地方高校省級重點實驗室服務(wù)本科課程群實踐教學探討

李瑞寧, 裴繼誠, 惠嵐峰

(1. 天津科技大學 教務(wù)處, 天津 300222； 2. 天津科技大學 造紙學院, 天津 300457)

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地方高校省級重點實驗室服務(wù)本科課程群實踐教學探討

李瑞寧1, 裴繼誠2, 惠嵐峰2

(1. 天津科技大學 教務(wù)處, 天津 300222； 2. 天津科技大學 造紙學院, 天津 300457)

省級重點實驗室是地方高校實施科學研究和實踐教學的優(yōu)質(zhì)平臺,其具有的多學科集聚性、多領(lǐng)域輻射性以及配備的先進儀器設(shè)備可為相應(yīng)專業(yè)課程群的實踐教學提供強有力支持,成為服務(wù)本科教學的新型基地。以天津市制漿造紙重點實驗室為例,分析了其服務(wù)輕化工程專業(yè)課程群實踐教學的場地、設(shè)備、人員、制度優(yōu)勢以及可提供的教學模式,提出了省級重點實驗室服務(wù)本科實踐教學中應(yīng)注意的問題,對提升省級重點實驗室服務(wù)本科教學效果起到參考作用。

地方高校； 省級重點實驗室； 課程群； 實踐教學

省級重點實驗室是地方高校的優(yōu)質(zhì)科研平臺,其具有場地設(shè)施完善、儀器設(shè)備先進、實驗人員齊備、管理制度嚴格等特點,既是省級科技創(chuàng)新體系的重要部分,又是地方高校提升基礎(chǔ)及應(yīng)用研究能力的基地[1-3]。省級重點實驗室一般依托國家級、省部級重點學科建設(shè),其科研團隊的學緣結(jié)構(gòu)和專業(yè)背景較寬,高水平及多功能儀器設(shè)備集聚性強,在滿足高校開展科研工作的同時,具備為該實驗室所服務(wù)的學科相對應(yīng)的本科專業(yè)提供實踐教學支持的條件[4-5]。省級重點實驗室的多學科集聚性和多領(lǐng)域輻射性與高?，F(xiàn)今越發(fā)強調(diào)的課程群教學模式相吻合,有效地整合了省級重點實驗室儀器設(shè)備和科研人員的資源,拓展了專業(yè)課程群教學的新途徑,使省級重點實驗室成為地方高校實施高質(zhì)量、多科性實踐教學的基地。以天津市制漿造紙重點實驗室為例[6],分析省級重點實驗室服務(wù)輕化工程(制漿造紙工程方向)專業(yè)課程群實踐教學的整體思路、組織方式和效果評價,探討省級重點實驗室服務(wù)本科實踐教學的新模式,實現(xiàn)省級重點實驗室協(xié)同培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目標。

1 省級重點實驗室服務(wù)課程群實踐教學的優(yōu)勢

1.1 場地設(shè)施優(yōu)勢

省級重點實驗室不同于高校一般教學實驗室,其作為承擔科學研究任務(wù)的實體機構(gòu),一般在實驗室用房面積、場地設(shè)施條件上有相對嚴格的要求。例如:《天津市重點實驗室管理暫行辦法》中就明確規(guī)定“重點實驗室相對獨立的科研用房面積應(yīng)在1 000 m2以上”[7]。重點實驗室各研究方向一般均擁有獨立實驗用房,基本杜絕了不同類別或不同功能的實驗儀器設(shè)備混雜安放的現(xiàn)象,各個研究室均具有可獨立運行、維護所屬儀器設(shè)備的場地條件,可為學生提供相對充裕的實驗空間。上述場地設(shè)施優(yōu)勢可為課程群中的多門次課程實驗教學提供便利。

1.2 儀器設(shè)備優(yōu)勢

省級重點實驗室依托高水平儀器設(shè)備平臺建設(shè),基本工作定位于服務(wù)科學研究,儀器設(shè)備在種類、規(guī)格、精度、靈敏度等方面都較普通本科教學實驗室有較大優(yōu)勢[8]。以天津市制漿造紙重點實驗室為例,其儀器設(shè)備包含反應(yīng)合成類儀器、表征分析類儀器、性能測試類儀器、工藝中試類設(shè)備等。表征分析和性能測試類儀器注重對實驗樣品進行多渠道、多方面、多角度表征,運用在課程群實踐教學中可拓展相關(guān)專業(yè)課程實驗的教學手段；工藝中試類設(shè)備注重對工科專業(yè)工藝流程進行模擬,滿足課程群中有關(guān)工藝設(shè)計類課程或章節(jié)的教學需求。

1.3 人員配備優(yōu)勢

省級重點實驗室以承擔科研任務(wù)為主,其實驗室科研、管理人員相對充裕、隊伍穩(wěn)定,人員配備在年齡、學歷、專業(yè)背景、學緣結(jié)構(gòu)上分布合理。實驗室人員年富力強,學歷層次高,專業(yè)背景與實驗室涉及的學科及專業(yè)方向較為一致,多畢業(yè)于國內(nèi)外重點高?；蚩蒲性核?科學素養(yǎng)和管理水平高,具備獨立使用、維護相應(yīng)儀器設(shè)備的能力,能夠保證投入足額時間到實驗室教學、科研及管理工作中來。實驗室人員多具有橫向、縱向科研項目研究經(jīng)歷,科研成果轉(zhuǎn)化能力和產(chǎn)、學、研結(jié)合能力強,便于應(yīng)用案例教學法承擔本科課程群教學任務(wù)。

1.4 管理制度優(yōu)勢

省級重點實驗室一般具有規(guī)范、嚴格的實驗室管理制度及安全條例[9],其管理辦法涉及實驗室條件達標、運行制度、設(shè)備管理、經(jīng)費保障、人員配備、物資耗材等多個方面,注重實驗室儀器設(shè)備高效運轉(zhuǎn)、安全運行與開放共享,強調(diào)設(shè)備日常維護保養(yǎng)與持續(xù)發(fā)揮績效作用。

2 省級重點實驗室服務(wù)課程群實踐教學模式

2.1 課內(nèi)實驗教學

課內(nèi)實驗教學側(cè)重在課堂上對授課內(nèi)容進行實驗驗證,以演示實驗、觀摩實驗為主,重點實驗室可發(fā)揮其在儀器設(shè)備上的優(yōu)勢,將典型儀器設(shè)備尤其是不易被學生大規(guī)模操作使用的大型精密儀器應(yīng)用于專業(yè)課程群的演示教學之中。例如:輕化工程專業(yè)的“植物纖維化學”課程群由“植物纖維化學”“植物纖維化學綜合實驗”“生物質(zhì)精煉”等課程組成,其“植物纖維原料的生物結(jié)構(gòu)、細胞形態(tài)、細胞類型及含量”“植物纖維細胞壁的構(gòu)造(超結(jié)構(gòu))”等章節(jié)的教學內(nèi)容需用到顯微鏡對制漿原料的生物結(jié)構(gòu)進行觀察。傳統(tǒng)生物顯微鏡和光學顯微分辨率低、設(shè)備功能單一、圖像特征不明顯、教學效果較差,而使用重點實驗室所配備的激光掃描共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡,可針對不同類型制漿原料植物的細胞結(jié)構(gòu)進行觀察,設(shè)備成像分辨率高、操作快速,有利于學生快速掌握纖維形態(tài)與紙漿性質(zhì)的關(guān)系,對課程教學起到較大的輔助作用。

2.2 綜合實驗教學

綜合實驗教學指在某一專業(yè)課程群教學全部完成后,由學生應(yīng)用多門課程知識,完成具備一定設(shè)計性與研究性的綜合實驗。以輕化工程專業(yè)為例,“制漿造紙工藝”課程群包含“制漿原理與工程”“造紙原理與工程”“制漿造紙分析與監(jiān)測”“加工紙與特種紙”等課程,而“制漿造紙工藝綜合實驗”即為綜合運用上述課程群所學知識,訓(xùn)練學生完成“選料—蒸煮—制漿—漿料檢測—漂白—造紙—紙張物性檢測”等造紙全過程的綜合實驗。這類實驗一般為實際工業(yè)生產(chǎn)流程的實驗室模擬過程,涉及儀器設(shè)備多、流程緊密,上一步驟的實驗樣品一般為下一步驟的實驗原料,這就要求實驗室能夠支持在某一特定時間段內(nèi)開放多個場地和集中優(yōu)勢設(shè)備完成實驗教學任務(wù)。省級重點實驗室在承擔專業(yè)綜合實驗教學中可發(fā)揮場地寬裕、儀器設(shè)備集中的優(yōu)勢,例如:天津市制漿造紙重點實驗室含清潔制漿技術(shù)與機理、造紙助劑與濕部化學、加工紙與特種功能紙、木質(zhì)資源轉(zhuǎn)化與利用、制漿造紙裝備與過程控制5個研究方向,每個方向?qū)?yīng)相應(yīng)研究室,還擁有一個恒溫恒濕紙張物理性能檢測實驗室,其清潔制漿、造紙助劑研究室以及物性檢測實驗室均開放作為制漿造紙工藝綜合實驗的實驗場地,各類高性能物性檢測儀器的運用提升了實驗效果。

2.3 創(chuàng)新實踐教學

創(chuàng)新實踐教學是基于課程群教學和大學生自主實踐活動的新型教學模式。這類實踐教學以項目驅(qū)動為基礎(chǔ),實踐內(nèi)容一般來源于專業(yè)課程群中的知識點,并將知識點進行引申、應(yīng)用,使其成為可進行研究的實踐項目[10]。目前,高校大學生創(chuàng)新實踐教學主要包括國家級、省部級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、各類實驗室開放基金項目等。創(chuàng)新實踐教學的研究性學習和項目式管理方式與省級重點實驗室的運行機制不謀而合,從事創(chuàng)新實踐項目的本科生進入其導(dǎo)師所負責的研究團隊,可在課余時間利用重點實驗室的先進儀器及科研條件從事創(chuàng)新實踐研究項目,使本科生進入重點實驗室的規(guī)?！盎麨榱恪?且在時間上機動靈活,不局限于某一時間段或某一節(jié)次,增加了省級重點實驗室服務(wù)本科生科研實踐訓(xùn)練的可操作性。以天津市制漿造紙重點實驗室為例,該實驗室近4年來共承擔國家級及省部級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目35項,天津科技大學實驗室創(chuàng)新基金項目20項,院級本科實驗室開發(fā)項目50余項,年均進入重點實驗室開展科研訓(xùn)練的本科生達到150人次以上。這些項目涉及的研究內(nèi)容涵蓋“制漿造紙工藝”課程群、“造紙生產(chǎn)過程控制”課程群、“造紙化學品”課程群等,成為開展課程群實踐教學的一種新形式。

2.4 工程實訓(xùn)教學

工程實訓(xùn)教學的實施主體是企業(yè),與企業(yè)合作的橫向課題是省級重點實驗室科研項目的重要組成部分。重點實驗室一方面出于對生產(chǎn)工藝、工程設(shè)計等研究的需要,在實驗室內(nèi)搭建簡易工程實訓(xùn)設(shè)備,借助橫向課題開展工程實訓(xùn)教學；另一方面開放部分企業(yè)橫向課題項目或者延伸部分橫向課題作為本科畢業(yè)設(shè)計或者課程設(shè)計課題[11]。由于企業(yè)可接收進入其車間進行工程實訓(xùn)的學生人數(shù)有限,并且受車間場地、實習安全、聘請企業(yè)指導(dǎo)人員、協(xié)調(diào)正常生產(chǎn)等多因素限制,實習效果并不理想。而省級重點實驗室因開展橫向科研課題研究和進行校企聯(lián)合科技攻關(guān)的需要,其擁有與工程實踐和實際工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備較多,真實生產(chǎn)模擬程度較高,實驗室研究人員工程素養(yǎng)較強,因此在承擔工程實訓(xùn)教學上具備更有利的條件和優(yōu)勢。天津市制漿造紙重點實驗室主要服務(wù)于造紙行業(yè),因從事制漿及造紙工藝研究的需要,配備有長/斜網(wǎng)中試紙機、浮選脫墨槽、平篩機等實際造紙生產(chǎn)設(shè)備,其中中試紙機可模擬造紙全過程生產(chǎn)工藝,目前已經(jīng)運用于制漿造紙工藝綜合實驗中的實訓(xùn)教學。

3 省級重點實驗室服務(wù)課程群實踐教學的舉措

3.1 合理協(xié)調(diào)實驗室工作，兼顧課程群教學

省級重點實驗室自身的服務(wù)對象是科學研究,其承擔的科研任務(wù)較重,科研產(chǎn)出量也較大,是地方高校的科研主力軍?？蒲泄ぷ饔袆e于教學工作,其具有研究工作長期性、實驗成果延續(xù)性、儀器使用隨機性等特點,而本科實驗教學又要嚴格遵守課程周次安排和學時安排。因此,省級重點實驗室如大規(guī)模承擔本科專業(yè)實驗教學,勢必會對其正?？蒲谢顒釉斐梢欢_擊。為此,重點實驗室在滿足其完成好科研任務(wù)的同時,可采取下列措施協(xié)調(diào)本科教學工作:

(1) 實行本科實驗教學授課與科研活動“錯峰進行”,將重點實驗室承擔的專業(yè)課實驗教學集中在開學初或?qū)W期末的2～3周內(nèi)進行。如,天津市制漿造紙重點實驗室承擔該校植物纖維化學綜合實驗的部分教學任務(wù),主要由學生使用國際標準恒溫恒濕紙張性能測試室對實驗樣品進行分析檢測,該實驗即安排在第四學期的最后3周進行,時間臨近暑假,從一定程度上避開了教師和研究生使用儀器設(shè)備較集中的實驗高峰期。

(2) 將科研項目研究融于教學活動之中,實行實驗室開放式教學,創(chuàng)建“大學生創(chuàng)新實驗室”,將科研項目的部分內(nèi)容轉(zhuǎn)化為可供本科生進行科研訓(xùn)練的實踐項目,學生進入重點實驗室開展實踐的時間不再局限于上課時間,教師和研究生在指導(dǎo)本科生完成科研實踐項目的同時,也保障了自身科研項目的順利進行,達到了實踐教學、科研共享的目的。

3.2 合理調(diào)配實驗室人員服務(wù)課程群教學

省級重點實驗室人員由教學、科研、實驗室管理等多種編制類型的教師及研究生組成。重點實驗室人員類型多、數(shù)量大、自身科研任務(wù)重,能否合理調(diào)配好實驗室人員,構(gòu)建多層次教學師資隊伍,兼顧實驗室人員自身科研工作協(xié)調(diào)有序進行,對促進重點實驗室完成本科教學工作至關(guān)重要[12]。重點實驗室一是可實施不同編制類型教師以及研究生聯(lián)合指導(dǎo)本科實踐教學的方法,引進具備豐富科研實踐經(jīng)驗的教師承擔實踐類課程或?qū)嵺`類環(huán)節(jié)教學任務(wù),由具有較強學科、專業(yè)背景的實驗室管理人員擔任本科科研實踐項目負責人,聘任責任心強、基本功扎實的研究生作為本科教學助教,協(xié)助教師承擔部分本科專業(yè)實驗、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計的輔助指導(dǎo)工作；二是為彌補重點實驗室承擔本科教學人員緊張的情況,可適當引進部分與重點實驗室有橫向課題合作的企業(yè)工程師擔任本科課程助教及畢業(yè)設(shè)計或課程設(shè)計的協(xié)導(dǎo),既可以發(fā)揮企業(yè)人員工程實踐能力強,工程應(yīng)用經(jīng)驗豐富的優(yōu)勢,又可以促進工科專業(yè)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計課題向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。

3.3 合理利用實驗室條件支持課程群教學

實驗室軟、硬件條件是支持其承擔教學、科研任務(wù)的基礎(chǔ),地方高校的省級重點實驗室在其所在高校中處于重中之重的地位,其軟、硬件條件處于優(yōu)勢地位。依托省級重點實驗室嚴格的儀器設(shè)備管理條例和日常運行制度,高效、科學、合理地利用實驗室儀器設(shè)備,實現(xiàn)儀器設(shè)備服務(wù)于本科教學的利益最大化,可為專業(yè)課程群教學工作提供強有力條件支持。具體措施包括:一是針對課程群中的專業(yè)實驗項目教學大綱要求合理搭配重點實驗室儀器設(shè)備,形成依托課程群的儀器設(shè)備模塊(見表1)。天津市制漿造紙重點實驗室將可應(yīng)用于輕化工程專業(yè)課程群教學的典型儀器設(shè)備按教學項目模塊分組。按照模塊分組集中安排調(diào)配儀器設(shè)備安置的房間、場地以方便教學使用以及保養(yǎng)維修；二是針對重點實驗室儀器設(shè)備資源豐富,制備、表征類儀器設(shè)備數(shù)量較為充裕的優(yōu)勢,科學測算各類儀器設(shè)備年使用機時,根據(jù)同類儀器的臺套數(shù)、使用壽命、使用強度、耗材情況等,將儀器設(shè)備根據(jù)所服務(wù)的課程群進行高低搭配,提高低端儀器使用頻率和高端儀器使用效果,降低大型精密儀器非必要性損耗,延長大型精密儀器設(shè)備使用壽命,提升設(shè)備使用整體效率。

表1 重點實驗室服務(wù)課程群教學的儀器設(shè)備模塊

3.4 合理設(shè)計實驗室課程滿足課程群教學需求

地方高校若想進一步發(fā)揮其省級重點實驗室服務(wù)課程群教學的作用,應(yīng)打破重點實驗室僅承擔傳統(tǒng)實驗課程教學的瓶頸,結(jié)合其所服務(wù)的專業(yè)課程體系和課程群特點,將實踐教學融于課程群的各門課程之中。例如“漿料流體力學”“制漿造紙過程自動測量與控制”等專業(yè)課以往以理論教學為主,并不安排課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)；天津科技大學輕化工程專業(yè)將上述課程納入“造紙生產(chǎn)過程控制”課程群,利用重點實驗室擁有的超高剪切流變儀、漿料保水值測定儀、濕紙頁壓榨機、高速視頻攝像系統(tǒng)、在線離子色譜儀、在線粒度分析儀等儀器設(shè)備為上述課程開設(shè)了“漿料特性及流動狀態(tài)”“漿料脫水和紙幅成形”“漿料輸送”“漿料蒸煮過程在線監(jiān)控”等課內(nèi)實驗,既實現(xiàn)了課程群教學模式的多樣化,又實現(xiàn)了重點實驗室高性能儀器設(shè)備與課程群教學目標的融合。

4 結(jié)語

地方高校充分利用省級重點實驗室的條件優(yōu)勢,打造服務(wù)專業(yè)課程群教學的新型實踐基地,既有利于最大限度發(fā)揮高?？蒲衅脚_服務(wù)本科教學的主觀能動性,又有利于實現(xiàn)高校實驗場地與儀器設(shè)備的資源共享,強化了課程群教學中的理論與實踐相結(jié)合,促進了課程群實踐教學水平的全面提升。

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Exploration on key provincial laboratory serving undergraduate practical teaching of course group in local colleges and universities

Li Ruining1, Pei Jicheng2, Hui Lanfeng2

(1. Academic Affairs Office, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China; 2. College of Papermaking Science and Technology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

A key provincial laboratory is an excellent platform for scientific research and practical teaching in local colleges and universities, which provides puissant support for the practical teaching of the related professional course group based on its multiple discipline clustering, multiple field radiation and advanced instruments and equipment. Therefore, it has become a novel base to serve the undergraduate teaching. Taking Tianjin Key Laboratory of Pulp and Paper as an example, this paper analyzes the advantages of the practical teaching site, its instruments, personnel, system and the teaching mode for Light Chemical Engineering major, and discusses some issues to which enough attention should be paid when the key provincial laboratory serves the undergraduate practical teaching in order to provide some references for improving the effect of the undergraduate teaching served by the key provincial laboratory.

local college and university; key provincial laboratory; course group; practical teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.068

2016-05-24

天津市普通高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革研究計劃項目(C03-0817)

李瑞寧(1984—)，男，天津，碩士，助理研究員，主要從事高校教育管理研究.

E-mail：liruining@tust.edu.cn

G642.1

A

1002-4956(2016)11-0263-04