面向卓越人才培养的专业实验教学中心建设

张晓俊 许宜申 吴迪 陶智

摘  要：高校专业实验教学中心建设需要立足人才培养需求和专业特色，为卓越人才成长提供有力保障。文章针对传统实验教学中心存在管理制度不完善、实验课程体系陈旧、学科竞赛支持力度不够等局限，通过在完善管理制度、改革实验课程体系、依托学科竞赛促进人才深度培养等方面进行改革探索，充分发挥实验教学中心职能作用，从而提升实验教学实效，培养满足和支撑行业与产业需求的卓越工程人才。

关键词：卓越人才;实验教学;管理制度;课程体系;学科竞赛

中图分类号：G640 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）01-0054-04

Abstract： The construction of professional experimental teaching center in universities must be based on the needs of personnel training and professional characteristics to provide strong guarantee for the growth of outstanding talents. In view of the problems in the traditional experimental teaching center， such as imperfect management system， obsolete experimental curriculum system and insufficient support for discipline competition， this paper explores the reform of the management system， the experimental curriculum system and promoting. the in-depth cultivation of talents relying on the discipline competition. The aim of is to give full play to the function of the experimental teaching center， so as to enhance the effectiveness of experimental teaching and cultivate students. The support of excellent engineering and talents meets the needs of the industry.

Keywords： outstanding talents; experimental teaching; management system; curriculum system; subject competition

《國家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》强调，要把提高教学质量作为教育改革发展的核心任务，倡导要着力提高学生的学习能力、实践能力和创新能力，不断创新实践教学内容、实践教学环节和实践教学手段，全面培养具有社会适应能力和竞争能力的高素质应用型卓越技术人才。同时为主动应对新一轮科技革命与产业变革，“工业4.0”“中国制造2025”等一系列国家战略及教育部于2017年2月开始推行的新工科建设目标，高校要全力探索具有中国特色的工程实践教育新模式，培养一批能够快速适应时代科技变化，具有创新创业能力和解决复杂工程问题能力的卓越科技人才[1-2]。高校实验教学中心的建设应在新时代背景下，对标教育部新工科教育实践要求为基础，应更为强调学科的实用性、交叉性与融合性，全面提高学生的实践能力和创新能力。

本文以苏州大学光电科学与工程学院专业实验教学中心为例，通过近年来在管理制度、实验教学课程内容和体系建设、学科竞赛支持保障等方面的改革和探索，努力实践卓越工程技术人才的培养。在完善体制机制的基础上，优化实验室仪器设备的配置和实验课程体系，突破实验时间性和空间性的限制，让学生在实践过程中逐步掌握发现问题、解决问题的基本思路和方法，建立积极主动参与学科竞赛的实践新理念和以发现和探究为核心的实践新思维，为高校实验教学中心建设提供借鉴思路。

一、实验教学中心建设所面临的挑战

当前国内高校已经充分认识到实验教学中心在学生实践教学中的地位，也着手进行相应的改革和探索，主要通过增加实验投入、增加实验场地、扩充实验师资等方式，取得了一定的成效。但随着新工科建设要求和“双一流”高等教育发展要求的提出，在新形势下对高校实验室建设水准提出了更高的要求。当前在专业实验教学中心建设过程中，主要面临的问题归纳如下[3-5]：

（一）实验教学中心管理制度不完善，信息化建设不足

实验教学中心管理体制的不完善将直接制约其建设和发展，包括实验室长远建设规划方案的制定、实验室管理人员的管理、实验教师的管理、实验学生的管理等。过去实验室建设由于缺少统一规划和长远的发展眼光，只解决当前某门课程、某个实验室的需要。会出现一定的方向性、分散性、重复性建设问题，导致原本有限的实验室资源极大浪费。实验室管理人员、实验教师职责界限模糊，在实验室管理和使用上存在着互相推诿的现象，导致在实验室管理，特别是实验室安全、实验仪器管理上存在一定的问题。学生在进入实验室时规矩意识不清，经常将饮料、食品带进实验室，乱扔纸屑，不注重实验室环境卫生。此外，在实验中心运行过程中，传统的管理方式主要基于纸质的管理方式开展，包括设备的管理、设备的借调、设备的维护等记录，时间一长，管理的纸质文档容易出现丢失现象。由于缺乏监控措施，实验教学设备丢失也时有发生，这些均已无法适应如今教学信息化要求。最后，由于实验室管理人员的工作时间安排，实验室一般只能在工作日才能让学生使用，无法实现包括晚上、双休日在内的7×24小时全天候开放，学生课外希望自主进入实验室开展创新实验的需求无法得到满足。

（二）实验课程体系陈旧，缺乏探究性、开放性实验

实验教学中心的实验大多是依据理论教学，主要对理论知识进行验证，通常都是实验教师在实验前先讲一遍，学生照着做一遍，只要能有实验数据并提交实验报告就算完成任务，并不注重实验对学生独立思考能力培养的实际效果，而且由于探究性和开放性实验数量的缺乏，导致学生对实验的兴趣也不太强烈，甚至会出现应付了事、互相抄袭等现象。而且实验教师一般都采用多年来，甚至十数年来沿用下来的旧版实验教材，不太愿意根据当前学科的发展态势，动态地改进、完善，新增相关实验内容，打磨、开发各类创新性、探究性和开放性实验。因此如何在现有资源条件下，最大化地满足学生的实验需求，在保证基础性实验实效的基础上，增设探究性、开放性的实验，自主开发出一些具有科学特色的虚拟仿真实验项目，努力提升学生的实践能力和创新能力，对各个高校来说都是一项重大的挑战。

（三）学科竞赛支持力度不够，学生实践能力不足

当前实验教学中心的主要职责是满足基础实验需求，为学生提供全天候开放型实验室的条件不够充分，导致有部分学生希望能够利用实验室空余时间进入实验室的意愿很难得到满足。从另一种角度来看，也变相导致实验室资源的极大浪费，通用实验设备，诸如数字示波器、数字万用表、函数信号发生器、电源等都无法实现资源利用最大化。课外学术活动、学科竞赛作为学生专业课程外提升专业素养的重要补充，也无法实现在教学实验中心的统一协调，形成指导教师悉心指导、专业基础好的学生互相协作的良性循环。而这些都不利于对学生实践能力的培养。

二、深化实验教学中心管理体系，促进信息化建设

为完善光电专业实验教学中心制度建设，专业实验教学中心专门出台了《本科实验教学中心职能与管理工作相关规定》，涉及实验室管理人员日常工作制度、学生实验守则、任课教师实验指导工作细则、仪器设备日常管理制度、仪器设备维修维护制度、仪器设备借用制度、开放实验室管理制度7个细则。明确了实验室管理人员、实验教师的岗位职责，对学生进入实验开展实验也提出了严格要求，在实验设备管理上也进行了细化，加强了信息化建设，强化了实验教学中心的管理。

为提高实验教学中心的规范化、信息化管理水平，实验教学中心对各实验室统一安装了门禁和监控系统，实行了统一化管理，并依照开放实验室管理制度，对拟参加各类竞赛和勤奋好学的学生充分开放。经作者申请，本科导师制指导教师同意，实验中心主任审批通过，并进行实验室安全教育后，就能随时刷学生卡进入开放实验室开展自主实验活动。同时在各开放实验室中，也会将历年历届课外学术活动、学科竞赛中所有获奖名单，部分优秀作品通过展板的形式上墙，或者用易拉宝形式放置在实验室中，营造出一种积极向上的正能量学习氛围。通过开放实验室管理制度的實施，学生能够利用课余时间进入实验室，在各类学科竞赛过程中，实现学生便利化进入实验室，充分调动学生的实践积极性。

为提高实验中心资源利用的最大化，实验教学中心改革了仪器设备借用制度，对于基础仪器套件，例如示波器、函数信号发生器、台式万用表、电源，作为一个基础可借用的仪器套件包，放在一辆小推车上，如某个教学实验室需要采用该套件开展教学活动，可向实验管理中心借用，并在实验完成后归还，这避免了因为需要使用而重新购置导致的资源浪费。如果开放性实验室中学生独立开展实验活动中需要借用的话，只要经实验教学中心评估，在保证各实验室基础实验套件数均满足实验需要的前提下，在指定期限内借用给学生使用。通过仪器设备借用制度的实施，能够充分利用实验室现有的设备资源，实现资源共享，提高基础仪器设备的使用效率。

实验中心还完成了实验室管理平台信息化建设，实现了实验室日常工作管理、实验设备管理、开放实验室管理等;也完成了在线实验教学管理平台建设，对部分创新性、开放性实验，还可以通过在线实验教学管理平台在线学习相关资料的方式进行预习，在指定期限内预习完成以后，可在线进行考核，考核通过后可向实验室申请实验时间，并在申请成功的时间段刷卡进入实验室完成相关实验，在线提交实验报告，实验指导教师也可以在线批改实验报告并评分，在线实验报告打印存档等。

实验教学中心通过实验教学中心规章制度建设，探索了开放性实验室的管理办法，通过实验室门禁监控系统建设和信息化建设，促进实验室安全性和开放性，保证了实验室所有资源的最大化利用。

三、革新实验课程体系，强化虚拟仿真实验和探索性、开放性实验

实验教学和理论教学是教学中互为依托、相辅相成的两个方面，理论教学能够指引实验教学，实验教学同样也能够反哺理论教学，只有两者形成合力，才能够为创新型卓越人才创造优越的条件。

在实验课程建设方面，实验中心积极鼓励理论课教师全方位融入实验教学中来指导课程实验，这样既可以丰富课堂教学内容，加深学生在实验过程中对理论知识的理解，也可以使理论教学和实验教学结合得更加紧密。建立以实践能力、创新能力培养为主线的实践教学模式，组织理论课教师和实验教师一起对原有实验教学大纲进行完善和革新，在教学计划中，也努力争取增加实践能力要求比较高的实验课时，适当减少一些演示性、验证性实验，逐步提高综合性实验和设计性实验的比重，开发一些探索性和开放性的实验，按照基础性、综合性、设计性、开放性四个层次设计实验内容，同时在实验考核制度上也进行了改革，对学生在实验过程中所提出的合理和创新设计方法给予肯定和鼓励，实行实验过程化考核，并逐步探索实验教学反哺理论教学的新思路，在设计的开放性实验中，将学生完成的优秀设计实验作品制成优秀实验设计汇编手册，供今后的学生学习参考使用，以拓展他们的实验设计思路。

实验中心通过组建计算机虚拟实验室，不断优化目前的实验课程体系，着力培养学生的自主创新能力。例如在电子测量课程实验中，采用虚拟仪器仿真软件，以计算机硬件和软件系统为依托，能够开发出实现各种与真实仪器同样功能的虚拟仪器。微弱信号处理、信号与线性系统、数字信号处理等课程实验采用了国内外常用的数值仿真软件。

在专业基础性课程中，为契合教育部当前“线上”+“线下”的混合式教学实验新模式，完成了电路理论、模拟电子技术和数字电子技术这三门专业基础课程的互联网+在线仿真实验建设工作，客户端学生实验均有实际硬件电路相对应，硬件资源可以动态地分配，每个实验平台能并发10位学生同时进行在线实验，实验平台在网管和操作平台的支持下，学生能在客户端浏览器上按照实验要求搭建实验电路，配置实验电路各种参数，并实时测量实验数据，截取测试数据和波形，设计并上传电子报告，这样的话学生在宿舍也能通过电子计算机完成电路理论、模電、数电所有实验内容，极大地拓展了实验的时间性和空间性。

此外实验中心还根据一些专业课程需要，结合专业专家教授们的科研成果，协助他们共同自主开发出虚拟仿真实验项目，如图1所示的“病理嗓音识别虚拟仿真实验”，该实验与专业基础课程数字信号处理的实验教学内容相结合，采取虚实结合、虚实互补的实验教学训练模式和训练平台，让学生在该实验的过程中深入理解了采样定理、傅里叶变换、信号频谱特性、FIR滤波器设计等诸多课程中的基础知识要点，通过自主设置相关实验参数等方式来提高学生的分析能力和设计能力，并与目前人工智能、机器学习算法相融合，设计了一些开放性实验，让学生在实验过程中充分领略到“虚拟”技术的魅力，极大地激发学生的学习兴趣，也接触到了当前人工智能主流技术，通过“因材施教”的自主实验设计方式，充分培养了学生的创新意识和创新能力。

为了进一步凸显光学学科的优势和特色，实验中心还新建了光学开放性创新实验室，购置了8套精密光学平台，可完成光学系统像差传函焦距测量综合实验、几何光学综合实验、辐射度、光度与色度学综合实验，使学生掌握光学系统像差、薄透镜、“三度学”等基本概念和原理、物理量之间的互相转换关系、计算和分析方法、测量仪器与测试计量方法等。此外通过精密光学平台的购置，也可以让学生针对本科生导师或者自己感兴趣的课题，自己设计、搭建光路，独立完成从光路设计、搭建、实验、分析结果全过程。这样的话就能够充分培养学生利用所学知识、技术和仪器来解决一些实际问题的能力，最终达到卓越工程技术人才培养的目标。

四、依托科学竞赛，促进卓越人才的深度培养

针对培养高素质卓越人才这一中心目标，实验中心倡导教师的“教”服务于学生的“学”，采用案例式、项目式、启发式等实验教学方法，注重知识、能力和素质结构的纵横向关系，以本科生导师制为抓手，进行全维度的人才深度培养。

对于本专业有着浓厚兴趣和良好基础的学生，实验中心积极创造条件，让学生能够充分利用实验中心现有的场地和设备资源，帮助他们及早参加到本科生导师的科研及工程实践创新活动中去，将科研成果转为人才培养新内容，拓展学生的创新实践能力，丰富实践教学形式和优质资源。

实验教学中心通过一些典型的事例宣传，诸如获得国家级大创或者竞赛获奖同学的事迹，坚持从点到面的原则，争取带动越来越多的学生加入这一深度培养方式中去，践行全覆盖的卓越人才培养理念。实验中心支持学生申报大学生创新创业各类项目，参加大学生电子设计竞赛、光电设计竞赛并在专业期刊上发表相关文章和申请专利，逐步让学生在本科导师制教师的引导下，懂得如何研究课题的方式方法和如何进行团队协作，深度合作学习，培养学生的团队合作精神，为将来升学、就业打下坚实的基础。依托实验教学中心的卓越人才能力提升方式如图2所示。

通过近年来的建设，实验教学中心日臻完善，实验室软件、硬件资源得到最大化利用，实验教学中心的人才培养成效不断提升，在大学生课外学术活动、学科竞赛等方面都取得了丰硕的成果。近5年来，学院学生在全国大学生光电设计竞赛、全国大学生电子设计竞赛、省高校大学生物理与实验科技作品创新竞赛等学科竞赛中，获得全国级奖项14项、省级奖项100余项;本科生作为专利发明人20余项;学生获得各级大学生创新实验计划项目21项（国家级7项、省级6项、校级8项）。

五、结束语

高等学校实验教学中心是高校培养动手能力强、素质能力高的卓越型人才的重要途径之一。随着时代的发展，实验教学中心不能成为高校中的“孤岛”，因循守旧，而应该紧跟时代发展的步伐，按照教育部新工科和双一流高校建设目标的指引，与时俱进，开拓进取，进行全方位、多维度的实验教学改革。

高校实验教学中心只有充分利用依托所在学科的特点和优势，才能在完成基础实验教学任务的基础上，不断赋予实验新的内涵，推陈出新，为开拓学生的实践能力和创新能力创造良好的实验条件，为社会培养出基础理论扎实，动手能力强，具有主动性、适应性学习能力和团队协作能力的高素质卓越人才。

参考文献：

[1]许宜申，顾济华，陶智，等.基于立体实践教学体系的高素质创新人才培养探索与实践[J].高教学刊，2019（23）：36-39.

[2]赵小明，刘宝，姜飞，等.“新工科”背景下大学生创新实验室软环境建设[J].实验技术与管理，2020，37（2）：240-244.

[3]梁建光，鲍丽杰，李维卫.高校转型过程中实验教学中心的建设[J].实验室研究与探索，2013，32（6）：317-319.

[4]杨富琴，周家乐，王嵘.实验教学中心培养大学生创新创业能力的实践与探索[J].实验技术与管理，2020，37（10）：20-22.

[5]叶燕，吴茂成，许宜申.以能力培养导向的混合式专业实验教学探索与实践[J].高教学刊，2019（24）：92-94.