“新工科”背景下大學生創新實驗室軟環境建設

趙小明，劉 寶，姜 飛，孟兆剛，蔣仁福

（中國石油大學（華東）信息與控制工程學院，山東 青島 266580）

伴隨著國家“一帶一路”“中國制造2025”重大戰略的實施，教育部在2016 年提出了“新工科”建設構想，隨后的“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等綱領性文件先后出臺，新工科建設的雛形初現[1]。“新工科”建設的目標是要培養一批具有創新創業能力、跨界整合能力、高素質的學科交叉復合型卓越工程科技人才[2]，創新是“新工科”建設的重要特征。高校創新實驗室是培養大學生創新意識、開拓學生學術視野、鍛煉學生實踐能力的重要平臺。建設優秀的大學生創新實驗室是拓展大學生科技創新基礎的有效渠道，也是培育高水平大學生創新成果的重要保障。近年來，高校在大學生創新實驗室建設方面做了大量的實踐探索[3-8]。信息與控制工程學院借鑒了已有的研究成果[9-15]，在大學生創新實驗室硬件環境建設的基礎上，依托國家級教學團隊及實驗教學中心的建設，在創新型人才培養的軟環境建設方面做了實踐探索。

1 依托實驗教學中心的大學生創新實驗室

為促進實驗室的資源整合與共享，推動實驗教學改革與實驗室建設，更好地服務于人才培養，信息與控制工程學院將原有的4 個專業實驗室和1 個教學中心實驗室整合，組建了實驗教學中心（以下簡稱“中心”）。中心按照基礎實驗平臺、自動化與測控技術實驗平臺、電氣工程實驗平臺、電子信息工程實驗平臺、科技創新平臺進行統籌規劃，全面建設，逐步形成以學科為依托的實驗室管理模式和發展格局。實驗教學中心是面向全校本科生（以及相關專業研究生）進行自動化、電氣工程、測控技術與儀器、電子信息工程等專業及電工電子學等系列課程實驗教學、實踐訓練、工程訓練、科技創新及學科競賽的重要基地。實驗教學中心設備總資產1700 余萬元，面積約4000 m2，建有相關學科專業實驗室27 個，1 個“電工電子學”山東省實驗教學示范中心。實驗教學中心承擔學院4 個本科專業的64 門實驗課程、7 門課程設計和7 個專業實踐與訓練項目的教學任務，以及全校非電類9 個學院30 多個專業的20 余門實驗課程、4 門課程設計和3門電工電子學實習的教學任務。

信息與控制工程學院大學生創新實驗室依托實驗教學中心的實驗平臺而建，是面向全校學生，以課外科技創新活動和個性化培養為目標而創建的實驗基地。創新實驗室下設電子技術創新實驗室、西門子高級自動化實驗室、電氣工程創新實驗室3 個分室。創新實驗室配備了DSP、ARM、FPGA 等多種開發平臺并輔以各種精密測量、測試儀器，設備總資產達300余萬元。依托大學生創新實驗室，以大學生第二課堂活動和各類學科競賽為載體，學院開展分階段、多層次、多樣化的創新實踐教學活動，激發學生的探索精神和創新意識，培養學生實踐能力，為國家培養具有創新思維和實踐能力的高素質人才。在國家“新工科”建設的理念下，創新實驗室的建設充分考慮了學科交叉融合、相互滲透的發展趨勢，突出實踐和創新的特點，強調工程教育的實踐性，實驗教學內容以創新性、設計性、應用性為主。

2 大學生創新實驗室軟環境建設

2.1 設計頂層的人才培養理念

學校始終堅持人才培養是第一要務，本科教育是基礎和核心。學校結合60 多年辦學歷史，面對新的形勢和任務，遵循教育發展規律和人才培養規律，提出了“三三三”本科教育培養體系[16]，即：立足精英型教育、特色型教育、研究型教育的“三型”辦學定位；面向大學生全面化成長、個性化成長、最大化成長的“三化”培養目標；教師是學習性教學、學生是研究性學習、師生之間是開放性交流的“三性”教學方式。“三三三”本科教育培養體系立足人才培養，堅持以學生為中心，重視基礎教學，鼓勵實踐和創新，契合了國家“新工科”建設構想，是學校人才培養的頂層設計。大學生創新實驗室正是在學校人才培養體系頂層設計的框架下，立足學院學科專業特色，以注重學生個性的培養和潛力的發展，鼓勵學生探索和創新為目標而開展建設的。

2.2 構建模塊化科技創新工作體系

2012 年，實驗教學中心和大學生創新實驗室硬件建設逐步完善，學院從工科大學生學習特點出發，重點從大學生科技創新基本素養的培育、專業素質的拓展、創新能力的拔高推進三個方面進行深入研究和探索，提出了一種模塊化大學生科技創新工作體系——大學生科技創新能力培養“ABC”計劃（以下簡稱“ABC”計劃），如圖1 所示。

圖1 大學生科技創新能力培養“ABC”計劃

“ABC”計劃中的A 計劃（all）為大學生科技創新基本素質培養模塊，見圖2。主要面向低年級學生群體，通過參觀大學生創新實驗室，加入科技創新團隊，初步認識和了解大學生科技創新工作，重點加強辦公軟件、多媒體工具的應用技能的基礎培訓，激發他們科技創新的興趣和熱情。

圖2 大學生科技創新基本素質培養模塊（A 計劃）

B 計劃（broaden）是大學生科技創新專業素質拓展模塊，見圖3。是依托大學生創新實驗室平臺，引導學生進行專業素質拓展，重點強化計算機語言和工具軟件的應用能力拓展，使學生具備一定的編程能力和仿真、制圖能力，并在二年級初步建立科技創新團隊。

圖3 大學生科技創新專業素質拓展模塊（B 計劃）

C 計劃（completion）是大學生科技創新能力拔高推進模塊，見圖4。是在前兩個階段的基礎上，組織學生參加校級專項比賽和相關科技論壇，完善學生科技創新生涯規劃并進行科技創新團隊的二次組建，最后依托大學生創新實驗室和教學系的專項競賽培訓完成科技創新團隊的三次組建，最終達到參加高水平科技競賽的能力。

圖4 大學生科技創新能力拔高推進模塊（C 計劃）

大學生科技創新“ABC”計劃以創新實驗室為平臺，分階段、分層次，以強化大學生專業實踐能力和突出大學生科技創新能力為目標，充分利用大學生科技創新訓練計劃項目，如電子設計競賽、數學建模競賽、西門子工業自動化挑戰賽、機器人競賽、智能車競賽等，提高大學生科技創新實踐能力。以此為基礎，學院選拔部分大學生參加自主創新項目重點培養，從而能在“挑戰杯”課外學術作品競賽、“創青春”全國大學生創業大賽、“互聯網+”全國大學生科技創新大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽等綜合性學科競賽中取得成績。為確保“ABC”計劃的順利實施，學院于 2014 年制定了大學生科技創新工作五年計劃，即：立足大學生創新實驗室，實施大學生科技創新“ABC”計劃，用5 年左右的時間探索初步構建一個穩定的科技創新環境，形成自主閉環運行的團隊建設模式，在科技創新成果數量增長的基礎上，實現大學生科技創新工作質量的提升。

2.3 建設充滿活力的指導教師隊伍

指導教師是“ABC”計劃實施的核心動力。學院致力探索將指導教師隊伍建設常態化和制度化，努力使參與大學生科技創新活動成為廣大教師的內在需求，不僅重視激發指導教師的內在成就動機，更在整體工作層面上為指導教師提供必要的外部支持，使教師在指導大學生科技創新活動過程中個人業務能力得到提升，從而實現教學相長。“ABC”計劃實施以來，學院依托電子技術創新實驗室和“電工電子學基礎課程國家級教學團隊”，組建了電子設計指導教師團隊；依托西門子高級自動化創新實驗室和國家級特色專業建設項目“自動化專業”，組建了工業自動化指導教師團隊、機器人指導教師團隊和智能車指導教師團隊；依托電氣工程創新實驗室和國家級卓越工程師培養計劃項目“電氣工程及其自動化專業”，組建了“挑戰杯”課外學術作品競賽指導教師團隊。與此同時，2018 年，學院啟動了培養大學生科技創新人才的“新星計劃”，首批選拔了12 名年輕骨干教師組成“新星計劃”指導教師團隊，吸納優秀本科生33 人進入大學生創新實驗室，由年輕教師開展一對一實踐指導，重點培養一批具有較高水平的本科創新人才。

2.4 組建層次鮮明的學生科技創新團隊

學生是“ABC”計劃實施的基礎力量。大學生科技創新隊伍建設按照“ABC”計劃的“金字塔”型思路開展，分基礎團隊和高級團隊兩個層次建設。基礎團隊建設依托校內科技創新活動和基礎科研項目平臺，成員主要是大學生科技協會成員以及大學生科技創新愛好者。大學生科技協會包括電子設計協會、數學建模協會、計算機應用協會、程序設計協會、機器人與智能車協會等，匯集了全校科技創新的愛好者，為大學生科技創新基礎能力培養提供了有力保障，也確保了大學生科技創新團隊建設的梯度性。高級團隊建設以大學生創新實驗室、專業實驗室為平臺，主要成員由指導教師從基礎團隊里選拔，目前已經組建了智能車、機器人和工業自動化、電子設計、挑戰杯科技創新團隊。

2.5 塑造專業特色的科技創新文化

學院圍繞“質量、人才、特色”的目標，從教師和學生兩個層面規劃大學生科技創新文化建設。教師層面上，積極推動教師參與大學生科技創新工作，把科技創新能力作為學院學生的核心競爭力培養，以此推動學院科技創新工作體系的運行。學生層面上，以大學生創新實驗室為基地開設“微型課堂”，選拔優秀學生走上講臺，向低年級學生傳授科技創新經驗，發揮優秀典型的輻射作用；舉辦大創年會、大創項目答辯會以及各類科技競賽活動，營造科技創新氛圍；推動學校電子設計競賽與省電子設計競賽接軌，打造“科創論壇”“科創沙龍”，積極推動科技創新活動精品化、品牌化，吸引科技創新愛好者；邀請校內外專家做客“科創論壇”，組織創新實驗室教師實地開展科技創新講座，傳播科技創新知識。

2.6 建立完善的科技創新制度保障體系

完善的制度體系是大學生科技創新工作的重要保障。學院制定了“大學生創新創業訓練計劃項目管理辦法”和“大學生創新實驗課題項目管理辦法”，就大學生創新創業訓練計劃項目和依托創新實驗室開展的創新實驗課題項目的制度化、規范化管理進行了明確界定；制定“大學生科技競賽卓越計劃實施辦法”，對科技創新團隊進行資助，調動了指導教師的積極性；出臺“關于做好推薦優秀應屆本科畢業生免試攻讀研究生工作的工作細則”，修訂“突出成績獎學金發放辦法”，明確了本科生科研成果可以直接加分的政策，將大學生科研素質潛力的考察納入研究生推免考核體系，將大學生創新創業成果納入獎勵范圍，鼓勵廣大學生積極參加本科生科研計劃項目的創業訓練項目。

2.7 創建高效的創新實驗室運行管理模式

對大學生創新實驗室的充分利用，除完整的培養體系、充足的人力資源、完善的制度體系之外，其運行管理模式是關鍵的一環。為此，學院確定了全開放、分層次、共享式、信息化的創新實驗室運行管理模式。全開放是指大學生創新實驗室面向全校學生，全天候開放，不同專業年級的學生可根據需要，自由組隊提出申請和預約，獲得審批授權后，可自由進出實驗室，確保了學生在大學期間從事科技創新活動的自由性和連續性。分層次是指實驗室根據學生的科技創新水平和能力，逐步分層開放實驗室。對需要強化基礎的低年級學生，開放基礎設計實驗室，重點培養科技創新基礎能力；對專業基礎好、創新能力強的高年級學生，實驗室全部開放，并為他們量身定制相關實驗；對科技創新重點培養對象，以國家、省部級等各類比賽或創新項目為載體，突出實踐能力培養。共享式是指學院按照創新實驗室的建設目標，將各實驗室設備統一分配、統一管理，打破專業實驗室的界限，實現共享資源設備的開放管理模式，提高實驗設備利用率。信息化是指學院開發了創新實驗室管理平臺，可以實現全部實驗項目的網上選擇和預約實驗、提交實驗報告等一系列工作，同時對創新實驗室的門禁、內部設備等實施網上監控，確保實驗室資源的充分利用。

3 創新實踐成果

近6 年，大學生創新實驗室年均接受1800 余人次開放實驗，共立項國家級大學生創新創業訓練項目54項，校級235 項；獲得省級以上競賽獎勵696 項，其中國家級獎勵156 項。6 年來，依托大學生創新實驗室科技創新基地，高水平科技競賽獲獎數量逐年增長的同時，獲獎質量也迅速提高，在高級別科技競賽中取得了優異成績：獲得全國大學生電子設計競賽一等獎6 項、二等獎14 項；西門子全國大學生工業自動化挑戰賽總決賽特等獎8 項、一等獎5 項；全國大學生數學建模競賽一等獎1 項；美國大學生數學建模競賽一等獎4 項；2013 年“挑戰杯”全國大學生課外學術作品競賽總決賽國家二等獎1 項；2014 年“創青春”全國大學生創業大賽總決賽銀獎1 項、移動互聯網專項賽國家級金獎1 項，創青春全國大學生創業大賽電子商務專項賽國家級銀獎；2017 年第16 屆全國大學生機器人大賽RoboMasters 機甲大師賽全國一等獎。2019 年，我院學生在全國大學生工程訓練綜合能力競賽決賽中獲得一等獎。

4 結語

幾年來，信息與控制工程學院大學生創新實驗室軟環境建設日臻完善，實驗室硬件資源得到充分利用，模塊化工作體系的作用得以充分發揮，大學生科技創新成果豐碩，學生獲得省級及以上獎勵逐年攀升，產出了大量高水平創新成果，為高水平科技競賽輸送了大量優秀人才，為學校科技創新人才的培養作出了突出貢獻。