面向新工科的高校實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)模式研究

任光輝, 付 威, 吳金棟, 黃東鍵

(中國(guó)民航大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備管理處, 天津 300300)

2017年,教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè),先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”,并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》以及《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》,全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式與中國(guó)經(jīng)驗(yàn),助力高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)[1]。2018年,中國(guó)民航大學(xué)在2個(gè)專業(yè)入選教育部首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目之際[2],對(duì)新工科背景下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式進(jìn)行了積極探索。借力學(xué)?！笆濉币?guī)劃實(shí)施,通過(guò)梳理現(xiàn)有學(xué)科體系、完善實(shí)踐教學(xué)體系等舉措,在全校逐步形成一套從實(shí)驗(yàn)室構(gòu)架、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建設(shè)到實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)等多維度、全方位的、更為適合學(xué)校發(fā)展和提升、可復(fù)制推廣的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)新模式。

1 存在的問(wèn)題

新一輪世界科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶來(lái)的影響是巨大的,高校尤其是行業(yè)高校應(yīng)積極面對(duì)挑戰(zhàn),培育出適應(yīng)新需求和新變化的高素質(zhì)工程科技優(yōu)秀人才來(lái)支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與升級(jí)。實(shí)驗(yàn)室作為高校主要機(jī)構(gòu)之一,對(duì)傳統(tǒng)工科的支撐和新興交叉學(xué)科的形成都有促進(jìn)作用。為主動(dòng)適應(yīng)新工科背景下國(guó)家對(duì)新型戰(zhàn)略人才的需求,中國(guó)民航大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和布局方面的投入持續(xù)加強(qiáng),但目前仍存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

首先,實(shí)驗(yàn)室技術(shù)隊(duì)伍職業(yè)素質(zhì)不達(dá)標(biāo),主要表現(xiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與責(zé)任體系認(rèn)識(shí)不足,很多實(shí)驗(yàn)室儀器與設(shè)備老舊缺失,更新?lián)Q代不及時(shí),管理工作落實(shí)不到位,導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究很難加深和拓寬,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段解決實(shí)際問(wèn)題的能力也相應(yīng)弱化。對(duì)此,學(xué)校已經(jīng)制定相關(guān)制度,以完善實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員培訓(xùn)機(jī)制。

其次,實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與科研成果相關(guān)度和系統(tǒng)性不夠,經(jīng)?？梢姾芏鄬?shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備閑置,使用率低,技術(shù)含量落后。目前亟需為實(shí)驗(yàn)研究人員營(yíng)造良好的教學(xué)、科研環(huán)境,大力倡導(dǎo)產(chǎn)出成果與實(shí)際需求相結(jié)合,并在實(shí)踐中加以運(yùn)用,鼓勵(lì)研究者沉下心來(lái)以解決國(guó)家、社會(huì)、企業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),加強(qiáng)研究成果的獨(dú)創(chuàng)性與創(chuàng)新性,注重成果的運(yùn)用,推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

再次,高校實(shí)驗(yàn)室科研學(xué)術(shù)研究成果交流、推廣、共享及轉(zhuǎn)化機(jī)制不成熟,重理論、輕實(shí)踐、閉門造車現(xiàn)象仍然存在,科研、教學(xué)和應(yīng)用極易脫節(jié),很難相互促進(jìn)和推動(dòng),無(wú)法形成“走出去,引進(jìn)來(lái)”的循環(huán)格局。為了實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)教學(xué)研用”深度融合,只有通過(guò)在機(jī)制上不斷創(chuàng)新,積極鼓勵(lì)通過(guò)搭建多學(xué)科滲透、交叉的知識(shí)體系加深校企合作,創(chuàng)建一個(gè)開放、共享、綠色的交流平臺(tái)。

最后,實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)與管理手段不足,表現(xiàn)在儀器設(shè)備種類多、數(shù)據(jù)共享效率低、實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源缺乏、安全管理平臺(tái)混亂等方面,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室開放率和利用率得不到提高[3]。高校應(yīng)借助高性能計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)式智能終端技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù),實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的信息、教學(xué)、開放、儀器設(shè)備和安全管理。

2 面臨的機(jī)遇

我校作為民航局直屬的一所典型行業(yè)性高校,在面臨民航高速發(fā)展的同時(shí),正處在一個(gè)發(fā)展瓶頸期,目前面臨諸多機(jī)遇：一是成為教育部、天津市和民航局3方共建高校,在今后發(fā)展中擁有更多的資源；二是在雙一流建設(shè)過(guò)程中,學(xué)校的安全科學(xué)與工程學(xué)科、航空宇航科學(xué)與技術(shù)被天津市列為特色一流建設(shè)學(xué)科,將有利于學(xué)校集中力量進(jìn)行學(xué)科內(nèi)涵提升；三是教育部啟動(dòng)新工科建設(shè)工作,學(xué)校2個(gè)專業(yè)進(jìn)入被支持范圍；再有就是民航局已經(jīng)啟動(dòng)實(shí)施《中國(guó)民用航空發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》和《推進(jìn)民航科技教育創(chuàng)新發(fā)展意見》。

為適應(yīng)人才培養(yǎng)模式改革的需要,學(xué)校實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的建設(shè)也將迎來(lái)新機(jī)遇。首先是國(guó)家教育投資在逐年增加,逐步解決高校在“雙一流”和“新工科”建設(shè)過(guò)程中的條件提升；其次是各行業(yè)高校自身在教育教學(xué)改革中的內(nèi)生動(dòng)力,促使實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平不斷提高；再次是新時(shí)期高校教師的責(zé)任感和使命感,為高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了原動(dòng)力；最后是創(chuàng)新機(jī)制的深化實(shí)施和新技術(shù)的高速發(fā)展為實(shí)驗(yàn)室綜合化、立體化提供契機(jī)。

綜上,只有打破學(xué)校原有的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式,借鑒學(xué)校現(xiàn)行CDIO工作坊建設(shè)模式和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),打通人才培養(yǎng)過(guò)程中的專業(yè)限制,實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉融合,方能適應(yīng)和滿足學(xué)校發(fā)展需求,為學(xué)校的復(fù)合型人才培養(yǎng)提供更為科學(xué)、合理的實(shí)踐環(huán)境[4]。

3 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重在頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃。世界著名的實(shí)驗(yàn)室,如英國(guó)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室、莫斯科大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等,在創(chuàng)建伊始就比較完整地提出和明確實(shí)驗(yàn)室的宗旨、任務(wù)和方針政策,確定實(shí)驗(yàn)室定位,并沒有將采購(gòu)設(shè)備、招募學(xué)生等作為實(shí)驗(yàn)室的首要任務(wù)[5]。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)室可以引發(fā)各層使用者在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)掘和研究自己感興趣的項(xiàng)目。只有各類人員不斷創(chuàng)新,才能迸發(fā)出新思想、新方向,但前提是大方向不能過(guò)于偏離。因此,準(zhǔn)確定位和堅(jiān)守初衷,是提高實(shí)驗(yàn)室核心地位的重要前提,也是新工科類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 做好實(shí)驗(yàn)室定位

3.1.1 瞄準(zhǔn)科學(xué)發(fā)展前沿

依照新工科對(duì)學(xué)科的創(chuàng)新實(shí)用性、交叉綜合性與成果導(dǎo)向性的高要求,尤其與信息通信、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)緊密結(jié)合,其實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的起點(diǎn)將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平。此類實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃建設(shè)初期就應(yīng)瞄準(zhǔn)科學(xué)發(fā)展前沿,確保實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的研究方向具有前瞻性和原創(chuàng)性,且能夠保持穩(wěn)定,由此也會(huì)為教育教學(xué)的發(fā)展和變革帶來(lái)潛移默化的滲透[6]。實(shí)驗(yàn)室研究方向也要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和趨勢(shì)適時(shí)調(diào)整,一個(gè)大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該設(shè)立幾個(gè)具有探索性的研究方向,作為未來(lái)的主攻方向,這也就保證了實(shí)驗(yàn)室的可持續(xù)發(fā)展。

3.1.2 突出行業(yè)發(fā)展目標(biāo)

新工科建設(shè)方案中的一個(gè)元素就是企業(yè)或行業(yè)在人才培養(yǎng)中應(yīng)發(fā)揮作用。當(dāng)前,航空、航海等行業(yè)均迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇,這些行業(yè)所對(duì)應(yīng)的高校實(shí)驗(yàn)室,如民航業(yè)對(duì)應(yīng)的中國(guó)民航大學(xué),緊密圍繞我國(guó)民航事業(yè)發(fā)展 “一二三三四”發(fā)展思路以及民航強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的戰(zhàn)略目標(biāo),著力在內(nèi)涵水平、條件平臺(tái)等方面進(jìn)行建設(shè),同時(shí)在科學(xué)研究等方面加大力量進(jìn)行專項(xiàng)攻關(guān),以解決民航高速發(fā)展過(guò)程中遇到的關(guān)鍵難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)行業(yè)與高校之間的高度融合。

3.1.3 厘清學(xué)校學(xué)科體系

新工科是由新技術(shù)結(jié)合相關(guān)學(xué)科專業(yè)相融合的產(chǎn)物。學(xué)科體系清晰、培養(yǎng)方案科學(xué),實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方能成體系、有規(guī)模、高水平地開展[7]。目前的民航業(yè)需要的是既有技術(shù)、又懂管理的復(fù)合型人才,雖然距離現(xiàn)有定義的新工科有一定差距,但已基本明確了行業(yè)人才需求。中國(guó)民航大學(xué)作為國(guó)內(nèi)民航人才培養(yǎng)的搖籃,在“十三五”規(guī)劃中明確提出了“一體兩翼三支撐”學(xué)科體系,涵蓋了學(xué)?，F(xiàn)有的學(xué)科組成。在 “雙一流”和“新工科”緊鑼密鼓的建設(shè)時(shí)期,學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)將不能再延續(xù)以往的建設(shè)模式,必須優(yōu)化和重構(gòu)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)體系,方能實(shí)現(xiàn)多方面的突破,如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)體系轉(zhuǎn)變圖

3.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式基本上都是以教學(xué)和科研相分離,但投資上又剝離不清,在教師和職能部門之間造成很多不必要的誤會(huì)。隨著新工科的提出,學(xué)科交叉融合勢(shì)必帶來(lái)實(shí)驗(yàn)室的綜合化,教育模式上的變革也要求實(shí)驗(yàn)室一體化，但又功能層次分明。

3.2.1 做到頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌規(guī)劃

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)在學(xué)校各類建設(shè)項(xiàng)目中屬于涉及面最廣、技術(shù)含量最高的一項(xiàng)工程,其建設(shè)質(zhì)量的高低直接影響到學(xué)校用戶的使用體驗(yàn)和產(chǎn)出效益。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是學(xué)科、專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容之一,因此,實(shí)驗(yàn)室如何建設(shè)、建成什么樣都取決于學(xué)科專業(yè)的規(guī)劃發(fā)展。新工科的實(shí)施,首先考慮的就是如何搭建實(shí)踐平臺(tái),可以開展哪些項(xiàng)目,只有做到提前謀劃、調(diào)研充分,才能著手啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

3.2.2 形成教學(xué)科研一體化實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)

新工科的特點(diǎn)要求實(shí)驗(yàn)室必須綜合化、專業(yè)化。一個(gè)好的高校實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、高端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及產(chǎn)品體驗(yàn)或展示中心[8]。學(xué)生的不同學(xué)習(xí)階段將分別在這幾個(gè)平臺(tái)里度過(guò),既能通過(guò)低層次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成學(xué)習(xí)任務(wù),又可以通過(guò)高層次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參與教師科研；教師則需要改變現(xiàn)有的教學(xué)模式來(lái)適應(yīng)平臺(tái)的綜合化,也需要不斷地通過(guò)科研成果轉(zhuǎn)化成豐富教學(xué)內(nèi)容,提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3.2.3 做到新技術(shù)的即時(shí)引用

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展以及實(shí)驗(yàn)手段與設(shè)備的不斷更新,利用現(xiàn)代信息技術(shù),特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù),借助模擬、仿真手段和虛擬環(huán)境,根據(jù)不同教學(xué)和科研的性質(zhì)、任務(wù)和要求,探索建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室、綠色實(shí)驗(yàn)室和仿真實(shí)驗(yàn)室等模式的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室[9]。

3.3 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室軟環(huán)境建設(shè)

在新工科建設(shè)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)室建設(shè)更應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)文化素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)治學(xué)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)等軟環(huán)境的建設(shè)。

3.3.1 實(shí)驗(yàn)文化素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)文化素養(yǎng)應(yīng)包括習(xí)慣養(yǎng)成、文化傳承、成果共享等方面。具體而言,習(xí)慣養(yǎng)成即教師或?qū)W生在實(shí)驗(yàn)室必須養(yǎng)成遵守規(guī)章制度、緊扣操作規(guī)程、保留實(shí)驗(yàn)記錄、留存技術(shù)檔案等行為習(xí)慣,一是能夠保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員財(cái)產(chǎn)安全,二是能夠確保實(shí)驗(yàn)室工作有條不紊開展；文化傳承則指的是在實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)建設(shè)過(guò)程中,前輩應(yīng)通過(guò)言傳身教,將實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)形成的良好文化傳遞給新人們,以幫助他們?cè)缛杖谌雸F(tuán)隊(duì),踏踏實(shí)實(shí)地為實(shí)驗(yàn)室工作作貢獻(xiàn)；成果共享則主要體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)成員之間的利益均衡,以幫助團(tuán)隊(duì)成員共同成長(zhǎng)[10]。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)治學(xué)環(huán)境

新時(shí)期的實(shí)驗(yàn)室在嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)踐、科學(xué)合理的同時(shí),也應(yīng)為學(xué)生提供更為活躍的學(xué)術(shù)氛圍,為教師提供舒適的科研環(huán)境。一種好的治學(xué)環(huán)境直接影響廣大師生在實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果,如英國(guó)劍橋大學(xué)培育了69位諾貝爾獎(jiǎng)得主和7位首相,牛津大學(xué)培養(yǎng)了20多位諾貝爾獎(jiǎng)得主和10多位首相,都是在不急不躁、寧?kù)o致遠(yuǎn)的治學(xué)氣氛中誕生的[11]。這種氛圍有利于科學(xué)家全身心地投入原始創(chuàng)新研究,去攀登科學(xué)的頂峰。

3.3.3 實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)室一體化必須依靠物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)來(lái)進(jìn)行管理,從實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、使用、預(yù)警、自評(píng)估等多方面形成閉環(huán)式管理,方能最大化發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的整體效能,達(dá)到實(shí)驗(yàn)室初始設(shè)計(jì)的目標(biāo)[12]。學(xué)校現(xiàn)已著手推行信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、管理的深度融合,建立集門禁系統(tǒng)、閉路監(jiān)控系統(tǒng)、電源與照明智能系統(tǒng)、儀器試劑藥品采購(gòu)系統(tǒng)、安全準(zhǔn)入開放系統(tǒng)于一體的管控平臺(tái),并與學(xué)生和教師工號(hào)、密碼綁定,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行與管理的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),從而達(dá)到降低管理成本和提高管理效率的目標(biāo)。

3.4 加大實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)

由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍會(huì)參與到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、論證、建設(shè)、驗(yàn)收和使用等全周期工作中,所以實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍的水平也就直接決定了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的質(zhì)量和使用效益[13]。新工科下的實(shí)驗(yàn)室建設(shè),需要的是具有更為專業(yè)、更有自信的隊(duì)伍參與其中,從帶頭人到充滿活力的青年員工,都應(yīng)在業(yè)務(wù)素養(yǎng)和管理水平上更高一層,且是一支相對(duì)穩(wěn)定、精力充沛、思想開放的實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍。

4 結(jié)語(yǔ)

新工科背景下,高校要加快培養(yǎng)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)急需人才,主動(dòng)布局面向未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)體系。中國(guó)民航大學(xué)2018年獲批2個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行新工科項(xiàng)目建設(shè),結(jié)合學(xué)?！笆濉睂?shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃的實(shí)施,設(shè)計(jì)了一套在服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求的同時(shí),又能主動(dòng)服務(wù)民航行業(yè)需要的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)新體系,以此成為新工科人才培養(yǎng)的切入點(diǎn),引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)在建設(shè)目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了由單一設(shè)備采購(gòu)到全環(huán)境建設(shè),在建設(shè)路徑上由使用導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)槠脚_(tái)導(dǎo)向,在建設(shè)模式上由設(shè)備以購(gòu)買為主過(guò)渡到自主開發(fā)與購(gòu)置相結(jié)合的全新模式。目前該模式在我?！笆濉睂?shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃實(shí)施過(guò)程中,已得到學(xué)校各層人士的肯定和支持,對(duì)學(xué)校的新工科建設(shè)起到積極的推動(dòng)作用。