基于創新創業理念的工科專業實驗教育模式構建

目前，我國的創新創業活動在政策強有力的推動下，達到了前所未有的新高度，已經形成了良好的創業生態環境[1]。高等院校面對創意、創新、創業和創造的發展潮流，具有不可推卸的責任，并結合時代的發展在相關的教育方面積極改革創新[2]。探索新形勢下高校專業實驗的發展，就是契合“雙創”發展的需要，通過構建全新的專業課程與實踐的生態網，以專業實驗為依托，解決創新創業實踐教學的校內外資源整合與優化的問題。隨著工科專業實驗在教學中的地位逐步得到重視，相應的教學內容也在進行調整與變革，各種創意、創新類實驗層出不窮，各種交叉學科融合的綜合實驗也如雨后春筍涌現出來。

在新工科建設背景下，專業口徑和知識領域的拓展，使得專業實驗課程打破了原有的傳統學科框架，樹立起整體化、協同化、差異化以及定制化的教育觀念。專業實驗是本科教學改革推進的重點，是與創新創業教育關系最密切的實踐部分，是整個教學環節和專業體系建構中的核心。專業實驗可以從動手實踐出發回顧并闡述理論課程的難點，從實驗出發反映并重構理論課程的現象，從實踐出發預先聯系和鋪墊學生的生產實踐。因此，依托專業實驗的教育，一方面可以增強學生的動手能力，有利于理論聯系實踐，另一方面更能培養學生的創新意識、創業精神和實踐能力。新型發展的專業實驗，既能服務于課程培養要求的學生，也能服務于有創新創業志向的學生。

一、結合創新創業教育理念發展專業實驗

以筆者承擔的材料科學專業指導實驗為例，列出了兩類實驗。

1.半導體薄膜制備實驗。①專業知識：蒸發鍍膜的原理，溫度、襯底材料、蒸發源、距離、真空度等對沉積速率的影響；設備的工作原理，真空的獲得，真空的等級，機械泵、擴散泵（分子泵）原理與操作等；薄膜厚度和質量的控制，膜厚監控的原理，真空鍍膜的優缺點等；測厚儀的原理，薄膜均勻性、致密性的表征分析；②所需先導課程：“現代材料制備技術”“半導體物理”“現代材料分析技術”“薄膜物理與技術”“材料科學基礎”等；③技能培訓：各種真空泵的工作操作、真空計量儀器的使用、薄膜制備工藝參數設置與調整、膜厚監控的方法與實施，掩膜板的選擇與應用等；④結果反思：建立膜厚與沉積速率的關系，沉積速率與加熱電流的關系，源和襯底狀況與樣品質量的關系，薄膜樣品致密性、均勻性的分析等。

2.半導體薄膜性質測試實驗。①專業知識：半導體電導率的計算；半導體性能的影響因素；電導激活能的含義及獲得，對單晶、多晶半導體薄膜，電導激活能與摻雜、費米能級的對應關系；薄膜電阻測試方法：兩探針、四探針及其方塊電阻計算，誤差的來源以及如何消除；使用excel或者origin進行電導溫度曲線的繪制、擬合；②所需先導課程：“半導體物理”“固體物理”“現代材料分析技術”“計算機在材料科學中的應用”等；③技能培訓：半導體薄膜電阻測試方法的選擇與應用、測試線路的連接、各種測試規范的建立與實施、測試軟件的使用、測試數據的處理與分析；④結果反思：測試結果變化與薄膜狀況的關系，測量方式與測試環境對結果的影響，不同材料的薄膜與性能的對應關系，針對半導體薄膜特定的測試方法等。

材料科學實驗設計時充分考慮到了各專業主干課程的實驗教學相關性，圍繞專業實驗培養目標，構建了教學課程體系，以培養學生科學研究的思維方法、科學研究能力和創新意識為目標。實驗運行既注重基礎知識和基本操作的訓練，比如常見材料的制備方法、基于真空蒸發鍍膜的薄膜制備技術、集成化的性能測試平臺等，也注重學生創新能力和創業精神的培養。尤其圍繞創新創業實踐，我們實行了開放式實驗教學，專業實驗從單一講義式驗證性向綜合應用性、設計性實驗轉變，尤其是增加實驗的定制設計性、工藝性、系統性以及綜合性。結合校內研究平臺，可以提供從材料設計到制備，從器件制作到表征的一個接一個的實驗環節，從而對生產型的工序進行了解掌握，確保系列實驗是一個有機的整體，有利于學生從創新到創業能力的提升。

二、構建新型的專業實驗實踐模式

1.專業實驗架構。專業實驗的特點，決定了它必須建立在綜合的專業課程融合的基礎上，覆蓋科學與工程（技術）的交叉，多學科和跨學科的相互結合，這樣才能拓寬專業面，才能適合學科交叉融合的發展，并反過來促進專業基礎課程的應用，進而提高專業實驗質量，培養“雙創”復合型人才。因此，專業實驗不能盲目追求先進性和專門性，尤其應注意通用設備及其功能拓展方面的建設。專業實驗首先應著重于基礎性教學，功能上盡可能有兼容性和通用性，設備能夠進行結構組裝和功能拓展，在此基礎上，打造高級科研實驗平臺，強化實踐教學，滿足學生課程外科研訓練需求的特點，體現全方位的開放。校內依托專業實驗室科研平臺并結合教師的科研項目設立專業實驗，而且應該是獨立的存在，從材料制備到器件的測試，功能齊全，具有開放性和包容性的特點，可以是單獨實驗課程的開設載體，也可以是集群式創新實踐的平臺，同時也是學生創業團隊的實踐基地。然后以校內實驗為先導，結合教學科研及社會優質資源，打造校內+校外的實驗平臺，培養具有新材料研發創新和創業創造能力的新型工科人才。最后，專業實驗的兩個主體——教師和學生的角色和投入方式發生轉變，從以教師為中心的傳統講授、演示性實驗模式，轉變為以學生為中心，以問題解決為導向的探究式實踐教學，激發和培養學生的創新思維。

2.開放式實驗平臺。開放的專業實驗，實驗的主體以學生為主，教師只是實驗的前期組織者和指導者以及后期實驗結果的咨詢者和幫助者。而對于實驗結果，既有遵循科學規律合理的判斷，也有不同尋常的顛覆性創造。通過開放式的專業實驗運行，切實讓有不同需求的學生都能獲得相應的實踐訓練，具有定制式、預約制和分流制的特點。

3.專業實驗教學內容。專業實驗與綜合實驗和生產實習不同，應根據學生已掌握知識的程度，實驗室能夠提供的實驗條件以及教師的科研情況合理、實時、彈性地設置實驗教學內容，既能培養學生扎實的實驗基本功，也體現融會貫通，吸收提高再實驗創新的培養目的。比如增加個性化定制實驗，創意實驗以及交叉協同實驗等，甚至讓學生和教師不斷受到科學研究的啟發和反饋，實現實驗教學與科學研究的融合。專業實驗的教學內容應包括綜合、創意、創新、設計、創造、開放乃至創業等多層次、多模式的實驗體系，實驗技能的培訓以單元到綜合為途徑，學生可以結合教師或者自己的科研訓練項目進行文獻追蹤，基于專業實驗的開設，制定出階段的科研實踐計劃，在教師的指導下，從設計到材料，從器件到模塊，從系統到工程，循序漸進的鍛造學生的科學思想、創新精神和實踐能力。值得指出的是，專業實驗的內容除了與基礎課緊密結合外，還應不斷調整和發展，保持實驗內容的先進性、開放性和科學性，將新技術、新方法、新儀器引入到專業實驗，提升實驗水平。“雙一流”大學工科的專業實驗，從發展層次來講，應該和科學研究、工程應用、社會實踐緊密結合，實現科研平臺承接重大科研項目，專業實驗平臺導入科技創新，尤其是借鑒公共實驗管理模式，將現代信息技術和專業實驗建設有機統一，比如網絡輔助教學平臺，虛擬專業實驗平臺、MOOC系統平臺等。

綜上所述，基于創新創業教育的專業實驗教學，契合新工科人才培養的要求，其設計方案的確立和具體專業實驗系統的改進、完善和實施都頗具挑戰性。通過引入新模式下學生的自主學習和探究式實踐，將原來獨立的專業實驗納入系統化實驗體系運行實施，有效結合專業基礎課程知識，確保所有實驗環環相扣，從設計到制備，從制作到測試，充分調動學生的創新意識和創業動力，讓進行實驗的學生切實關注實驗的設立、過程與結果，同時迫切想知道相關工藝工序流程的實驗內容和操作方法，增強學生對實踐的興趣和投入，提高學生創新創業的積極性，使學生不僅能復習和綜合運用所學專業知識，鍛煉動手能力和提高設計水平，還能建立科研和生產工作的整體概念和全局概念，為后面的生產實習乃至工作就業儲備并養成頗具專業技術特色的知識、技能、習慣、思維與精神。采用新模式運行專業實驗，有利于讓有創新創業精神的學生發揮潛能和特長，彰顯并發展個性，讓優秀的人才脫穎而出。