五位一体多功能实验室建设模式及路径探索

耿 涛, 贾英辉, 徐光宪, 陈万志, 冯泽鹏

(1. 辽宁工程技术大学 电子与信息工程学院， 辽宁 葫芦岛 125105;2. 辽宁工程技术大学 矿业技术学院， 辽宁 葫芦岛 125105)

2017年教育部启动了新工科建设,形成了“天大行动”和“复旦共识”,明确提出了在建设新工科专业的同时加速传统工科专业的转型升级,采用新方法、新思路、新模式、新内涵培养大批高素质工科技术人才[1-2]。2015年国务院印发了“双一流”建设实施方案,加速推进教育供给侧结构改革,而一流的本科教育是一流大学的重要基础,是建设一流学科的重要支撑,是大学办学声誉的重要载体[3]。无论是新工科建设，还是双一流建设最终的落脚点终归于本科教学质量的提升,培养学生的创新精神和能力,而目前高校本科教学存在重理论、轻实践,实验室建设和实验教学轻于理论教学和科学研究,导致学生创新实践能力差。由于高校实验室是实验和实践教学的重要载体和支柱,在创新人才培养的过程中具有不可替代的重要地位和作用,因此实验室建设和实验教学水平已经成为高校办学实力的重要标志之一[4-5]。如何切实加强实验室建设和实验教学水平,提高人才培养质量已经成为高校教学改革的重要研究课题[6-7]。结合光纤通信技术与应用实验室的实际情况和专业特点,提出了以“产、学、研、教、赛”五位一体促进实验室建设的新模式，并进行了有益的探索,经过多年的建设与完善,取得了较好的效果。

1 实验室建设背景及存在的问题

1.1 实验室建设背景

光纤通信技术与应用实验室成立于2002年,属于教学型专业实验室,实验室面积144 m2,拥有光纤熔接机、光时域反射仪、光纤通信原理实验箱、误码分析仪、手持光源、光功率计等226台设备。主要承担通信工程和电信工程两个本科专业的“光纤通信原理”实验、生产实习和毕业设计的实践教学任务,实验室和设备年使用率约5 000人时数。近年来专业应用转型发展、学生创新实践能力和创新创业素质的培养需求,对实验室的建设和发展提出了更高的要求：在不断提高实验教学质量的同时需要提升实验室内涵建设,拓展实验室功能,为专业发展、人才培养和应用研究提供强有力的实践平台支撑。

1.2 存在的问题

(1) 实验室功能单一。受历史原因的影响,实验室成立之初是为了服务“光纤通信原理”的本科实验教学,因此主要购买了光纤通信原理实验箱和部分光纤通信工程设备,导致了实验室功能单一。虽然经过设备的整合使用,可完成“光纤通信原理”实验教学、课程设计和相关毕业设计,但主要还是针对基本的实验教学,缺乏系统的多功能一体化实验室建设方案和各种保障制度,没有发挥优质实践教学资源的最大效益和在专业建设、人才培养和应用研究中的整体合力,造成了实践教学资源的浪费。

(2) 实验室建设经费投入不足,设备老化严重[6]。学校从煤炭部直属高校划归省与地方共建高校后,实验室建设经费主要依靠财政专项拨款,由于学校在辽宁省一本高校中招生数量位居第一,外加新建校区的银行债务还贷压力,办学经费尤其是实验室建设经费不足的实际情况十分突出。学校除了以地矿为主的优势学科实验室条件较好之外,其他专业的实验室建设相对滞后,与教育部高校教学水平评估的要求存在着巨大的差距。一方面由于长期没有更新实验教学设备,不但实验设备老化、损坏严重、维修难度大,而且实验内容陈旧、落后,另一方面由于专业建设、人才培养和应用研究的压力逐年递增,这种供需之间的矛盾越来越大。

(3) 实验室开放有限,利用率低。高校实验室在创新人才培养过程中具有不可替代的重要作用,而实验室开放中最核心的问题是实验室开放的理念、管理制度和保障措施[8-9]。由于长期形成的封闭式教学模式,虽然在实验时间和内容进行了开放,但还主要以班级预约为主的实验方式,实验室开放并不彻底,由于缺少具有较强吸引力的教师激励政策,尤其是教师最关心的绩效考核和职称评定方面的措施,导致实验专职教师的主要精力不能用于实验室开放和实验教学研究,导致了实验室和实验设备利用率低下,实验室和实验设备年使用率只有约5 000人时数,形成了资源的严重浪费。

(4) 实验设备研发和实验教师教学能力有待提升。由于历史原因和客观因素的限制,2010年以前实验教学采用的是封装性很强的光纤通信原理实验箱和工程设备。受限于厂家的技术保密,光纤通信实验箱只能开设验证性实验和简单的程序设计性实验,无法进一步开展设计性实验或研发性实验,限制了实验教学水平的提升。由于传统观念和一些客观因素的影响,实验专职队伍建设没有得到应有的重视,缺少实验专职教师在职称评定、绩效考核等方面的制度,导致实验专职教师不能专心于实验教学、积极性不高、实践能力弱、队伍不稳定,这些不利因素影响了实践教学效益的发挥,限制了实验教学质量的持续提升。

(5) 缺少实验教学团队。由于实验教学师资力量有限,目前“光纤通信原理”的实验教学多年来均由同一名实验教师承担。一方面受限于评职称、考核、个人发展及教学的压力,使实验教师没有时间和精力进行实验教学研究和实验项目设计,更没有时间到企业实习和进修,另一方面一旦该实验教师因转岗、调动、攻读学位和其他个人原因不能承担实验课程,临时替课和研究生助课的现象就会非常普遍,单打独斗的实验教学现状不但不能保证实验教学的连续性,更难以提升实验教学水平。

2 五位一体多功能实验室建设模式

光纤通信技术与应用实验室经过多年的实践探索,把教学型专业实验室逐步打造成为“产、学、研、教、赛”五位一体多功能实践基地。以光纤通信技术为研究方向,与多家企业产学研紧密合作,校企共建实验室并共同研发了光纤通信创新综合实验教学系列产品和光纤通信工程仪表系列产品,不但改善了实验室硬件条件,而且实现了实验室的自我“造血”功能,并使研究成果得到了更为广泛的应用。为深入推进实验室开放,加大实践教学资源的利用率,建立了融合实验室的大学生创新工作室——光维工作室,以创新工作室和团队为纽带重新配置教师和实践资源,使光纤通信技术与应用实验室不但作为学生的创新工作室,可以开展大学生科技项目研究和科技竞赛,更是实践教学和实践研究基地,开展教学实践、教学研究和创新研究。这种建设模式促使实验室在要素、资源、功能与服务各方面实现了全方位、立体式的开放与高效利用,实现了实践教学资源收益的最大化。

3 实验室建设实施路径

3.1 拓展实验室建设资金渠道,加大实验室投入

一流的实验室硬件环境是人才培养质量的根本保证,而实验室建设和发展需要持续不断的资金投入和保障。“985工程”“211工程”高校的实验室建设经费相对充裕,实验条件较好,而绝大部分地方高校主要依靠财政专项拨款,由于办学规模扩大和办学经费不足,导致了实验室经费投入不足,设备老化的现象相对突出,有些高校的实验教学设备多年未得到更新,严重制约了人才培养质量的提升[10-12]。

(1) 校企合作共建实验室。光纤通信技术与应用实验室先后与高通公司、北京凌阳爱普有限公司、合肥达春电子有限公司等多家企业产学研紧密合作,校企共建实验室,先后获得价值约70万元的实验设备用于光纤通信系列产品的研发和实验教学。通过实验设备的更新与提升,开发了以实际产品研发案例为教学内容的实验项目,如数字光功率计设计实验、视频光端机设计实验等12项可供学生自主选择的设计性和研发性实验项目,以实际产品研发案例式实验项目培养学生的设计研发能力,取得了很好的实验教学效果。

(2) 申请各类实践项目经费。各级实践教学改革项目的经费本质是一种绩效型财政拨款方式,是以产出和质量为前提的扶持策略。为保障实验室的持续建设与发展,实验教学团队深度挖掘实验室建设的研究成果,近五年来获批了教育部高教司、辽宁省教育厅、中国高等教育学会、辽宁省高等教育学会等省级以上课题共8项,项目经费共计13.5万元,获批了校级教学改革项目22项,项目经费共计8.8万元,项目涉及实验室制度建设、实践教学改革、实验设备研发等内容。以上资金极大地缓解了实验室建设经费不足的现状,促进了实验室持续不断的建设和发展。

(3) 强化自我“造血”功能。由于实验室与多家公司展开产学研务实合作,研发了光纤通信类实验教学系列设备和光纤通信工程仪表系列设备,通过公司的市场渠道进行推广,实验室先后与多家公司签署了实验设备和工程设备的代理销售合同,合同价值320余万元,利润70余万元,实现了实验室的自我“造血”功能,保障了实验室建设和研究的成效,取得了很好的效果。

(4) 争取财政专项拨款。2017年学院实验中心争取了280万元的财政专项经费,其中80万元用于实验室购置日本安立公司的光谱分析仪及配套设备,提升了实验室的研究水平,保障了实验室可开展光器件、复杂光系统等方面的研究与设计。

3.2 构建师生创新团队,提高实验室开放程度

实验室是提高学生创新实践能力的重要基地和载体,开放实验室是一种新的实验室管理模式,体现了以学生为中心,实践教学资源的有效整合和配置[13-14]。为充分利用光纤通信技术与应用实验室的实践教学资源,在充分开放实验室资源的基础之上成立了“光维工作室”校级大学生创新团队和教师指导团队,制定了20余项团队建设、实验室开放的管理制度,逐步创建了以工匠文化和实践文化为内涵的实验室特色文化,形成了以学生为中心、团队为纽带、实验室为载体、项目为依托的实践教学体系。为发挥该实验室优质实践教学资源对理论和实践教学、专业建设和实验室建设等方面的促进作用,挖掘师生团队在人力资源、技术成果方面的独特优势,团队的研发设计案例反哺理论教学、课程设计、生产实习和毕业设计等教学环节,在实验室开放中吸纳优秀团队学生成员积极参与,最大限度地在课外环节开放实验室。据不完全统计,2016年实验室的开放学时数达到了约30 000人时数,起到了很好的效果。

3.3 依托项目和竞赛,提升师生实践能力

学生应用创新能力的提升很大程度取决于指导教师的实践能力能否达到指导要求[15]。光纤通信技术与应用实验室正是由于成立了大学生创新团队和指导教师团队,积极与企业开展校企合作,锻炼和提升了教师的实践能力,形成了强化学生工程实践和创新能力与增强教师专业能力教学相长的运行机制,对学生进行全程综合创新和工程实践能力培养,使创新实践成果通过教师和企业直接转化成生产力,服务地方经济发展,提高了人才培养质量。实验室5年来积极申报各类实践项目,共获批省级以上教学改革项目8项、企业横向课题10余项、校级教学改革项目22项、省级以上大学生创新计划项目16项,指导学生参加省级以上各类科技竞赛获奖200余项,学生受益约1 000余人。正是由于充分发挥了光纤通信技术与应用实验室的实践教学效益,使实验室不仅仅是教学实验室,更是产品研发基地、实践教学研究室、学生科技项目和科技竞赛实验室。通过项目和科技竞赛的历练,不但提升了教师的实践能力,更是培养了一大批学生,使实践资源的各要素达到了优化配置。

3.4 推进实践教学改革,构建实践教学体系

对于光纤通信专业方向的实验课、课程设计、实习和毕业设计环节统筹安排,打破界限,以开放实验室和实验教学团队为依托,以培养光纤通信工程设计和产品研发能力为导向,以学生为中心,采取“实验实训化、实习工程化、设计产品化”的教学模式整合各实践环节的教学内容和方法。

实验和课程设计相融合,使“光纤通信原理”课程的实验学时达到32学时,按照1:2的配套开放学时,不但充分保障了开展设计性实验项目的学时,而且解决了课程设计无实践环境支撑的弊端。同时以实验室产品研发的全套教学案例,全过程培养学生的产品研发和设计能力。

为适应实验教学改革与发展的需要,实验考核方法也需要不断改革与完善[16],建立了反映学生能力的全过程阶段式考核方式,以参与式和体验式的方式最大程度地调动学生的实验积极性。

实习环节以FTTX光纤接入网的设计与规划为方向,针对不同的应用环境对光纤接入网的路由、光纤、参数、设备、方案、造价等方面进行设计,并在实验室中进行工程模拟、设计和实验,解决了以参观为主的实习方式,使学生真正掌握光纤通信网的设计方法,具备设计能力。

毕业设计全部从合作企业研发的产品和指导教师团队承担的实践项目中选题,包括新产品的研发、原有产品的改进与升级等。学生一旦选定毕业设计题目,即进驻实验室开展系统的学习和培训,以毕业设计过程考核管理办法加大过程考核力度,使毕业设计成绩充分反映学生的能力、素质、工作态度和设计成果。

4 结论

实验室建设是十分复杂的系统工程,是高等教育赋予高校的重要职责。只有积极争取、整合校内外实践资源，系统规划和持续投入，才能不断提升实验室建设水平和实验教学质量,培养大批具有创新精神和实践能力的高水平技术型人才。

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