科研實驗室參與本科人才培養的探索與實踐

李志軍, 胡笑濤, 蔡煥杰, 向友珍

(西北農林科技大學 旱區農業水土工程教育部重點實驗室， 中國旱區節水農業研究院， 陜西 楊凌 712100)

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科研實驗室參與本科人才培養的探索與實踐

李志軍, 胡笑濤, 蔡煥杰, 向友珍

(西北農林科技大學 旱區農業水土工程教育部重點實驗室， 中國旱區節水農業研究院， 陜西 楊凌 712100)

結合旱區農業水土工程教育部重點實驗室建設，介紹和分析了科研實驗室深度參與本科實驗教學、本科畢業論文指導、科研指導與訓練，參與“大學生創新創業訓練項目”等方面形成的模式和經驗。經多年探索與實踐，科研實驗室已成為本科人才培養的重要平臺，考研錄取率、承擔本科生科創項目、發表論文、獲批專利、本科畢業論文優秀率等方面均有大幅度增加，對提高學生科研創新能力成效顯著。只有進一步利用科研實驗室的優勢資源，提高參與本科人才培養的深度和廣度，才能在本科生創新性人才培養及實驗教學質量的提升方面發揮更大作用。

科研實驗室; 實驗教學; 人才培養; 科學研究; 創新能力

0 引 言

促進科研實驗室參與本科教學，充分發揮科研實驗室在本科人才培養中的重要作用，是大學本科人才培養特征的內在要求和成功經驗，也是提高本科人才培養質量的必然選擇[1]。充分利用科研實驗室優質儀器設備設施資源，培養具有創新精神的本科生在高等教育中顯得尤為重要。為適應素質教育對實踐創新型人才的迫切需求，許多高校在教學活動特別是在實驗教學過程中對教學模式和方法進行了不斷的調整和探索[2-4]。農業水土工程教育部重點實驗室在本科人才培養方面進行了實踐和探討。

1 實驗室概況

旱區農業水土教育部重點實驗室依托的農業水土工程學科是國家級重點學科，其基礎設施條件是國內相關研究領域實力較強的平臺之一，現有實驗室面積3 200 m2，田間試驗場17.5 hm2，擁有稱重式土壤蒸滲儀、渦度相關儀、波紋比系統、離子色譜儀、光合作用測量系統等大型儀器設備100余臺(套)；建有灌溉水力學試驗大廳、大型試驗測坑、灌溉排水綜合試驗場等，研究條件的規?；?、先進性及綜合性居國內外前列。實驗室涵蓋農業水土工程、植物生理、土壤學等多門學科,具有學士、碩士、博士及博士后完整的人才培養體系。實驗室以作物高效用水的生理機制與調控為基礎，以水資源高效轉化利用技術為核心，綜合作物抗逆種質資源的篩選與利用、節水耕作栽培理論與技術等多學科融合和集成，更新研究方法與手段，滿足我國作物高效用水技術研究與發展需求，從根本上提升作物高效用水技術整體水平和綜合競爭能力。

2 利用科研實驗室開展本科教學探索與實踐

2.1 開展本科實驗教學

本科實驗教學是培養學生綜合運用知識和提高創新能力，提高學生專業技能的一個重要方面，實驗教學包括專業實驗教學，課外創新型實驗活動[5]。傳統實驗教學內容以演示性、驗證性為主，探索性、綜合性實驗不足，學科前沿的實驗就更少，如果能將教師的最新科研成果引入實驗項目中,可使學生了解科技的一些前沿知識,訓練學生進行科學研究的能力。[6-7]結合在實踐環節開展本科生創新人才的培養的教學實踐，近年來節水灌溉技術試驗課程、水文測驗、灌溉排水等課程實驗以農業水土工程科研實驗室為基本支撐平臺，在課程及實驗內容設置上與實驗室的研究方向及研究內容一致，要求將科研實驗室最新的研究成果和實驗技術手段納入實驗教學內容，并且實驗內容的設置是和當前的現實需要結合起來，并以科研實驗室的研究方向和內容為基礎，如在“節水灌溉試驗技術”課程實驗設置中在讓學生確實掌握節水灌溉實驗的基本實驗技能，了解相關的基本理論和實驗目的及要求的前提下，使得學生在實驗中能充分理解理論知識，把實驗和所學專業知識結合起來，在實驗教學中以土壤含水量測定方法及作物需水量測定為重點，并學習作物生態指標的測定，從而掌握節水灌溉試驗最基本的試驗方法。這樣設置目的是重點培養和強化學生動手能力，讓學生充分了解和掌握實驗方法及設備的操作方法，提高學生的實驗技能及實踐能力。使得學生在將來在研究生學習或者進入灌區管理等相關單位能順利進入工作狀態[8]。

另外在實驗教學方法和手段上充分結合科研實驗室設施、設備特點及研究方法，并在教學評價體系上也充分體現實驗研究內容及科學分析方法，重點培養他們的動手能力，在實驗教學環節上安排了設計性實驗，目的是讓學生獨立查閱資料、設計實驗方案、選定實驗內容[9]。在經過科研實驗室多年的教學實踐，如針對節水灌溉實驗技術實驗課程建立了“示范練習—模擬實踐—分析總結”的教學方法，其中講解示范和操作練習是核心，模擬實踐是重點。在實驗教學手段上，由于實驗所用的設備都是來自科研實驗室，不能做到設備3人一臺(套)或2人一臺(套)，所以對于小型設備可以帶到實驗現場進行講解，然后分組進行練習操作，對于大型設備帶學生到設備安裝地介紹設備功能，并直接讓學生操作測試和數據下載。實驗結束后進行集中討論，由學生將自己的實驗設計、實驗過程、結果分析等制作成幻燈片進行系統講解，全體同學、任課教師及試驗指導教師對所講內容進行點評。

2.2 承擔本科畢業論文指導

農業水土工程實驗室依托現有的先進的儀器設備和實驗條件，承擔了水利與建筑工程學院大量本科生的畢業論文教學工作，為他們提供進行科學實驗的條件。實驗室以在研課題為支撐，每年承擔一定數量本科畢業論文的科研實踐任務。在實踐中建立了指導教師與實驗室碩、博士聯合指導的培養模式，由指導教師擬定本科論文主題，制定技術路線，由實驗室從事科研的素質較好的碩博士研究生指導具體研究項目實施，這樣大大提高了本科生的實踐技能和創新能力，為將來工作或者繼續讀研打下了較好的基礎。

2.3 科研指導與訓練

農業水土工程實驗室自1996年成立之初，一是進行科學研究，另外一個就是本科生培養的實踐基地，實驗室利用和創造各種優勢資源為本科教學服務，目的是增強本科生實踐能力、拓寬本科生知識領域，特別是注重加強對本科生的科研能力和科研素質的培養。為了達到這個目的，實驗室共進行了兩個方面的實踐：① 實驗室依托所承擔的科研項目吸收了一批本科生擔任助理，參與科學研究和實驗室建設。② 利用實驗室進行科研實踐教學，每年開學之初，學校就要組織入校新生來實驗室進行科研認識參觀，由實驗人員講解實驗儀器及試驗設施的功能及正在進行的科學研究項目，使本科生剛入校就了解本科學習和科研是密切聯系相關的，加深學生對專業的學習認識，更有利于他們后邊的專業學習；另外在每年的夏收及秋播季節也要組織本科生來實驗室進行科研生產實踐，并進行評價和量化考核，提高學生綜合素質,使學生能夠順利走上專業科研工作的崗位。

3 利用科研實驗室參與“大學生創新創業訓練項目”

近幾年實施的“大學生創新創業訓練項目”在全國各高校得到實施和重視，已經作為“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的重要組成部分，其實質就是將第二課堂進行的科研訓練以及各類科技創新等活動全面納入人才培養體系，努力營造崇尚科學、勇于創新的良好氛圍，其目的是加強大學生科技創新能力培養，促進科技成果的推廣和應用，提升大學生的綜合素質[10]。農業水土工程實驗室在進行本科實驗課程教學的同時，依托科研實驗室良好的條件支撐積極參與“大學生創新創業訓練項目”，為本科生創新人才的培養服務。實施方式是由本科生為自主參與進行創新性試驗研究，科研實驗室則是參與的主體。通過實驗室開放,逐步培養大學生自覺參與實驗的態度，自主選擇實驗項目完成實驗內容，充分調動了大學生對實驗的熱情[11]。農業水土工程實驗室作為農水方向重要的創新實驗實踐平臺，經過幾年來的科研創新實踐取得了較好的效果。

3.1 申請創新項目

因為本科教育階段的課程體系涉及多個二級學科，以農業水利工程專業為例就包括農業水土工程、農業水資源與水環境工程、水利水電工程、土壤學、植物生理學等多個二級學科，農業水土工程又包括農業節水理論、灌溉排水新技術、農業水資源保護與利用等研究方向，在確定科研實踐方向及申請大學生創新項目時，實驗室指導教師確定的整個研究創新團隊首先要對研究方向有足夠的興趣?！按髮W生創新創業訓練項目”申請的基本原則是由本科生提出研究選題，在指導教師指導下申請項目，在這個過程中導師的作用很大，導師首先要把有興趣搞科研的本科生挖掘出來，對有創新意識的學生進行指導，然后把它們組織到一起組成創新研究團隊[12]。

導師的指導作用首先體現在選題上，由于本科生很難把握學科的前沿發展動態，學生的自主選題及項目設計在創新性和研究方案的可行性方面受到很大的限制，所以農業水土工程實驗室對科研團隊開放，組織本科生團隊成員參加實驗室的課題交流會，了解指導教師的研究方向及研究項目，熟悉該研究方向的前沿動態，在了解和學習的基礎上由本科生自主的提出自己的科研創新項目內容，并凝練出創新點及實施方案，然后由指導教師對學生提出的項目進行把關，主要從創新性、可行性方面進行考量，然后給予必要指導和修改，在此過程中盡量發揮學生研究團隊的自主性，做到項目從選題到最后申報書完成達到最優，為申報成功及實施打下良好基礎。

3.2 創新項目指導

對于申請成功進入科研實驗室實施“大學生創新創業訓練項目”科研創新項目和實驗室其他科研項目一樣進行嚴格管理，由導師及項目負責人對組成創新團隊進行人員分工，進行科研資料檢索學習、試驗實施方案設計、相關的試驗設備及材料的準備、試驗實施及數據分析等科研實踐活動。在整個科研實踐過程中導師要給學生充分實踐的機會，以鍛煉學生的動手能力及分析解決問題的能力，通常情況下導師會指派一名優秀的研究生進行現場指導，負責試驗過程中的相關儀器設備的使用培訓，實驗數據規范測量、記錄的指導，以及解決試驗中遇到的其他問題，這樣就保證了項目的順利實施。通過這樣的教學實踐，深刻體會到開放性創新實驗在培養自主學習能力，激發創新意識，提高創新技能，培養創新素質中所起到的重要作用[13]?？蒲袑嶒炇蚁冗M的實驗設備設施、豐富的智力資源及嚴謹科學的管理是“大學生創新創業訓練項目”科研創新項目能夠順利完成的重要保障。

本科生通過項目的實施對這些大型儀器設備的了解和使用，可以將理論知識和實踐技能結合起來；通過與科研人員的近距離接觸與交流，可以掌握最新的科研動態和學科發展的方向，有助于延伸和拓展知識面，提高科研能力，為自身的科研創新活動奠定基礎[14]。對大學生而言，通過在科研實驗室進行試驗研究，不僅是對專業理論的進一步理解掌握，更重要的是在實踐過程中，形成符合優秀科研人才所具備的深厚的科學精神和素養。

4 科研實驗室參與本科人才培養實踐的成效

經過多年來科研實驗室對參與本科生培養工作持續的摸索和實踐，水利與建筑工程學院本科生對學習節水農業的相關專業知識充滿了興趣，對從事節水農業研究及技術推廣工作表現出了很高的熱情，同時也奠定了他們從事農業水土工程學科相關研究的專業基礎和能力。取得的成效主要表現在以下幾個方面:

(1) 在本科實驗教學方面，創新了實驗教學方法，并將最新的科研成果引入到實驗教學當中，極大的激發了本科生考研及參與與本專業相關科研項目的熱情。通過這幾年的實踐，“示范練習—模擬實踐—分析總結”的這種教學方法和手段在科研實驗室這個平臺下讓本科生學習到該領域最先進的設備及測量方法，認識從理論到實踐的整個過程，而且能夠讓本科生及時了解實驗室開展的科學研究情況和當前國內外的研究熱點及研究動態,培養了本科生開展科學研究的濃厚興趣，周末及寒暑假都有本科生主動申請來實驗室參與科研活動。目前，與實驗室研究內容相關的3個本科專業的考研錄取率達到60%以上。

(2) 在本科畢業論文指導及科研訓練方面，結合實驗室在研項目進行畢業論文指導及開展專門科研實踐教學，實驗室指導教師及科研助手全程進行指導、答疑解惑，使學生盡快進入專業科研領域，接觸學科前沿，掌握科學研究的基本思路、方法和手段，培養和提高學生收集處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析、解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結協作和社會活動的能力[15]。近3年來，實驗室承擔的本科畢業論文達到80多人，其中優秀率達到了30%以上，本科生發表科技論文30余篇，申報專利12個，不少學生已取得了創新性發現，這些畢業生的科研能力及素養得到了工作單位和專家的認可。

(3) 在參與“大學生創新創業訓練項目”申請和指導方面，以在導師指導并以科研實驗室為基礎平臺的申報方式在實踐中取得了良好成效。近3年來，以農業水利工程實驗室為依托申請的“大學生創新創業訓練項目”科研創新項目從2012年的9項增加到2014年的16項，共申報獲批33項，其中國家級13項，參與的本科生人數達到150余人，參加水利設計創新大賽兩屆，獲二等獎3項；完成的“可調水頭孔口管嘴實驗儀”獲得國家專利，成果已經應用到實驗教學中；團隊中參與大學生挑戰杯、陜西省數學建模等學科競賽，發表論文45篇，項目總數、參與人數及成果數量有逐年增加的趨勢。

5 結 語

科研實驗室全方位的參與本科人才培養服務，在實踐中只有進一步發揮和利用科研實驗室的優勢資源參與本科人才培養的深度和廣度，將人才培養與科研相結合，進一步挖掘現有科研實驗室潛力，發揮實驗室儀器設備功能，實現實驗室功能的自我擴展，發揮實驗室最大效益，更大發揮科研實驗室在本科人才培養中的作用，將對本科人才培養及實驗教學質量的提升具有很重要的價值，更有利于本科創新人才的培養。

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Exploration and Practice for Undergraduate Training in Research Laboratory

LIZhi-jun,HUXiao-tao,CAIHuan-jie,XIANGYou-zhen

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education,Institute of Water-saving Agriculture in Arid Areas of China, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Research laboratories involved in undergraduate teaching is an inevitable choice to improve the quality of undergraduate education. It is important for research laboratories to participate fully in undergraduate training model, and to improve students’ innovative ability. Taking the Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education, Northwest A & F University as an example, the models and experience of the research laboratory to participate deeply in undergraduate teaching, graduation thesis of undergraduate research guidance, research guidance and training and "college students innovation training project" are introduced in this paper. Through the exploration and practice for many years, the scientific research laboratory has become an important platform of the undergraduate education. Postgraduate admission rate, undergraduate innovation projects, papers, granted patents, the excellent rate of undergraduate thesis have increased by a big margin. It has improved the students' innovation ability of scientific research with remarkable results. Only to further utilize the advanced resources of research laboratories, and to improve the depth and breadth of participation in undergraduate training, can make the laboratory play a greater role in the cultivation of innovative talents and improve the quality of experiment teaching.

research laboratories; experimental teaching; talent cultivation; scientific research; innovation ability

2015-03-25

李志軍(1976-)，男，陜西千陽人，碩士，實驗師，主要從事節水灌溉試驗技術教學與研究。

Tel.：02987092473； E-mail: lizhijun@nwsuaf.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)01-0230-04