新工科背景下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)
——以土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)為例

白春妹

（中山大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 珠海 519082）

2017 年以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，與傳統(tǒng)工科相比，新工科被賦予了很多新內(nèi)涵[1-2]，新工科以交叉融合為特色，通過(guò)協(xié)同共享培養(yǎng)創(chuàng)新型和具有多元化知識(shí)的卓越工程師，從而提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力，服務(wù)于新經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在新工科建設(shè)理念下，高校面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理也應(yīng)積極改革以適應(yīng)新工科培養(yǎng)創(chuàng)新型和復(fù)合型人才的需求。新工科建設(shè)對(duì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)室提出了新的改革要求，尤其體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理、實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)等方面[3]。本文以中山大學(xué)土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)為例，探討新工科背景下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)如何更好地服務(wù)于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

1 新工科背景下高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)面臨的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)

在新工科建設(shè)理念下，多學(xué)科交叉融合已成為新常態(tài)，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理也面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)作為新工科建設(shè)的主要專(zhuān)業(yè)之一，以培養(yǎng)“大土木”創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，是一門(mén)跨學(xué)科交叉融合的工程學(xué)科，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和廣泛的就業(yè)前景[4-5]。土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)在“大土木”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過(guò)程中，必須注重實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，因此必須重視“大土木”創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。

傳統(tǒng)高校土木工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)存在一些不足[6-7]，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①實(shí)驗(yàn)室管理相對(duì)封閉，貴重設(shè)備共享率及使用率偏低，對(duì)外開(kāi)放程度不夠，造成一定程度設(shè)備資源的閑置和浪費(fèi)。②實(shí)驗(yàn)室信息化程度不高，傳統(tǒng)土木工程實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入預(yù)約使用、實(shí)驗(yàn)室安全管理、儀器設(shè)備預(yù)約使用等方面的信息化手段利用率偏低，無(wú)法有效滿足新工科發(fā)展的需求[8]。③實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍的科研水平相對(duì)較弱[9]，目前高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員絕大多數(shù)是本科或者碩士學(xué)歷，研發(fā)水平有限，難以將高校實(shí)驗(yàn)室科研和知識(shí)創(chuàng)新的作用發(fā)揮到最大化，影響對(duì)高水平人才的培養(yǎng)。④多學(xué)科交叉融合性的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)欠缺，新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合，對(duì)人才培養(yǎng)模式也提出了新要求，而傳統(tǒng)土木工程實(shí)驗(yàn)室在學(xué)科交叉融合方面仍顯不足，難以適應(yīng)新工科創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。

2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需適應(yīng)新工科背景下創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新要求

新工科建設(shè)背景下，土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)以厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)實(shí)踐、廣交叉的人才培養(yǎng)模式為目標(biāo)，積極推動(dòng)落實(shí)新工科建設(shè)對(duì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求，從而更好地服務(wù)于我國(guó)高速發(fā)展的工程建設(shè)。在土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中，需打破傳統(tǒng)土木、交通、水利、海洋等院系之間的專(zhuān)業(yè)壁壘，建設(shè)一系列具有交叉融合特色的實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。中山大學(xué)土木工程學(xué)院將土木與水利、交通和海洋工程等學(xué)科融合發(fā)展，以“水土交融”為特色，在進(jìn)行充分專(zhuān)業(yè)論證的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維、地下空間工程、海洋土木工程、水資源水生態(tài)、河海動(dòng)力過(guò)程、城市水務(wù)六個(gè)學(xué)科方向，努力建設(shè)一流的“大土木”工程學(xué)科，培養(yǎng)構(gòu)建人類(lèi)美好家園的卓越工程師和科學(xué)家。為服務(wù)于創(chuàng)新型和復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)，中山大學(xué)土木工程學(xué)院建設(shè)了一系列實(shí)驗(yàn)室如圖1 所示，包括混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室、土木工程材料實(shí)驗(yàn)室、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、城市水務(wù)實(shí)驗(yàn)室、水環(huán)境生態(tài)實(shí)驗(yàn)室、河海動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室、近海與海岸巖土實(shí)驗(yàn)室、綠色水泥基實(shí)驗(yàn)室，以及中山大學(xué)河南研究院平輿試驗(yàn)場(chǎng)等。在未來(lái)幾年內(nèi)，學(xué)院將陸續(xù)再建設(shè)一些特色創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)室，比如智能建造實(shí)驗(yàn)室、海洋工程環(huán)境實(shí)驗(yàn)室等（圖2，p59）。學(xué)院已建及待建實(shí)驗(yàn)室將有力支撐中山大學(xué)土木工程學(xué)院六個(gè)學(xué)科方向的發(fā)展，更好地服務(wù)于新工科背景下創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

圖1 中山大學(xué)土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室體系建設(shè)模塊

圖2 中山大學(xué)河南研究院平輿試驗(yàn)場(chǎng)的部分圖片

2.1 建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)室是人才培養(yǎng)的重要陣地，在土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中，需打破傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的壁壘，將計(jì)算機(jī)、人工智能、大數(shù)據(jù)、VR/AR技術(shù)等信息化手段充分應(yīng)用于土木、水利與海洋工程領(lǐng)域，構(gòu)建專(zhuān)業(yè)性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)交叉融合的實(shí)踐創(chuàng)新課程。在新工科交叉融合課程的建設(shè)中，需加強(qiáng)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以便更好地輔助教學(xué)，尤其對(duì)于危險(xiǎn)性較高的實(shí)驗(yàn)或其他不便于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)融合，為學(xué)生提供“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)體驗(yàn)，從而開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新性思維，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。中山大學(xué)土木工程學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室目前配置有LED 巨幅大屏幕、建模渲染服務(wù)器、三維激光掃描儀、無(wú)人機(jī)、高性能工作站、VR眼鏡等設(shè)備，能夠同時(shí)滿足50 人進(jìn)行復(fù)雜的BIM模型建模渲染以及相關(guān)戶外數(shù)據(jù)模型信息采集等工作。目前，學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室已建成一系列虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，涵蓋地下空間工程、巖石力學(xué)、土力學(xué)、水力學(xué)等多學(xué)科實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真，未來(lái)還將對(duì)接河南研究院平輿試驗(yàn)場(chǎng)的大型足尺實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真模型，建立起較為完善的“大土木”行業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，服務(wù)于“大土木”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

2.2 積極推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)并擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放

高校應(yīng)積極推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)，打破不同學(xué)院之間相互獨(dú)立、各自為政的現(xiàn)象。學(xué)院內(nèi)部不同專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室之間也應(yīng)打破相互獨(dú)立的現(xiàn)象，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室之間的資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和協(xié)同創(chuàng)新，進(jìn)一步促進(jìn)交叉融合發(fā)展。新工科建設(shè)需充分利用信息化手段對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理模式進(jìn)行改革，通過(guò)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室與儀器設(shè)備共享平臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備面向全體教師和學(xué)生開(kāi)放共享，充分提高實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的使用率，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展交叉融合的綜合性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提升人才培養(yǎng)水平。圖3 是中山大學(xué)土木工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室與儀器共享平臺(tái)的主頁(yè)，通過(guò)共享平臺(tái)，學(xué)生可查看任何實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備，根據(jù)教學(xué)科研需求，預(yù)約使用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備。相比于傳統(tǒng)紙質(zhì)申請(qǐng)手段，通過(guò)信息化共享平臺(tái)進(jìn)行預(yù)約使用，所有的實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的信息更加透明，有利于擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度，也更有利于促進(jìn)學(xué)科之間的交叉融合。

新工科建設(shè)背景下，實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)還體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室安全管理方面。實(shí)驗(yàn)室安全管理是新工科建設(shè)的重要保障[10]。為保障實(shí)驗(yàn)室的安全管理，需建立學(xué)校、學(xué)院和實(shí)驗(yàn)室三級(jí)聯(lián)動(dòng)安全責(zé)任體系，明晰實(shí)驗(yàn)室各主體的安全責(zé)任。中山大學(xué)先后出臺(tái)了一系列規(guī)章制度，包括“中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理辦法”“中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理辦法”“中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理委員會(huì)議事規(guī)則”“中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全責(zé)任追究實(shí)施細(xì)則（試行）”“中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入培訓(xùn)和考核工作實(shí)施細(xì)則（試行）”等制度文件，從而保障實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行和管理。此外，中山大學(xué)還建立了信息化的實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)控，比如危險(xiǎn)化學(xué)品存放區(qū)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并通知相應(yīng)人員，最大限度地降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保障實(shí)驗(yàn)室的安全。

2.3 提升實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員水平

實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍是高校師資隊(duì)伍不可或缺的一部分，高校應(yīng)積極引進(jìn)高水平、高學(xué)歷的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才充實(shí)到實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍中。不斷提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)水平和業(yè)務(wù)能力，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員參與教學(xué)科研項(xiàng)目，組織實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員參與各種培訓(xùn)和學(xué)術(shù)研討會(huì)，開(kāi)闊實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的視野，緊跟科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的步伐。促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，通過(guò)設(shè)立實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員主持或參與實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目，將思政元素引入實(shí)驗(yàn)課程中，探索新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新思路和新方法。鼓勵(lì)有科研能力的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員申報(bào)和承擔(dān)科研項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的科研能力和專(zhuān)業(yè)水平，只有不斷地學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)和新方法，才能更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。通過(guò)提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的待遇和地位，充分調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的工作積極性，可起到保證實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員穩(wěn)定性的作用。中山大學(xué)高度重視高層次專(zhuān)業(yè)技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)，通過(guò)設(shè)置了“百人計(jì)劃”專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才崗位，加大引進(jìn)高水平專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)入學(xué)校的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍。優(yōu)質(zhì)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員隊(duì)伍是滿足國(guó)家重大需求、學(xué)科發(fā)展，以及創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要保障。

3 結(jié)語(yǔ)

土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)作為新工科建設(shè)的主要專(zhuān)業(yè)之一，以培養(yǎng)“中國(guó)特色、世界一流”的“大土木”創(chuàng)新型工程人才為目標(biāo)。新工科建設(shè)背景下，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理也面臨新的挑戰(zhàn)，需不斷進(jìn)行創(chuàng)新改革，以滿足新工科對(duì)多學(xué)科交叉融合和信息化的要求。中山大學(xué)土木工程學(xué)院將土木與水利、交通和海洋工程等多學(xué)科融合發(fā)展，突出“水土交融”的特色，重點(diǎn)建設(shè)了一批具有交叉融合特色的實(shí)驗(yàn)室。在土木、水利與海洋工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中，充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、VR/AR 等信息化技術(shù)到土木、水利與海洋工程領(lǐng)域，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，服務(wù)于“大土木”創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。此外，新工科建設(shè)還應(yīng)積極推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)，通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)室與儀器設(shè)備共享平臺(tái)，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的開(kāi)放程度，提高實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的使用效率，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展交叉融合的綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)是信息化建設(shè)的另一舉措，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)控，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步保障實(shí)驗(yàn)室的安全。新工科建設(shè)還應(yīng)進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的水平，優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要保障。鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員承擔(dān)或參與教學(xué)科研項(xiàng)目，積極促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的科研能力和專(zhuān)業(yè)水平，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員待遇，充分調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員參與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的積極性。