吉大儀電216+開放實驗室建設(shè)實踐

千承輝, 辛 毅 , 劉冬宇

(1. 吉林大學(xué) 儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院， 吉林 長春 130061；2. 吉林大學(xué) 教務(wù)處， 吉林 長春 130061)

中國高等學(xué)校在校生數(shù)已達到2 700萬人,人數(shù)位居全球第一。國家對教育的投入巨大,但國家所需要的創(chuàng)新型人才相對缺少。迎接第四次工業(yè)革命的道路中,創(chuàng)新已經(jīng)成為社會發(fā)展的驅(qū)動力量[1-3]。創(chuàng)新能力來自好奇心與想象力,創(chuàng)新教育是培養(yǎng)學(xué)生自主探究、自主學(xué)習(xí)的能力,已成為高等院校的培養(yǎng)目標(biāo)[4]。

吉林大學(xué)以構(gòu)建學(xué)科綜合環(huán)境、創(chuàng)新環(huán)境、開放環(huán)境為主線,著力培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)的“學(xué)術(shù)型、卓越應(yīng)用型、管理型、國際型、創(chuàng)業(yè)型”等5種類型拔尖創(chuàng)新人才[5-7]。

在大學(xué)中,教室是理論課程平臺,是傳授知識的殿堂；實驗室是實踐課程平臺,是實踐創(chuàng)新能力的搖籃。為了提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力,我國很多高校建設(shè)了開放實驗室,圍繞自身硬件環(huán)境、學(xué)術(shù)氛圍、科研體系和學(xué)術(shù)理念等因素,形成自己的特色,為提高大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力而各自探索其發(fā)展模式[8-12]。

1 開放實驗室的建設(shè)目標(biāo)

1.1 開放實驗室意義

開放實驗室的開放是環(huán)境、設(shè)備，還是理念的開放？如何營造實驗室文化,怎么實現(xiàn)知識與精神的傳承？都是建設(shè)開放實驗室中所需要思考的問題,也是開放實驗室建設(shè)的目標(biāo)與意義。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

開放實驗室的建設(shè)目標(biāo)是培養(yǎng)本科生的科學(xué)素養(yǎng),即培養(yǎng)基礎(chǔ)知識的理解能力、發(fā)現(xiàn)與分析問題的能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_能力、科學(xué)論證的能力。科研素養(yǎng)需較長時間的個性化培養(yǎng)和科研訓(xùn)練的基礎(chǔ)上才能養(yǎng)成。

培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的場地除理論課堂的教室之外,最好的選擇就是開放實驗室。它有專用實驗設(shè)備,開放的實驗室環(huán)境,只要配套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾眢w系,依托課程體系與項目支撐體系,實現(xiàn)科研反輔教學(xué)的運營模式,實驗室就會發(fā)揮它的特長,成為培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)的寶地。

2 開放實驗室管理體系的構(gòu)建

吉大儀電216+開放實驗室成立于2006年,其中“+”的含義為“家的溫馨”和“無限的可能”。從學(xué)生的本科實驗室、自習(xí)室、討論室、興趣引導(dǎo)實驗室到開放實驗室,逐漸形成開放實驗室文化。實驗室設(shè)置了文化建設(shè)、實踐培訓(xùn)、學(xué)科競賽等環(huán)節(jié),開放實驗室成為學(xué)院及學(xué)校重要的實踐培訓(xùn)基地,2017年首批成為我校雙創(chuàng)實踐基地。

2.1 探究性思維的引導(dǎo)

新生對專業(yè)認(rèn)知不清晰,學(xué)術(shù)引導(dǎo)尤為關(guān)鍵,若只是以課程為引導(dǎo)效果不佳。充分利用新生見面會引導(dǎo)講座、優(yōu)秀作品展、學(xué)長見面會等環(huán)節(jié),讓學(xué)生更快融入大學(xué)生活,幫助學(xué)生從書本式教育轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí),了解本專業(yè)培養(yǎng)方案,激發(fā)學(xué)生探索的興趣,吸引學(xué)生進入實驗室。

2017年學(xué)院在新生報到當(dāng)天利用本科生自主研發(fā)的機器人作為導(dǎo)引志愿者,不僅解決了無紙化辦公,也讓新生對自己的專業(yè)產(chǎn)生了興趣。興趣式引導(dǎo)成為開放實驗室吸引學(xué)生的第一堂實踐課,通過引導(dǎo),改變學(xué)生對實驗室的觀點,讓學(xué)生主動踏入開放實驗室。

2.2 課程體系的支持

開放實驗室的實踐培訓(xùn)需依托課程體系的支撐。學(xué)院的本科生培養(yǎng)方案中加入專業(yè)拓展課與專業(yè)實踐課,支撐培養(yǎng)本科生科學(xué)素養(yǎng)的課程體系如圖1所示,其中專業(yè)拓展課要求至少選3學(xué)分,文獻閱讀與論文撰寫是1學(xué)分,其他都是0.5學(xué)分。

圖1 科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)課程體系

課程設(shè)計與實踐包含工程訓(xùn)練、可編程器件系統(tǒng)設(shè)計實踐、電子技術(shù)綜合設(shè)計實踐、信號分析與處理實踐、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實踐。

（1）巖性較純的低電阻率油層。該類油層巖性多為粉砂巖。測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為：自然電位負異常較大，自然伽馬中低值，微電極中等值正差異，電阻率在巖性較純處明顯降低，其電阻率為0.8～1.5 Ω·m，聲波時差為290～305μs／m，含油飽和度為35%～45%，含油豐度一般較低，試油初期多為油水同出，且以出油為主，開采末期含水量普遍較高，以出水為主。該類油層主要分布在純上54、6砂組。

本科生培養(yǎng)方案中有8學(xué)分的課外實踐分?jǐn)?shù),培養(yǎng)方案如圖2所示。提高學(xué)生的科研素養(yǎng),要求每位學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,圍繞此科研項目完成調(diào)研報告、中外文學(xué)術(shù)論文。通過開放性實驗項目的探究性實驗以及學(xué)科競賽,提高學(xué)生的實踐能力。

圖2 課外實踐項目

3 學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)和實施方案

實踐類課程的培養(yǎng)理念是以培育本科生科學(xué)素養(yǎng)和提高創(chuàng)新實踐能力為核心,創(chuàng)建教學(xué)科研深度融合的支撐體系。注重以學(xué)生為本,教師為指導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力,使學(xué)生具有較大的自主性。通過激發(fā)興趣、平臺交流、參加競賽、實踐創(chuàng)新等環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

在實踐類課程之外,定期舉辦名師講座,建設(shè)實踐教學(xué)指導(dǎo)團隊實施實踐培訓(xùn),每學(xué)年總結(jié)并完善科研素養(yǎng)培養(yǎng)體系,通過培訓(xùn)與考核的融合,加強競爭意識,培養(yǎng)拔尖人才。

實踐能力的培訓(xùn)引入質(zhì)量管理認(rèn)證ISO質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn),從最基礎(chǔ)的工藝設(shè)計開始,到系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計,讓學(xué)生的作品不只是實驗品,而是與時代接軌、順應(yīng)市場。以小組合作模式參加各種比賽和實踐項目,包括電子類競賽、數(shù)學(xué)建模競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等。在各類比賽中發(fā)揮指導(dǎo)老師的優(yōu)勢,跟蹤學(xué)生項目從申請到結(jié)題,提高項目質(zhì)量。在結(jié)題項目或競賽結(jié)束時,鼓勵學(xué)生寫文章發(fā)表到核心期刊中,并每年征集論文匯總成學(xué)院論文集,提高學(xué)生科研論文撰寫能力。

開放實驗室的實踐能力培養(yǎng)目標(biāo)是對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng),通過四年的實踐培訓(xùn)配合理論課程,使學(xué)生掌握探究問題、分析問題、總結(jié)問題等能力。學(xué)生在開放實驗室中經(jīng)歷如下培訓(xùn)過程：

(1) 帶著探究性目標(biāo)調(diào)研。發(fā)現(xiàn)問題、提出問題或在老師的科研拋磚引玉中引出探究性目標(biāo),經(jīng)過老師引導(dǎo)、文獻閱讀課程的指引下,通過市場調(diào)研,閱讀國內(nèi)外文獻總結(jié)出一份“調(diào)研報告”,并獲得相應(yīng)學(xué)分；

(2) 團隊建設(shè)與方案設(shè)計。組成3人為1組的團隊,在調(diào)研報告基礎(chǔ)上擬定大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目題目,提出項目的方案設(shè)計、創(chuàng)新點、難點、技術(shù)指標(biāo)與進度安排；

(3) 申請立項及答辯。通過撰寫申請書,立項、中期、結(jié)題答辯,提高文字書寫能力與表達能力；

(4) 完成實踐項目。在項目中通過方案設(shè)計、仿真測試、搭建電路、編寫程序、測試作品和優(yōu)化作品,提高本專業(yè)的動手實踐能力；

(5) 項目總結(jié)。項目通過測試后,撰寫中文文章,申請專利,提高總結(jié)問題的能力；

(6) 參加競賽。學(xué)科競賽是一次實踐能力的檢驗,通過賽前培訓(xùn),加深實踐能力,團隊合作式競賽提高團結(jié)力。

4 開放實驗室文化建設(shè)

實驗室開展自己獨有的開放實驗室文化建設(shè),倡導(dǎo)“實驗室是我的家”的主題,通過在開放實驗室中舉辦一些體育競賽等文化活動,活躍高年級學(xué)生與低年級學(xué)生互動,采用“3加1”模式,即低年級的1位同學(xué)加入高年級3位學(xué)生的團隊中,協(xié)助競賽準(zhǔn)備,高年級學(xué)生獲得助手,低年級學(xué)生獲得知識,不僅實現(xiàn)知識的傳遞,也加強高低年級學(xué)生之間的聯(lián)絡(luò)和友誼。

實驗室教師關(guān)心學(xué)生的心理活動,以家長的心態(tài)關(guān)心每位學(xué)生,教導(dǎo)學(xué)生把實驗室當(dāng)成自己的家,愛護實驗室設(shè)備,與實驗室成員互相團結(jié)協(xié)作。經(jīng)過時間的洗禮學(xué)生會把老師看成親人。實驗室的氣氛融洽,學(xué)生愿意進實驗室，舍不得離開實驗室。

開放實驗室注重文化建設(shè),組織各類培訓(xùn)和活動,營造出濃厚的學(xué)習(xí)氛圍,激發(fā)出進入開放實驗室的學(xué)生強烈的學(xué)習(xí)欲望,使學(xué)生動手能力、科研能力、溝通能力、撰寫能力得到提高。常年的朝夕相處,實驗室人員和學(xué)生也成為知心的朋友。

5 開放實驗室人才培養(yǎng)實效

儀電開放實驗室的建設(shè)提高了實驗、實踐教學(xué)質(zhì)量,彌補了課程內(nèi)實驗教學(xué)的不足,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。發(fā)揮投資效益,實現(xiàn)資源共享,有利于提高設(shè)備利用率,提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

2018屆畢業(yè)生中,共39名學(xué)生加入開放實驗室,占年級總?cè)藬?shù)的17%。他們從大一開始到畢業(yè),經(jīng)過一系列培訓(xùn)、競賽和科研,取得了令人滿意的成績。在2018年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中6人獲得國家一等獎,12人獲得國家二等獎。全部成員都參與國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,其中15人獲得優(yōu)秀結(jié)題。這39名學(xué)生中有30人獲得免試推薦研究生資格。

儀電216+開放實驗室的建設(shè)與實踐表明,好的培養(yǎng)模式與文化建設(shè)對于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力有積極的推動作用,且可以帶動全院學(xué)生的實踐能力的提高,在科技創(chuàng)新路上走出一大步。