科研试验平台反哺教学的实践与探索

李志军 孙世坤 胡笑涛

摘 要：培养学生实践动手能力和创新能力最直接有效的方法就是将科研与教学融为一体，利用高端科研平台优势和科研活动所具有的独特知识体验功能反哺教学活动，提高人才培养质量。西北农林科技大学“作物高效用水试验研究平台”充分发挥平台资源优势，组建跨学院（所）联合教学研究团队，建设农业水利教学科研协同实验平台，将最新的科研成果引入实践教学，并在创设设计性、探索性实验项目等方面进行了探索性的实践，以期促进工程教育发展及创新人才培养。

关键词：科研试验平台;反哺教学;创新人才培养

中图分类号：G640          文献标识码：A         文章编号：1002-4107（2024）03-0026-03

如何加强高校学生实践动手能力和创新能力培养，推进研究性教学的实施，提高学生的实践能力和创新能力，扭转目前高校人才培养过程实践环节逐渐弱化的趋势，是我国高校亟待解决的问题[1]。研究型大学拥有高水平科研平台，具有高水平的师资力量、科研成果和丰富的科研资源，应充分发挥资源优势，在培养创新型人才实践中担当重任[2]。多年来，多所高校在利用科研试验平台反哺教学方面不断进行实践与创新，特别是在反哺机制与制度建设、平台资源优化等方面进行了多项改革，有效促进了科研与教学的良性发展，为创新人才培养提供了充分保障和有效借鉴。

笔者所在的西北农林科技大学是一所以农为特色、多学科协调发展的全国重点大学，办学目标定位是“突出产学研紧密结合办学特色、创建世界一流农业大学”。要实现这一目标，就必须加强对在校学生的研究探索能力、科研创新能力和实践动手能力的培养，培养创新型人才[3]。为此学校进行了多项改革，其中一个重要方面就是充分发挥科研试验平台优势进行反哺教学实践，其核心是将科研平台优势转化为教学平台优势，实现科研平台反哺教学，科教融合的目标，为培养创新型人才提供有力支撑。西北农林科技大学“作物高效用水试验研究平台”（以下简称“平台”）按照学校改革意见，在科研反哺教学，科教融合方面进行了系统性探索和实践。

一、利用科研平台反哺教学的基础及优势

教学与科研对于高校而言是一体的，是相互协同与共同提高的，两者要是能够融合发展是优化资源配置与科教协同的最好结果[4]。经过多年探索，西北农林科技大学结合节水农业相关专业特色，整合原有科研资源，建设了相对独立、多学科共享的作物高效用水科研试验研究平台。以该平台为基础，汇聚了能够引领学科前沿的高水平研究人才和团队，在优势设备和设施的硬件条件支撑下，完成多项国家级研究项目，并不断创新实验方法及手段，产生多项高水平科研成果，在反哺教学组织和实施方面优势较明显。

（一）科研平台反哺教学的学科基础

该平台重点支撑学科为农业水土工程，从20世纪30年代创建学科时试验研究平台就开始建设。多年来在新型灌区设计，作物非充分灌溉理论与技术、作物对有限水高效利用原理与技术、农田雨水高效利用技术、节水装备设计理论与快速开发技术、西北地区水资源可持续利用等方面作出了开创性研究和突出成就，为学科的发展奠定了坚实基础。现在主要是以开展農业水土工程学科相关研究为主的综合试验平台。为了更大地发挥资源优势，平台整合了国家节水灌溉（杨凌）工程技术研究中心以及旱区农业水土工程教育部重点实验室等10个重点研究基地，挂靠教育部引智基地1个、国家和省部级实验教学示范中心2个，并成立了专门管理协调机构。通过这样的优势组合，学科优势的硬件资源得到重组，而且汇聚节水农业领域高水平科研团队，并以此为基础，组建了“具有较高理论水平”与“工程实践经验丰富”的双师型教师队伍，充分发挥了学科资源优势，为科研试验平台反哺教学提供了充分保障。

（二）科研平台反哺教学的条件优势

平台在建设之初就是为充分满足科研和实践教学需要，重点是满足科研需求，统筹建设的公共基础实验平台。重点建设环境类化学分析实验室、农业气象及环境数据中心、土壤物理参数测试等基础公共实验室23个。根据平台研究方向建设了节水灌溉工程技术与装备，作物蒸发蒸腾量测试系统、旱作农田集雨与水分高效利用技术及产品、农田水分循环及根系监测系统等多个专业性试验平台。目前平台有试验田230亩，实验室面积8 940平方米，实验室百万元以上仪器设备20台（套），50万元以上62台（套），建设了大型测坑系统、根系生长监测系统、灌溉水力学测试系统等试验设施。专业平台设备自研率超过60%，设备使用率超过90%，而且大部分科研装置成为常规专业教学实验仪器，有效提升了学生动手和实践创新能力。

（三）科研试验平台反哺教学科研优势

试验平台反哺教学的一个重要条件就是平台要有较强的科研水平及研究成果。作物高效用水科研平台多年来一直从事该领域的相关研究，近五年来，承担国家和省部级科研项目300余项，横向项目280余项，总经费1.8亿元，并取得了多项高水平的科研成果，具有深厚的科研积累。在绿色低耗灌溉产品、区域综合节水技术模式、旱区蓄水保墒关键技术、国家宏观农业节水战略研究方面取得了显著成果， 特别是基于作物生理机制的节水增效及节水灌溉技术与产品研发方面处于国际领先地位。其科研成果与农业水利工程、水文学及水资源、水利水电工程等专业密切相关，已经成为我国旱区作物高效用水技术的重要研究成果原发地。这些优势科技资源为科研反哺教学提供了有力支撑。

二、利用科研平台开展反哺教学的探索与实践

（一）组建跨学院（所）联合教学研究团队

西北农林科技大学通过广泛讨论与论证，以涉水学科为基础，打破单位体制壁垒，促进学科渗透融合，成立高水平试验研究平台——中国旱区节水农业研究院，实现资源的优势互补，项目、人才、基地的紧密结合。仪器设备实行统一管理，并对外共享开放。新成立的研究院设有专门的管理团队及实验技术团队，管理及技术支撑岗位为专职人员，人事关系隶属研究院。科研人员为兼职人员，以流动岗位为主，受聘的研究院科研岗位其人事关系隶属原单位。在新的体制下进行有机融合，组建统一的教学团队，共同培养研究生，专职科研人员为学生开设新生研讨课，指导本科毕业论文与创新项目，开设讲座，形成协作育人模式，以弥补学院在农业水利技术与装备研发方面培养能力的不足。

所以，西北农林科技大学以科研平台为基础，通过实质性融合农业水利专业力量，形成优势互补的农业与水利有机结合的科研教学团队，特别是有工程技术背景的师资力量有了明显的增强，形成了一支包括教授15名、副教授16名、高级实验师2名和讲师9名的高水平科研教学团队，其中有“长江学者”“万人计划”

“百千万人才工程”“陕西省教学名师”“教育部新世纪优秀人才”等共8人，90%以上科教团队成员具有海外学习和工作经历，协同创新能力及支撑教学能力显著增强。

（二）建设国内一流的农业水利教学科研协同实验平台

经充分调研论证，基于“教学科研共享，本科、研究生实验与科研设备于一体，自主研发与设备购置相结合” 的建设思路，统筹资源，系统规划，立足当前农业水利专业创新人才培养需要，着眼未来学科发展，系统规划平台建设，以自主研发为主，建设具有自动控制功能的灌溉水力学实验平台；以自动遮雨棚、大型测坑群与自动蒸渗仪结合节水灌溉理论的实验平台；以PIV、快速成型机等先进设备为主的节水灌溉设备研发平台；以无人机结合红外成像仪、物联网系统为特征的节水灌溉信息化平台等，有力支撑了创新高层次人才培养。

研究平台先进的教学科研设施为农业水利人才培养及学科发展奠定了坚实基础，也为农业水利工程专业认证、农业水工程国家级实验示范中心建设提供了有力支撑。以此为依托，获批作物高效用水国家工程研究中心和农业农村部作物高效用水重点实验室（学科

群），牵头联合中国农业大学、武汉大学等教学科研单位成立了农业高效用水协同创新中心。平台研制的“作物根系观测系统”和“作物水分关系观测系统”在2016年被美国土壤学大百科全书收录，并分获2016、2018年“全国高校第四届、第五届自制实验教学仪器设备大赛三等奖”。国家教育部、科技部、农业农村部、水利部等部委领导，国内外100多名知名专家到研究平台考察调研平台建设运行模式及科研反哺教学经验，产生了广泛的社会影响。

（三）建立基于学生实践能力和创新能力提升的

多层次、开放式实践教学体系

基于“科研支撑教学、教学科研相长”的思想，平台在针对大学生创新能力培养方面，建立有效的反哺机制。充分利用科研成果及一体化平台，建立了有利于培养学生实践能力和创新能力的“一体化、多层次、开放式”实验课程体系和“基础—综合—专业—研究设计”多层次的实验教学体系，实现了多层次和开放式实验教学。将最新的科研成果和实验技术手段纳入实验教学内容，如将最新研究内容灌溉水力学和节水灌溉新技术研究成果纳入教学内容，新编与新时代灌溉工程需求匹配的教材《水力学》和《灌溉水力学引论》供本科生专业基础课使用。充分利用平台资源，新设本科综合实验，如本科“灌溉实验与测试技术”实验课程就是依托平台最新研究成果及实验方法开设。在实验设计上，以田间土壤含水量及作物耗水量测定为基础，充分利用平台先进的仪器设备设施，综合作物生理生态指标的测定，从而使学生系统掌握节水农业试验最基础的实验方法，并随着平台成果和硬件条件的提升，可进一步创设设计性、创新性实验项目。通过多层次、模块化开放实验，补充完善了灌溉试验技术、水文数据测试测验、土壤与物理等课程实验内容和实验手段。

平台针对创新型学生培养，在实践中采用教学实验与科研实验结合、创新研发实验与基础理论研究实验结合，使大学生承担的创业创新计划项目和学科竞赛具有更为明确的研究目标，而且学校出台办法鼓励教师利用在研项目立项，让大学生选报，确保学生能够参与课题研究，使学生对所学的理论知识有更多的实践机会。在创新实验方法设计上，如设计的“新型微灌灌水器开发”实验项目，在灌溉水力学实验平台实现了从“理论分析—灌水器设计—材料分析—模型制作—水力学性能测试—产品制作”全过程探索；“作物蒸发蒸腾量测定”实验能够在自主研发的“作物蒸发蒸腾量系统”实现从“实验设计—含水量测定—蒸发蒸腾量计

算—参数修订—蒸渗仪验证”等全过程探索性训练，提高了学生的创新意识和解决实际问题的能力。

三、利用科研平台开展反哺教学的成效

（一）培养了一批复合型、创新型农业水利工程专门人才

近五年来，平台充分发挥科研优势，每年申请国家、省级大学生创新创业计划相关类项目30項左右，使得农水、水资、水工等专业超过50%的学生参与到科研创新活动中。学生参与教师承担的科研课题有200余项，学生公开发表论文73篇，还有多项学生创新科技成果获得学校奖励。本科生获水利设计创新大赛特等奖2项，一等奖3项，二等奖3项。西北农林科技大学在

2017年中国水利学会、高等教育水利教学指导委员会联合主办的全国大学生水利创新大赛中获得特等奖，该项目“陶瓷灌水器”就是来自本平台。

目前，平台已支撑本科生完成毕业论文400余篇，其中科研人员参与指导135篇。培养博士后8名，研究生270名（博士52名，硕士218名）。在学研究生165名，其中博士生37名，硕士生128名。以平台为依托完成的“大学生创新创业训练项目”从2017年的9项增加到2021年的26项，本科生参与人数达到300多名，多名学生取得了创新性发现，完成的“粉末、液体原材料自动配比器研制”“一种新型陶瓷贴片式地下滴灌管”获得国家发明专利，申报实用新型专利12个。

（二）有力地支撑了学科发展及专业建设

由于农业水利专业特点，部分教学和科研专业设备无法直接购置，为了更好地进行教学和科研，充分利用平台优势，坚持进行设备自主研发，鼓励和支持仪器设备改造、设备功能挖掘等工作。主要包括：一是作物蒸发蒸腾量测定装置系列设施，具体有作物棵间蒸发测筒、测坑群、蒸渗仪、巡航式作物蒸发蒸腾测定装置等；二是土壤及作物生长类试验装置，具体有植物根钻、植物生长桶、植物生长箱、植物根系观测装置、不同类型土壤入渗装置等；三是基础类试验装置，灌溉水力学试验系统、渠道量水装置、水工模型等，共自主研制设备设施40多台（套），新增了设计性实验、创新性实验项目30余项，极大地丰富了实践教学资源，为教学和科研提供了有力支撑。

平台现已成为专业建设的重要实践场所。通过进一步加强对企业的应用开发技术成果推广，以这些应用开发科技项目（主要是水电设计、节水灌溉设计、灌溉技术及设备研发、灌溉新材料等）为主导，以平台为载体，在校内外培育了一批集科研、教学、实习为一体的人才培养基地，每年接待本科生实践实习1 000多人次。这些基地现在既成为节水农业科研人员进行应用基础研究、技术及装备研发的重要场所，也成为科研反哺教学和学生创新能力提升的实践场所。

（三）成为重要的农业水利实践教学、培训及示范基地

平台已成为学校农业水利工程及相关专业入学教育、专业教育和实践教学的重要基地。西安理工大学、陕西师范大学、中国农业大学等高校本科和研究生来平台开展实践教学及试验工作。通过技术交流和举办各种技术培训等方式为社会提供服务、举办全国灌溉试验、非洲国家节水灌溉技术、上合组织农业技术交流培训等培训班40次，培训3 000余人次，扩大了平台的影响。

四、结语

基于科研平台的反哺教学是解决目前实验实践教学问题的一个重要方法，但其核心是发挥平台的科技创新和资源优势来提高人才培养质量。西北农林科技大学以作物高效用水平台开展反哺教学方式方法进行了多年实践，虽取得了很好的建设成效，但还有许多需要改进的地方，在今后的建设中，还需要进一步提升试验平台的建设水平，丰富和完善平台反哺教学的硬件条件，建立良性的反哺教学机制，促进实验教学方法和技术手段的改进，推进深层次的实践教学改革，这对学生创新精神培养和实践能力提升具有重要意义。

参考文献：

[1]  张弘钧，宗士增，庄众.高水平科研试验平台反哺教学的探索与实践[J].现代教育科学·高教研究，2015（1）.

[2]  唐景莉.形成高校和行业企业联合培养人才的新机制[Ｎ].中国教育报，2011-03-05（7）.

[3]  张永，王庥林.教学科研实验室一体化平台建设的探索[J].实验室技术与管理，2014（2）.

[4]  欧阳山尧，柳思维.坚持科学发展观，创新科研促教学[J].中国高教研究，2006（7）.