大學(xué)生技術(shù)裝備研發(fā)能力培養(yǎng)探索與實(shí)踐

楊 軍，喬林珂，賈肖靜，梁子晨

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）a.深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室b.力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京100083）

0 引 言

研究型大學(xué)都把培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才作為辦學(xué)目標(biāo)，國(guó)內(nèi)每所雙一流研究型大學(xué)都擁有至少一個(gè)本科生研究項(xiàng)目。國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是我國(guó)基礎(chǔ)研究和裝備研發(fā)的技術(shù)高地，在提高我國(guó)知識(shí)創(chuàng)新水平、發(fā)展高新技術(shù)、培養(yǎng)和聚集優(yōu)秀人才上發(fā)揮了重要作用［1-2］。

根據(jù)多年《科研導(dǎo)論》課程教學(xué)和作為科研項(xiàng)目主持人的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我校開(kāi)展的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，分析存在的問(wèn)題與不足，提出一種以指導(dǎo)教師在研課題為背景，依托大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)，立足技術(shù)和裝備研發(fā)為導(dǎo)向的本科生創(chuàng)新訓(xùn)練的指導(dǎo)方案，并在實(shí)踐中收獲良好成效。

1 研究問(wèn)題的提出

1.1 研究問(wèn)題的背景意義

創(chuàng)新的事業(yè)呼喚創(chuàng)新的人才，高校肩負(fù)人才培養(yǎng)和技術(shù)研發(fā)雙重任務(wù)。但長(zhǎng)期以來(lái)，受到傳統(tǒng)教育理念影響，高校提供給學(xué)生們實(shí)踐創(chuàng)新的機(jī)會(huì)很少，學(xué)生掌握的往往是書(shū)本上的理論知識(shí)，缺乏創(chuàng)新的意識(shí)和能力。如何借助創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目激發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新興趣，體驗(yàn)真實(shí)的科研工作，培養(yǎng)創(chuàng)新能力是亟待解決的問(wèn)題。

1.2 實(shí)施條件

我校自2013 年起全面實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，要求大二至大四年級(jí)本科生全部參與，以小組的形式合作完成一項(xiàng)科研項(xiàng)目［3］。2014 年起實(shí)行的“本科生全程導(dǎo)師制”創(chuàng)新舉措，旨在培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神、責(zé)任感和科學(xué)精神［4］。深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，歷經(jīng)10 年建設(shè)，現(xiàn)已有固定資產(chǎn)2.3 億元，配備具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型實(shí)驗(yàn)儀器20 余臺(tái)套，擁有教授9 人，副教授12 人，博碩士導(dǎo)師25 名。實(shí)驗(yàn)室已初步建成了以深部巖體“力學(xué)特性”“破壞模式”“災(zāi)害控制”為主要方向的科學(xué)研究平臺(tái)和人才培養(yǎng)基地。項(xiàng)目主持人承擔(dān)的科研項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的在研項(xiàng)目

2 大學(xué)生技術(shù)裝備研發(fā)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

2.1 現(xiàn)狀分析

制造企業(yè)若要形成強(qiáng)大的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力，裝備技術(shù)的自主化研發(fā)至關(guān)重要。結(jié)合近5 年來(lái)“本科生全程導(dǎo)師制”和“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練”的契機(jī)，深部巖土力學(xué)地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京）積極探索本科生裝備技術(shù)研發(fā)能力的培養(yǎng)，拓寬與一線生產(chǎn)企業(yè)的聯(lián)系與合作。每年積極選拔一定數(shù)量的教師和學(xué)生進(jìn)行裝備技術(shù)的研發(fā)。

2.2 存在的問(wèn)題

我校前期開(kāi)展的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練取得了很大成效，但是針對(duì)大學(xué)生裝備技術(shù)研發(fā)能力培養(yǎng)的訓(xùn)練項(xiàng)目數(shù)量比較少，同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

（1）教學(xué)體制陳舊。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)之間區(qū)分不明顯，導(dǎo)致受學(xué)生重視程度不高。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練作為實(shí)踐環(huán)節(jié)，雖然在最終考核環(huán)節(jié)會(huì)評(píng)定檔次。但不記入學(xué)分和考分，受制于傳統(tǒng)的教學(xué)體制，在學(xué)生心中地位不高，因此對(duì)技術(shù)裝備研發(fā)的重視程度不高，動(dòng)力和熱情不足。

（2）原始創(chuàng)新性不足。企業(yè)的研發(fā)往往從實(shí)際需要出發(fā)，而大學(xué)生更為熟練掌握的是理論知識(shí)，技術(shù)裝備研發(fā)往往是對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)和裝備進(jìn)行模仿式創(chuàng)新。從最終形成的成果上看，許多大學(xué)生技術(shù)和裝備研發(fā)形成的都是可行性分析報(bào)告，距離真正的研發(fā)還有一段距離。

（3）大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目計(jì)劃粗略，執(zhí)行控制不力。學(xué)生并不確切知道自己需要做什么，編寫(xiě)的計(jì)劃書(shū)缺乏牢固的根基，而作為研究型大學(xué)的教師，承擔(dān)著一定數(shù)量的教科研工作以外，還承擔(dān)研究生的指導(dǎo)與培養(yǎng)工作，對(duì)裝備和技術(shù)研發(fā)指導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間不夠充裕，以致部分項(xiàng)目在執(zhí)行階段缺少指導(dǎo)而失敗。

（4）裝備技術(shù)的研發(fā)與市場(chǎng)現(xiàn)實(shí)需要脫節(jié)。大學(xué)生大學(xué)前很少接觸社會(huì)，缺少社會(huì)歷練和市場(chǎng)洗禮，因此對(duì)市場(chǎng)的需求了解有限，同時(shí)對(duì)技術(shù)和設(shè)備的可行性、實(shí)用性、成果轉(zhuǎn)化的可能性把握很差，導(dǎo)致大多數(shù)裝備和技術(shù)研發(fā)與制造企業(yè)脫節(jié)，與市場(chǎng)需求脫節(jié)，最終只是紙上談兵，難以落地實(shí)現(xiàn)。

（5）學(xué)生可支配時(shí)間較少，并缺乏資金支持。技術(shù)和裝備研發(fā)，從前期的計(jì)劃書(shū)撰寫(xiě)到后期推向市場(chǎng)，都離不開(kāi)研發(fā)人員時(shí)間的投入和資金的支持。學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的過(guò)程實(shí)施階段正處在學(xué)生大量學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課的階段，學(xué)生課程多，課業(yè)任務(wù)繁重。而創(chuàng)新的成本和風(fēng)險(xiǎn)很大，學(xué)校為每個(gè)項(xiàng)目資助的0.6 萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)難以覆蓋支出。

3 創(chuàng)新訓(xùn)練的模式探索

為解決上述問(wèn)題，必須制定切實(shí)可行的研發(fā)目標(biāo)和詳細(xì)的研發(fā)計(jì)劃，選擇指導(dǎo)老師和專(zhuān)家對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行全程指導(dǎo)［5］。利用教師具體的在研項(xiàng)目，在充分利用實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，遴選一定數(shù)量的教師和學(xué)生進(jìn)行技術(shù)裝備的研發(fā)探索，可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力、提高實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備利用率、改進(jìn)教學(xué)模式、完成科研項(xiàng)目、研發(fā)技術(shù)裝備、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備。

3.1 研究思路

根據(jù)教師現(xiàn)有的在研項(xiàng)目細(xì)化出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行儀器設(shè)備、裝置的研發(fā)制作以及專(zhuān)利的申報(bào)。將提前擬定開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓遴選的學(xué)生和預(yù)設(shè)的題目之間進(jìn)行雙向選擇。通過(guò)學(xué)生參與科研項(xiàng)目、完成項(xiàng)目的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)而完成儀器設(shè)備的自主研發(fā)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，圍繞實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備或是發(fā)明新設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)中不斷探索學(xué)生的管理模式、優(yōu)化培養(yǎng)方案，最終達(dá)到預(yù)期目標(biāo)［6-7］。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施方案制定的技術(shù)路線圖見(jiàn)圖1。

圖1 技術(shù)路線圖

3.2 實(shí)施措施

研究課題的過(guò)程分為前期準(zhǔn)備、過(guò)程實(shí)施、后期結(jié)項(xiàng)3 個(gè)階段。

（1）前期準(zhǔn)備。①充分研讀學(xué)校關(guān)于“本科生全程導(dǎo)師制”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練”等相關(guān)政策文件，以之為前提建立本項(xiàng)目的指導(dǎo)方針。②細(xì)化和遴選教師的科研項(xiàng)目，設(shè)置學(xué)生感興趣，難易適當(dāng)?shù)目蒲姓n題。③完成學(xué)生與課題之間的相互匹配，落實(shí)相關(guān)專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)員、企業(yè)專(zhuān)家顧問(wèn)、輔助性參與實(shí)驗(yàn)的博碩士研究生。④安排實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和儀器設(shè)備的使用時(shí)間。

（2）中期實(shí)施。①在指導(dǎo)教師精準(zhǔn)監(jiān)督指導(dǎo)下，由本科生自行根據(jù)所選擇的科研課題，制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。②在專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)員的幫助下，學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，如遇到問(wèn)題，可由研究生輔助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。③實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)老師有意識(shí)地加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、過(guò)程的優(yōu)化，儀器設(shè)備優(yōu)化的意識(shí)和能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行裝備和技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化［8-10］。④做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集整理，按要求記錄手冊(cè)。

（3）后期結(jié)項(xiàng)。①學(xué)生總結(jié)成果，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和結(jié)題報(bào)告，并針對(duì)存在的問(wèn)題，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，改進(jìn)裝備儀器。形成專(zhuān)利、論文并投稿。②指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生撰寫(xiě)的項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告進(jìn)行審訂，同時(shí)總結(jié)實(shí)驗(yàn)課程和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的指導(dǎo)模式，積累經(jīng)驗(yàn)，形成教學(xué)方案的改革。

4 研究結(jié)果與分析

依托科研項(xiàng)目、注重校企對(duì)接、針對(duì)性地設(shè)置難易適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)題目、明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)以及良好的管理模式，是課題取得很大成效的重要原因［11］。依托國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以技術(shù)裝備研發(fā)為導(dǎo)向的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)施近3 年來(lái)，共完成了5 項(xiàng)的科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，申報(bào)了4 項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利、2 項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，申報(bào)專(zhuān)利明細(xì)見(jiàn)表2。由本科生撰寫(xiě)的相關(guān)論文5 篇，商業(yè)計(jì)劃書(shū)9 份，優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造實(shí)驗(yàn)小型儀器8 臺(tái)。這些圍繞科研項(xiàng)目開(kāi)展的大學(xué)生技術(shù)裝備研發(fā)實(shí)踐，學(xué)生一方面熟悉了行業(yè)知識(shí)，參與教師的科研項(xiàng)目，另一方面提高了創(chuàng)造能力和水平，提升了開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目效果，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)［12］。

表2 申報(bào)專(zhuān)利情況表

研究方案之所以能夠取得成效，主要是定位精準(zhǔn)、選題明確、針對(duì)性強(qiáng)。特別是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采取以下三個(gè)方面的措施。

（1）定位清晰。充分剖析在研項(xiàng)目，結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)資源，設(shè)置本科生感興趣并且難度適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)課題，并給予學(xué)生自主研究的空間，寬容失敗，尊重學(xué)生的自主選擇權(quán)。

（2）構(gòu)建四位一體的教學(xué)新模式。同時(shí)選拔企業(yè)研發(fā)專(zhuān)家顧問(wèn)和博碩士研究生共同輔助參與，保障時(shí)間的充分利用和實(shí)驗(yàn)各個(gè)階段平穩(wěn)進(jìn)行。在各個(gè)階段完成后，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與不足，逐步形成以本科生為主導(dǎo)，研究生作為輔助參與，企業(yè)專(zhuān)家顧問(wèn)及時(shí)點(diǎn)睛、指導(dǎo)教師全程監(jiān)督指導(dǎo)的四位一體教學(xué)模式。

（3）實(shí)驗(yàn)期間為學(xué)生創(chuàng)造良好的科研氛圍。包括籌措充足的資金支持、與專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)員的對(duì)接落實(shí)到位、協(xié)調(diào)好學(xué)生所需的場(chǎng)地及相關(guān)配套設(shè)備和原材料。本科生有助于實(shí)驗(yàn)室的科研項(xiàng)目推進(jìn)，但是他們首先應(yīng)被當(dāng)作學(xué)生，其次才是研究人員。不能僅把他們當(dāng)作助手，犧牲其個(gè)人發(fā)展。同時(shí)從學(xué)校、學(xué)院、指導(dǎo)教師三個(gè)方面籌措充足的經(jīng)費(fèi)保障實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行［13］。

5 結(jié) 語(yǔ)

“中國(guó)制造2025”將工程裝備及高新技術(shù)研發(fā)作為制造業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。近年來(lái)，以“去產(chǎn)能”為導(dǎo)向的煤炭資源開(kāi)發(fā)由過(guò)去的粗放型逐步過(guò)渡為標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)型開(kāi)采。以教師的在研項(xiàng)目為依托，結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)開(kāi)展的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目既能讓學(xué)生能體驗(yàn)真實(shí)的科研和實(shí)踐［14-15］，增強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和熱情。該模式的實(shí)施在實(shí)現(xiàn)學(xué)校學(xué)科、科研優(yōu)勢(shì)向本科教學(xué)和人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)移的同時(shí)，乘著“中國(guó)制造2025”的東風(fēng)，提升實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備自主研發(fā)能力及水平，進(jìn)而推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展［16-17］。