面向卓越工程教育的實驗室開放實施機制

陳慶奎

(上海理工大學 光電實驗中心，上海200093)

0 引 言

隨著國家經濟的飛速發展和經濟增長模式向創新型國家轉型的需要，卓越工程教育已經列入《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020 年)》和《國家中長期人才發展規劃綱要(2010—2020 年)》的重大改革項目，它是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。面對卓越工程教育的需求，傳統的教育模式急需改革，特別是實驗教學和實驗室管理模式方法等需要更新。過去傳統的實驗教學模式，學生按照既定的教學指導書重復安排實踐過程。如何把高校的實驗室資源充分利用，提供給各類學生從事創新型、探索型、綜合型、復合交叉型的實驗工作已經成為各類高校教學研究人員研究的焦點［1-6］。國家重點實驗室的開放方法和機制也逐步引起重視［7-8］。同時，全國各地高校紛紛開展實驗室開放機制方法的探索［9-15］，這些研究從學院學科實驗室開放［9-12］、面向工科學生［13］、實驗室開放過程管理［15］等方面進行了初步探討。實驗室開放管理的信息化制成機制也被提出［16］。然而，實驗室開放的實施面臨許多困難。

雖然，文獻［1-16］從各個角度對實驗室的開放進行了探討，并且取得不錯的效果，但是完整的解決方案還未見報道。本文就此問題提出實驗室開放管理和制訂模型，可以有效解決。

1 實驗室開放面臨的困難

(1)面對多學科、多層次實驗環境和設備，面對過去的實驗資源區塊劃分，如何公平、合理、充分利用，是一個亟待解決的問題。隨著國家對高等教育撫需、扶特、扶強的發展策略，各個大學紛紛調整學校資源，構建基于學科群的復合大學院，致使學院內的學科眾多、水平層次高低不一、實驗資源分布不均、資源區塊壁壘，這些都為實驗室資源的充分共享和開放使用帶來不便。以光電信息與計算機工程學院為例，該學院基于光電信息學科群，由原光電學院、電子學院、計算機學院合并而成。該學院擁有國家重點學科、國家工程中心、上海重點實驗室等優秀資源，專業覆蓋光學工程、儀器科學與技術、控制科學與工程、電氣工程、信息與通信工程、計算機科學與技術、電子科學與技術等一級學科，現有光電信息工程、光信息科學與技術、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、自動化、電子信息工程、電子信息科學與技術、信息與計算科學、通信工程、網絡工程、計算機科學與技術等11 個本科專業，擁有本科、碩士、博士各類學生3 500 多名，實驗室規模可想而知。面對如此規模實驗，如何把各個層次的實驗資源充分利用起來是一個值得研究的問題。

(2)實驗室教師短缺、實驗室教師科研水平普遍不高等問題也會阻礙實驗室開放的順利進展。目前，高校為了提高國際化辦學水平，積極主動引進各類海內外優秀人才充實教師隊伍。然而，實驗室教師隊伍的發展卻不容樂觀。隨著教師隊伍的老化退休，實驗教師的人數逐漸減少，實驗隊伍水平提高困難。①由于學校發展策略，實驗室教師逐步由教學型轉向實驗教學管理服務型，因而實驗教學編制越來越少;②由于各類學校提高了入校門檻，沒有博士學位的人員無法進入教師隊伍，而博士畢業生又很少愿意到實驗室工作，致使實驗師整體業務水平的提高受到了影響。

(3)實驗室開放實驗的內容無法確定，如何構建創新型、探索型、綜合型、復合交叉型的實驗內容是一個十分關鍵的問題。傳統的課內實驗大多由老師指定實驗教材，按照一定的步驟實施;綜合性的實驗也僅限于某個專業內部，即使跨越多個學科專業也會往往重視某些關鍵問題;而卓越工程教育需要更符合的專業人才，需要跨學科的專業人才。例如物聯網數據收集開發技術，不僅要求學生掌握傳感器硬件、RFID、WSN基礎知識，會進行硬件開發設計，還要求學生掌握通信技術、數據處理技術、復合軟件開發技術等等。以目前的教學機制還無法滿足上述需要，況且隨著新技術、新應用需求的展開，還會出現更多的綜合性、復合型技術，因此開放實驗機制是解決上述問題的可行辦法。但是，構建創新型、探索型、綜合型、復合交叉型的實驗內容是之關鍵。

(4)缺乏切實可行的、面向眾多實驗資源和大規模學生的實驗室開放信息支撐系統。面對上萬個實驗設備，面對幾萬名學生，如何有效分配實驗室開放資源，同時又不影響正常的教學機制運行和學科項目的實施，這就需要一個高效的信息支持系統。

為面向卓越工程師教育的需要，根據光電信息與計算機工程學院實驗室開放的現狀，提出了實驗室開放管理機制和模型，該方法可以有效解決上述4 個實驗室開放難點;所提出的開放管理過程模型運用工作流技術，構建了實驗室開放信息支持系統。該方法適用于高校大學院的實驗室開放管理。

2 開放實驗室組織架構

為了融合多學科實驗室資源，有效地使用實驗室開放資源，我們對實驗中心的架構進行了調整，下面給出該架構內容。

2.1 實驗中心實驗室服務層次架構

實驗中心是一個面向多個服務對象的實驗機構，主要對象包括:各個學院、部門;學員內部各個系的本科專業;各個系的所屬學科以及省市、國家級科研機構。因而按照實驗服務對象的不同，把實驗中心的實驗室分為6 個服務層次，它們分別是:①學校基礎實驗服務層;②學院基礎實驗服務層;③各系本科專業實驗服務層;④各學科專業實驗(研究生)服務層;⑤省市、國家級實驗室，工程中心;⑥橫跨上述各層的學院創新實驗服務基地。

2.2 實驗基地和實驗室

實驗中心的基本構成單元是實驗室，它是實驗實際操作的實體單位。實驗室的命名依賴于其所支持的具體實踐內容，如傳感器、單片機、ARM 實驗室等。其內容，所定義的各個實驗服務層中都包含若干個實驗室。一個實驗基地由若干個專業(或學科)相關的實驗室構成，是一個具有支持一個專業或學科的系列實驗能力的機構。實驗基地的命名以系或一級學科為單位，即一個系有一個以其命名的“本科試驗基地”、一個一級學科有一個以其學科命名的“創新實驗基地”。如計算機科學與技術本科實驗基地、計算機科學與技術學科創新實驗基地。一個實驗服務層包含若干個實驗基地、一個實驗基地包含若干個實驗室。

為了實現學科交叉創新，學院統一構建一個創新實驗服務基地，主要支持學科交叉的項目研究、研究生創新實驗、本科生創新就業實訓實驗和全國或上海各類大獎賽等工作。

2.3 實驗中心服務人員組織結構

實驗中心服務人員為三級組織架構。①實驗中心。第一級是隸屬學院的實驗中心，其由于統籌學院的實驗資源、管理模式以及服務模式。②分中心。第二級由隸屬實驗中心的實驗分中心構成，各個實驗分中心負責一組實驗基地(包含若干個實驗室)的管理、實驗服務、輔助建設和實驗考核等工作。③實驗組。第三級為由若干個實驗人員和教學人員構成的實驗組。實驗組是面向單位實驗室建設、管理和實踐教學的基層服務機構。實驗組可以根據實際需要在各個分中心內部調動，采用就近屬地隸屬原則，即以實驗室所在地隸屬為分級管理機制。實驗中心結構見圖1。

圖1 實驗中心結構

2.4 實驗室應用原則

面對實驗室創新實驗和開放的需求，制定了實驗室應用原則:

(1)實驗室縱向、橫向貫通原則。實驗室的構建和分配必須面向全院各個層次教學科研的需要，低層實驗服務必須對高層實驗服務開放。同時為了提高學院各個層次學生的創新能力，對低層被服務對象的少數優秀成員可以使用高層實驗服務設施。為了提高各個學科交叉的能力，高層被服務對象可以使用其低層實驗服務的大部分資源。學院創新實驗服務基地的實驗資源是基于學院所有可行的實驗設備的。

(2)面向服務質量的原則。實驗中心的所有服務設備、管理辦法、考核制度等機制都是以提高服務質量為宗旨。一方面，服務必須是使學生能夠真正地掌握實驗技能和動手能力。另一方面，這些服務必須促使教師更好地利用實驗資源，搞好教學、科研工作。

(3)面向創新教學、科研支持的原則。實驗中的實驗室構建、管理機制、考核機制必須適應國家面對創新人才培養的需要，逐步構建創新型、實際操作型、設計實施型的實驗基地。根據實際情況逐步淘汰驗證性實驗。

(4)面向學科交叉的原則。實驗中心必須利用實驗室為溝通橋梁，來銜接學院所屬的各個學科、專業的交叉處，構建綜合性、交叉性的實驗環境。充分服務于光學、儀器儀表、通信工程、控制理論與工程、電氣工程和計算機科學與技術的交叉性科研教學工作。

(5)實驗室逐步開放的原則。實驗中心為了提高服務質量、面向學科交叉、支持創新實驗，做到縱向、橫向貫通，實驗室必須創造一切可行的辦法，逐步開放中心所屬的實驗室。制定適當的管理辦法、考核和激勵機制。

(6)提高利用率的原則。實驗中心架構有效地融合了各層次、各學科的資源，通過貫通融合使用，可以提高實驗資源的利用率。需要優化資源分配原則、管理辦法和開發自動化管理工具。

2.5 實驗室評估

實驗中心將根據各個實驗室的實際運行情況，統計運作數據，來評估實驗室建設和運行的結構，主要評估內容如下:①實驗室利用率;②實驗教學模式;③實驗內容創新度;④實驗教學效果;⑤實驗室服務對象的適合度;⑥實驗室之間支持度。

3 構建開放實驗組，提高實驗室教研水平

3.1 實驗組架構

為了有效地支持“實驗中心開放架構”，充分適應新的架構的6 個服務層的動態變化機制，為了適應目前實驗室分散布局管理的特點，為了體現良好的可擴展性，提高實驗實的教研水平，提出建立基層實驗單元—實驗組機制:

(1)實驗組。實驗組是由一組相關專業、研究方向的專業實驗人員和教學人員組成。實驗組有一名組長和一名副組長。每個實驗組負責一個或幾個實驗室的教學實施、管理、維護等工作。

(2)組長。組長來自實驗中心，參與實驗室的早期規劃、建設實施、驗收接管、日常維護、實驗教學等領導工作。

(3)副組長。副組長來自相關實驗研究方向的系(青年博士教師)，是相關課程或研究方向的負責人，主要負責開放實驗課程的規劃、實驗教學大綱的制定、實踐內容的設計、指導相關教師進行實驗輔導、定期更新實驗內容。副組長必須參與實驗室的規劃、建設工作。

(4)組員。組員是從事實驗室管理的專業技術人員，組員必須具備相應學科或專業的基本技能，熟練掌握實驗室設備和基本實驗操作步驟。可以輔助認可教師的實驗教學工作。組員必須接受新建實驗室的業務培訓，實驗室建設項目組必須負責對相應的組員進行培訓。

3.2 實驗組組成原則

為了使實驗組有效運行，建議用以下組成原則進行約束:①1 個組員可以參加不多于3 個以上的實驗組，鼓勵組員具備跨學科實驗輔導，培養復合性實驗室管理人員。如果由于地理位置分散等客觀原因，組員可以適當減少所參與的組。②中心將根據實際工作量、實驗室分布、實驗特性諸類情況動態調整組員的分布。③實驗組可以根據實際需要在各個分中心內部調動，采用就近屬地隸屬原則，即以實驗室所在地隸屬為分級管理機制。④分中心負責對實驗組的考核、評估工作，每年將考核信息匯總至實驗中心。⑤實驗組每年必須進行若干次的實踐教學研討，主要研討:實踐教學的內容、學生對實踐的掌握情況、實驗設備中存在的問題、實踐教學改進措施、交叉性實踐所受約束、社會對實踐教學內容的需求等等。組長負責把相應的研討內容文檔提交實驗中心。學院將根據研討內容及時調整實驗室發展策略，適應社會發展的需要。

3.3 實驗組激勵措施

構建有效激勵措施，促進實驗組健康發展:①考慮對創新實驗室(或學科交叉實驗室)的實驗組的工作量系數的適當增加，以促進實驗室開放服務水平的提高。②對具有多學科復合實驗支持能力的組員給與出國進修、高層次學歷教育優先的策略。③對具有支持國際聯合辦學的實驗人員優先給與出國進修、高層次學歷深造的機會。④鼓勵以實驗組為單位成立實驗教學研究項目組，學院將給與一定數目的科研經費予以支持。項目組必須嚴格遵守學院有關科研項目管理的規定，認真完成科研項目。對成果優秀的實驗組進行獎勵。⑤學院對組長和副組長給與一定數目的崗位津貼。

4 引進多種機制，促進創新開放實驗

針對目前創新實驗內容貧乏，啟動如下機制，進行改進。

4.1 引入博士教師進實驗室

隨著高校教師隊伍的發展，青年博士教師已經成為教師后備力量的主體。一方面，新進校的青年博士教師具有較好的理論研究基礎，但也有相當一部分缺乏實際動手和工作經驗，他們需要教學研究與社會實際結合起來，必須針對社會需求對實踐教學工作進行探討，并從事實踐教學工作。因此可以啟動青年博士教師進入實驗室。引入博士教師進行實驗教學研究工作，不僅可以提高工程化教學水平，也促使他們深入社會實際了解國家建設所需，進而促進理論教學和科學研究同步發展，還可以大大提高實驗教學水平，提高工程化教學的競爭力。主要措施是每個引進博士在首聘期內踐行3 項實驗內容:①從事實驗室教學1 年;②構建一門理論實踐課教材和教學環境(配合主講教師，或自己主講);③結合國家建設需要，構建1 個開放創新實驗平臺和指導教材。這樣持續下去，學校的工程化實踐水平就會大大提高，青年博士教師的理論教學更結合實際。為了實現這個目標，需要做許多工作，如經費支持、教學工作考核、博士實驗員與專職實驗師的關系、實驗資源共享、理論課與實踐課協同調整等。

4.2 加強專職實驗人員培訓

隨著實驗室老教師的退休，青年教師的流動，實驗中心的教師越來越少，并且年齡趨于年輕化，并且大多是女教師。學位和學歷大多是碩士水平，但教學科研缺乏競爭力，對實驗中心的發展支持乏力。中心組織教學研究機構，提高他們的教學科研水平。通過教學研究、發表教學論文，積累教學科研成果是目前提高他們實踐教學水平最可行的途徑。①構建相關學科、專業的實踐教學研究組，每個組有1 或2 個博士教師參加，研究組主要研究工程化實驗教學、開放實驗教學模式，并參與實踐環境的搭建;②制定合適的實驗室人員發展目標，制定評高級實驗師的年限、教研論文、實踐教材等數量和質量等，目標即制定的切實可行。實驗人員可以根據指定目標，通過持續努力，來發展自己，進而提升了實驗教師隊伍的水平。

4.3 引進兼職人員，補充開放實驗管理人員

為加強實驗室人員管理，把人員分為幾類:①專職管理人員。指隸屬實驗室中心的各類專職教師、教輔、辦公管理人員;②兼職管理人員。指受學院聘任管理并且使用實驗室資源的各類研究生、青年教師;③兼職責任人員。指對指定實驗室的使用人員的導師，或教研室(研究所)、專業、學科等學院分管機構的負責人;④長期應用人員。指在實驗室開放實驗時間段并且長期使用實驗室的人員，如研究生、青年教師等。

每個兼職負責人可以兼顧多個實驗室，負責為每個進入實驗室的長期實驗人員分配實驗資源，對其所負責的實驗室指定兼職管理人員，對相關人員進行教育、管理和監督工作。長期實驗人員必須對其所分配到的獨享資源承擔指定保障責任，包括狀態匯報、規范使用、軟件維護等，保障實驗設備不會影響實驗課程的正常開設;對個人計算機系統，做好一鍵恢復系統，做好數據備份，避免軟件系統間的沖突。每個實驗室原則上配有2 名兼職管理人員，保障實驗室在非工作時間內的正常工作，主要工作有:實驗室的開門與關門、實驗物品整理清點、實驗室的水電管理、實驗室設備的狀況匯報、共享資源的指定責任和實驗室安全等;對實驗室高端資源的使用，需要長期使用人員、兼職管理人員和專職管理人員共同簽字，并做好日志;專職實驗人員負責實驗室的日常管理，和兼職責任人員溝通信息，定期組織所屬兼職管理人員開會，定期匯總實驗室狀態信息，統計實驗室利用率，定期檢查和維護實驗室設備，每日檢查和維護實驗室的安全和衛生，每日做好日志工作，做好實驗中心網站的實驗室開放信息的實時發布和維護工作。

5 實 施

光電信息與計算機工程學院根據該模型架構，把實驗中心分為:重點學科和國家工程中心，專業技術實驗中心、基礎技術實驗中心、電工電子實驗中心、計算中心等分中心。整合后的70 多個實驗室被分為面向學校、面向學院基礎技術、面向學科的專業實驗室，使不同層次的學生分別使用相應的實驗設施。為了開放各個實驗中心構建了實驗組，并且聘用了20 多名研究生作為兼職實驗室管理人員。根據開放實驗室管理架構，以及各類人員的情況，構建了實驗室開放管理系統，系統流程見圖2。系統主頁如圖3 所示，該模式開放機制已經運行一個學期，取得了有效的成果。

圖2 開放實驗室管理流程

6 結 語

實驗室開放面臨眾多問題，如多學科、多層次、實驗資源管理復雜、高水平的實驗教師缺乏、開放創新實驗內容貧乏、沒有有效的實驗室管理架構和信息系統支持等問題。本文結合光電實驗中心的實際，從開放的管理架構、管理方法、規范流程以及信息化實現技術方面進行了初步探討，并且通過一個階段的運行，取得初步效果。但是，實驗室開放是一個復雜的系統工程，需要不但探索、實踐、完善。

圖3 開放系統主頁面

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