科研实验室参与本科人才培养的探索与实践

李志军, 胡笑涛, 蔡焕杰, 向友珍

(西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室， 中国旱区节水农业研究院， 陕西 杨凌 712100)



科研实验室参与本科人才培养的探索与实践

李志军, 胡笑涛, 蔡焕杰, 向友珍

(西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室， 中国旱区节水农业研究院， 陕西 杨凌 712100)

结合旱区农业水土工程教育部重点实验室建设，介绍和分析了科研实验室深度参与本科实验教学、本科毕业论文指导、科研指导与训练，参与“大学生创新创业训练项目”等方面形成的模式和经验。经多年探索与实践，科研实验室已成为本科人才培养的重要平台，考研录取率、承担本科生科创项目、发表论文、获批专利、本科毕业论文优秀率等方面均有大幅度增加，对提高学生科研创新能力成效显著。只有进一步利用科研实验室的优势资源，提高参与本科人才培养的深度和广度，才能在本科生创新性人才培养及实验教学质量的提升方面发挥更大作用。

科研实验室; 实验教学; 人才培养; 科学研究; 创新能力

0 引 言

促进科研实验室参与本科教学，充分发挥科研实验室在本科人才培养中的重要作用，是大学本科人才培养特征的内在要求和成功经验，也是提高本科人才培养质量的必然选择[1]。充分利用科研实验室优质仪器设备设施资源，培养具有创新精神的本科生在高等教育中显得尤为重要。为适应素质教育对实践创新型人才的迫切需求，许多高校在教学活动特别是在实验教学过程中对教学模式和方法进行了不断的调整和探索[2-4]。农业水土工程教育部重点实验室在本科人才培养方面进行了实践和探讨。

1 实验室概况

旱区农业水土教育部重点实验室依托的农业水土工程学科是国家级重点学科，其基础设施条件是国内相关研究领域实力较强的平台之一，现有实验室面积3 200 m2，田间试验场17.5 hm2，拥有称重式土壤蒸渗仪、涡度相关仪、波纹比系统、离子色谱仪、光合作用测量系统等大型仪器设备100余台(套)；建有灌溉水力学试验大厅、大型试验测坑、灌溉排水综合试验场等，研究条件的规模化、先进性及综合性居国内外前列。实验室涵盖农业水土工程、植物生理、土壤学等多门学科,具有学士、硕士、博士及博士后完整的人才培养体系。实验室以作物高效用水的生理机制与调控为基础，以水资源高效转化利用技术为核心，综合作物抗逆种质资源的筛选与利用、节水耕作栽培理论与技术等多学科融合和集成，更新研究方法与手段，满足我国作物高效用水技术研究与发展需求，从根本上提升作物高效用水技术整体水平和综合竞争能力。

2 利用科研实验室开展本科教学探索与实践

2.1 开展本科实验教学

本科实验教学是培养学生综合运用知识和提高创新能力，提高学生专业技能的一个重要方面，实验教学包括专业实验教学，课外创新型实验活动[5]。传统实验教学内容以演示性、验证性为主，探索性、综合性实验不足，学科前沿的实验就更少，如果能将教师的最新科研成果引入实验项目中,可使学生了解科技的一些前沿知识,训练学生进行科学研究的能力。[6-7]结合在实践环节开展本科生创新人才的培养的教学实践，近年来节水灌溉技术试验课程、水文测验、灌溉排水等课程实验以农业水土工程科研实验室为基本支撑平台，在课程及实验内容设置上与实验室的研究方向及研究内容一致，要求将科研实验室最新的研究成果和实验技术手段纳入实验教学内容，并且实验内容的设置是和当前的现实需要结合起来，并以科研实验室的研究方向和内容为基础，如在“节水灌溉试验技术”课程实验设置中在让学生确实掌握节水灌溉实验的基本实验技能，了解相关的基本理论和实验目的及要求的前提下，使得学生在实验中能充分理解理论知识，把实验和所学专业知识结合起来，在实验教学中以土壤含水量测定方法及作物需水量测定为重点，并学习作物生态指标的测定，从而掌握节水灌溉试验最基本的试验方法。这样设置目的是重点培养和强化学生动手能力，让学生充分了解和掌握实验方法及设备的操作方法，提高学生的实验技能及实践能力。使得学生在将来在研究生学习或者进入灌区管理等相关单位能顺利进入工作状态[8]。

另外在实验教学方法和手段上充分结合科研实验室设施、设备特点及研究方法，并在教学评价体系上也充分体现实验研究内容及科学分析方法，重点培养他们的动手能力，在实验教学环节上安排了设计性实验，目的是让学生独立查阅资料、设计实验方案、选定实验内容[9]。在经过科研实验室多年的教学实践，如针对节水灌溉实验技术实验课程建立了“示范练习—模拟实践—分析总结”的教学方法，其中讲解示范和操作练习是核心，模拟实践是重点。在实验教学手段上，由于实验所用的设备都是来自科研实验室，不能做到设备3人一台(套)或2人一台(套)，所以对于小型设备可以带到实验现场进行讲解，然后分组进行练习操作，对于大型设备带学生到设备安装地介绍设备功能，并直接让学生操作测试和数据下载。实验结束后进行集中讨论，由学生将自己的实验设计、实验过程、结果分析等制作成幻灯片进行系统讲解，全体同学、任课教师及试验指导教师对所讲内容进行点评。

2.2 承担本科毕业论文指导

农业水土工程实验室依托现有的先进的仪器设备和实验条件，承担了水利与建筑工程学院大量本科生的毕业论文教学工作，为他们提供进行科学实验的条件。实验室以在研课题为支撑，每年承担一定数量本科毕业论文的科研实践任务。在实践中建立了指导教师与实验室硕、博士联合指导的培养模式，由指导教师拟定本科论文主题，制定技术路线，由实验室从事科研的素质较好的硕博士研究生指导具体研究项目实施，这样大大提高了本科生的实践技能和创新能力，为将来工作或者继续读研打下了较好的基础。

2.3 科研指导与训练

农业水土工程实验室自1996年成立之初，一是进行科学研究，另外一个就是本科生培养的实践基地，实验室利用和创造各种优势资源为本科教学服务，目的是增强本科生实践能力、拓宽本科生知识领域，特别是注重加强对本科生的科研能力和科研素质的培养。为了达到这个目的，实验室共进行了两个方面的实践：① 实验室依托所承担的科研项目吸收了一批本科生担任助理，参与科学研究和实验室建设。② 利用实验室进行科研实践教学，每年开学之初，学校就要组织入校新生来实验室进行科研认识参观，由实验人员讲解实验仪器及试验设施的功能及正在进行的科学研究项目，使本科生刚入校就了解本科学习和科研是密切联系相关的，加深学生对专业的学习认识，更有利于他们后边的专业学习；另外在每年的夏收及秋播季节也要组织本科生来实验室进行科研生产实践，并进行评价和量化考核，提高学生综合素质,使学生能够顺利走上专业科研工作的岗位。

3 利用科研实验室参与“大学生创新创业训练项目”

近几年实施的“大学生创新创业训练项目”在全国各高校得到实施和重视，已经作为“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的重要组成部分，其实质就是将第二课堂进行的科研训练以及各类科技创新等活动全面纳入人才培养体系，努力营造崇尚科学、勇于创新的良好氛围，其目的是加强大学生科技创新能力培养，促进科技成果的推广和应用，提升大学生的综合素质[10]。农业水土工程实验室在进行本科实验课程教学的同时，依托科研实验室良好的条件支撑积极参与“大学生创新创业训练项目”，为本科生创新人才的培养服务。实施方式是由本科生为自主参与进行创新性试验研究，科研实验室则是参与的主体。通过实验室开放,逐步培养大学生自觉参与实验的态度，自主选择实验项目完成实验内容，充分调动了大学生对实验的热情[11]。农业水土工程实验室作为农水方向重要的创新实验实践平台，经过几年来的科研创新实践取得了较好的效果。

3.1 申请创新项目

因为本科教育阶段的课程体系涉及多个二级学科，以农业水利工程专业为例就包括农业水土工程、农业水资源与水环境工程、水利水电工程、土壤学、植物生理学等多个二级学科，农业水土工程又包括农业节水理论、灌溉排水新技术、农业水资源保护与利用等研究方向，在确定科研实践方向及申请大学生创新项目时，实验室指导教师确定的整个研究创新团队首先要对研究方向有足够的兴趣。“大学生创新创业训练项目”申请的基本原则是由本科生提出研究选题，在指导教师指导下申请项目，在这个过程中导师的作用很大，导师首先要把有兴趣搞科研的本科生挖掘出来，对有创新意识的学生进行指导，然后把它们组织到一起组成创新研究团队[12]。

导师的指导作用首先体现在选题上，由于本科生很难把握学科的前沿发展动态，学生的自主选题及项目设计在创新性和研究方案的可行性方面受到很大的限制，所以农业水土工程实验室对科研团队开放，组织本科生团队成员参加实验室的课题交流会，了解指导教师的研究方向及研究项目，熟悉该研究方向的前沿动态，在了解和学习的基础上由本科生自主的提出自己的科研创新项目内容，并凝练出创新点及实施方案，然后由指导教师对学生提出的项目进行把关，主要从创新性、可行性方面进行考量，然后给予必要指导和修改，在此过程中尽量发挥学生研究团队的自主性，做到项目从选题到最后申报书完成达到最优，为申报成功及实施打下良好基础。

3.2 创新项目指导

对于申请成功进入科研实验室实施“大学生创新创业训练项目”科研创新项目和实验室其他科研项目一样进行严格管理，由导师及项目负责人对组成创新团队进行人员分工，进行科研资料检索学习、试验实施方案设计、相关的试验设备及材料的准备、试验实施及数据分析等科研实践活动。在整个科研实践过程中导师要给学生充分实践的机会，以锻炼学生的动手能力及分析解决问题的能力，通常情况下导师会指派一名优秀的研究生进行现场指导，负责试验过程中的相关仪器设备的使用培训，实验数据规范测量、记录的指导，以及解决试验中遇到的其他问题，这样就保证了项目的顺利实施。通过这样的教学实践，深刻体会到开放性创新实验在培养自主学习能力，激发创新意识，提高创新技能，培养创新素质中所起到的重要作用[13]。科研实验室先进的实验设备设施、丰富的智力资源及严谨科学的管理是“大学生创新创业训练项目”科研创新项目能够顺利完成的重要保障。

本科生通过项目的实施对这些大型仪器设备的了解和使用，可以将理论知识和实践技能结合起来；通过与科研人员的近距离接触与交流，可以掌握最新的科研动态和学科发展的方向，有助于延伸和拓展知识面，提高科研能力，为自身的科研创新活动奠定基础[14]。对大学生而言，通过在科研实验室进行试验研究，不仅是对专业理论的进一步理解掌握，更重要的是在实践过程中，形成符合优秀科研人才所具备的深厚的科学精神和素养。

4 科研实验室参与本科人才培养实践的成效

经过多年来科研实验室对参与本科生培养工作持续的摸索和实践，水利与建筑工程学院本科生对学习节水农业的相关专业知识充满了兴趣，对从事节水农业研究及技术推广工作表现出了很高的热情，同时也奠定了他们从事农业水土工程学科相关研究的专业基础和能力。取得的成效主要表现在以下几个方面:

(1) 在本科实验教学方面，创新了实验教学方法，并将最新的科研成果引入到实验教学当中，极大的激发了本科生考研及参与与本专业相关科研项目的热情。通过这几年的实践，“示范练习—模拟实践—分析总结”的这种教学方法和手段在科研实验室这个平台下让本科生学习到该领域最先进的设备及测量方法，认识从理论到实践的整个过程，而且能够让本科生及时了解实验室开展的科学研究情况和当前国内外的研究热点及研究动态,培养了本科生开展科学研究的浓厚兴趣，周末及寒暑假都有本科生主动申请来实验室参与科研活动。目前，与实验室研究内容相关的3个本科专业的考研录取率达到60%以上。

(2) 在本科毕业论文指导及科研训练方面，结合实验室在研项目进行毕业论文指导及开展专门科研实践教学，实验室指导教师及科研助手全程进行指导、答疑解惑，使学生尽快进入专业科研领域，接触学科前沿，掌握科学研究的基本思路、方法和手段，培养和提高学生收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析、解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作和社会活动的能力[15]。近3年来，实验室承担的本科毕业论文达到80多人，其中优秀率达到了30%以上，本科生发表科技论文30余篇，申报专利12个，不少学生已取得了创新性发现，这些毕业生的科研能力及素养得到了工作单位和专家的认可。

(3) 在参与“大学生创新创业训练项目”申请和指导方面，以在导师指导并以科研实验室为基础平台的申报方式在实践中取得了良好成效。近3年来，以农业水利工程实验室为依托申请的“大学生创新创业训练项目”科研创新项目从2012年的9项增加到2014年的16项，共申报获批33项，其中国家级13项，参与的本科生人数达到150余人，参加水利设计创新大赛两届，获二等奖3项；完成的“可调水头孔口管嘴实验仪”获得国家专利，成果已经应用到实验教学中；团队中参与大学生挑战杯、陕西省数学建模等学科竞赛，发表论文45篇，项目总数、参与人数及成果数量有逐年增加的趋势。

5 结 语

科研实验室全方位的参与本科人才培养服务，在实践中只有进一步发挥和利用科研实验室的优势资源参与本科人才培养的深度和广度，将人才培养与科研相结合，进一步挖掘现有科研实验室潜力，发挥实验室仪器设备功能，实现实验室功能的自我扩展，发挥实验室最大效益，更大发挥科研实验室在本科人才培养中的作用，将对本科人才培养及实验教学质量的提升具有很重要的价值，更有利于本科创新人才的培养。

[1] 杨 凡,汤家骏.研究型大学科研实验室参与本科人才培养的模式探析[J].实验室研究与探索，2012，31(12)：194-196.

[2] 吉爱国.综合性实验教学模式的探讨与实践[J]．实验室研究与探索，2007，26(1): 94-96．

[3] 卢雪梅,金小宝,朱家勇.构建综合性科研实验室，促进教学与科研的双赢[J].科教文汇，2010,33(11)：61-62.

[4] 龙 勇，谢 建，袁 静,等.推进重点实验室改革，促进教学科研发展[J].实验室研究与探索，2014,33(4)：247-250.

[5] 霍晓阳,历长云.创新型实践教学与科研实验室建设相关性研究[J].科教文汇，2012(11)：24-25.

[6] 李一峰.高校实验教学改革的思考[J].实验室研究与探索,2008,27(4):111-112.

[7] 冯 端.实验室是培养创新人才的摇篮[J].实验室研究与探索，2008,27(10)：1-3.

[8] 李志军,胡笑涛,张富仓.节水灌溉试验技术实验教学实践与探索[J].高校实验室工作研究，2013(1)：24-26.

[9] 杨 红,云 霞.高校实验室在人才培养中的地位与作用[J].实验技术与管理，2011,28(7)：288-289.

[10] 侯亚彬,李俊勇.科研实验室促进本科教学工作[J].实验室研究与探索，2009,28(7)：144-146.

[11] 姜 晶,赵阿勐.实验室开放与大学生创新能力相结合[J].实验室研究与探索，2010，29(7)：201-203.

[12] 刘忠德,杨晓明,陈 敏,等.科研实验室服务本科生创新性实验的探索[J].药学教育，2013，29(5):49-51.

[13] 臧立娟,王凤艳,夏自进.开放性创新实验教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索，2014，33(4)：207-209.

[14] 李范珠,包 强,赵燕敏,等.发挥高校科研实验室作用,加强大学生创新能力培养[J].实验技术与管理，2010(9)：21-23.

[15] 谢晓梅,王凤平,汤曙明，等.实验教学中心的建设思路与运行模式[J]. 实验室研究与探索,2005,24(2): 103-105.

Exploration and Practice for Undergraduate Training in Research Laboratory

LIZhi-jun,HUXiao-tao,CAIHuan-jie,XIANGYou-zhen

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education,Institute of Water-saving Agriculture in Arid Areas of China, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Research laboratories involved in undergraduate teaching is an inevitable choice to improve the quality of undergraduate education. It is important for research laboratories to participate fully in undergraduate training model, and to improve students’ innovative ability. Taking the Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education, Northwest A & F University as an example, the models and experience of the research laboratory to participate deeply in undergraduate teaching, graduation thesis of undergraduate research guidance, research guidance and training and "college students innovation training project" are introduced in this paper. Through the exploration and practice for many years, the scientific research laboratory has become an important platform of the undergraduate education. Postgraduate admission rate, undergraduate innovation projects, papers, granted patents, the excellent rate of undergraduate thesis have increased by a big margin. It has improved the students' innovation ability of scientific research with remarkable results. Only to further utilize the advanced resources of research laboratories, and to improve the depth and breadth of participation in undergraduate training, can make the laboratory play a greater role in the cultivation of innovative talents and improve the quality of experiment teaching.

research laboratories; experimental teaching; talent cultivation; scientific research; innovation ability

2015-03-25

李志军(1976-)，男，陕西千阳人，硕士，实验师，主要从事节水灌溉试验技术教学与研究。

Tel.：02987092473； E-mail: lizhijun@nwsuaf.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)01-0230-04