卓越工程师教育培养计划下的高校实验室建设

卓越工程师教育培养计划下的高校实验室建设
彭丽云;郝丁;高军
【摘要】“卓越计划”人才培养定位于创新能力和工程能力,高校实验室是学生上述能力培养的主阵地,在人才培养方面发挥着重要作用,在新的形势下,实验室需进行相关建设来满足“卓越计划”对人才培养的需求.基于上述需求,从高校实验室多层次的实验教学体系建设和与之相对应的实验教学项目建设、实验教学模式建设、环境资源建设和教师队伍建设几个方面,重点探讨高校实验室在“卓越计划”下的重点建设问题和建设方法,以最大限度的发挥实验室在卓越人才培养中的作用.
【期刊名称】《实验室科学》
【年(卷),期】2017(020)002
【总页数】4页(P195-198)
【关键词】卓越计划;实验教学体系建设;实验教学项目建设;实验教学模式建设;环境资源建设
【作者】彭丽云;郝丁;高军
【作者单位】北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044;北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044;北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044【正文语种】中文
【中图分类】G482
“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)是《国家中长期教育改革和发展纲要(2010～2020年)》提出的高等教育改革重大项目［1］，致力于培养造
就一批具有较强创新能力、适应经济社会发展需求、具备国际竞争力的工程技术人才;为国家走新型工业化道路，建设创新型国家提供强大的人才支撑。

目前参与高校194所，包含“985工程”大学27所、“211工程”大学38所、普通本科院校110所、新建本科院校19所，占全国开设工科专业的普通本科院校总数的19．1%，覆盖了全国除新疆、西藏两地的29个省市［1］。

高校实验室是学生学习和掌握知识技能的重要基地，实验教学作为培养学生动手能力的重要手段，在学生实践能力和创新能力培养方面具有不可替代的作用［2］。

大量科学原理的发现和科技成果的出现均依赖于实验室这样一个阵地。

“卓越计划”的特点在于创新，在于理论和实践的结合，在于工程中的应用，实验室无疑为学生提供了这样一个场所，在实验室内，学生可以进行多种模拟实验，进行多种综合型设计创新实验。

通过这种方式既可以使学生对所学知识的认识由感性上升到理性，又可以使学生的综合知识得到不断加强，实践应用能力不断提升，提高学生的创新思维和创新意识［3］。

随着2010年“卓越计划”的实施和2014年“卓越工程师教育校企联盟”的成立，卓越工程师教育在当今高校占有了重要席位，高校实验室势必要进行相关建设以保障“卓越计划”的顺利实施。

本文以“卓越计划”为背景，对高校实验室的教学体系、教学模式、环境资源和教师队伍建设等方面进行了论述，以便在“卓越计划”中更好的发挥实验室的能力，培养创新型人才。

“卓越计划”的特点之一是“强化培养学生的工程能力和创新能力”。

创新能力的培养是一个循序渐进的过程，是在掌握大量专业知识后的一种综合应用能力，实验教学要以此为原则，建立一个多层次、渐进型的教学体系，以满足学生在不同知识水平下的实验要求。

即要探索建立一个涵盖“基础教学实验→综合设计实验→解决实际问题的应用型实验”的多层次的、立体式的实验教学框架体系。

1．1 基础实验教学
基础实验教学内容是教学所必须的基本实验，主要包含一个或多个单项实验，配套教学进度来展开，重点强调学生对书本上专业知识的理解并对其进行基本实验技能的训练。

通过基础实验教学，使学生初步掌握实验的原理、目的、方法技能等，培养学生初步分析和解决问题的能力。

以土木工程专业学生的土力学实验为例，基础实验包含土的含水量测定、液塑限量测定、颗粒分析、土的相对密度测定、土的密度测定等内容。

这些实验是教材中指定的学生必做的内容。

基础实验的特点是实验内容单一、实验参数明确、实验方法简单，指导教师需要做详细的讲解和指导，使学生掌握这些基本的实验技能，对土性有一个初步的了解。

1．2 综合设计实验教学
相对于基础实验教学，综合设计实验教学涵盖了设计的层面，从最初的基本性质过渡到综合与设计，这就需要学生掌握更多的专业知识。

通过综合设计，对书本上知识的理解得到高度升华，使学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力大大提高。

以土力学实验为例，在学生学习完了土的压缩特性之后，需要设计一个压缩实验，来判别土的压缩性，测定土的相关压缩指标，为设计提供基本参数。

这个实验较之前的基本实验难度加大，实验时间增长，测试内容增多，需要进行一定的设计。

设计内容之一，压缩前应力历史的考虑，固结还是不固结;设计内容之二，快速压缩还是标准压缩;上述选择依赖于学生对实际工程状态的理解，依赖于对压缩特性本质的理解;鼓励学生自行设计实验方案，自行选择仪器，并说明所做实验参数能用于何种工程情况;而非给定实验条件和实验类型，学生可以根据工程兴趣自行寻找实验土样和工程背景，说明该工程背景中为何要进行该项测试，目的是什么?以此来提高学生的兴趣，激发学生的创新思维。

有别于基础实验教学，综合设计实验教学中，教师不再是实验的全面执行者和讲解
者，教师的作用主要体现在引导、解惑和判断上，学生在实验过程中最大限度的发挥了自主能动性。

1．3 应用型实验教学
应用型实验教学位于实验教学的最顶层，其主要目的是培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力，创新思维始终贯穿其中。

应用型实验是针对少部分学生开设的选修课，也可以部分容纳到本科生科技立项中。

实验内容或具有一定的创新性，或有明确的工程背景，或可以用到具体的工程实践中，这些特点和“卓越计划”的要求高度一致。

在实验开始之前，充分发挥学生的能动性，使其在教师的指导下，能够利用所学的专业知识，加上科技文献的查阅或实际工程调研，找出可以进行实验的内容;在经过指导教师评估实验的可行性、预期研究结果的有效性之后，学生
开始自主实验设计，并开始进行相关实验。

以土木工程专业为例，学生在施工课程中了解到粉砂土路基填筑困难，但北京存在大量的粉砂土，如何变废为宝，对其进行利用，学生对此产生了极大兴趣，成立了一个小组专门进行“粉砂土路基填料改良技术研究”，旨在通过改良来实现利用的目的。

实验内容看似简单，但其具有明确的工程应用前景，也极大的提高了学生对实验的热情和兴趣。

有别于前面两种实验，应用型实验教学提出了更高的要求，从实验立项到实验设计、开展、数据分析及最后的报告撰写，每一步都要求精益求精，对实验结果要求进行论文撰写，以扩大实验结果对实际工程的指导作用。

实验教师的地位进一步得到了弱化，但关键环节，如实验设计的合理性、实验过程的规范性、实验结果的正确性等，均需要由指导教师进行全程指导和掌控;对实验教师的要求除了具备基本的实
验技能外，较强的综合专业能力也是必不可少的。

实验室工作的首要目标是实验教学和科学研究，实验项目是实验教学的核心依据［3］。

通常，实验项目的设计是由实验室管理工作的职能部门组织各实验教学中
心、专业负责人、课程负责人，根据专业人才培养的目标或课程教学大纲及关于实验教学的要求，依托现有实验教学环境资源，开发设计实验项目［4］。

就此来看，现有的实验教学项目是最大程度上满足了教学培养计划的要求，履行了教学大纲中对实验教学的基本要求。

而“卓越计划”具有三个培养特点:一是行业企业深度参与培养过程;二是学校按通
用标准和行业标准培养工程人才;三是强化培养学生的工程能力和创新能力。

就此
看来，行业企业在培养中占据了一席之地，因此，实验教学项目的制定应该邀请业界专业人士的介入，以其行业的、标准的眼光来进行实验教学项目的制定;实验项
目应能满足学生日后工作的最低实验要求，实验过程应严格遵循业内行业标准和规范。

此外，与“卓越计划”对应的“多层次的实验教学体系”需要一个全新的、多层次的、实践性为主的实验教学项目设计与之对应。

在实验教学项目制定中，要分别针对“基础实验”、“综合设计实验”和“应用实验”制定详细的实验项目。

其中“基础实验”可根据教学大纲的要求按常规方法制定;“综合设计实验”要在业界
指导下，结合培养计划和教学实际情况，在学生实验能力调研的前提下，综合制定，并根据实验情况进行动态调整，不断完善;“应用实验”考虑和业界的结合，将实
验内容涉及到企业具体的项目，使学生从企业获得问题，进而寻找解决问题的实验方法。

这部分实验项目个体差异较大，自由度较高，在制定实验项目内容时仅从面上进行指导，给学生和指导教师最大的自主权，给企业提供一个真实的实验基地。

为便于日常教学和课程安排，常规的实验教学以班为单位，在实验教师的指导下，在统一时间内，分组进行。

该方法具有便于管理和组织协调的优点，在“多层次实验教学体系”的“基础实验”中应用，优势显著。

但“综合设计实验”和“应用实验”由于涉及时间长、人员自由组合度高，宜采用“开放式”的教学模式。

所谓开放，包含以下内容:
(1)实验内容的开放。

主要是针对学生兴趣和业界需求，确定实验内容和所需的知
识点预备，鼓励学生结合实际工程、现有文献资料和自身兴趣，制定个性化实验内容，充分调动学生的积极性，提高其对知识的探索能力。

(2)实验时间的开放。

主要是指实验时间从原来的课堂变为任意，实验内容一旦确定，依据其难易程度，只要求其在一定时期内完成，而不约定时间。

学生可以在业余、在实验室的开放时间内、在指导教师的指导下自主进行实验。

如鲁越青［5］等在“对高校实验室建设与教学管理职能整合的思考”一文中，介绍了采取类似的实验时间开放的管理方法，取得了较好的效果。

(3)实验人员的开放。

主要是指参与实验的人员按照兴趣自由组合，这种做法打破
了班级界限，责任清晰，极大的培养了学生的分工合作能力和团队协作精神。

(4)实验室的开放。

主要是指实验室的开放时间从原来的当堂课开放，转变为工作
日的全天开放和休息日的部分开放，工作日白天的工作由指导教师配合完成，晚间、休息日的工作由实验室助管学生完成。

同样也包含实验设备的开放，学生可在实验要求使用仪器的范围内，自行选择仪器来使用，在其使用过程中对仪器做到管理同步。

环境资源建设的根本任务是满足实验项目教学的实际需要，同时兼顾教师科研的需求［6－7］。

为了能够科学配置实验教学中心的环境与实验教学、科学研究仪器
及设备资源，必须以保证实验项目教学需要、推进实验室开放、实现创新实践基地建设目标为依据［8］。

环境资源的配置应在满足基本教学的基础上，向着实践型、创新型方向发展，充分考虑业界需求，以提高学生综合素质和创新实践能力为主要目的，同时要考虑实验室的特色及综合发展。

如建筑工程技术实训基地，配备了建筑工程施工领域的多种机械设备，可以重现建筑施工行业诸多重要技术和工艺，学生既可以参观模型，又可以模拟施工现场，进行模拟作业;还提供了系统的、高层次的研究型实验设备及
场地，可进行以下研究:如高效预应力新结构体系、设计计算方法、专用设备、施
工工艺研究;软土、膨胀土地基加固处理研究;桩基设计计算、成桩工艺、动力测试
技术研究;室内环境标准与用能标准研究;围护结构保温隔热设计与施工技术、节能
门窗设计与制造、节能型建筑设备与系统技术研究;节能砌体建筑抗震技术等方面
的研究。

无论是参观、模拟实验还是高级的综合设计创新实验，都体现了“卓越计划”与业界结合、培养学生的工程能力和创新能力的要求。

通常，学校各实验教学中心的实验技术、管理人员配置，应该在管理部门综合考评的前提下，根据实验教学工作量、资源资产值及属性、管理工作需要统筹考虑，配合人事处科学制定实验室工作人员的定编管理办法，探索固定和流动相结合的用人方式，以满足实验教学的需要，优化配备、科学定编［9－10］。

目前多数实验室设有实验教学为主岗位、平台建设为主岗位和实验管理为主岗位［11］，部分实
验室有隶属项目的临时聘用人员;这些人员是实验室正常、高效运转的前提和保障，其素质直接决定了实验室建设的好坏。

鉴于“卓越计划”对人才培养提出了更高的要求，实验室队伍建设要与之适应，实际的工程经验背景和业界相关专业人士在实验室内的任职是大势所趋，可尝试建立和完善实验室管理人员的外出培训机制。

如对实验室技术骨干，有序选派参加专业领域大型会议、到国内外著名高校实验室或研究机构学习深造，或到工程现场、大型设备生产维修企业学习和实践等方式，开阔眼界、丰富实践经历，更新知识结构，夯实理论基础，提高专业水平［11］。

亦可大胆引进业界人才以扩充实验队伍;亦
可尝试将部分实验放到实际的工程现场，结合实际工程的进展，在专业人士的指导下进行。

适度提高实验室工作人员的待遇和在高校中的地位，建立公平的、完善的年度绩效考评制度，完善晋升晋级相关机制和优秀实验人员激励机制，提高实验室人员的工作积极性。

“卓越计划”人才培养定位于创新能力和工程能力，致力于培养理论结合实际的、
具有较高知识水平的、掌握一定专业技能、能运用自身知识和能力创造性的解决实际问题的、高素质的综合应用型、创新型人才。

实验室是学生实践能力、创新能力、工程能力培养的主阵地，在学生上述能力的培养中发挥着重要作用，高校实验室势必进行一系列建设来满足“卓越计划”对人才培养的需求。

因此，建议高校实验室开展多层次的实验教学体系建设，并进行与之相对应的实验教学项目建设、实验教学模式建设、环境资源建设和教师队伍建设，以最大限度的发挥其在卓越人才培养中的作用。

【相关文献】
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