題,以培養創新人才為導向,提出通過改進實驗開放層次、內容、教學方法及手段等措施,建立適應現代技術發展的實驗室開放模式,逐步提高學生的實踐及創新能力。

實驗室開放模式； 創新培養； 實踐教學

我國要實現建立創新型國家的宏偉目標,關鍵是要培養大批的創新人才。高校擔負著培養創新人才的重任。實驗室作為高等教育的重要組成部分,擔負著專業理論實踐和知識開發拓展的重任,給學生提供相對開放的環境和創新實踐的場所,是知識創新的源頭和科技人才培養的基地,也是大學辦學條件和人才培養平臺評價的重要標志。對學生開放實驗室,有利于學生深化對知識點的認知,提高收集和處理信息的能力,提升實驗室資源和空間的利用率,實現科技進步、社會服務和人才培養的有機結合,充分發揮實驗室獨特的育人功能。為培養學生的自學能力和創新思維,激發學生的實踐興趣和主動性,高校不斷加大對實驗室的建設力度,構建了各級開放實驗教學示范中心,并制定了一系列的規章制度。從現狀看，目前高校的實驗室開放運行模式處于深入探索階段,運行機制需要進一步完善，從理論和實踐層面進一步探索和推進實驗室的開放模式是亟待解決的問題。

1　實驗室開放現狀

青島農業大學機電工程學院(下稱學院)是青島農業大學最早成立的5個院(系)之一,擁有5個本科專業,6個碩士學位點,2個實訓中心和3個研究所(中心)。學院重視創新人才的培養和實驗室開放建設,圍繞實驗室規劃建設、實驗室資源管理、儀器設備管理與維修改造、實驗技術與測試方法、科研成果轉化和虛擬仿真實驗等7個方面展開實驗技術研究,對傳統學科的實驗教學內容和考核方式等進行不斷創新,不僅實現了實驗室時間、空間和內容的開放及資源共享,而且優化了教學軟硬件資源,推動了教師實驗技術創新和實驗教學水平的提高。

“十二五”期間,結合山東省應用型特色名校建設工程,學院堅持以學生為主體和培養創新人才為核心的育人理念,以工程實訓中心和創新實驗室為依托,結合學生科技競賽,進一步加大了實驗室建設和開放力度,逐漸實現了科教融合、產學結合,完成了教學資源的有機融合,打造了創新教育特色鮮明的實驗教學平臺,如全天候開放式實驗室、科研創新型實驗室、創新實踐中心等,為我院學生科技創新和實踐鍛煉提供了優質的環境[1-2]。但目前在實驗室的運作和開放過程中,實驗室開放模式仍然存在開放內容單一、實驗經費短缺、指導教師缺乏及開放力度不夠等缺陷和不足。如何不斷加強實驗室開放的管理,在保證積極提高教學質量的基礎上,以培養學生創新能力為核心,通過改進實驗的開放層次、內容、教學方法、手段等,建立一套適應現代技術發展的實驗室開放模式,將是當前迫切需要解決的問題。

2　以創新人才培養為核心,探索實驗室開放模式

實現實驗室全面開放是實驗教學與理論教學發展的必然要求,是高校培養創新型和服務型人才的前提條件。只有構建良好的實驗室軟硬件環境,才可實現實驗室的全面開放,保證實驗室開放的質量和效果。基于當前現狀,結合學院及學校的自身發展,構建了以創新人才培養為核心的實驗室開放模式。

2.1拓展內涵,實現實驗室不同層次開放

以實驗室全面開放為目的,豐富實驗室開放的內涵,結合實驗室自身特點,面向不同學生因材施教,落實實驗室開放時間、內容和其他條件,并在承擔教學計劃的基礎上實現“三層次開放”,即參觀實驗室的“集中開放”、綜合實驗室的“預約開放”和創新實驗室的“全面開放”。

(1) 集中開放。現有的參觀實驗室主要讓學生了解設備或機構的原理和功能,雖然開放時間短、利用率低,但是可以為學生的設計和創新提供感官認識及靈感。隨著實踐教學的不斷深入,機械產品展示實驗室、減速器拆裝實驗室、幾何模型陳列室、機械原理實驗室等參觀實驗室，每學期初接受學生集中報名,由學院統一安排,實施實驗室集中開放,并為學生的課程設計和畢業設計等提供場地和基本設備條件。

(2) 預約開放。綜合實驗室涉及部分專業知識的實驗內容,可激發學生對實驗項目的后續延伸熱情,具有一定靈活的開放時間和空間。學生接觸專業知識之后,開始思考就業去向,并對專業問題產生興趣,需要通過專業實踐平臺進行探索。根據實驗室的開放時間,學生可以預約進行自擬題目的研究。自從實施預約開放后,工程實訓實驗室每年接受80余人的自主課題研究和100余人的數控車床技術培訓,讓學生熟練地掌握專業技能,提高了就業的核心競爭力。

(3) 全面開放。創新實驗室是培養學生科研精神和創新能力的地方,多承擔各類學生創新創業項目和科研訓練,對學生24小時開放。進入實驗室前,實驗室負責人和項目指導教師對學生的實驗目的、實驗方案和步驟進行共同審核,并按照科研實驗進行規范管理。學生可自行安排項目進度和時間計劃,所用耗材費用自理,并嚴格遵守實驗設備的使用規范。電工電子創新實驗室和機械創新實驗室等實驗室每年接納100余名學生進行創新設計和科研鍛煉。通過這些途徑,實驗課和專業實習受到了學生的歡迎。低年級學生可以較早進入實驗室自我探索,鍛煉和培養了學生的科學思維和創新意識。

2.2科教結合,創新實驗室開放內容

實驗室開放包括時間、場所、項目、手段和方法的開放。其中,時間的延長和場所的開放只是實驗室開放的初級階段,項目、手段和方法的開放才是實驗室對外開放的真正內容和本質。以提高學生的專業技能和創新能力為出發點,以提升學術思維和就業能力為導向,實現實驗室開放的“三結合”。

(1) 實驗項目與生產實際相結合[3-6]。以滿足教學要求為前提,提高實驗室利用率和實驗效果為目標,學院組織專業教師團隊對開放實驗室承擔的項目進行科學論證,打破課程界限,系統優化低水平和脫離實際的實驗項目,將教學和科研成果轉換為開放式實驗和落實到實驗教學計劃中,并鼓勵教師申請實驗課程獨立開課。目前,學院實驗項目融合了課程理論內容、社團活動項目、科技競賽和科研項目,實現14門次的實驗課程獨立開課,如單片機原理與應用實驗、機構創新設計實驗和電工技術實驗等。通過實驗項目的開放,學生可以在完成基礎實驗的基礎上,結合機器人大賽、數學建模和機械創新大賽等自行設計實驗內容,并積極主動地參與到項目的設計和操作過程,同時為其參加相應的比賽提供了技術支持。

(2) 實驗手段與信息技術相結合。要真正做到實驗室開放,還必須在實驗教學過程中采用先進的信息技術手段,使學生可以及時、方便地掌握實驗內容、手段及進度,為開放實驗室提供技術環境。如學生可通過Matlab仿真模塊形象地展現“自動控制原理實驗課程”中抽象的理論知識點；借助虛擬技術和多媒體技術,緩解“減速器拆裝試驗”中實驗設備緊張、結構抽象的問題。此外,為了方便師生預約和加強管理實驗室,學院要求各個實驗室在開學初將實驗項目、開放時間、設備狀況和操作規程上傳到教學網絡平臺。學生可根據實驗項目通過網絡平臺預習實驗內容和掌握實驗設備的操作方法,并可預約實驗室進行實驗重做或補做。如學生通過學院開發的“傳感器原理”實驗預習系統,可熟知各種傳感器的使用規范及實驗注意事項,避免實驗過程中的盲從。

(3) 實驗方法與科學技術相結合。學院的科研平臺緊跟現代科學技術發展,具有良好的實驗條件,除了完成科研任務之外,還承擔培養優秀人才的工作。學院以行業需求為導向,充分利用科研資源,提升學科實驗條件,鼓勵學生通過參加科研項目掌握先進的實驗方法和學術思維方式,將科研實力轉化為培養創新人才的能力。僅2014年,就有56名學生參加學院教師的科研團隊項目,鍛煉了其靈活采用PCL和單片機進行軟件編程及利用Ansys、Adams和Edem等仿真軟件進行學術研究的能力。通過項目訓練,學生除了掌握常用的實驗方法外,還熟悉了行業領域采用的技術方法,增進了實驗操作的積極性和主動性,拓展了學習空間。參加尚書旗教授團隊的6名學生,通過改進農機土槽實驗平臺,掌握了農機具的測試技術和常用方法,如黏貼不同應變片完成機具受力測定等。

2.3拓寬渠道,加強實驗室的師資力量

實驗技術人員的整體素質和實驗條件是實驗室開放運行和管理的關鍵,決定著實驗室的開放水平[7-9]。目前,我院教職工74人,其中專職實驗技術人員14人,相對每年1 800多人次的實驗工作量,技術人員遠遠不夠。尤其近幾年經驗豐富的實驗技術人員陸續退休,使得原本人員緊張的實驗教學更是雪上加霜。同時,由于學校對實驗教學不夠重視,實驗室條件又遠遠不及“211工程”和“985工程”院校,且實驗室開放資金短缺在一定程度上影響了實驗室的開放進程。

(1) 充實隊伍,提升實驗技術人員素質。實驗技術人員是實驗室開放的主導,應具有品德高尚、技術過硬、甘于奉獻的素質,還要有廣博的專業知識和較強的動手能力,才能夠敏銳地發現實驗問題,及時發現學生的創新思維[10-12]。為了增強實驗室開放的有效性,學院多采用返聘優秀的實驗技術員、選拔業務水平高的任課教師從事實驗教學工作,同時聘任品學兼優的研究生或高年級本科生參加實驗室管理工作及協助教師維護設備。此外,學院鼓勵參加實驗教學的教師利用寒暑假,參加各類業務培訓和實驗技術項目研發,拓寬專業技能和綜合知識,以適應實驗室開放的需求。目前,我院已返聘3位資深教師繼續從事實驗教學,選拔了15名責任心強的任課教師充實到實驗教學隊伍,并建立了“老帶新”的實驗教學團隊。學院每年資助10名教師參加各類教學研討會和技術培訓,并設立了學生勤工助學崗位，調動學生應聘實驗室助管的積極性和主動性。

(2) 整合資源,改善實驗設備和資金渠道。實驗設備和資金是實驗室開放的基礎,也是開放實驗室必然面對的問題,決定著實驗室開放的范圍和質量。為了加快實驗室的開放進程,學院利用“3+2”貫通分段培養試點項目,整合青島港灣職業技術學院的師資條件,彌補了實驗設備的缺乏,并結合山東省“名校工程”項目,投入200萬元籌建了機器人創新實驗室、電子工藝教學標本資源庫、低壓電器教學標本資源庫、汽車拖拉機教學標本資源庫、基礎電子電路教學標本庫等,并鼓勵教師研發了“表貼實驗室實習項目拓展與套件”、“反激多路輸出的開關電源”和“實驗室常用集成電路測試儀”等。目前,開放實驗室資金主要由國有資產管理處劃撥的低值易耗資金和創新項目資金2部分組成。低值易耗資金由實驗室負責人負責,并根據教學工作和實驗室開設項目情況申報。創新項目資金主要來自創新團隊項目,由學生自由組團、撰寫項目計劃書,并向教務處、國有資產管理處、學工部(處)等單位申請。項目審批通過后,創新項目資金將按計劃劃撥給創新團隊,并由項目組長負責支付項目運行過程中開放實驗室的實驗用品消耗。

2.4理順體制,完善實驗室開放機制

開放實驗室不是簡單的實驗教學改革,而是整個實驗室系統的變革,是從重視實驗結果到重視實驗過程的轉變,并對教師和學生的創新思維和解決問題的能力提出了新的挑戰[10，13]。實驗內容的改變、教學與科研實驗室的融合,給實驗室的管理工作和安全保障帶來了較大的困難。

(1) 打破實驗室分割的格局,實現學科優勢互補。明確各部門職責,將教學和科研實驗室納入國有資產管理處統一管理,逐步實現資源共享和規范化管理,實現實驗室梯度化管理和分層級開放。學院響應學校二級管理的號召,成立實驗中心，并協同學校有關部門籌建開放實驗室,制定了若干便于操作的規章制度,明確了教學實驗室的全方位開放和科研實驗室分層次開放的要求[14]。其中實驗室主任負責學院實驗室的建設、監督和管理,實驗技術人員負責實驗室設備的管理及開放項目的實施。2014年,學院投入20萬元用作實驗室開放和實驗室研發資金,鼓勵教師參加指導教師梯隊,從事交叉學科的“24小時”實驗室的籌建,如機器人創新實驗室和機構創新實驗室，在實驗室的籌建過程中,教師與不同專業的學生相互協商和探討,團隊協作和創新意識增強,促進了學生綜合素養的提升和科技活動的開展。

(2) 加強安全保障,推進開放實驗室激勵機制建設。實驗室開放后,實驗項目和人員增多給實驗室管理帶來了較多的安全隱患,因此,保證實驗設備和人員的安全是實驗室開放的前提和基礎[15]。首先,為了保障實驗室的順利及安全運行,實驗室采用設備專人負責和耗材統一登記的管理方式,實現了安全責任落實到人,實驗耗材全程監督,充分發揮了負責人的主人翁精神,避免了實驗材料的浪費和流失。其次,建立了實驗室的準入制度,對重要儀器設備和應急設施進行操作考核,保證了實驗室的安全。再次,將實驗室開放情況納入實驗技術人員績效考核和津貼發放的評定內容,對成績突出的實驗人員給予獎勵,滿足教師自我發展及實驗室開放可持續發展的需要[16]。最后,利用創新學分互認和創新獎學金制度,吸納優秀的學生參加創新實驗,提高學生自覺性及積極性；借助師生互評、先進個人的評選和職稱評定等工作,促進實驗教學和開放實驗室的良性發展[17]。

3　以培養創新人才為導向,提升學生的實踐創新能力

開放實驗室是我院結合自身特點做出的一種改革嘗試,推動了本校的實驗室建設和實驗教學進程,對提高學生的培養質量起到了一定的推動作用。

3.1開放實驗室促進了學生實踐能力和創新能力的融合

開放實驗室為學生提供了一個多動手、多動腦、發揮潛能的實驗環境,是提高教學質量的重要措施和培養創新人才的渠道,有利于引導學生將理論知識用于實踐,增強學生的科技創新能力和實踐動手能力。通過實驗室開放,學生可以在實驗室自由開展各類實驗探索和創新設計,訓練各種操作技能,并通過這些訓練,提升個人創新能力。我院的開放實驗室每年承擔各級學生立項的設計制作工作,并為各類競賽項目和社團活動提供場地及技術支持。學生可在指導教師的幫助下,利用實驗室的開放環境,將理論知識與實踐結合,并在開放實驗室完成競賽作品的制作。僅2014年,學院開放實驗室承擔了國家級學生科技創新立項8項,校級學生科技創新立項22項,省級機電產品創新大賽30余項,省級“挑戰杯”創新創業大賽10余項,并為學校組織的12項比賽及450余名參賽學生提供了場地和技術服務。在各類競賽活動中,90%的比賽項目來自各學科的開放實驗室項目,100%的作品在開放實驗室的實驗教師的幫助下完成。2014年,我院學生獲國家級獎項11人次,省級獎項32人次,校級獎項100余人次。郭亭亭獲“第九屆中國青少年科技創新獎”,是當前山東省唯一獲此殊榮的本科學生。

3.2開放實驗室促進了學生自主創新能力的提升

開放實驗室突出學生的主體地位及自主性,為學生提供了相對自由、寬松的環境和空間,提供了接觸科研實際和先進技術的平臺,能夠吸引更多學生利用業余時間主動參與、積極開展項目研究,充分激發了學生實現自我價值的愿望。在這里,學生為主體,個性發展得到尊重,能夠彰顯學生的獨立性和積極性,充分發揮學生的創新能力。2014年,進入“山東省根莖類協同創新實驗室”的9名學生,利用科研平臺實現了教學與科研成果的充分融合,申請國家專利13項、計算機軟件著作權6項,在全國核心期刊發表論文4篇,完成基于圖像視覺處理的噴藥機器人及采摘機器人、4H-2L的花生測產系統和圓盤挖掘式收獲裝置等項目,完成創新學分互認56個,獲得各類職業技術認證15個。寬松的實驗環境最大限度地擴大了學生獨立解決問題的空間,滿足了學生自主學習和研發的需要,提升了學生自主創新的能力。

4　結語

實驗室開放是高校實驗教學改革的必由之路,為創新人才的培養提供了寬廣的舞臺,是激發學生潛能的較好手段,直接影響到我院的就業情況和社會聲譽。通過前期開放模式的探索,開放實驗室初步打破了學科間的壁壘,促進了師生間的交流,提高了師資水平,激發了學生的創新熱情和主動性,培養了學生的科學思維,提高了學生的組織和協調能力,但仍存在學生積極性維持時間短、實驗室高效化和科學化有待于加強等問題。因此,實驗室開放問題的研究是一個長期且艱巨的系統工作,還需要在不斷科學論證和實踐探索的基礎上逐步完善,為培養創新性人才提供條件和奠定基礎。只有發揮實驗室自身優勢,充實、深化和發展實驗教學的內涵,逐步構建全方位的實驗室開放模式和運行機制,才能為社會培養出適應時代需求的優秀的創新型人才。

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Exploration of laboratory opening mode based on cultivation of innovative talents

Liu Xinghua1,2, Wang Fangyan1

(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China;2. College of Political and Economy, Shanxi University, Xi’an 710062, China)

The laboratory opening is an important way to cultivate innovative talents of universities, and improve the utilization of laboratory resources and students’ innovative and practical ability. The current status about laboratory opening in College of Mechanical and Electrical Engineering of Qingdao Agricultural Univeristy is analyzed to cultivate innovative talents as the guide, based on the problems in the process of laboratory opening, including the monotonous content, the shortage of instructors and funds, the inadequate opening of laboratory, etc., the measures which consist of improving the opening level, content, teaching method and means are put forward. Meanwhile, the laboratory opening mode to adapt to the development of modern technology is set up, and the students’ practical and innovative abilities will be improved graduately.

laboratory opening mode; innovative cultivation; practical teaching

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.003

2015- 07- 17

山東省研究生教育創新計劃項目(SDYC14024，SDYY14046)；青島農業大學應用型人才培養特色名校建設工程教學研究項目(XJG2013106))；青島農業大學實驗技術研究課題(SYJK14-15)

劉興華(1980—) ,男,山東東營,在職博士生,講師,研究方向為高校教學及管理

王方艷(1979—) ,女,山東淄博,博士,副教授,研究方向為高校教學及管理.

E-mail：wfy66@163.com

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1002-4956(2016)1- 0009- 04