重点实验室在本科生创新能力培养体系中的作用

郭万里， 许 玲， 许丽芬， 盛 清， 梁宗锁

(浙江理工大学 浙江省植物次生代谢调控重点实验室;生命科学学院,杭州 310018)

0 引 言

我国大学生创新能力的培养是一个历史性问题。2000年以前，本科生培养主要以精英模式进行，该模式为社会的发展提供了大量的人才，但其缺陷也逐渐显露出来，教学模式以“满堂灌”“死记硬背”为主，学生以获得高分，进而获得体面的职业为“铁律”，高分低能、眼高手低、缺乏个性、创新能力不足成了当代大学生普遍的现象[1]。然而，由于国情问题(发展经济、拉动内需、提高国民素质、缓解就业压力等)，这些问题没有得到彻底解决时，国家于1999年宣布大幅度扩大大学生招生规模，拉开了高校扩招的序幕[2]，也是本科普及教育模式的展开。新问题层出不穷：师资匮乏、监督缺乏、奖励机制不完善、教师积极性不高，导致学生理论学习与实践之间的鸿沟扩大化；本科生实践经费(科研、试验等)在扩招后显得严重不足，导致实践环节管理缺失，本科生综合素质下降严重，普遍存在自身定位不足，缺乏承挫和分析解决问题的能力[3]。另一方面，令人振奋的是，随着互联网的普及，教学模式的转变，国家对大专院校的持续投入，新老问题正在逐步获得改善和纠正。特别是国家级、省部级和地方重点实验室的建设，以及产学研相结合教学模式的开展，正在扭转专业理论教育与实践教育脱节的问题。因此，如何培养高素质、创新型的本科生已成为教学改革的一项重要内容。

大学生创新能力的培养是一个世界性问题，发达国家投入了大量的资源。以美国为例[2]，加州理工学院在上世纪初就开始了本科生科研训练模式的探索，1979年成立“夏季本科生科研计划”，旨在为学生提供与本校教师、研究中心以及公司进行科研合作的机会(产学研模式)。1969年，麻省理工学院Margaret LA MacVicar提出了本科生研究机会项目，鼓励本科生参与到教师的科研项目中。斯坦福等一批名校相继制定了本科生科研训练计划，以实现培养创新型人才的社会需求。在美国国家自然科学基金会、本科生科研理事会、卡内基教学促进基金会等组织机构的推动下，本科生的科研活动已经实现制度化和规范化，形成了科研训练、创新能力培养的综合体系。国内，清华大学考察了美国本科生创新训练计划后，于1996年开始进行学生科研训练计划；1999年，中国科技大学试点大学生研究计划。此后，国内众多“985”高校开始了本科生科研训练的尝试[2,4]。统计分析发现62%的学生认为通过参加本科生科研项目，在专业学习上有了很大提高；60%的认为增加了师生之间的交流；58.7%的认为自己在科研上的能力有所提高[2]。因此，如何弥补理论与实践教育的鸿沟，是培养本科生创新能力的根本问题之一。

大专院校各级重点实验室是培养本科生创新能力的最佳平台之一。《教育部重点实验室建设与运行管理办法》和《教育部重点实验室评估规则(2015年修订)》提出，实验室应吸引优秀本科生进入实验室，应注重研究成果向教学内容及时转化，积极与国内外机构和企业联合培养创新人才。目前，本科生的实验性教学为验证性教学，创新思维的引导不足[5-6]。重点实验室的研究水平较高，具有国内或国际一流水平；承担重大项目，开展学术交流和合作；优秀的创新团体、良好的科研氛围、高水平的实验平台和实验技术体系[7]。重点实验室能克服验证性教学的弊端。然而，重点实验室主要为科研和高级人才培养等服务，对本科生很少开放，很难兼顾本科生创新能力的培养。近10年来，国家和地方建设大专院校重点实验室的同时，也注重实验室在本科生创新能力培养体系中的重要作用，但相关的制度、管理等还和创新培养体系脱节[6]。因此，这些重点实验室的时代任务之一是融入本科生创新能力培养的综合体系，从创新源头为本科生的培养提供基础。

近几年，科研教学团队以浙江省植物次生代谢调控重点实验室为依托，初步建立了本科生创新能力培养的综合体系，达到培养本科生创新能力的目的。

1 浙江省植物次生代谢调控重点实验室简介

浙江省植物次生代谢调控重点实验室经过多年的建设，现有研究人员49人，正高11人，副高20人，有博士学位教师40人，博士学位比例达到81.6%，45周岁以下年轻教师36人(73.5%)。已形成一支以中青年为主的高水平、高层次、专业结构合理、多学科交叉、专业多样，能力互补的研究队伍。实验室以植物次生代谢调控研究团队为核心，结合生物技术、生物制药和海洋生物技术研究等的发展趋势和浙江省生物医药产业现状，形成了围绕植物次生代谢调控研究方向为核心的系统研究体系，包括植物次生代谢调控分子机理、种质资源及微量复杂成分分析、药用植物规范化种植、种苗繁育和生物反应器、植物与微生物互作中次生代谢调控等的研究方向。实验室以“瞄准国际前沿、围绕国家需求、结合地方经济发展、强化专业特色、全面合作开放”为发展战略，努力将实验室建成国内一流、国际上有影响、专业特色鲜明的开放式实验室，使之成为浙江省乃至全国植物次生代谢调控研究的技术创新、科技成果转化和人才培养的重要基地。

2 对本科生创新能力培养的必要性和意义

重点实验室对本科生开放是培养大学生的创新、团结协作、理论联系实际等的能力；发现、分析和解决问题的能力；养成良好的科学素养，形成严谨的科学作风；完善大专院校培养高素质人才的综合培养体系。教育部《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》(2007年)要求：“推动高等学校加强学生实践能力和创新能力的培养，加快实验教学改革和实验室建设，促进优质资源整合和共享，提升办学水平和教育质量。建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系”。即弥补本科教学过程中传统实验教学和纯理论教学的不足，前者是培养本科生的实验技能，掌握实验的基本原理和方法，但欠缺创新性，后者导致“眼高手低”。通过重点实验室的开放，学生丰富了基础理论知识，拓展了思路，奠定理论、实践、求是、创新相结合的综合知识体系而受益终生。同时，高素质创新本科生的培养也为实验室的长期发展奠定人才资源基础[8]。

3 构建本科生创新能力培养新体系

重点实验室的主要任务是承担科研项目，如何在本科生创新能力综合培养体系中起作用，需要多种措施来保障。实验室坚持以“培养创新型大学生”和“因材施教”为原则，采用多种措施构建本科生创新培养综合体系。

3.1 加强制度建设

良好的制度是实验室运转的保障，该制度既能方便学生(课余时间)，又方便教师的管理体制。学院在重点实验室管理制度的基础上，根据本科生的情况制订了本科生开放制度。本科生进入实验室的时间在大二下学期，多数学生没有接受系统的培训，如何在短时间内让学生熟悉实验室的运转体系，尽早加入团队，成为了本科生进入实验室的第一道障碍。因此，学院在研究生管理机制的基础上制定了本科生管理的制度体系，包括“本科生进入实验室的资质和要求”“本科生预约制度”“本科生退出制度”“本科生导师制度”“研究生助理导师制度”“本科生实验室安全制度”“本科生仪器使用注意事项”“本科生仪器操作培训制度”“实验室本科生培养奖惩制度”(同时含对研究生和教师的奖惩条款)“实验室本科生科研项目管理制度”等。这些制度在本科生进入实验室的不同阶段起到引导、教育和规范的作用。

3.2 本科生创新能力培养的管理举措

制度建设是保证本科生训练的基石，如何实施是综合培养体系建设的关键问题之一。由于本科生处于快速适应学习阶段，针对不同的学生展开管理。对于低年级学生(大一、大二)，主要采用宽松的引导管理模式，以讲座形式向学生介绍专业前沿知识；组织学生参观，了解实验室的主要研究方向和内容, 培养科研情趣；引导学生了解实验室的运作模式；教师定期参加本科生论坛, 向本科生展示实验室的最新研究进展。

对于兴趣强烈，渴望进入实验室从事科研的优秀本科生(大二、大三)，以重点实验室所编制的制度为标准，以在研项目为依托进行管理。通过3年的实践，实验室的具体管理措施如下：

(1) 资质申请。每学期前2周是学生资质申请的集中时期。导师初步了解学生的成绩、科研素养、科研爱好和感兴趣的课题，然后指导该生撰写项目书。该过程不仅增加师生间的交流和相互了解，还培养学生撰写科研文本的能力。最后学生填写申请表，与项目书一起提交到实验室管理处。申请通过实验室团队评审并提出合理建议后，由导师签订指导责任书，资质申请结束。另外，如有优秀的学生不在申请期限内申请，可根据具体情况灵活处理，但规定的程序不能省略。

(2) 安全教育措施。学生进入实验室的首要任务是安全学习，时刻保持安全意识[9]：制定严密的规章制度，提高管理者的责任心；由教师集中授课培训，主要包括自我保护常识、仪器使用安全、实验室管理安全等，1周内必须通过考核，主要形式是笔试和现场观摩；建设和完善各类安全设施；举办各种实验安全知识讲座, 增强学生的安全防范意识；组织学生进行有针对性的演练，应对突发状况。教师和有经验的学生遇见问题及时纠正。

(3) 文献阅读和科研立项训练。学生在资质申请阶段撰写了立项书，由于时间较短，系统性和科学性不足。这里要求导师筛选5～10篇与课题高度相关的文献，让学生认真研读，并通过文献阅读完善立项书，同时撰写学习心得，做PPT并汇报，为专业报告能力的培养奠定基础。该过程锻炼学生的自学、文字表达和知识归纳的能力。

(4) 研究生助理导师制。一些优秀研究生能指导本科生的具体实验技术，同时减轻指导教师的压力，从而产生了研究生助理导师[10]。研究生助理导师的职责是负责本科生平时的实验管理，包括实验室常识规范、仪器安全使用。该法以不同形式在其他实验室也取得很好的效果[10]，通过“传、帮、带”的模式，减轻教师负担，锻炼研究生的组织能力，也为研究生的课题提供帮助，形成双赢的局面。但指导教师必须全权负责本科生的指导工作。

(5) 预约管理措施。由于实验室承担着繁重的科研任务，难以满足本科生随到随用的需求，预约是解决该问题的有效方案，实验室根据学生人数、实验条件，有序地向学生提供服务[11]。一般情况下，要求本科生提前1周进行预约，在研究生助理导师的帮助下填写预约单(所用仪器、实验内容，实验方案，预期实验结果等)，由实验室管理人员根据具体情况来安排。导师要对实验内容、方案等负责，在有限的时间内取得更好的实验结果。学生按预约时间进行实验，如有变更，及时与管理人员或研究生助理导师沟通，提高实验室空间和仪器的使用效率。

(6) 实验记录。在科研训练中，实时实验记录是体现学生专业素养最重要的方面之一[12]。记录包括实验的内容、目的、具体操作程序、现象、原始数据、分析结果、所用试剂和仪器等详细信息。导师或助理导师不定期检查实验记录，及时给予指导，做到数据有据可查，为成果的总结或发表提供原始资料。学生在科研训练结束后，必须向实验室提交实验记录、报告等材料，并鼓励学生公开发表学术论文或参与专利申请。

(7) 学术训练。本科生主要利用业余时间参加学术训练，①参加实验室主持的各类专家学术报告会、论坛或讲座，鼓励学生多提问题；②参加定期召开的实验室例会。学生通过训练，从高年级学生、博硕、教师处吸收营养，同时还要根据实验进展或文献研读做报告，锻炼专业思维、学术交流的能力，提高专业素养。另外，例会上要求学生提出问题或困难，团队人员对所有问题和困难进行逐一讨论和分析，最后给出解决的方案和措施；③参加其他实验室或校际间的交流，促进学术思想的交叉和拓展，发现和解决实验室内部无法解决的问题和困难；④鼓励学生参加公开学术研讨会，开阔视野、借鉴好的思维策略，了解前沿热点问题。

(8) 科研训练评估。本科生科研训练的评估是多方面的[13]，这里主要包括2方面：①成果评估，包括研究报告、学术论文和平时评价；②科研过程评估，包括答辩、科研态度、创新意识、学习能力、团队协作能力、效率等。评估的方式根据制度进行，主要包括导师、助理导师、团队成员和学生自评互评相结合。评估等级分为优秀、优、良好、中等和差。

3.3 落实本科生创新能力培养的保障措施

本科生科研创新能力的培养是一个循序渐进、谆谆善诱的过程，除了有效的制度和强力的实施措施，还需要一些保障性措施来支撑。

(1) 宣传。重点实验室具有较全的、完善的、先进的设备体系，物质与人力资源优势，如何吸引优秀的本科生需要适当的宣传，也是重点实验室的重要工作之一。①选择好宣传的时间和对象，主要针对大一下学期至大二上学期较合适。我校采用“大类培养”的模式，二年级才选专业，这个阶段尚未开设专业课，学生对专业方向、课程和科研了解的不多。因此，宣传有利于引导学生进行专业方向的选择，培养其在某方向的兴趣爱好。主要措施是：有计划地组织参观，以介绍实验室的研究方向、科研成果为主，特别是与国家发展战略与专业的关系，这涉及到本科生就业的社会大环境和专业发展趋势，以及展示具有吸引力的产品等。②组织实验室学术带头人、知名专家、教授等讲授他们的奋斗历程及事迹等，或从“科研创新思维”角度让专家们结合自身的经历，生动形象地吸引学生的兴趣。

(2) 经费保障。重点实验室各类项目对本科生培养的资助力度较大，这里主要是导师的科研项目经费；浙江省、学校和学院对本科生创新体系的建设都非常重视，例如省级、校级和院级“新苗人才计划”“大学生科研创新训练计划”,各级“大学生挑战杯”等不仅为大学生创新能力的培养提供了经费，也是学生科研创新训练的荣誉。实验室为“浙江省大学生生命科学竞赛”等项目单独划拨经费支持，优秀本科生都能从中受益。另外，实验室的仪器设备纳入到全省大型仪器协作平台，获得财政的支持。这些措施保障学生不用担心科研创新培训经费问题。

(3) 激励措施。激励对象主要是：学生和教师。对学生的激励措施是，学生参加竞赛等所获得的名誉外，学校给予免修学分或增加学分的政策，实验室也有一定的奖励；经专家认定的优秀学生，提高实验总成绩或相关实验课免修，在研究生免试推荐方面适当倾斜。对教师(包括研究生助理导师)的激励措施是，给予指导本科生的教师经费支持、核算工作量；设立了实验室年度优秀指导教师奖，奖励成效显著的教师，同时在职称晋升评审时，优先考虑这方面的因素。

(4) 设置勤工助学岗位。由于实验室管理岗位较少，学生参与管理能缓解实验室运行的难题，本科生勤工助学岗位主要通过导师和助理导师的指导，每位进入实验室的高年级优秀本科生要协助实验室的日常管理，精通一台仪器(10万元以下)的操作。该模式能让实验室全天都有教师或学生值班，提高仪器使用的效率。同时，这种岗位还有“传帮带”的作用，即激励高年级学生将自己的知识和经验教给“新生”，鼓励“新生”向高年级学生、研究生和教师请教问题。其溢出效应是学生熟悉仪器的用途，感受科研的氛围，启发学生主动提问、探索的精神，为后续的科研进展奠定良好的基础。

(5) 做好学校后勤保障。特别是暑期，有2个月，如果学生能专心地接受培训，能在短时间内提升本科生的综合素养和科技创新能力，这也是国内外重点大学重视“暑期学校”的原因之一。国外的“暑期学校”比较成熟[2]，国内北大、清华、中科院等高校科研院所的“暑期学校”也逐渐展开。但如何把实验室与“暑期学校”结合的实践较少，特别是地方高校。实验室通过与学校相关部门协调，为本科生暑期留校期间的食堂、寝室、实验室等协同，解决了学生的后顾之忧。

(6) 开设专业前沿技术课程。实验室的研究一般都衔接前沿和先进的仪器，如能给学生开设相关的课程，必定能促进学生创新能力的培养。一些学校已经有了这方面的经验[14]，结合实验室的优势，开设了“现代生物技术前沿”“分子生药学”[15-16]“现代仪器分析与操作”等课程，其他课程也在规划中。

3.4 实验室拓展外部空间培养本科生

重点实验室与国内外研究机构交流频繁，与国内多家企业有合作，在学生培养方面，一方面促进学生广泛参与国内外学术交流活动，一方面“产学研”结合，让学生到生产一线实践、参观、实习等方式培养学生的实践和理论联系实际的能力。

学生广泛参与国内外交流和学术活动。依托实验室与国内外一些著名大专院校和科研院所建立的科研和教学合作关系，例如清华大学、浙江大学、哈佛大学、密西西比大学、约翰英纳斯研究中心、田纳西大学、东卡罗来纳州立大学等，并聘请知名学者为客座教授。主要形式有：邀请客座教授和专家为学生开讲座，与学生面对面地交流，讲授专业领域内的轶事、前沿进展、实验设计、科学素养等，培养学生的兴趣、了解专业发展趋势、掌握学习方法和科研的策略；结合校际和实验室间的交流，鼓励学生走出去参观或短期交流，培养学生的交流和实践能力，拓展多维度思维能力。

实验室与企业间的交流和合作比较广泛，“产学研”相互促进[17]。通过实验室的协调，学生能亲身体验自己所学知识的用途，同时，也成为这些公司的人力资源储备库，提升自己的实践能力。

4 存在的问题和解决的可能方案

经过3年的实践，实验室在构建本科生创新能力综合培养体系上初见成效，学生进实验室是培养其创新能力的有效途径之一。由于重点实验室建设时间较短，还存在不完善的地方，需要继续实践和探索：①建立的各种制度、措施还不完善，需要根据具体情况和借鉴其他实验室的优秀管理经验进行修订；②实验室开放程度有待扩大，大、中型仪器设备利用效率不高，影响和限制了学生创新能力的培养，进一步探索管理模式的变革，促进资源的合理利用；③实验室仪器设备实验技术人员缺乏，操作和管理水平有待提高，需要强化实验技术人员的培训和研究生助理导师制度的完善。

5 结 语

浙江省植物次生代谢调控重点实验室建设以来，在本科生创新培养体系上进行了较多尝试，实践表明：通过重点实验室培养，学生增加了专业兴趣、开阔了专业视野，增强了创新意识、独立性和综合能力，就业竞争力得到了提升。同时，实验室资源得到合理利用，综合教育模式得到完善，据不完全统计，近2年来，学生获得全国挑战杯一等奖1项，二等奖1项，3等奖2项，浙江省大学生生命科学竞赛一等奖2项，二等奖8项，三等奖9项，发表SCI论文7篇，其他论文16篇。

综上所述，传统的高校教学主要集中在理论和验证性实验教学，这已经不能满足社会对创新型人才培养的需求，因此，在推动本科生创新能力培养方面，重点实验室开放是解决该问题的一种有效途径[18]。进一步完善本科生综合培养体系，让学生积极参与实验室科研项目，多与著名专家接触，聆听他们的科研传奇，感受实验室的科研氛围，养成良好的科研素养和树立团队协助精神，提高学生的综合素养。