基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念的工科專業(yè)實驗教育模式構(gòu)建

曾廣根 王文武 張靜全

摘 要：本文從本專業(yè)材料及器件的制備與表征專業(yè)實驗出發(fā)，結(jié)合專業(yè)實驗教學(xué)的經(jīng)驗和成效，力圖構(gòu)建在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念下的新型工科專業(yè)實驗發(fā)展的模式，為培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神做出積極探索。

關(guān)鍵詞：專業(yè)實驗；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；新工科建設(shè)

作者簡介：曾廣根，博士，四川大學(xué)副教授，研究方向為新材料與器件、專業(yè)實驗室建設(shè)與管理；王文武，博士，四川大學(xué)工程師，研究方向為專業(yè)測試與實驗室建設(shè)；張靜全，博士，四川大學(xué)教授，研究方向為新材料與器件。（四川 成都 610064）

基金項目：本文系四川大學(xué)新世紀高等教育教學(xué)改革工程（編號：SCU8035）和四川大學(xué)實驗技術(shù)立項項目（編號：20170071）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）17-0030-02

目前，我國的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(jīng)形成了良好的創(chuàng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[1]。高等院校面對創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)造的發(fā)展潮流，具有不可推卸的責(zé)任，并結(jié)合時代的發(fā)展在相關(guān)的教育方面積極改革創(chuàng)新[2]。探索新形勢下高校專業(yè)實驗的發(fā)展，就是契合“雙創(chuàng)”發(fā)展的需要，通過構(gòu)建全新的專業(yè)課程與實踐的生態(tài)網(wǎng)，以專業(yè)實驗為依托，解決創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教學(xué)的校內(nèi)外資源整合與優(yōu)化的問題。隨著工科專業(yè)實驗在教學(xué)中的地位逐步得到重視，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也在進行調(diào)整與變革，各種創(chuàng)意、創(chuàng)新類實驗層出不窮，各種交叉學(xué)科融合的綜合實驗也如雨后春筍涌現(xiàn)出來。

在新工科建設(shè)背景下，專業(yè)口徑和知識領(lǐng)域的拓展，使得專業(yè)實驗課程打破了原有的傳統(tǒng)學(xué)科框架，樹立起整體化、協(xié)同化、差異化以及定制化的教育觀念。專業(yè)實驗是本科教學(xué)改革推進的重點，是與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育關(guān)系最密切的實踐部分，是整個教學(xué)環(huán)節(jié)和專業(yè)體系建構(gòu)中的核心。專業(yè)實驗可以從動手實踐出發(fā)回顧并闡述理論課程的難點，從實驗出發(fā)反映并重構(gòu)理論課程的現(xiàn)象，從實踐出發(fā)預(yù)先聯(lián)系和鋪墊學(xué)生的生產(chǎn)實踐。因此，依托專業(yè)實驗的教育，一方面可以增強學(xué)生的動手能力，有利于理論聯(lián)系實踐，另一方面更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)精神和實踐能力。新型發(fā)展的專業(yè)實驗，既能服務(wù)于課程培養(yǎng)要求的學(xué)生，也能服務(wù)于有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)志向的學(xué)生。

一、結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念發(fā)展專業(yè)實驗

以筆者承擔(dān)的材料科學(xué)專業(yè)指導(dǎo)實驗為例，列出了兩類實驗。

1.半導(dǎo)體薄膜制備實驗。①專業(yè)知識：蒸發(fā)鍍膜的原理，溫度、襯底材料、蒸發(fā)源、距離、真空度等對沉積速率的影響；設(shè)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(zhì)量的控制，膜厚監(jiān)控的原理，真空鍍膜的優(yōu)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(dǎo)課程：“現(xiàn)代材料制備技術(shù)”“半導(dǎo)體物理”“現(xiàn)代材料分析技術(shù)”“薄膜物理與技術(shù)”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”等；③技能培訓(xùn)：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(shù)設(shè)置與調(diào)整、膜厚監(jiān)控的方法與實施，掩膜板的選擇與應(yīng)用等；④結(jié)果反思：建立膜厚與沉積速率的關(guān)系，沉積速率與加熱電流的關(guān)系，源和襯底狀況與樣品質(zhì)量的關(guān)系，薄膜樣品致密性、均勻性的分析等。

2.半導(dǎo)體薄膜性質(zhì)測試實驗。①專業(yè)知識：半導(dǎo)體電導(dǎo)率的計算；半導(dǎo)體性能的影響因素；電導(dǎo)激活能的含義及獲得，對單晶、多晶半導(dǎo)體薄膜，電導(dǎo)激活能與摻雜、費米能級的對應(yīng)關(guān)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(dǎo)溫度曲線的繪制、擬合；②所需先導(dǎo)課程：“半導(dǎo)體物理”“固體物理”“現(xiàn)代材料分析技術(shù)”“計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用”等；③技能培訓(xùn)：半導(dǎo)體薄膜電阻測試方法的選擇與應(yīng)用、測試線路的連接、各種測試規(guī)范的建立與實施、測試軟件的使用、測試數(shù)據(jù)的處理與分析；④結(jié)果反思：測試結(jié)果變化與薄膜狀況的關(guān)系，測量方式與測試環(huán)境對結(jié)果的影響，不同材料的薄膜與性能的對應(yīng)關(guān)系，針對半導(dǎo)體薄膜特定的測試方法等。

材料科學(xué)實驗設(shè)計時充分考慮到了各專業(yè)主干課程的實驗教學(xué)相關(guān)性，圍繞專業(yè)實驗培養(yǎng)目標，構(gòu)建了教學(xué)課程體系，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的思維方法、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識為目標。實驗運行既注重基礎(chǔ)知識和基本操作的訓(xùn)練，比如常見材料的制備方法、基于真空蒸發(fā)鍍膜的薄膜制備技術(shù)、集成化的性能測試平臺等，也注重學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)。尤其圍繞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，我們實行了開放式實驗教學(xué)，專業(yè)實驗從單一講義式驗證性向綜合應(yīng)用性、設(shè)計性實驗轉(zhuǎn)變，尤其是增加實驗的定制設(shè)計性、工藝性、系統(tǒng)性以及綜合性。結(jié)合校內(nèi)研究平臺，可以提供從材料設(shè)計到制備，從器件制作到表征的一個接一個的實驗環(huán)節(jié)，從而對生產(chǎn)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(xué)生從創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)能力的提升。

二、構(gòu)建新型的專業(yè)實驗實踐模式

1.專業(yè)實驗架構(gòu)。專業(yè)實驗的特點，決定了它必須建立在綜合的專業(yè)課程融合的基礎(chǔ)上，覆蓋科學(xué)與工程（技術(shù)）的交叉，多學(xué)科和跨學(xué)科的相互結(jié)合，這樣才能拓寬專業(yè)面，才能適合學(xué)科交叉融合的發(fā)展，并反過來促進專業(yè)基礎(chǔ)課程的應(yīng)用，進而提高專業(yè)實驗質(zhì)量，培養(yǎng)“雙創(chuàng)”復(fù)合型人才。因此，專業(yè)實驗不能盲目追求先進性和專門性，尤其應(yīng)注意通用設(shè)備及其功能拓展方面的建設(shè)。專業(yè)實驗首先應(yīng)著重于基礎(chǔ)性教學(xué)，功能上盡可能有兼容性和通用性，設(shè)備能夠進行結(jié)構(gòu)組裝和功能拓展，在此基礎(chǔ)上，打造高級科研實驗平臺，強化實踐教學(xué)，滿足學(xué)生課程外科研訓(xùn)練需求的特點，體現(xiàn)全方位的開放。校內(nèi)依托專業(yè)實驗室科研平臺并結(jié)合教師的科研項目設(shè)立專業(yè)實驗，而且應(yīng)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(shè)載體，也可以是集群式創(chuàng)新實踐的平臺，同時也是學(xué)生創(chuàng)業(yè)團隊的實踐基地。然后以校內(nèi)實驗為先導(dǎo)，結(jié)合教學(xué)科研及社會優(yōu)質(zhì)資源，打造校內(nèi)+校外的實驗平臺，培養(yǎng)具有新材料研發(fā)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造能力的新型工科人才。最后，專業(yè)實驗的兩個主體——教師和學(xué)生的角色和投入方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，從以教師為中心的傳統(tǒng)講授、演示性實驗?zāi)Ｊ?，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以問題解決為導(dǎo)向的探究式實踐教學(xué)，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.開放式實驗平臺。開放的專業(yè)實驗，實驗的主體以學(xué)生為主，教師只是實驗的前期組織者和指導(dǎo)者以及后期實驗結(jié)果的咨詢者和幫助者。而對于實驗結(jié)果，既有遵循科學(xué)規(guī)律合理的判斷，也有不同尋常的顛覆性創(chuàng)造。通過開放式的專業(yè)實驗運行，切實讓有不同需求的學(xué)生都能獲得相應(yīng)的實踐訓(xùn)練，具有定制式、預(yù)約制和分流制的特點。

3.專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容。專業(yè)實驗與綜合實驗和生產(chǎn)實習(xí)不同，應(yīng)根據(jù)學(xué)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(shè)置實驗教學(xué)內(nèi)容，既能培養(yǎng)學(xué)生扎實的實驗基本功，也體現(xiàn)融會貫通，吸收提高再實驗創(chuàng)新的培養(yǎng)目的。比如增加個性化定制實驗，創(chuàng)意實驗以及交叉協(xié)同實驗等，甚至讓學(xué)生和教師不斷受到科學(xué)研究的啟發(fā)和反饋，實現(xiàn)實驗教學(xué)與科學(xué)研究的融合。專業(yè)實驗的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括綜合、創(chuàng)意、創(chuàng)新、設(shè)計、創(chuàng)造、開放乃至創(chuàng)業(yè)等多層次、多模式的實驗體系，實驗技能的培訓(xùn)以單元到綜合為途徑，學(xué)生可以結(jié)合教師或者自己的科研訓(xùn)練項目進行文獻追蹤，基于專業(yè)實驗的開設(shè)，制定出階段的科研實踐計劃，在教師的指導(dǎo)下，從設(shè)計到材料，從器件到模塊，從系統(tǒng)到工程，循序漸進的鍛造學(xué)生的科學(xué)思想、創(chuàng)新精神和實踐能力。值得指出的是，專業(yè)實驗的內(nèi)容除了與基礎(chǔ)課緊密結(jié)合外，還應(yīng)不斷調(diào)整和發(fā)展，保持實驗內(nèi)容的先進性、開放性和科學(xué)性，將新技術(shù)、新方法、新儀器引入到專業(yè)實驗，提升實驗水平?！半p一流”大學(xué)工科的專業(yè)實驗，從發(fā)展層次來講，應(yīng)該和科學(xué)研究、工程應(yīng)用、社會實踐緊密結(jié)合，實現(xiàn)科研平臺承接重大科研項目，專業(yè)實驗平臺導(dǎo)入科技創(chuàng)新，尤其是借鑒公共實驗管理模式，將現(xiàn)代信息技術(shù)和專業(yè)實驗建設(shè)有機統(tǒng)一，比如網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺，虛擬專業(yè)實驗平臺、MOOC系統(tǒng)平臺等。

綜上所述，基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的專業(yè)實驗教學(xué)，契合新工科人才培養(yǎng)的要求，其設(shè)計方案的確立和具體專業(yè)實驗系統(tǒng)的改進、完善和實施都頗具挑戰(zhàn)性。通過引入新模式下學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究式實踐，將原來獨立的專業(yè)實驗納入系統(tǒng)化實驗體系運行實施，有效結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程知識，確保所有實驗環(huán)環(huán)相扣，從設(shè)計到制備，從制作到測試，充分調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)動力，讓進行實驗的學(xué)生切實關(guān)注實驗的設(shè)立、過程與結(jié)果，同時迫切想知道相關(guān)工藝工序流程的實驗內(nèi)容和操作方法，增強學(xué)生對實踐的興趣和投入，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極性，使學(xué)生不僅能復(fù)習(xí)和綜合運用所學(xué)專業(yè)知識，鍛煉動手能力和提高設(shè)計水平，還能建立科研和生產(chǎn)工作的整體概念和全局概念，為后面的生產(chǎn)實習(xí)乃至工作就業(yè)儲備并養(yǎng)成頗具專業(yè)技術(shù)特色的知識、技能、習(xí)慣、思維與精神。采用新模式運行專業(yè)實驗，有利于讓有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的學(xué)生發(fā)揮潛能和特長，彰顯并發(fā)展個性，讓優(yōu)秀的人才脫穎而出。

參考文獻：

[1] 劉偉，鄧志超.我國大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的現(xiàn)狀調(diào)查與政策建議——基于8所大學(xué)的抽樣分析[J].教育科學(xué)，2014，30（6）：79-84.

[2] 陳希.將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿于高校人才培養(yǎng)全過程[J].中國高等教育，2010，（12）：4-6.

責(zé)任編輯 陳 莉