五位一體多功能實驗室建設模式及路徑探索

耿 濤, 賈英輝, 徐光憲, 陳萬志, 馮澤鵬

(1. 遼寧工程技術大學 電子與信息工程學院， 遼寧 葫蘆島 125105;2. 遼寧工程技術大學 礦業技術學院， 遼寧 葫蘆島 125105)

2017年教育部啟動了新工科建設,形成了“天大行動”和“復旦共識”,明確提出了在建設新工科專業的同時加速傳統工科專業的轉型升級,采用新方法、新思路、新模式、新內涵培養大批高素質工科技術人才[1-2]。2015年國務院印發了“雙一流”建設實施方案,加速推進教育供給側結構改革,而一流的本科教育是一流大學的重要基礎,是建設一流學科的重要支撐,是大學辦學聲譽的重要載體[3]。無論是新工科建設，還是雙一流建設最終的落腳點終歸于本科教學質量的提升,培養學生的創新精神和能力,而目前高校本科教學存在重理論、輕實踐,實驗室建設和實驗教學輕于理論教學和科學研究,導致學生創新實踐能力差。由于高校實驗室是實驗和實踐教學的重要載體和支柱,在創新人才培養的過程中具有不可替代的重要地位和作用,因此實驗室建設和實驗教學水平已經成為高校辦學實力的重要標志之一[4-5]。如何切實加強實驗室建設和實驗教學水平,提高人才培養質量已經成為高校教學改革的重要研究課題[6-7]。結合光纖通信技術與應用實驗室的實際情況和專業特點,提出了以“產、學、研、教、賽”五位一體促進實驗室建設的新模式，并進行了有益的探索,經過多年的建設與完善,取得了較好的效果。

1 實驗室建設背景及存在的問題

1.1 實驗室建設背景

光纖通信技術與應用實驗室成立于2002年,屬于教學型專業實驗室,實驗室面積144 m2,擁有光纖熔接機、光時域反射儀、光纖通信原理實驗箱、誤碼分析儀、手持光源、光功率計等226臺設備。主要承擔通信工程和電信工程兩個本科專業的“光纖通信原理”實驗、生產實習和畢業設計的實踐教學任務,實驗室和設備年使用率約5 000人時數。近年來專業應用轉型發展、學生創新實踐能力和創新創業素質的培養需求,對實驗室的建設和發展提出了更高的要求：在不斷提高實驗教學質量的同時需要提升實驗室內涵建設,拓展實驗室功能,為專業發展、人才培養和應用研究提供強有力的實踐平臺支撐。

1.2 存在的問題

(1) 實驗室功能單一。受歷史原因的影響,實驗室成立之初是為了服務“光纖通信原理”的本科實驗教學,因此主要購買了光纖通信原理實驗箱和部分光纖通信工程設備,導致了實驗室功能單一。雖然經過設備的整合使用,可完成“光纖通信原理”實驗教學、課程設計和相關畢業設計,但主要還是針對基本的實驗教學,缺乏系統的多功能一體化實驗室建設方案和各種保障制度,沒有發揮優質實踐教學資源的最大效益和在專業建設、人才培養和應用研究中的整體合力,造成了實踐教學資源的浪費。

(2) 實驗室建設經費投入不足,設備老化嚴重[6]。學校從煤炭部直屬高校劃歸省與地方共建高校后,實驗室建設經費主要依靠財政專項撥款,由于學校在遼寧省一本高校中招生數量位居第一,外加新建校區的銀行債務還貸壓力,辦學經費尤其是實驗室建設經費不足的實際情況十分突出。學校除了以地礦為主的優勢學科實驗室條件較好之外,其他專業的實驗室建設相對滯后,與教育部高校教學水平評估的要求存在著巨大的差距。一方面由于長期沒有更新實驗教學設備,不但實驗設備老化、損壞嚴重、維修難度大,而且實驗內容陳舊、落后,另一方面由于專業建設、人才培養和應用研究的壓力逐年遞增,這種供需之間的矛盾越來越大。

(3) 實驗室開放有限,利用率低。高校實驗室在創新人才培養過程中具有不可替代的重要作用,而實驗室開放中最核心的問題是實驗室開放的理念、管理制度和保障措施[8-9]。由于長期形成的封閉式教學模式,雖然在實驗時間和內容進行了開放,但還主要以班級預約為主的實驗方式,實驗室開放并不徹底,由于缺少具有較強吸引力的教師激勵政策,尤其是教師最關心的績效考核和職稱評定方面的措施,導致實驗專職教師的主要精力不能用于實驗室開放和實驗教學研究,導致了實驗室和實驗設備利用率低下,實驗室和實驗設備年使用率只有約5 000人時數,形成了資源的嚴重浪費。

(4) 實驗設備研發和實驗教師教學能力有待提升。由于歷史原因和客觀因素的限制,2010年以前實驗教學采用的是封裝性很強的光纖通信原理實驗箱和工程設備。受限于廠家的技術保密,光纖通信實驗箱只能開設驗證性實驗和簡單的程序設計性實驗,無法進一步開展設計性實驗或研發性實驗,限制了實驗教學水平的提升。由于傳統觀念和一些客觀因素的影響,實驗專職隊伍建設沒有得到應有的重視,缺少實驗專職教師在職稱評定、績效考核等方面的制度,導致實驗專職教師不能專心于實驗教學、積極性不高、實踐能力弱、隊伍不穩定,這些不利因素影響了實踐教學效益的發揮,限制了實驗教學質量的持續提升。

(5) 缺少實驗教學團隊。由于實驗教學師資力量有限,目前“光纖通信原理”的實驗教學多年來均由同一名實驗教師承擔。一方面受限于評職稱、考核、個人發展及教學的壓力,使實驗教師沒有時間和精力進行實驗教學研究和實驗項目設計,更沒有時間到企業實習和進修,另一方面一旦該實驗教師因轉崗、調動、攻讀學位和其他個人原因不能承擔實驗課程,臨時替課和研究生助課的現象就會非常普遍,單打獨斗的實驗教學現狀不但不能保證實驗教學的連續性,更難以提升實驗教學水平。

2 五位一體多功能實驗室建設模式

光纖通信技術與應用實驗室經過多年的實踐探索,把教學型專業實驗室逐步打造成為“產、學、研、教、賽”五位一體多功能實踐基地。以光纖通信技術為研究方向,與多家企業產學研緊密合作,校企共建實驗室并共同研發了光纖通信創新綜合實驗教學系列產品和光纖通信工程儀表系列產品,不但改善了實驗室硬件條件,而且實現了實驗室的自我“造血”功能,并使研究成果得到了更為廣泛的應用。為深入推進實驗室開放,加大實踐教學資源的利用率,建立了融合實驗室的大學生創新工作室——光維工作室,以創新工作室和團隊為紐帶重新配置教師和實踐資源,使光纖通信技術與應用實驗室不但作為學生的創新工作室,可以開展大學生科技項目研究和科技競賽,更是實踐教學和實踐研究基地,開展教學實踐、教學研究和創新研究。這種建設模式促使實驗室在要素、資源、功能與服務各方面實現了全方位、立體式的開放與高效利用,實現了實踐教學資源收益的最大化。

3 實驗室建設實施路徑

3.1 拓展實驗室建設資金渠道,加大實驗室投入

一流的實驗室硬件環境是人才培養質量的根本保證,而實驗室建設和發展需要持續不斷的資金投入和保障。“985工程”“211工程”高校的實驗室建設經費相對充裕,實驗條件較好,而絕大部分地方高校主要依靠財政專項撥款,由于辦學規模擴大和辦學經費不足,導致了實驗室經費投入不足,設備老化的現象相對突出,有些高校的實驗教學設備多年未得到更新,嚴重制約了人才培養質量的提升[10-12]。

(1) 校企合作共建實驗室。光纖通信技術與應用實驗室先后與高通公司、北京凌陽愛普有限公司、合肥達春電子有限公司等多家企業產學研緊密合作,校企共建實驗室,先后獲得價值約70萬元的實驗設備用于光纖通信系列產品的研發和實驗教學。通過實驗設備的更新與提升,開發了以實際產品研發案例為教學內容的實驗項目,如數字光功率計設計實驗、視頻光端機設計實驗等12項可供學生自主選擇的設計性和研發性實驗項目,以實際產品研發案例式實驗項目培養學生的設計研發能力,取得了很好的實驗教學效果。

(2) 申請各類實踐項目經費。各級實踐教學改革項目的經費本質是一種績效型財政撥款方式,是以產出和質量為前提的扶持策略。為保障實驗室的持續建設與發展,實驗教學團隊深度挖掘實驗室建設的研究成果,近五年來獲批了教育部高教司、遼寧省教育廳、中國高等教育學會、遼寧省高等教育學會等省級以上課題共8項,項目經費共計13.5萬元,獲批了校級教學改革項目22項,項目經費共計8.8萬元,項目涉及實驗室制度建設、實踐教學改革、實驗設備研發等內容。以上資金極大地緩解了實驗室建設經費不足的現狀,促進了實驗室持續不斷的建設和發展。

(3) 強化自我“造血”功能。由于實驗室與多家公司展開產學研務實合作,研發了光纖通信類實驗教學系列設備和光纖通信工程儀表系列設備,通過公司的市場渠道進行推廣,實驗室先后與多家公司簽署了實驗設備和工程設備的代理銷售合同,合同價值320余萬元,利潤70余萬元,實現了實驗室的自我“造血”功能,保障了實驗室建設和研究的成效,取得了很好的效果。

(4) 爭取財政專項撥款。2017年學院實驗中心爭取了280萬元的財政專項經費,其中80萬元用于實驗室購置日本安立公司的光譜分析儀及配套設備,提升了實驗室的研究水平,保障了實驗室可開展光器件、復雜光系統等方面的研究與設計。

3.2 構建師生創新團隊,提高實驗室開放程度

實驗室是提高學生創新實踐能力的重要基地和載體,開放實驗室是一種新的實驗室管理模式,體現了以學生為中心,實踐教學資源的有效整合和配置[13-14]。為充分利用光纖通信技術與應用實驗室的實踐教學資源,在充分開放實驗室資源的基礎之上成立了“光維工作室”校級大學生創新團隊和教師指導團隊,制定了20余項團隊建設、實驗室開放的管理制度,逐步創建了以工匠文化和實踐文化為內涵的實驗室特色文化,形成了以學生為中心、團隊為紐帶、實驗室為載體、項目為依托的實踐教學體系。為發揮該實驗室優質實踐教學資源對理論和實踐教學、專業建設和實驗室建設等方面的促進作用,挖掘師生團隊在人力資源、技術成果方面的獨特優勢,團隊的研發設計案例反哺理論教學、課程設計、生產實習和畢業設計等教學環節,在實驗室開放中吸納優秀團隊學生成員積極參與,最大限度地在課外環節開放實驗室。據不完全統計,2016年實驗室的開放學時數達到了約30 000人時數,起到了很好的效果。

3.3 依托項目和競賽,提升師生實踐能力

學生應用創新能力的提升很大程度取決于指導教師的實踐能力能否達到指導要求[15]。光纖通信技術與應用實驗室正是由于成立了大學生創新團隊和指導教師團隊,積極與企業開展校企合作,鍛煉和提升了教師的實踐能力,形成了強化學生工程實踐和創新能力與增強教師專業能力教學相長的運行機制,對學生進行全程綜合創新和工程實踐能力培養,使創新實踐成果通過教師和企業直接轉化成生產力,服務地方經濟發展,提高了人才培養質量。實驗室5年來積極申報各類實踐項目,共獲批省級以上教學改革項目8項、企業橫向課題10余項、校級教學改革項目22項、省級以上大學生創新計劃項目16項,指導學生參加省級以上各類科技競賽獲獎200余項,學生受益約1 000余人。正是由于充分發揮了光纖通信技術與應用實驗室的實踐教學效益,使實驗室不僅僅是教學實驗室,更是產品研發基地、實踐教學研究室、學生科技項目和科技競賽實驗室。通過項目和科技競賽的歷練,不但提升了教師的實踐能力,更是培養了一大批學生,使實踐資源的各要素達到了優化配置。

3.4 推進實踐教學改革,構建實踐教學體系

對于光纖通信專業方向的實驗課、課程設計、實習和畢業設計環節統籌安排,打破界限,以開放實驗室和實驗教學團隊為依托,以培養光纖通信工程設計和產品研發能力為導向,以學生為中心,采取“實驗實訓化、實習工程化、設計產品化”的教學模式整合各實踐環節的教學內容和方法。

實驗和課程設計相融合,使“光纖通信原理”課程的實驗學時達到32學時,按照1:2的配套開放學時,不但充分保障了開展設計性實驗項目的學時,而且解決了課程設計無實踐環境支撐的弊端。同時以實驗室產品研發的全套教學案例,全過程培養學生的產品研發和設計能力。

為適應實驗教學改革與發展的需要,實驗考核方法也需要不斷改革與完善[16],建立了反映學生能力的全過程階段式考核方式,以參與式和體驗式的方式最大程度地調動學生的實驗積極性。

實習環節以FTTX光纖接入網的設計與規劃為方向,針對不同的應用環境對光纖接入網的路由、光纖、參數、設備、方案、造價等方面進行設計,并在實驗室中進行工程模擬、設計和實驗,解決了以參觀為主的實習方式,使學生真正掌握光纖通信網的設計方法,具備設計能力。

畢業設計全部從合作企業研發的產品和指導教師團隊承擔的實踐項目中選題,包括新產品的研發、原有產品的改進與升級等。學生一旦選定畢業設計題目,即進駐實驗室開展系統的學習和培訓,以畢業設計過程考核管理辦法加大過程考核力度,使畢業設計成績充分反映學生的能力、素質、工作態度和設計成果。

4 結論

實驗室建設是十分復雜的系統工程,是高等教育賦予高校的重要職責。只有積極爭取、整合校內外實踐資源，系統規劃和持續投入，才能不斷提升實驗室建設水平和實驗教學質量,培養大批具有創新精神和實踐能力的高水平技術型人才。

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