“機器人及智能制造”專業群的工程實踐創新實驗室建設探索

陳飛 范揚波 魏碧霞

摘 要：實驗室是實施創新教育的場所，建立和完善以培養大學生科技實踐能力的工程實踐創新實驗室在創新教育和創新能力培養中起著非常重要的作用。分析了高校創新實驗室的意義，闡述了創新實驗室建設在改革傳統教學實驗和服務學生科研競賽中發揮的作用，并探討了實驗室的師資隊伍管理、儀器設備管理、日常事務管理、科研項目管理和學科競賽管理。

關鍵詞：工程實踐；創新能力；創新實驗室；學科競賽

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）23-0022-03

Abstract： The laboratory is the fundamental condition for the enforcement of innovation education. The establishment and improvement of the engineering practice and innovation laboratory to cultivate the scientific and technological practice ability of college students play a very important role in innovation education and innovative ability cultivation. The significance of innovation laboratory is analyzed， the role of innovation laboratory construction in reforming traditional teaching experiment and serving student scientific research competition is expounded， the management of teachers， equipment and equipment， daily affairs， scientific research projects and subject competition in the laboratory are discussed.

Keywords： engineering practice； subject competition； innovation ability； innovation laboratory

引言

學科專業群是指以重點建設專業作為核心，由若干專業基礎相近專業組成，所有專業互相依托支撐。它的發展是隨著社會部門分工的精細化，產業結構的不斷優化升級應運而生，其目的在于通過多學科專業交叉融合，優化學科結構，推動產業結構的升級，培養具有創新意識的復合型人才[1]。本學院“機器人及智能制造”專業群由三個專業組成：自動化專業、電氣工程及其自動化專業、機械設計制造及其自動化專業，這三個專業在課程內容上，有相當一部分共同的理論、技術和技能基礎，在實驗實訓設施、設備上也有大量的設備是共用的，各專業基本可以在同一實訓體系中完成實訓任務，能夠實現學科專業的資源共享，這對于高校實驗室的建設具有非常重要的意義。隨著科學技術的不斷發展及社會經濟的不斷進步，各類高等學府把創新精神和實踐能力的培養作為人才培養的重要內容，教育界也把此作為研究的熱點[2]。作為應用型本科院校，不僅要更加深入理解創新教育的內涵，還要注重營造有利于創新人才培養的氛圍和環境。

一、建立工程實踐創新實驗室的意義

工程實踐創新實驗室，作為創新教育實施的場所，對于最大限度發揮學生的潛能具有重要的意義，對培養學生的創新意識、創新精神和創新能力具有重要的促進作用。建立和完善以培養學生創新精神和創新能力為目標的創新實驗室并使之正常運轉，不僅僅為學生的實踐鍛煉提供了物質條件，更是給他們創造了一個廣闊的思維空間，其結果是使學生的實踐與創新能力得到鍛煉，科學的工作態度和創新精神得以培養，參與科學研究的熱情得到激發，從而達到創新教育的目的[3]。工程實踐創新實驗室的建立，也將在學校里營造出濃厚的科研實踐創新的氛圍，使學生受到創新意識的熏陶，產生自主實驗及科技創作的興趣，培養出適應當前新形勢下的創新人才。

二、工程實踐創新實驗室的工作內容

（一）改革傳統教學實驗

工程實踐創新實驗室作為學生創新實踐的基地，目的就是為了提高學生的動手實踐能力和創新能力。大多數教學實驗，特別是技術基礎課實驗，主要是驗證書本上的理論、讀取一些數據的單一性實驗，缺少對學生綜合能力訓練的內容，甚至忽略了與生產實際的有機聯系，未能體現現代科學技術知識的更新發展[4]。傳統的實驗教學環節基本上都是實驗教學人員按照實驗指導書機械化地完成實驗內容，學生是在被動的過程當中灌輸實驗內容，缺少獨立思考的時間與空間，師生之間的提問與討論的交流互動環節也較少，學生的創新思維得不到有效的訓練。而工程實踐創新實驗室可以促使實驗教學人員針對傳統的實驗教學內容進行的更新，優化實驗知識結構框架，改革教學的手段和方法，根據現有的理論知識和實際生產實踐中的新技術，結合實驗儀器開發出符合學生層次水平的不同類型創新型的實驗，這類創新型實驗使實驗內容與科研、工程、社會應用實踐密切聯系，充分體現現代化學教育的鮮明特色，形成良性互動，以能力培養為核心，分層次、多模塊相互銜接的科學系統的實驗教學體系，實現基礎與前沿、經典與現代的有機結合[5]。實驗教學過程可以引導學生綜合利用所學過的專業知識，自己設計可行的方案，解決實驗中遇到的各種問題，充分調動學生的參與積極性，發揮其自身的主觀能動性和創造性，給予學生充分施展個人能力的廣闊平臺。

（二）服務學生科研競賽

科技競賽作為學生綜合實踐訓練的有效載體，在創新能力的培養中發揮著重要的作用。科技競賽的意義不僅在于幫助學生樹立創新觀念，培養實踐動手能力，提高他們分析問題和解決問題的能力，而且能夠引導他們主動參與學習、培養積累知識的意識，逐步達到獨立解決科研問題的目標[6]。目前，本專業群學生參與的科技競賽主要有大學生機器人競賽、大學生機械創新設計大賽和大學生工程訓練綜合能力競賽。這三個大賽都是學生根據大賽命題要求，以團隊的方式，在老師的指導下查閱文獻資料、設計比賽方案、加工零件、調試程序，將理論知識應用到實踐當中，提高他們自身科研創新能力和實踐動手能力。特別是在機器人大賽中，專業群中的三個專業的學生團結協作，其中自動化專業主要負責機器人的控制與管理，電氣工程及其自動化專業負責機器人相關的電氣驅動裝置，機械設計制造及其自動化專業負責機器人的機械結構設計與工藝，進一步彰顯了專業群實驗室建設的意義。大學生通過參與機器人競賽，綜合應用所學知識，不斷提出問題、分析問題、解決問題，同時進行自我學習、自我完善和自我創新[7]。近四年來，學生在這三大競賽中獲得了省級一等獎四十多項，國家級二十多項，甚至還有學生的作品申請了專利，既為其他學生起到了示范帶頭作用，也為學院取得了不少的榮譽。今后將進一步以實驗室的建設為契機，爭取在三大競賽中獲得更出色的成績。

除此之外，各高校都在積極響應并實施國家的大學生創新創業訓練計劃，其中的創新訓練項目就是學生團隊自主完成創新性研究項目設計、研究條件準備和項目實施、研究報告撰寫、成果交流等工作。創新項目以項目為載體，調動學生學習的主動性、積極性和創造性，能激發學生的創新思維和創新意識，讓學生學會思考問題、解決問題的方法，提高學生創新能力和實踐能力，并且對學生還有一定的經費補助[8]。工程實踐創新實驗室為創新訓練項目的實施提供了更加廣闊的平臺，學校應大力鼓勵學生申請校級、省級甚至國家級創新項目，鼓勵教師指導學生創新項目，使實驗室的資源得到更充分的利用。在創新項目訓練實施的過程中，學生培養了文獻檢索的能力，初步掌握了有效的科研方法，在動手實踐中提高了多角度解決問題、分析問題的能力。學生通過參與大學生創新訓練項目，不僅對科研工作有了深刻的認識，提升了個人的科研素質，在精神層面上也得到了熏陶和培養，促進了學生的全面發展，使學生具有全面良好的綜合素質，成為創新能力培養的關鍵[9]。

三、工程實踐創新實驗室的管理

在對工程實踐創新實驗室的儀器設備投入建設的同時，要加強對實驗室運行管理機制的建設。不僅包括實驗室的儀器設備及日常管理，還包括師資隊伍和學生團隊的管理，只有在這些方面體現創新的本質特色，才能為師生提供更好的創新教育和創新實踐的平臺。

（一）開放性和人性化相結合的管理

目前，許多高校為了更好地實現資源共享，都在大力推行開放性實驗室的建設，通過增加開放時間，將實驗室的儀器設備等資源向學校師生全面開放，使有限的實驗室資源得到更有效的利用。但是，開放性實驗室的建設不能局限于時間和空間上的開放，更重要的是教學管理體制、教學內容、教學方法、教學手段、教學觀念的開放，真正體現出以人為本、重在人才培養的核心內涵[10]。在時間上，創新實驗室實現全天候開放制度，只要通過預約，都可以隨時進入實驗室；在空間上，創新實驗室中的實驗場地、實驗儀器、工具設備都可全面開放，只要申請都可以使用；在實驗人員上，凡是參加學科競賽、科研項目的學生皆可申請，對于自主學習能力強的同學，若有意愿結合自己感興趣的學科設計創新實驗內容，實驗室也愿意為他們提供幫助；在指導教師方面，本著雙向選擇的原則，學生可以自行聯系專業群的專業任課老師或實驗教師，也可以由實驗室根據項目內容和競賽主題，向學生推薦合適的指導老師，如果涉及到校企合作項目，也可以由企業的工程師和校內導師共同擔任指導教師；在創新項目上，一方面是學科競賽，根據其特定的主題，鼓勵學生團隊報名，完成從方案設計、實物制作、作品調試等一系列過程，另一方面是學生自行開發科研項目，根據自身興趣和特長，以學生個人或團體的名義積極申報校級、省級、國家級大學生創新創業項目訓練計劃，實驗室也會積極與專業課老師接洽，將他們的科研項目進行公布，鼓勵學生積極加入到導師的科研項目組當中。只有從時間上、空間上、實驗人員上、指導教師上、創新項目上共同實現協調開放，結合人性化的措施，才能更好地培養學生協同工作及創新的能力。

（二）師資隊伍的管理

實驗室的師資隊伍主要分為兩類群體，一類是負責實驗教學和管理的固定專職實驗教師，另一類是指導科技競賽和科研項目的流動兼職實驗教師。實驗室遵循專職與兼職相結合、“統一規劃，分工負責”的原則，明確實驗室人員的崗位職責，增強科研服務意識[11]。專職實驗教師除了完成專業課的實驗教學任務以外，還需要與時俱進，結合現代科學技術進步與實驗儀器的更新，適時對部分實驗內容和實驗方法做出一些補充修改，不斷完善實驗指導書的編制工作；還需要在實驗教學的過程中不斷總結，將一些零散的獨立實驗根據課程的聯系緊密程度有機結合，重新整合實驗內容，增加綜合型和創新型實驗。這就要求實驗專職教師要不斷提高自身的業務素質，不斷開拓進取，同時學院和系也要為實驗教師水平的提高提供更多學習培訓的機會，使他們能夠進一步提高業務水平。對于科研項目及科技競賽，考慮到其可能涉及到不同專業的學生以及不同學科，兼職教師和專職教師都可以擔任科研項目和科技競賽的指導教師，采取“兼職為主，專職為輔”的辦法，指導教師可以根據項目和競賽的需要，與實驗教師共同探討項目、學生團隊、實驗設備的管理，在指導學生團隊的同時，無形中也為創新實驗室的建設起到促進的作用。通過對教師人才隊伍的優化配置，充分發揮工程實踐創新實驗室為教學、科研和學科競賽服務的功能。

（三）儀器設備及日常事務的管理

由于使用開放性的運行機制，創新實驗室的開放時間和實驗的項目內容都存在不確定性，再加上出入實驗室的人員流動性較大，涉及到的實驗儀器設備較多，因此，要建立一套較為完善的實驗室管理體制。為更好地體現學生的主導地位，創新實驗室可采取以學生為主、以教為輔、開放的自主管理模式[12]。實驗教師平時要完成很多的教學實驗，很難再安排足夠的精力來對實驗室各項事務進行處理，因此，要適當多培養學生自我的實驗管理能力。對于日常的出入預約等事務，可以利用網絡化的管理手段，在校園網內部建立創新實驗室網站，學生可以直接在網上預約時間，實驗室還可以設置打卡機，學生進出憑學生證刷卡即可，這樣實驗室也可以實時監控人員流量，做好合理的人員控制。對于實驗設備可以采用項目負責制的方法，由項目組專人對項目中用到的實驗設備負責并保養維護，保證設備的正常運轉，并在每次使用設備后做好登記工作。另外，還可以通過設立勤工儉學崗位，聘請責任心強的學生對實驗室的日常工作和通用工具和儀器的使用進行管理，既保證了創新實驗室的穩定運行，又培養了學生自身的責任感和管理能力。

（四）科研項目及學科競賽的管理

科研項目和學科競賽一般都具有歷時時間長、學生群體大、涉及面廣的特點，因此，創新實驗室不僅要為它們提供場所，更要進一步做好過程管理工作，促進項目及競賽的有序良好運轉。創新實驗室會將每年的學科競賽文件在實驗室網站向學生第一時間公布，并召開動員大會，鼓勵同學們積極參加；在網站上也將實時更新專業群老師的在研項目和學生創新項目信息，學生可以直接在網上報名參加并選擇指導老師；創新實驗室還會不定期邀請相關的指導老師和學生，召開創新理論講座、創新論壇、創新設計、科技競賽交流會、創新成果展示等，讓廣大學生可以分享最新前沿科技、吸取經驗教訓，更好地擴充創新實驗室的職能。

四、結束語

工程實踐創新實驗室在高校的創新教育和創新能力培養中發揮著至關重要的作用，它不僅為學生的創新實踐活動提供了寬松自由的環境和平臺，也為高校的學生創新能力培養提供了強力的科學手段。基于專業群的創新實驗室，更要進一步加強創新實驗室的建設和管理，協調好專業群實驗資源的整合，使其得到正常運行并最大化的有效利用。在專業群的建設過程中，還要繼續完善創新實驗室，在實踐中不斷探索更好的創新教育途徑和創新能力培養方式。

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