费景洲，张 鹏，马修真，路 勇，李淑英

(哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

高校实验室作为大学生创新精神和实践能力培养的重要基地，已成为人才培养环节的重要组成部分。自1999年高校扩招以来，随着“211工程”、“985工程”等建设项目实施，大规模资金投入到实验室建设中，实验室的数量和规模迅速增加，实验教学条件已经得到很大程度的改善。近年来，随着国家对高校办学质量要求的不断提高，这种依靠增加实验室数量和扩大实验室规模的外延式发展已经不能满足社会对创新型人才培养的需要。国家 “十一五”规划提出“提高高等教育质量，把高等教育发展的重点放在提高质量和优化结构上”，表明高等教育重点已经从数量规模扩张的外延式建设转向提高教学质量和人才培养质量的内涵式建设。教育部、财政部《关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》(教高[2007]1号)明确提出：要以提高本科教学质量为目标，加强内涵建设，提升高等教育的教学质量和实力。因此，推进实验室建设转型升级，加强实验室内涵建设已经成为当前实验室建设的重要任务[1-3]。

实验室内涵建设包括教学质量建设、制度建设、队伍建设和文化建设等多个方面[4-7]。具体的实验室内涵建设内容应针对各个实验室的自身特点进行。我校船舶动力技术实验教学中心(以下简称中心)2012年被批准为国家级实验教学示范中心建设单位。中心以国家优势学科创新平台(现代舰船与深海工程)、国家重点学科(轮机工程)、国防特色专业(热能与动力工程专业)为依托，面向热能与动力工程(分内燃机、燃气轮机、蒸汽动力方向)、轮机工程、核科学与技术等专业方向开设实验课程，课程体系覆盖船舶动力装置的全部门类。中心开设的实验项目多为传统动力技术类实验项目，这类实验项目所使用的实验设备多为大型动力机械，其特点是体积大、造价高、运行贵、维护难。而高校实验室受空间、经费、安全等因素制约，难以开展针对大型动力机械本体的实验教学工作，学生缺少大型动力装置本体方面的实验认知途径，无法对大型动力装置形成全面系统的认识。根据中心大型动力实验设备多的实验教学特点，采用以问题研究为导向的内涵建设研究方法，利用虚拟现实技术建立了船舶动力系统虚拟仿真实验平台，解决了制约中心内涵建设的关键问题，形成了虚拟仿真与物理实验相结合的实验教学特色，不断丰富与发展了实验室内涵建设内容，提高了实验教学质量。

1 内涵建设目标

中心内涵建设以提高人才培养质量为根本目标，以国家级实验教学示范中心建设为契机，贯彻实施“三注重，三结合”的实验教学新理念。“三注重”是指培养目标注重素质，实验内容注重综合，创新教育注重个性；“三结合”是指教学与科研相结合，虚拟与现实相结合，课内与课外相结合。搭建“专业素质培养、科技创新实践、校企联合拓展”的进阶式实验教学平台，着力打造并提升“虚拟仿真与现实设备互动、科研支撑与校企合作联动”的实验教学新特色，研究并推广虚拟与现实相结合的交互式实践教学新模式。通过实验室内涵建设，将中心建设成为适应国家船舶动力自主研发战略需求和社会发展需要的高素质工程技术人才的重要培养基地。

2 主要问题分析

2.1 参照系选取

为全面客观地分析目前影响和制约中心发展的主要问题，选取两所国内院校的能源动力工程实验教学中心作为参照系，通过对比分析的方法查找中心存在的主要问题。所选择的这2个实验教学中心的学科门类与我中心相同，都属于动力工程及工程热物理一级学科，二者在实验室建设方面都取得了很好的成效，目前都已经通过验收成为国家级实验教学示范中心。其中参照系A学校为“985工程”院校，所属学科为国家重点学科；参照系B学校是一所市属院校，既不是“985工程”院校，也不是“211工程”院校，其动力工程及工程热物理一级学科也不是国家重点学科。

2.2 中心存在的主要问题

以参照系A和参照系B为主要参照系，从教学内容、教学体系、教学模式和师资队伍等几个方面对比分析中心目前存在的主要问题：

(1) 基础实验项目少，实验内容知识点覆盖面低。实验项目根据人才培养方案及课程大纲要求通常分为基础性实验、综合性实验和创新性实验，其中基础类实验项目是前提和根本。在实验教学过程中，学生通过基础类实验项目加深对理论知识的理解，进而提高动手能力，培养良好的科学实验习惯。基础类实验项目对学生基础知识的掌握和基本的科研实验能力培养具有重要作用[8-9]。

中心实验设备多为大型旋转动力机械，受实验设备造价、空间和实验安全等条件制约，目前开设的基础类实验项目数量较少，难以满足实验教学需要。以中心的专业基础实验课程热工实验(该课程包括工程热力学和传热学课程的相关实验内容，是国内院校能源动力类专业广泛开设的专业基础课)为例，目前该课程开设的基础类实验项目只有15个左右，知识面覆盖率较低，而参照系A和参照系B开设的同类实验项目数量都在25个以上。中心实验项目数量也低于同类国家级实验教学示范中心的平均水平，实验内容不能全面涵盖课程的重要知识点，不利于学生养成基础扎实的科学实验能力，不能满足中心内涵建设提出的人才培养目标的需要。

(2) 缺乏创新性实验项目，实验教学环节没有形成完整的教学体系。基础性实验、综合性实验和创新性实验在人才培养的各个阶段发挥不同作用，三者相互结合，构成完整的实验教学体系。其中综合性实验和创新性实验因其在学生综合能力和创新意识培养方面的重要作用，在实验项目中所占比例越来越大[10-11]。

参照系A的综合性、设计性、创新性实验项目比例占整个实验项目的大多数，参照系B也设有多个与学科前沿紧密相关的设计性实验。相比之下，本中心综合性、设计性实验数量与参照系相比有很大差距，也低于动力工程及工程热物理学科同类专业国家级实验教学示范中心的平均水平。中心近年来缺少用于教学的新增实验，课内实验项目中缺乏创新性实验内容，现有实验内容不能反映学科的前沿研究情况。创新性实验项目缺乏，实验教学环节不能形成“基础、综合、创新”的层次化实验教学体系，不利于培养具有创新意识的新型人才，也不符合中心提出的“三注重”的实验教学新理念。

(3) 教学手段单一，教学模式僵化，网络教学资源匮乏，制约了自主式、开放式实验教学模式的开展。自主式、开放式实验教学方法可以将传统的验证性实验转化为创新性实验，同时学生在实验时间、实验内容等方面具有一定的自由选择权利，有助于培养学生的综合实践能力和创新能力，已经成为实验教学模式改革的热点[12-14]。丰富的网上实验教学资源是开展自主式实验教学、开放式实验教学等先进实验教学模式的前提和基础，实验教学网站已经成为学生完成实验课程的重要载体。

参照系和其他相关的国家级实验教学示范中心的教学网站上都有丰富的实验教学资源，包括实验教程、实验视频、实验课件、虚拟实验等内容。本中心除了内燃机拆装实践课程等国家级精品课程外，其他多个实验课程的主要教学手段是板书，受实验室硬件条件限制，没有全面实现实验课程的多媒体课件教学。教学模式主要沿袭传统实验教学模式，即教师先讲解演示，学生随后动手模仿。受实验台架数量、实验运行费用和实验操作安全等因素制约，中心在开放式教学、研究式教学等方面取得的教学研究成果，难以进行全面的推广和深化。

(4) 缺少高素质人才，实验教学师资队伍整体水平偏低。实验教学师资队伍是实验室的重要组成部分，实验室内涵建设的实质就是主要依靠实验队伍不断改善来提升实验教学的功能和作用[5]。在实验教学示范中心建设、实验教学改革和实验管理体制改革中，人的因素是第一位的，教师是决定性的因素[15]。与学校科研院所中的教学科研岗位相比，实验教学中心在职称晋升、出国培训、职业发展等方面明显缺乏吸引力，难以留住高素质人才。实验教学岗位缺少高素质人才已经成为国内研究型大学的实验教学中心面临的普遍问题。

2个参照系的实验教学中心教学队伍整体素质较高，其中参照系A的实验教学队伍中含有多位获得 “国家百千万人才”和“教育部跨(新)世纪人才” 等荣誉称号的高素质人才，有高素质人才队伍，才能有高水平的教学成果。参照系A在国家级精品课、国家级规划教材和国家级教学成果奖等方面取得了丰硕的成果。与之比较，本中心缺少上述各类型的高水平人才，在教学成果、教改研究、教材建设等方面有明显差距。

3 建设思路及措施

为更好地完成国家级中心的建设任务，发挥国家级教学示范中心的示范引领作用，中心以实验室内涵建设为核心，针对船舶动力技术实验教学的特点，建设船舶动力系统虚拟仿真大平台，形成虚拟仿真与物理实验相结合实验教学特色。

3.1 建设船舶动力系统虚拟仿真大平台，解决实验内容欠缺、实验手段单一、教学模式落后的问题

虚拟实验在实验场地、实验消耗和实验时间等方面具有明显优势，建立虚拟仿真实验环境已成为目前高校实验教学的重要发展方向，教育部在关于开展“十二五”高等学校实验教学示范中心建设工作的通知(2012第33号)中明确指出，打造贴近实际的模拟、虚拟、仿真实验环境。

利用虚拟现实技术建设船舶动力装置(包括内燃机、燃气轮机、增压锅炉等动力形式)及联合动力装置的虚拟仿真模型和半物理模型，形成船舶动力系统虚拟仿真大平台。根据实际教学需要，在该平台上开展系列实验实践课程，解决前述大型旋转动力机械在实验运行经费、实验操作安全等方面的实验教学难题；基于该平台开发、拓展各种类型实验项目，不断丰富实验内容，解决实验内容欠缺问题；改革实验教学手段，结合虚拟实验的优势和特点，深入开展自主式、开放式实验教学研究与实践；将现有实验内容与虚拟仿真实验深度融合，根据实际船舶动力装置开发具有高仿真度的实验模拟器，形成虚拟仿真与实际操作相结合的船舶动力技术实验教学新特色。

3.2 整合资源，优化课程体系，构筑进阶式实验教学平台，解决创新性实验项目缺乏，实验教学体系不完整的问题

构建“专业素质培养平台→科技创新实践平台→校企联合拓展平台”的进阶式实验教学平台。优化现有专业基础实验课程体系，增加创新性实验项目，提高热工基础实验、测试技术实验、自动控制原理实验等专业基础实验课程中创新性实验项目比例，形成基础深厚的专业素质培养平台；将学生科技创新项目和教师科研项目相结合，形成教学科研紧密结合的大学生科技创新实践平台；在工厂实习实践等环节基础上，进一步深化校企合作，建设校企联合实验室和人才培养基地，形成学校企业间无缝连接的校企联合拓展平台。

进阶式实验教学平台突出“实验室资源有效整合，教学科研紧密结合，校企联合”特色，形成循序渐进的层次化实验教学体系，实验操作过程符合大学生认知发展规律，有利于学生科研能力和创新意识培养。

3.3 建设网络实验室，丰富网络教学资源，支撑开放式实验教学模式改革，解决教学手段僵化落后问题

在船舶动力系统虚拟仿真大平台基础上，引入网络远程控制技术，将虚拟实验和网络技术结合起来，建立网络实验室，学生通过网络可随时进行相关实验操作，进一步发挥虚拟实验在实验场地、实验时间等方面的优势。

参考借鉴国内同类实验教学中心网站建设经验，丰富中心网站的网络教学资源，实现网上学习、网上教学、在线虚拟实验等功能。在网络实验室和网络教学资源支撑下，进行自主式、开放式实验教学模式改革，改变教师先演示、学生后模仿的实验教学模式。除基本的教学功能外，网站还应具有大量能够反映中心自身特色的内容，以便于更好地发挥中心的示范引领作用。目前网络传播已经成为国家级实验教学中心示范辐射功能的重要实现手段。

3.4 加强实验教学队伍建设，提高实验教学水平，解决实验教学队伍缺乏高素质人才和高水平教学成果的问题

高素质的实验教学队伍是提高实验教学水平的前提和基础。通过培养青年教师、引进人才、聘请兼职教授和企业讲师等途径，逐步提高中心的实验教师队伍素质；在学校的教师岗位分类管理等相关文件指导下，中心设立实验教学型教授岗位和实验教学型副教授岗位，为实验教师提供与教学科研岗位同等的职称评定通道，确保实验教师队伍稳定；制定相关制度，鼓励理论课教师承担实验教学课程，鼓励实验教师参与科研项目，提高实验教学队伍的教学科研水平；围绕自主式、开放式教学模式改革，研究探索新型教学模式下实验教师自身能力的提升途径；结合实验室内涵建设项目开展，鼓励教师参与实验教改立项和实验课程建设，产出高水平的实验教学成果，提升实验教学水平。

4 内涵建设方案

4.1 教学理论研究

中心围绕制约船舶动力技术实验教学发展的主要问题，凝练教学理念、完善教学体系、改革教学模式、创新教学手段，不断探索实践中心的特色发展道路。教学理论研究主要包括中心的内涵建设模式研究、实验课程体系优化研究、实验教学模式改革研究、培养方案论证与制定等研究内容。

4.2 船舶动力系统虚拟仿真大平台建设

建设船舶动力装置(包括内燃机、燃气轮机、增压锅炉等动力形式)及联合动力装置的虚拟仿真模型和半物理模型，形成船舶动力系统虚拟仿真实验大平台。船舶动力系统虚拟仿真大平台建设内容主要包括燃气轮机虚拟拆装平台建设、蒸汽动力虚拟拆装平台建设、船舶动力装置原理与性能虚拟实验平台建设、高仿真船舶轮机机舱模拟器建设、动力装置测试与控制系统虚拟实验平台建设等内容。

4.3 进阶式实验教学平台建设

构建“专业素质培养平台→科技创新实践平台→校企联合拓展平台”的进阶式实验教学平台。从增加创新性专业基础实验项目、科研项目与科技创新结合、深化校企合作3个主要方面进行建设。(1)专业素质培养平台主要建设内容包括热工实验课程基础平台建设、自动控制原理实验课程基础平台建设、测试技术实验课程基础平台建设等内容；(2)科技创新实践平台主要是电控单体泵和高压共轨柴油机实验台等科研台架实验教学转化；(3)校企联合拓展平台主要是校外实习实践基地建设。

4.4 网络实验室和网络教学资源建设

建设中心实验教学网站，使中心具备网上教学、网上虚拟实验等功能；丰富网络教学资源，支撑自主式、开放式实验教学模式改革；突出船舶动力技术实验教学特色，发挥示范引领作用。网络实验室和网络教学资源建设的主要内容包括船舶动力装置虚拟网上实验系统、实验室开放条件保障建设和中心网站建设等内容。

4.5 实验教学团队建设

以中心现有的内燃机国家级教学团队为示范，组建热工基础、内燃机、燃气轮机专业实验教学团队，在此基础上，整合优势资源，打造船舶动力技术国家级教学团队。

5 结束语

船舶动力技术实验教学中心内涵建设以培养基础雄厚、专业扎实的创新型人才为根本目标，结合国家级实验教学示范中心建设项目，针对船舶动力技术专业实验教学特点，从教学理论研究、教学平台建设、教学团队建设等几个方面的进行实验室内涵建设探索与实践。中心的内涵建设预期在以下几方面取得实效：凝练以“三注重，三结合”实验教学新理念为代表的若干具有高竞争力的教学理念；形成“船舶动力系统虚拟仿真实验大平台项目、虚拟与现实相结合的交互式实践教学模式、基于网络虚拟实验的开放式实验教学模式”等若干具有高显示度的特色项目；推广“船舶动力系统虚拟仿真实验大平台项目、进阶式实验教学平台项目”等若干具有高辐射度的示范项目；建设“船舶动力专业实验教学团队”等若干具有高影响力的名师及精品课程。这些研究成果对提高人才培养质量、丰富实验室内涵建设内容和加强国家级实验教学示范中心的示范引领作用具有积极的促进作用。

[1] 王立志,李立光,杨玉强,等.构建学科群平台建设体系，推进实验室质量内涵发展[J].实验技术与管理，2009,26(8)：163-164.

[2] 邹广平,夏兴有,张学义.深化实验室内涵建设 促进实验室可持续发展[J].实验室研究与探索，2012,31(10)：161-163.

[3] 李永成.高校内涵建设探索与实践[J].高教高职研究，2009(22):48-49.

[4] 高智深.加强队伍建设，促进高校实验室内涵发展[J].实验室科学，2011,14(5)：120-122.

[5] 黄炳辉.教学与科研融合视角下的实验室内涵建设探析[J].实验技术与管理，2012,29(9)：15-7.

[6] 潘蕾.关于实验室内涵建设的思考[J].浙江师范大学学报,2008,31(3):357-360.

[7] 陈杰锋.准确把握内涵建设实质 切实提高教育教学质量[J].教育理论与实践,2008(28):9-10.

[8] 刘传勇,高英茂,于修平,等.创建基础、综合、创新相结合的医学基础实验课程新体系[J].实验室研究与探索，2009,28(1)：15-17.

[9] 漆建军，肖化.基于能力培养的基础实验教学模式[J].实验技术与管理，2008,25(6)：149-151.

[10] 侯震，张洁.挖掘整合实验室资源,开发综合型设计性实验[J].实验技术与管理，2010,27(3)：162-164.

[11] 刘一飞,张景华,俞海洋.实施大学生创新性实验计划,构建基于能力培养的创新人才培养体系实践与探索[J].实验技术与管理，2012,29(7)：21-23.

[12] 马宏图.开放实验室促进创新人才培养[J].实验科学与技术，2012,10(5)：135-137.

[13] 魏楚元,张翰韬,吕橙.计算机网络开放式实验教学与创新实践能力的培养[J].实验室研究与探索，2007,26(6)：9-12.

[14] 韩响玲,金一粟,穆克朗,等.以实践创新能力培养为核心 全面推进实验室面向本科生开放[J].实验技术与管理，2013,30(2)：10-13.

[15] 李美亚,于国萍,王建设.物理实验教学示范中心建设的实践、问题与对策[J].实验技术与管理，2012,29(6)：3-7.