刘兴华, 王方艳

(1. 青岛农业大学 机电工程学院, 山东 青岛　266109；2, 陕西师范大学 政治经济学院, 陕西 西安　710062)



以创新人才培养为核心的实验室开放模式探索

刘兴华1,2, 王方艳1

(1. 青岛农业大学 机电工程学院, 山东 青岛266109；2, 陕西师范大学 政治经济学院, 陕西 西安710062)

实验室开放是高校培养创新人才的重要途径,是提高实验室指出了利用率、培养学生创新及实践能力的重要手段。该文分析了青岛农业大学机电工程学院实验室开放现状,指出了实验室开放存在的内容单一、经费短缺、指导教师不足及实验室开放力度不够等问题,以培养创新人才为导向,提出通过改进实验开放层次、内容、教学方法及手段等措施,建立适应现代技术发展的实验室开放模式,逐步提高学生的实践及创新能力。

实验室开放模式； 创新培养； 实践教学

我国要实现建立创新型国家的宏伟目标,关键是要培养大批的创新人才。高校担负着培养创新人才的重任。实验室作为高等教育的重要组成部分,担负着专业理论实践和知识开发拓展的重任,给学生提供相对开放的环境和创新实践的场所,是知识创新的源头和科技人才培养的基地,也是大学办学条件和人才培养平台评价的重要标志。对学生开放实验室,有利于学生深化对知识点的认知,提高收集和处理信息的能力,提升实验室资源和空间的利用率,实现科技进步、社会服务和人才培养的有机结合,充分发挥实验室独特的育人功能。为培养学生的自学能力和创新思维,激发学生的实践兴趣和主动性,高校不断加大对实验室的建设力度,构建了各级开放实验教学示范中心,并制定了一系列的规章制度。从现状看，目前高校的实验室开放运行模式处于深入探索阶段,运行机制需要进一步完善，从理论和实践层面进一步探索和推进实验室的开放模式是亟待解决的问题。

1　实验室开放现状

青岛农业大学机电工程学院(下称学院)是青岛农业大学最早成立的5个院(系)之一,拥有5个本科专业,6个硕士学位点,2个实训中心和3个研究所(中心)。学院重视创新人才的培养和实验室开放建设,围绕实验室规划建设、实验室资源管理、仪器设备管理与维修改造、实验技术与测试方法、科研成果转化和虚拟仿真实验等7个方面展开实验技术研究,对传统学科的实验教学内容和考核方式等进行不断创新,不仅实现了实验室时间、空间和内容的开放及资源共享,而且优化了教学软硬件资源,推动了教师实验技术创新和实验教学水平的提高。

“十二五”期间,结合山东省应用型特色名校建设工程,学院坚持以学生为主体和培养创新人才为核心的育人理念,以工程实训中心和创新实验室为依托,结合学生科技竞赛,进一步加大了实验室建设和开放力度,逐渐实现了科教融合、产学结合,完成了教学资源的有机融合,打造了创新教育特色鲜明的实验教学平台,如全天候开放式实验室、科研创新型实验室、创新实践中心等,为我院学生科技创新和实践锻炼提供了优质的环境[1-2]。但目前在实验室的运作和开放过程中,实验室开放模式仍然存在开放内容单一、实验经费短缺、指导教师缺乏及开放力度不够等缺陷和不足。如何不断加强实验室开放的管理,在保证积极提高教学质量的基础上,以培养学生创新能力为核心,通过改进实验的开放层次、内容、教学方法、手段等,建立一套适应现代技术发展的实验室开放模式,将是当前迫切需要解决的问题。

2　以创新人才培养为核心,探索实验室开放模式

实现实验室全面开放是实验教学与理论教学发展的必然要求,是高校培养创新型和服务型人才的前提条件。只有构建良好的实验室软硬件环境,才可实现实验室的全面开放,保证实验室开放的质量和效果。基于当前现状,结合学院及学校的自身发展,构建了以创新人才培养为核心的实验室开放模式。

2.1拓展内涵,实现实验室不同层次开放

以实验室全面开放为目的,丰富实验室开放的内涵,结合实验室自身特点,面向不同学生因材施教,落实实验室开放时间、内容和其他条件,并在承担教学计划的基础上实现“三层次开放”,即参观实验室的“集中开放”、综合实验室的“预约开放”和创新实验室的“全面开放”。

(1) 集中开放。现有的参观实验室主要让学生了解设备或机构的原理和功能,虽然开放时间短、利用率低,但是可以为学生的设计和创新提供感官认识及灵感。随着实践教学的不断深入,机械产品展示实验室、减速器拆装实验室、几何模型陈列室、机械原理实验室等参观实验室，每学期初接受学生集中报名,由学院统一安排,实施实验室集中开放,并为学生的课程设计和毕业设计等提供场地和基本设备条件。

(2) 预约开放。综合实验室涉及部分专业知识的实验内容,可激发学生对实验项目的后续延伸热情,具有一定灵活的开放时间和空间。学生接触专业知识之后,开始思考就业去向,并对专业问题产生兴趣,需要通过专业实践平台进行探索。根据实验室的开放时间,学生可以预约进行自拟题目的研究。自从实施预约开放后,工程实训实验室每年接受80余人的自主课题研究和100余人的数控车床技术培训,让学生熟练地掌握专业技能,提高了就业的核心竞争力。

(3) 全面开放。创新实验室是培养学生科研精神和创新能力的地方,多承担各类学生创新创业项目和科研训练,对学生24小时开放。进入实验室前,实验室负责人和项目指导教师对学生的实验目的、实验方案和步骤进行共同审核,并按照科研实验进行规范管理。学生可自行安排项目进度和时间计划,所用耗材费用自理,并严格遵守实验设备的使用规范。电工电子创新实验室和机械创新实验室等实验室每年接纳100余名学生进行创新设计和科研锻炼。通过这些途径,实验课和专业实习受到了学生的欢迎。低年级学生可以较早进入实验室自我探索,锻炼和培养了学生的科学思维和创新意识。

2.2科教结合,创新实验室开放内容

实验室开放包括时间、场所、项目、手段和方法的开放。其中,时间的延长和场所的开放只是实验室开放的初级阶段,项目、手段和方法的开放才是实验室对外开放的真正内容和本质。以提高学生的专业技能和创新能力为出发点,以提升学术思维和就业能力为导向,实现实验室开放的“三结合”。

(1) 实验项目与生产实际相结合[3-6]。以满足教学要求为前提,提高实验室利用率和实验效果为目标,学院组织专业教师团队对开放实验室承担的项目进行科学论证,打破课程界限,系统优化低水平和脱离实际的实验项目,将教学和科研成果转换为开放式实验和落实到实验教学计划中,并鼓励教师申请实验课程独立开课。目前,学院实验项目融合了课程理论内容、社团活动项目、科技竞赛和科研项目,实现14门次的实验课程独立开课,如单片机原理与应用实验、机构创新设计实验和电工技术实验等。通过实验项目的开放,学生可以在完成基础实验的基础上,结合机器人大赛、数学建模和机械创新大赛等自行设计实验内容,并积极主动地参与到项目的设计和操作过程,同时为其参加相应的比赛提供了技术支持。

(2) 实验手段与信息技术相结合。要真正做到实验室开放,还必须在实验教学过程中采用先进的信息技术手段,使学生可以及时、方便地掌握实验内容、手段及进度,为开放实验室提供技术环境。如学生可通过Matlab仿真模块形象地展现“自动控制原理实验课程”中抽象的理论知识点；借助虚拟技术和多媒体技术,缓解“减速器拆装试验”中实验设备紧张、结构抽象的问题。此外,为了方便师生预约和加强管理实验室,学院要求各个实验室在开学初将实验项目、开放时间、设备状况和操作规程上传到教学网络平台。学生可根据实验项目通过网络平台预习实验内容和掌握实验设备的操作方法,并可预约实验室进行实验重做或补做。如学生通过学院开发的“传感器原理”实验预习系统,可熟知各种传感器的使用规范及实验注意事项,避免实验过程中的盲从。

(3) 实验方法与科学技术相结合。学院的科研平台紧跟现代科学技术发展,具有良好的实验条件,除了完成科研任务之外,还承担培养优秀人才的工作。学院以行业需求为导向,充分利用科研资源,提升学科实验条件,鼓励学生通过参加科研项目掌握先进的实验方法和学术思维方式,将科研实力转化为培养创新人才的能力。仅2014年,就有56名学生参加学院教师的科研团队项目,锻炼了其灵活采用PCL和单片机进行软件编程及利用Ansys、Adams和Edem等仿真软件进行学术研究的能力。通过项目训练,学生除了掌握常用的实验方法外,还熟悉了行业领域采用的技术方法,增进了实验操作的积极性和主动性,拓展了学习空间。参加尚书旗教授团队的6名学生,通过改进农机土槽实验平台,掌握了农机具的测试技术和常用方法,如黏贴不同应变片完成机具受力测定等。

2.3拓宽渠道,加强实验室的师资力量

实验技术人员的整体素质和实验条件是实验室开放运行和管理的关键,决定着实验室的开放水平[7-9]。目前,我院教职工74人,其中专职实验技术人员14人,相对每年1 800多人次的实验工作量,技术人员远远不够。尤其近几年经验丰富的实验技术人员陆续退休,使得原本人员紧张的实验教学更是雪上加霜。同时,由于学校对实验教学不够重视,实验室条件又远远不及“211工程”和“985工程”院校,且实验室开放资金短缺在一定程度上影响了实验室的开放进程。

(1) 充实队伍,提升实验技术人员素质。实验技术人员是实验室开放的主导,应具有品德高尚、技术过硬、甘于奉献的素质,还要有广博的专业知识和较强的动手能力,才能够敏锐地发现实验问题,及时发现学生的创新思维[10-12]。为了增强实验室开放的有效性,学院多采用返聘优秀的实验技术员、选拔业务水平高的任课教师从事实验教学工作,同时聘任品学兼优的研究生或高年级本科生参加实验室管理工作及协助教师维护设备。此外,学院鼓励参加实验教学的教师利用寒暑假,参加各类业务培训和实验技术项目研发,拓宽专业技能和综合知识,以适应实验室开放的需求。目前,我院已返聘3位资深教师继续从事实验教学,选拔了15名责任心强的任课教师充实到实验教学队伍,并建立了“老带新”的实验教学团队。学院每年资助10名教师参加各类教学研讨会和技术培训,并设立了学生勤工助学岗位，调动学生应聘实验室助管的积极性和主动性。

(2) 整合资源,改善实验设备和资金渠道。实验设备和资金是实验室开放的基础,也是开放实验室必然面对的问题,决定着实验室开放的范围和质量。为了加快实验室的开放进程,学院利用“3+2”贯通分段培养试点项目,整合青岛港湾职业技术学院的师资条件,弥补了实验设备的缺乏,并结合山东省“名校工程”项目,投入200万元筹建了机器人创新实验室、电子工艺教学标本资源库、低压电器教学标本资源库、汽车拖拉机教学标本资源库、基础电子电路教学标本库等,并鼓励教师研发了“表贴实验室实习项目拓展与套件”、“反激多路输出的开关电源”和“实验室常用集成电路测试仪”等。目前,开放实验室资金主要由国有资产管理处划拨的低值易耗资金和创新项目资金2部分组成。低值易耗资金由实验室负责人负责,并根据教学工作和实验室开设项目情况申报。创新项目资金主要来自创新团队项目,由学生自由组团、撰写项目计划书,并向教务处、国有资产管理处、学工部(处)等单位申请。项目审批通过后,创新项目资金将按计划划拨给创新团队,并由项目组长负责支付项目运行过程中开放实验室的实验用品消耗。

2.4理顺体制,完善实验室开放机制

开放实验室不是简单的实验教学改革,而是整个实验室系统的变革,是从重视实验结果到重视实验过程的转变,并对教师和学生的创新思维和解决问题的能力提出了新的挑战[10，13]。实验内容的改变、教学与科研实验室的融合,给实验室的管理工作和安全保障带来了较大的困难。

(1) 打破实验室分割的格局,实现学科优势互补。明确各部门职责,将教学和科研实验室纳入国有资产管理处统一管理,逐步实现资源共享和规范化管理,实现实验室梯度化管理和分层级开放。学院响应学校二级管理的号召,成立实验中心，并协同学校有关部门筹建开放实验室,制定了若干便于操作的规章制度,明确了教学实验室的全方位开放和科研实验室分层次开放的要求[14]。其中实验室主任负责学院实验室的建设、监督和管理,实验技术人员负责实验室设备的管理及开放项目的实施。2014年,学院投入20万元用作实验室开放和实验室研发资金,鼓励教师参加指导教师梯队,从事交叉学科的“24小时”实验室的筹建,如机器人创新实验室和机构创新实验室，在实验室的筹建过程中,教师与不同专业的学生相互协商和探讨,团队协作和创新意识增强,促进了学生综合素养的提升和科技活动的开展。

(2) 加强安全保障,推进开放实验室激励机制建设。实验室开放后,实验项目和人员增多给实验室管理带来了较多的安全隐患,因此,保证实验设备和人员的安全是实验室开放的前提和基础[15]。首先,为了保障实验室的顺利及安全运行,实验室采用设备专人负责和耗材统一登记的管理方式,实现了安全责任落实到人,实验耗材全程监督,充分发挥了负责人的主人翁精神,避免了实验材料的浪费和流失。其次,建立了实验室的准入制度,对重要仪器设备和应急设施进行操作考核,保证了实验室的安全。再次,将实验室开放情况纳入实验技术人员绩效考核和津贴发放的评定内容,对成绩突出的实验人员给予奖励,满足教师自我发展及实验室开放可持续发展的需要[16]。最后,利用创新学分互认和创新奖学金制度,吸纳优秀的学生参加创新实验,提高学生自觉性及积极性；借助师生互评、先进个人的评选和职称评定等工作,促进实验教学和开放实验室的良性发展[17]。

3　以培养创新人才为导向,提升学生的实践创新能力

开放实验室是我院结合自身特点做出的一种改革尝试,推动了本校的实验室建设和实验教学进程,对提高学生的培养质量起到了一定的推动作用。

3.1开放实验室促进了学生实践能力和创新能力的融合

开放实验室为学生提供了一个多动手、多动脑、发挥潜能的实验环境,是提高教学质量的重要措施和培养创新人才的渠道,有利于引导学生将理论知识用于实践,增强学生的科技创新能力和实践动手能力。通过实验室开放,学生可以在实验室自由开展各类实验探索和创新设计,训练各种操作技能,并通过这些训练,提升个人创新能力。我院的开放实验室每年承担各级学生立项的设计制作工作,并为各类竞赛项目和社团活动提供场地及技术支持。学生可在指导教师的帮助下,利用实验室的开放环境,将理论知识与实践结合,并在开放实验室完成竞赛作品的制作。仅2014年,学院开放实验室承担了国家级学生科技创新立项8项,校级学生科技创新立项22项,省级机电产品创新大赛30余项,省级“挑战杯”创新创业大赛10余项,并为学校组织的12项比赛及450余名参赛学生提供了场地和技术服务。在各类竞赛活动中,90%的比赛项目来自各学科的开放实验室项目,100%的作品在开放实验室的实验教师的帮助下完成。2014年,我院学生获国家级奖项11人次,省级奖项32人次,校级奖项100余人次。郭亭亭获“第九届中国青少年科技创新奖”,是当前山东省唯一获此殊荣的本科学生。

3.2开放实验室促进了学生自主创新能力的提升

开放实验室突出学生的主体地位及自主性,为学生提供了相对自由、宽松的环境和空间,提供了接触科研实际和先进技术的平台,能够吸引更多学生利用业余时间主动参与、积极开展项目研究,充分激发了学生实现自我价值的愿望。在这里,学生为主体,个性发展得到尊重,能够彰显学生的独立性和积极性,充分发挥学生的创新能力。2014年,进入“山东省根茎类协同创新实验室”的9名学生,利用科研平台实现了教学与科研成果的充分融合,申请国家专利13项、计算机软件著作权6项,在全国核心期刊发表论文4篇,完成基于图像视觉处理的喷药机器人及采摘机器人、4H-2L的花生测产系统和圆盘挖掘式收获装置等项目,完成创新学分互认56个,获得各类职业技术认证15个。宽松的实验环境最大限度地扩大了学生独立解决问题的空间,满足了学生自主学习和研发的需要,提升了学生自主创新的能力。

4　结语

实验室开放是高校实验教学改革的必由之路,为创新人才的培养提供了宽广的舞台,是激发学生潜能的较好手段,直接影响到我院的就业情况和社会声誉。通过前期开放模式的探索,开放实验室初步打破了学科间的壁垒,促进了师生间的交流,提高了师资水平,激发了学生的创新热情和主动性,培养了学生的科学思维,提高了学生的组织和协调能力,但仍存在学生积极性维持时间短、实验室高效化和科学化有待于加强等问题。因此,实验室开放问题的研究是一个长期且艰巨的系统工作,还需要在不断科学论证和实践探索的基础上逐步完善,为培养创新性人才提供条件和奠定基础。只有发挥实验室自身优势,充实、深化和发展实验教学的内涵,逐步构建全方位的实验室开放模式和运行机制,才能为社会培养出适应时代需求的优秀的创新型人才。

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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

山东省研究生教育创新计划项目(SDYC14024，SDYY14046)；青岛农业大学应用型人才培养特色名校建设工程教学研究项目(XJG2013106))；青岛农业大学实验技术研究课题(SYJK14-15)

刘兴华(1980—) ,男,山东东营,在职博士生,讲师,研究方向为高校教学及管理

王方艳(1979—) ,女,山东淄博,博士,副教授,研究方向为高校教学及管理.

E-mail：wfy66@163.com

G482

A

1002-4956(2016)1- 0009- 04