新工科開放式創新實驗室體系建設研究

李紅雙

（沈陽航空航天大學 機電工程學院， 遼寧 沈陽 110136）

0 引言

世界正處于第四次工業革命的新起點，智能化、數字化、網絡化等革命將會影響所有學科的工作、問題、創新和解決方案［1-3］。 教育部積極推進新工科建設，發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》等通知，探索形成了高等教育人才培養理念與共識，開拓了工程教育改革新路徑［3-5］。 高校培養學生的創新思維、創新能力、設計與實踐能力，實驗室是培養學生創新實踐以及創新設計的首選陣地，在新工科背景下，一些高校實驗室的硬件、軟件、教學和管理等方面均做了初步的改革與實踐，取得了初期的改革成效［6-8］。 筆者對目前實驗室存在的問題以及現狀進行了分析，結合多年的實驗教學工作，提出了新工科背景下開放式學生自主創新設計實驗教學新模式，改革取得的成果為新工科開放實驗室創新模式奠定了基礎。

1 工科類院校實驗教學現狀分析

1.1 實驗教學缺乏創新性

高等教育實驗教學是對理論學習知識的驗證，是培養學生實踐動手能力與創新能力的主要教學環節。目前，實驗的教學方式非常單一，實驗基本上都為課內實驗。 調研顯示，大部分高校的實驗類型均是驗證性和演示性占主要部分，設計性和綜合性實驗比較少，開放式創新性實驗更少，實驗內容缺少系統綜合性與創新性［9-11］。 教師在實驗過程中起到主導作用，多數學生是在“看實驗”，而不是“做實驗”，體會不到做實驗的真正樂趣。 學生創新思想和創新意識沒有調動起來，導致學生積極性普遍不高。

1.2 實驗設備陳舊

大部分高?；A實驗的設備都很陳舊，絕大多數高校實驗室在設備共享上都存在很大的問題。 設備只能為某課程單獨用，實驗室只有學生做實驗才開放，實驗設備分散放置，利用率都很低。 由于經費問題，實驗室難以引進先進的實驗儀器，實驗教學已無法適應學科前沿領域發展的新形勢，不利于新工科人才培養。 隨著高校招生人數的增加，實驗設備有限，實驗教學質量在逐漸下降。

1.3 實驗室管理封閉

目前，實驗室長時間處于關閉狀態，學生對實驗設備的功能以及設備用途不了解，只能從教材中獲取理論知識，實踐操作機會很少，無法通過實踐環節驗證理論知識。 實驗室的封閉管理，使得學生求知欲望減退，甚至不愿意去參與科研類的教學活動。 這會導致學生對科研失去興趣。

2 構建開放式創新實驗室運行機制

教育部提出要加強校內實驗教學資源建設，構建功能集約、資源共享、開放充分、運作高效的實驗教學平臺。 人工智能時代迅速發展，機械類專業性學科不是單一的學科，而是多學科之間的交叉融合，不同學科專業之間相互協作已是必然之路。 各高校聯合企業建立交叉學科開放性實驗平臺是適應新工科發展的必然趨勢，符合創新型人才培養的目標。 校企聯動構建綜合型開放實驗室平臺，為企業創新型人才需求培養提供了良好條件，形成縱向銜接、橫向聯動、相互促進又相互獨立的實驗教學體系。 以沈陽航空航天大學為例，建立開放式創新實驗室，各學科之間學生在各自專業技術上相互交流、取長補短，為新工科院校開放實驗教學平臺的建設和學生的發展帶來了新的機遇。

2.1 實驗室預約機制

實驗教學是課程的重要教學環節之一，是對理論知識學習的實踐檢驗。 開放式創新實驗室不受傳統實驗固定思維約束，打破只看不做的模式；綜合創新型實驗室全天開放，實驗室設備及其相關文件會在網上發布，學生根據實驗室的設備儀器自己設定實驗方案，網上提交，教師審核通過后可進行實驗。

2.2 實驗設備共享機制

目前，高校的實驗設備分布在不同的學院與實驗室，無法實現資源更好地共享。 為解決上述問題，建立綜合性開放式創新實驗室可以實現資源的共享。創新開放式實驗室進行設備協調與調用，多學科交叉，學生跨學科組隊，可以更好地提升學生團結協作能力。 構建開放性自主創新設計實驗室不僅可以實現機械類傳動機構的創新設計，還可以滿足控制類學生的相關創新設計。

2.3 實驗教學評價機制

如何評價學生在創新實驗中做出的成果，按照新工科標準，根據課程培養目標，制定實驗教學課程評價體系，實驗成績評定不再根據學生出勤情況以及實驗報告完成好壞作為評價標準。 在開放創新實驗中，通過考核學生的方案設計、實驗整個過程小組的分工協作、實驗過程對問題的解決以及實驗完成的情況，把整個創新實驗過程作為考核標準，并不是單純的以實驗結果為導向來評價學生實驗的成績。

2.4 創新成果宣傳機制

學生團隊自主設計完成的創新成果，實驗室征求學生團隊同意后，制作相應的展板以及通過網絡等對其宣傳，讓學生形成一種自主創新的氛圍，不再畏懼創新。 尤其對大一學生早期創新設計思想灌輸，激發出學生的創新思維。 學生團隊的創新成果每年集中一次進行展示，為其他學生自主創新設計形成一種積極的信號。 學生創新成果可以申請專利，為后續學生繼續深造打下堅實的科研基礎。

3 開放式創新實驗室作品創作模式

3.1 構建創新實踐平臺

開放式創新實驗室教學是以學生為主體，以培養學生創新能力和實踐操作應用能力為理念，構建創新實驗項目自主設計式教學模式，能夠有效地促進實驗室資源的開放共享利用。 為讓學生更好地實現自主創新設計實驗，建立了開放式創新實驗平臺，學生團隊通過線上了解實驗平臺的功能，獨立設計實驗方案，提交設計方案，通過后預約進駐實驗室，完成創新設計成果。 圖1 為傳動機構平臺實驗元件。

圖1 傳動機構平臺實驗元件

3.2 團隊自主研發創新項目

創新實驗作品從申請到方案設計以及最后制作和加工，全部由學生小組獨立完成。 開放性創新實驗鍛煉了學生創新意識、實踐操作能力和團隊合作能力，學會了新知識與新設計操作方案，增強學科前沿知識的拓展，激發學生探究創造的興趣。

4 開放創新設計實驗室取得成效

以沈陽航空航天大學為例，表1 為創新實驗室開放前后機械設計課程期末成績對比，可以看出實驗室開放后2017 屆機械3個班級學生的成績明顯高于2016 屆機械3個班級學生成績，不及格率明顯下降，學生學習興趣大幅度提高。

表1 創新實驗室開放前后成績對比分析

由表2 可以看出，創新實驗室開放以后，學生自主創新設計的能力與創新思維有了大幅度提高，參與創新實踐的人數越來越多。

表2 創新創業項目與競賽學生參與人數

5 結語

創新實驗室開放為學生創新實踐提供了良好的設計平臺，為新工科創新型人才培養奠定了基礎，解決了理論課內實驗限制學生創新思維能力的發揮問題，調動了學生的主觀能動性，激發出了學生的創新意識，學生創新能力大大提高。 實踐證明，創新實驗室開放可以大幅度提高學生的學習成績，提高學生參加創新創業大賽的熱情，在實踐教學中實現新工科背景下創新創業型人才的培養。