面向卓越人才培養的專業實驗教學中心建設

張曉俊 許宜申 吳迪 陶智

摘 ?要：高校專業實驗教學中心建設需要立足人才培養需求和專業特色，為卓越人才成長提供有力保障。文章針對傳統實驗教學中心存在管理制度不完善、實驗課程體系陳舊、學科競賽支持力度不夠等局限，通過在完善管理制度、改革實驗課程體系、依托學科競賽促進人才深度培養等方面進行改革探索，充分發揮實驗教學中心職能作用，從而提升實驗教學實效，培養滿足和支撐行業與產業需求的卓越工程人才。

關鍵詞：卓越人才;實驗教學;管理制度;課程體系;學科競賽

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）01-0054-04

Abstract： The construction of professional experimental teaching center in universities must be based on the needs of personnel training and professional characteristics to provide strong guarantee for the growth of outstanding talents. In view of the problems in the traditional experimental teaching center， such as imperfect management system， obsolete experimental curriculum system and insufficient support for discipline competition， this paper explores the reform of the management system， the experimental curriculum system and promoting. the in-depth cultivation of talents relying on the discipline competition. The aim of is to give full play to the function of the experimental teaching center， so as to enhance the effectiveness of experimental teaching and cultivate students. The support of excellent engineering and talents meets the needs of the industry.

Keywords： outstanding talents; experimental teaching; management system; curriculum system; subject competition

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》強調，要把提高教學質量作為教育改革發展的核心任務，倡導要著力提高學生的學習能力、實踐能力和創新能力，不斷創新實踐教學內容、實踐教學環節和實踐教學手段，全面培養具有社會適應能力和競爭能力的高素質應用型卓越技術人才。同時為主動應對新一輪科技革命與產業變革，“工業4.0”“中國制造2025”等一系列國家戰略及教育部于2017年2月開始推行的新工科建設目標，高校要全力探索具有中國特色的工程實踐教育新模式，培養一批能夠快速適應時代科技變化，具有創新創業能力和解決復雜工程問題能力的卓越科技人才[1-2]。高校實驗教學中心的建設應在新時代背景下，對標教育部新工科教育實踐要求為基礎，應更為強調學科的實用性、交叉性與融合性，全面提高學生的實踐能力和創新能力。

本文以蘇州大學光電科學與工程學院專業實驗教學中心為例，通過近年來在管理制度、實驗教學課程內容和體系建設、學科競賽支持保障等方面的改革和探索，努力實踐卓越工程技術人才的培養。在完善體制機制的基礎上，優化實驗室儀器設備的配置和實驗課程體系，突破實驗時間性和空間性的限制，讓學生在實踐過程中逐步掌握發現問題、解決問題的基本思路和方法，建立積極主動參與學科競賽的實踐新理念和以發現和探究為核心的實踐新思維，為高校實驗教學中心建設提供借鑒思路。

一、實驗教學中心建設所面臨的挑戰

當前國內高校已經充分認識到實驗教學中心在學生實踐教學中的地位，也著手進行相應的改革和探索，主要通過增加實驗投入、增加實驗場地、擴充實驗師資等方式，取得了一定的成效。但隨著新工科建設要求和“雙一流”高等教育發展要求的提出，在新形勢下對高校實驗室建設水準提出了更高的要求。當前在專業實驗教學中心建設過程中，主要面臨的問題歸納如下[3-5]：

（一）實驗教學中心管理制度不完善，信息化建設不足

實驗教學中心管理體制的不完善將直接制約其建設和發展，包括實驗室長遠建設規劃方案的制定、實驗室管理人員的管理、實驗教師的管理、實驗學生的管理等。過去實驗室建設由于缺少統一規劃和長遠的發展眼光，只解決當前某門課程、某個實驗室的需要。會出現一定的方向性、分散性、重復性建設問題，導致原本有限的實驗室資源極大浪費。實驗室管理人員、實驗教師職責界限模糊，在實驗室管理和使用上存在著互相推諉的現象，導致在實驗室管理，特別是實驗室安全、實驗儀器管理上存在一定的問題。學生在進入實驗室時規矩意識不清，經常將飲料、食品帶進實驗室，亂扔紙屑，不注重實驗室環境衛生。此外，在實驗中心運行過程中，傳統的管理方式主要基于紙質的管理方式開展，包括設備的管理、設備的借調、設備的維護等記錄，時間一長，管理的紙質文檔容易出現丟失現象。由于缺乏監控措施，實驗教學設備丟失也時有發生，這些均已無法適應如今教學信息化要求。最后，由于實驗室管理人員的工作時間安排，實驗室一般只能在工作日才能讓學生使用，無法實現包括晚上、雙休日在內的7×24小時全天候開放，學生課外希望自主進入實驗室開展創新實驗的需求無法得到滿足。

（二）實驗課程體系陳舊，缺乏探究性、開放性實驗

實驗教學中心的實驗大多是依據理論教學，主要對理論知識進行驗證，通常都是實驗教師在實驗前先講一遍，學生照著做一遍，只要能有實驗數據并提交實驗報告就算完成任務，并不注重實驗對學生獨立思考能力培養的實際效果，而且由于探究性和開放性實驗數量的缺乏，導致學生對實驗的興趣也不太強烈，甚至會出現應付了事、互相抄襲等現象。而且實驗教師一般都采用多年來，甚至十數年來沿用下來的舊版實驗教材，不太愿意根據當前學科的發展態勢，動態地改進、完善，新增相關實驗內容，打磨、開發各類創新性、探究性和開放性實驗。因此如何在現有資源條件下，最大化地滿足學生的實驗需求，在保證基礎性實驗實效的基礎上，增設探究性、開放性的實驗，自主開發出一些具有科學特色的虛擬仿真實驗項目，努力提升學生的實踐能力和創新能力，對各個高校來說都是一項重大的挑戰。

（三）學科競賽支持力度不夠，學生實踐能力不足

當前實驗教學中心的主要職責是滿足基礎實驗需求，為學生提供全天候開放型實驗室的條件不夠充分，導致有部分學生希望能夠利用實驗室空余時間進入實驗室的意愿很難得到滿足。從另一種角度來看，也變相導致實驗室資源的極大浪費，通用實驗設備，諸如數字示波器、數字萬用表、函數信號發生器、電源等都無法實現資源利用最大化。課外學術活動、學科競賽作為學生專業課程外提升專業素養的重要補充，也無法實現在教學實驗中心的統一協調，形成指導教師悉心指導、專業基礎好的學生互相協作的良性循環。而這些都不利于對學生實踐能力的培養。

二、深化實驗教學中心管理體系，促進信息化建設

為完善光電專業實驗教學中心制度建設，專業實驗教學中心專門出臺了《本科實驗教學中心職能與管理工作相關規定》，涉及實驗室管理人員日常工作制度、學生實驗守則、任課教師實驗指導工作細則、儀器設備日常管理制度、儀器設備維修維護制度、儀器設備借用制度、開放實驗室管理制度7個細則。明確了實驗室管理人員、實驗教師的崗位職責，對學生進入實驗開展實驗也提出了嚴格要求，在實驗設備管理上也進行了細化，加強了信息化建設，強化了實驗教學中心的管理。

為提高實驗教學中心的規范化、信息化管理水平，實驗教學中心對各實驗室統一安裝了門禁和監控系統，實行了統一化管理，并依照開放實驗室管理制度，對擬參加各類競賽和勤奮好學的學生充分開放。經作者申請，本科導師制指導教師同意，實驗中心主任審批通過，并進行實驗室安全教育后，就能隨時刷學生卡進入開放實驗室開展自主實驗活動。同時在各開放實驗室中，也會將歷年歷屆課外學術活動、學科競賽中所有獲獎名單，部分優秀作品通過展板的形式上墻，或者用易拉寶形式放置在實驗室中，營造出一種積極向上的正能量學習氛圍。通過開放實驗室管理制度的實施，學生能夠利用課余時間進入實驗室，在各類學科競賽過程中，實現學生便利化進入實驗室，充分調動學生的實踐積極性。

為提高實驗中心資源利用的最大化，實驗教學中心改革了儀器設備借用制度，對于基礎儀器套件，例如示波器、函數信號發生器、臺式萬用表、電源，作為一個基礎可借用的儀器套件包，放在一輛小推車上，如某個教學實驗室需要采用該套件開展教學活動，可向實驗管理中心借用，并在實驗完成后歸還，這避免了因為需要使用而重新購置導致的資源浪費。如果開放性實驗室中學生獨立開展實驗活動中需要借用的話，只要經實驗教學中心評估，在保證各實驗室基礎實驗套件數均滿足實驗需要的前提下，在指定期限內借用給學生使用。通過儀器設備借用制度的實施，能夠充分利用實驗室現有的設備資源，實現資源共享，提高基礎儀器設備的使用效率。

實驗中心還完成了實驗室管理平臺信息化建設，實現了實驗室日常工作管理、實驗設備管理、開放實驗室管理等;也完成了在線實驗教學管理平臺建設，對部分創新性、開放性實驗，還可以通過在線實驗教學管理平臺在線學習相關資料的方式進行預習，在指定期限內預習完成以后，可在線進行考核，考核通過后可向實驗室申請實驗時間，并在申請成功的時間段刷卡進入實驗室完成相關實驗，在線提交實驗報告，實驗指導教師也可以在線批改實驗報告并評分，在線實驗報告打印存檔等。

實驗教學中心通過實驗教學中心規章制度建設，探索了開放性實驗室的管理辦法，通過實驗室門禁監控系統建設和信息化建設，促進實驗室安全性和開放性，保證了實驗室所有資源的最大化利用。

三、革新實驗課程體系，強化虛擬仿真實驗和探索性、開放性實驗

實驗教學和理論教學是教學中互為依托、相輔相成的兩個方面，理論教學能夠指引實驗教學，實驗教學同樣也能夠反哺理論教學，只有兩者形成合力，才能夠為創新型卓越人才創造優越的條件。

在實驗課程建設方面，實驗中心積極鼓勵理論課教師全方位融入實驗教學中來指導課程實驗，這樣既可以豐富課堂教學內容，加深學生在實驗過程中對理論知識的理解，也可以使理論教學和實驗教學結合得更加緊密。建立以實踐能力、創新能力培養為主線的實踐教學模式，組織理論課教師和實驗教師一起對原有實驗教學大綱進行完善和革新，在教學計劃中，也努力爭取增加實踐能力要求比較高的實驗課時，適當減少一些演示性、驗證性實驗，逐步提高綜合性實驗和設計性實驗的比重，開發一些探索性和開放性的實驗，按照基礎性、綜合性、設計性、開放性四個層次設計實驗內容，同時在實驗考核制度上也進行了改革，對學生在實驗過程中所提出的合理和創新設計方法給予肯定和鼓勵，實行實驗過程化考核，并逐步探索實驗教學反哺理論教學的新思路，在設計的開放性實驗中，將學生完成的優秀設計實驗作品制成優秀實驗設計匯編手冊，供今后的學生學習參考使用，以拓展他們的實驗設計思路。

實驗中心通過組建計算機虛擬實驗室，不斷優化目前的實驗課程體系，著力培養學生的自主創新能力。例如在電子測量課程實驗中，采用虛擬儀器仿真軟件，以計算機硬件和軟件系統為依托，能夠開發出實現各種與真實儀器同樣功能的虛擬儀器。微弱信號處理、信號與線性系統、數字信號處理等課程實驗采用了國內外常用的數值仿真軟件。

在專業基礎性課程中，為契合教育部當前“線上”+“線下”的混合式教學實驗新模式，完成了電路理論、模擬電子技術和數字電子技術這三門專業基礎課程的互聯網+在線仿真實驗建設工作，客戶端學生實驗均有實際硬件電路相對應，硬件資源可以動態地分配，每個實驗平臺能并發10位學生同時進行在線實驗，實驗平臺在網管和操作平臺的支持下，學生能在客戶端瀏覽器上按照實驗要求搭建實驗電路，配置實驗電路各種參數，并實時測量實驗數據，截取測試數據和波形，設計并上傳電子報告，這樣的話學生在宿舍也能通過電子計算機完成電路理論、模電、數電所有實驗內容，極大地拓展了實驗的時間性和空間性。

此外實驗中心還根據一些專業課程需要，結合專業專家教授們的科研成果，協助他們共同自主開發出虛擬仿真實驗項目，如圖1所示的“病理嗓音識別虛擬仿真實驗”，該實驗與專業基礎課程數字信號處理的實驗教學內容相結合，采取虛實結合、虛實互補的實驗教學訓練模式和訓練平臺，讓學生在該實驗的過程中深入理解了采樣定理、傅里葉變換、信號頻譜特性、FIR濾波器設計等諸多課程中的基礎知識要點，通過自主設置相關實驗參數等方式來提高學生的分析能力和設計能力，并與目前人工智能、機器學習算法相融合，設計了一些開放性實驗，讓學生在實驗過程中充分領略到“虛擬”技術的魅力，極大地激發學生的學習興趣，也接觸到了當前人工智能主流技術，通過“因材施教”的自主實驗設計方式，充分培養了學生的創新意識和創新能力。

為了進一步凸顯光學學科的優勢和特色，實驗中心還新建了光學開放性創新實驗室，購置了8套精密光學平臺，可完成光學系統像差傳函焦距測量綜合實驗、幾何光學綜合實驗、輻射度、光度與色度學綜合實驗，使學生掌握光學系統像差、薄透鏡、“三度學”等基本概念和原理、物理量之間的互相轉換關系、計算和分析方法、測量儀器與測試計量方法等。此外通過精密光學平臺的購置，也可以讓學生針對本科生導師或者自己感興趣的課題，自己設計、搭建光路，獨立完成從光路設計、搭建、實驗、分析結果全過程。這樣的話就能夠充分培養學生利用所學知識、技術和儀器來解決一些實際問題的能力，最終達到卓越工程技術人才培養的目標。

四、依托科學競賽，促進卓越人才的深度培養

針對培養高素質卓越人才這一中心目標，實驗中心倡導教師的“教”服務于學生的“學”，采用案例式、項目式、啟發式等實驗教學方法，注重知識、能力和素質結構的縱橫向關系，以本科生導師制為抓手，進行全維度的人才深度培養。

對于本專業有著濃厚興趣和良好基礎的學生，實驗中心積極創造條件，讓學生能夠充分利用實驗中心現有的場地和設備資源，幫助他們及早參加到本科生導師的科研及工程實踐創新活動中去，將科研成果轉為人才培養新內容，拓展學生的創新實踐能力，豐富實踐教學形式和優質資源。

實驗教學中心通過一些典型的事例宣傳，諸如獲得國家級大創或者競賽獲獎同學的事跡，堅持從點到面的原則，爭取帶動越來越多的學生加入這一深度培養方式中去，踐行全覆蓋的卓越人才培養理念。實驗中心支持學生申報大學生創新創業各類項目，參加大學生電子設計競賽、光電設計競賽并在專業期刊上發表相關文章和申請專利，逐步讓學生在本科導師制教師的引導下，懂得如何研究課題的方式方法和如何進行團隊協作，深度合作學習，培養學生的團隊合作精神，為將來升學、就業打下堅實的基礎。依托實驗教學中心的卓越人才能力提升方式如圖2所示。

通過近年來的建設，實驗教學中心日臻完善，實驗室軟件、硬件資源得到最大化利用，實驗教學中心的人才培養成效不斷提升，在大學生課外學術活動、學科競賽等方面都取得了豐碩的成果。近5年來，學院學生在全國大學生光電設計競賽、全國大學生電子設計競賽、省高校大學生物理與實驗科技作品創新競賽等學科競賽中，獲得全國級獎項14項、省級獎項100余項;本科生作為專利發明人20余項;學生獲得各級大學生創新實驗計劃項目21項（國家級7項、省級6項、校級8項）。

五、結束語

高等學校實驗教學中心是高校培養動手能力強、素質能力高的卓越型人才的重要途徑之一。隨著時代的發展，實驗教學中心不能成為高校中的“孤島”，因循守舊，而應該緊跟時代發展的步伐，按照教育部新工科和雙一流高校建設目標的指引，與時俱進，開拓進取，進行全方位、多維度的實驗教學改革。

高校實驗教學中心只有充分利用依托所在學科的特點和優勢，才能在完成基礎實驗教學任務的基礎上，不斷賦予實驗新的內涵，推陳出新，為開拓學生的實踐能力和創新能力創造良好的實驗條件，為社會培養出基礎理論扎實，動手能力強，具有主動性、適應性學習能力和團隊協作能力的高素質卓越人才。

參考文獻：

[1]許宜申，顧濟華，陶智，等.基于立體實踐教學體系的高素質創新人才培養探索與實踐[J].高教學刊，2019（23）：36-39.

[2]趙小明，劉寶，姜飛，等.“新工科”背景下大學生創新實驗室軟環境建設[J].實驗技術與管理，2020，37（2）：240-244.

[3]梁建光，鮑麗杰，李維衛.高校轉型過程中實驗教學中心的建設[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：317-319.

[4]楊富琴，周家樂，王嶸.實驗教學中心培養大學生創新創業能力的實踐與探索[J].實驗技術與管理，2020，37（10）：20-22.

[5]葉燕，吳茂成，許宜申.以能力培養導向的混合式專業實驗教學探索與實踐[J].高教學刊，2019（24）：92-94.