新工科開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室體系建設(shè)研究

李紅雙

（沈陽航空航天大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110136）

0 引言

世界正處于第四次工業(yè)革命的新起點(diǎn)，智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等革命將會(huì)影響所有學(xué)科的工作、問題、創(chuàng)新和解決方案［1-3］。 教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》等通知，探索形成了高等教育人才培養(yǎng)理念與共識(shí)，開拓了工程教育改革新路徑［3-5］。 高校培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的首選陣地，在新工科背景下，一些高校實(shí)驗(yàn)室的硬件、軟件、教學(xué)和管理等方面均做了初步的改革與實(shí)踐，取得了初期的改革成效［6-8］。 筆者對(duì)目前實(shí)驗(yàn)室存在的問題以及現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，結(jié)合多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，提出了新工科背景下開放式學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，改革取得的成果為新工科開放實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新模式奠定了基礎(chǔ)。

1 工科類院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏創(chuàng)新性

高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)理論學(xué)習(xí)知識(shí)的驗(yàn)證，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力的主要教學(xué)環(huán)節(jié)。目前，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式非常單一，實(shí)驗(yàn)基本上都為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。 調(diào)研顯示，大部分高校的實(shí)驗(yàn)類型均是驗(yàn)證性和演示性占主要部分，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)比較少，開放式創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)更少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺少系統(tǒng)綜合性與創(chuàng)新性［9-11］。 教師在實(shí)驗(yàn)過程中起到主導(dǎo)作用，多數(shù)學(xué)生是在“看實(shí)驗(yàn)”，而不是“做實(shí)驗(yàn)”，體會(huì)不到做實(shí)驗(yàn)的真正樂趣。 學(xué)生創(chuàng)新思想和創(chuàng)新意識(shí)沒有調(diào)動(dòng)起來，導(dǎo)致學(xué)生積極性普遍不高。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊

大部分高?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備都很陳舊，絕大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室在設(shè)備共享上都存在很大的問題。 設(shè)備只能為某課程單獨(dú)用，實(shí)驗(yàn)室只有學(xué)生做實(shí)驗(yàn)才開放，實(shí)驗(yàn)設(shè)備分散放置，利用率都很低。 由于經(jīng)費(fèi)問題，實(shí)驗(yàn)室難以引進(jìn)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已無法適應(yīng)學(xué)科前沿領(lǐng)域發(fā)展的新形勢(shì)，不利于新工科人才培養(yǎng)。 隨著高校招生人數(shù)的增加，實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量在逐漸下降。

1.3 實(shí)驗(yàn)室管理封閉

目前，實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的功能以及設(shè)備用途不了解，只能從教材中獲取理論知識(shí)，實(shí)踐操作機(jī)會(huì)很少，無法通過實(shí)踐環(huán)節(jié)驗(yàn)證理論知識(shí)。 實(shí)驗(yàn)室的封閉管理，使得學(xué)生求知欲望減退，甚至不愿意去參與科研類的教學(xué)活動(dòng)。 這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)科研失去興趣。

2 構(gòu)建開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行機(jī)制

教育部提出要加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)，構(gòu)建功能集約、資源共享、開放充分、運(yùn)作高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。 人工智能時(shí)代迅速發(fā)展，機(jī)械類專業(yè)性學(xué)科不是單一的學(xué)科，而是多學(xué)科之間的交叉融合，不同學(xué)科專業(yè)之間相互協(xié)作已是必然之路。 各高校聯(lián)合企業(yè)建立交叉學(xué)科開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是適應(yīng)新工科發(fā)展的必然趨勢(shì)，符合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。 校企聯(lián)動(dòng)構(gòu)建綜合型開放實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，為企業(yè)創(chuàng)新型人才需求培養(yǎng)提供了良好條件，形成縱向銜接、橫向聯(lián)動(dòng)、相互促進(jìn)又相互獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。 以沈陽航空航天大學(xué)為例，建立開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，各學(xué)科之間學(xué)生在各自專業(yè)技術(shù)上相互交流、取長(zhǎng)補(bǔ)短，為新工科院校開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)和學(xué)生的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。

2.1 實(shí)驗(yàn)室預(yù)約機(jī)制

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的實(shí)踐檢驗(yàn)。 開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)固定思維約束，打破只看不做的模式；綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)室全天開放，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及其相關(guān)文件會(huì)在網(wǎng)上發(fā)布，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備儀器自己設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，網(wǎng)上提交，教師審核通過后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備共享機(jī)制

目前，高校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備分布在不同的學(xué)院與實(shí)驗(yàn)室，無法實(shí)現(xiàn)資源更好地共享。 為解決上述問題，建立綜合性開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)資源的共享。創(chuàng)新開放式實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)備協(xié)調(diào)與調(diào)用，多學(xué)科交叉，學(xué)生跨學(xué)科組隊(duì)，可以更好地提升學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。 構(gòu)建開放性自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，還可以滿足控制類學(xué)生的相關(guān)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制

如何評(píng)價(jià)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中做出的成果，按照新工科標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程評(píng)價(jià)體系，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定不再根據(jù)學(xué)生出勤情況以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成好壞作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 在開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，通過考核學(xué)生的方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程小組的分工協(xié)作、實(shí)驗(yàn)過程對(duì)問題的解決以及實(shí)驗(yàn)完成的情況，把整個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程作為考核標(biāo)準(zhǔn)，并不是單純的以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為導(dǎo)向來評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成績(jī)。

2.4 創(chuàng)新成果宣傳機(jī)制

學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)完成的創(chuàng)新成果，實(shí)驗(yàn)室征求學(xué)生團(tuán)隊(duì)同意后，制作相應(yīng)的展板以及通過網(wǎng)絡(luò)等對(duì)其宣傳，讓學(xué)生形成一種自主創(chuàng)新的氛圍，不再畏懼創(chuàng)新。 尤其對(duì)大一學(xué)生早期創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想灌輸，激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新思維。 學(xué)生團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果每年集中一次進(jìn)行展示，為其他學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)形成一種積極的信號(hào)。 學(xué)生創(chuàng)新成果可以申請(qǐng)專利，為后續(xù)學(xué)生繼續(xù)深造打下堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ)。

3 開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室作品創(chuàng)作模式

3.1 構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)

開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室教學(xué)是以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作應(yīng)用能力為理念，構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)式教學(xué)模式，能夠有效地促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室資源的開放共享利用。 為讓學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，建立了開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)通過線上了解實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提交設(shè)計(jì)方案，通過后預(yù)約進(jìn)駐實(shí)驗(yàn)室，完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果。 圖1 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)元件。

圖1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)元件

3.2 團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)創(chuàng)新項(xiàng)目

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品從申請(qǐng)到方案設(shè)計(jì)以及最后制作和加工，全部由學(xué)生小組獨(dú)立完成。 開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐操作能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，學(xué)會(huì)了新知識(shí)與新設(shè)計(jì)操作方案，增強(qiáng)學(xué)科前沿知識(shí)的拓展，激發(fā)學(xué)生探究創(chuàng)造的興趣。

4 開放創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室取得成效

以沈陽航空航天大學(xué)為例，表1 為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開放前后機(jī)械設(shè)計(jì)課程期末成績(jī)對(duì)比，可以看出實(shí)驗(yàn)室開放后2017 屆機(jī)械3個(gè)班級(jí)學(xué)生的成績(jī)明顯高于2016 屆機(jī)械3個(gè)班級(jí)學(xué)生成績(jī)，不及格率明顯下降，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大幅度提高。

表1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開放前后成績(jī)對(duì)比分析

由表2 可以看出，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開放以后，學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力與創(chuàng)新思維有了大幅度提高，參與創(chuàng)新實(shí)踐的人數(shù)越來越多。

表2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目與競(jìng)賽學(xué)生參與人數(shù)

5 結(jié)語

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開放為學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐提供了良好的設(shè)計(jì)平臺(tái)，為新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)，解決了理論課內(nèi)實(shí)驗(yàn)限制學(xué)生創(chuàng)新思維能力的發(fā)揮問題，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)出了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)生創(chuàng)新能力大大提高。 實(shí)踐證明，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開放可以大幅度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，提高學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的熱情，在實(shí)踐教學(xué)中實(shí)現(xiàn)新工科背景下創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。