地方高校省级重点实验室服务本科课程群实践教学探讨

李瑞宁, 裴继诚, 惠岚峰

(1. 天津科技大学 教务处, 天津 300222； 2. 天津科技大学 造纸学院, 天津 300457)



地方高校省级重点实验室服务本科课程群实践教学探讨

李瑞宁1, 裴继诚2, 惠岚峰2

(1. 天津科技大学 教务处, 天津 300222； 2. 天津科技大学 造纸学院, 天津 300457)

省级重点实验室是地方高校实施科学研究和实践教学的优质平台,其具有的多学科集聚性、多领域辐射性以及配备的先进仪器设备可为相应专业课程群的实践教学提供强有力支持,成为服务本科教学的新型基地。以天津市制浆造纸重点实验室为例,分析了其服务轻化工程专业课程群实践教学的场地、设备、人员、制度优势以及可提供的教学模式,提出了省级重点实验室服务本科实践教学中应注意的问题,对提升省级重点实验室服务本科教学效果起到参考作用。

地方高校； 省级重点实验室； 课程群； 实践教学

省级重点实验室是地方高校的优质科研平台,其具有场地设施完善、仪器设备先进、实验人员齐备、管理制度严格等特点,既是省级科技创新体系的重要部分,又是地方高校提升基础及应用研究能力的基地[1-3]。省级重点实验室一般依托国家级、省部级重点学科建设,其科研团队的学缘结构和专业背景较宽,高水平及多功能仪器设备集聚性强,在满足高校开展科研工作的同时,具备为该实验室所服务的学科相对应的本科专业提供实践教学支持的条件[4-5]。省级重点实验室的多学科集聚性和多领域辐射性与高校现今越发强调的课程群教学模式相吻合,有效地整合了省级重点实验室仪器设备和科研人员的资源,拓展了专业课程群教学的新途径,使省级重点实验室成为地方高校实施高质量、多科性实践教学的基地。以天津市制浆造纸重点实验室为例[6],分析省级重点实验室服务轻化工程(制浆造纸工程方向)专业课程群实践教学的整体思路、组织方式和效果评价,探讨省级重点实验室服务本科实践教学的新模式,实现省级重点实验室协同培养创新性人才的目标。

1 省级重点实验室服务课程群实践教学的优势

1.1 场地设施优势

省级重点实验室不同于高校一般教学实验室,其作为承担科学研究任务的实体机构,一般在实验室用房面积、场地设施条件上有相对严格的要求。例如:《天津市重点实验室管理暂行办法》中就明确规定“重点实验室相对独立的科研用房面积应在1 000 m2以上”[7]。重点实验室各研究方向一般均拥有独立实验用房,基本杜绝了不同类别或不同功能的实验仪器设备混杂安放的现象,各个研究室均具有可独立运行、维护所属仪器设备的场地条件,可为学生提供相对充裕的实验空间。上述场地设施优势可为课程群中的多门次课程实验教学提供便利。

1.2 仪器设备优势

省级重点实验室依托高水平仪器设备平台建设,基本工作定位于服务科学研究,仪器设备在种类、规格、精度、灵敏度等方面都较普通本科教学实验室有较大优势[8]。以天津市制浆造纸重点实验室为例,其仪器设备包含反应合成类仪器、表征分析类仪器、性能测试类仪器、工艺中试类设备等。表征分析和性能测试类仪器注重对实验样品进行多渠道、多方面、多角度表征,运用在课程群实践教学中可拓展相关专业课程实验的教学手段；工艺中试类设备注重对工科专业工艺流程进行模拟,满足课程群中有关工艺设计类课程或章节的教学需求。

1.3 人员配备优势

省级重点实验室以承担科研任务为主,其实验室科研、管理人员相对充裕、队伍稳定,人员配备在年龄、学历、专业背景、学缘结构上分布合理。实验室人员年富力强,学历层次高,专业背景与实验室涉及的学科及专业方向较为一致,多毕业于国内外重点高校或科研院所,科学素养和管理水平高,具备独立使用、维护相应仪器设备的能力,能够保证投入足额时间到实验室教学、科研及管理工作中来。实验室人员多具有横向、纵向科研项目研究经历,科研成果转化能力和产、学、研结合能力强,便于应用案例教学法承担本科课程群教学任务。

1.4 管理制度优势

省级重点实验室一般具有规范、严格的实验室管理制度及安全条例[9],其管理办法涉及实验室条件达标、运行制度、设备管理、经费保障、人员配备、物资耗材等多个方面,注重实验室仪器设备高效运转、安全运行与开放共享,强调设备日常维护保养与持续发挥绩效作用。

2 省级重点实验室服务课程群实践教学模式

2.1 课内实验教学

课内实验教学侧重在课堂上对授课内容进行实验验证,以演示实验、观摩实验为主,重点实验室可发挥其在仪器设备上的优势,将典型仪器设备尤其是不易被学生大规模操作使用的大型精密仪器应用于专业课程群的演示教学之中。例如:轻化工程专业的“植物纤维化学”课程群由“植物纤维化学”“植物纤维化学综合实验”“生物质精炼”等课程组成,其“植物纤维原料的生物结构、细胞形态、细胞类型及含量”“植物纤维细胞壁的构造(超结构)”等章节的教学内容需用到显微镜对制浆原料的生物结构进行观察。传统生物显微镜和光学显微分辨率低、设备功能单一、图像特征不明显、教学效果较差,而使用重点实验室所配备的激光扫描共聚焦显微镜和扫描电子显微镜,可针对不同类型制浆原料植物的细胞结构进行观察,设备成像分辨率高、操作快速,有利于学生快速掌握纤维形态与纸浆性质的关系,对课程教学起到较大的辅助作用。

2.2 综合实验教学

综合实验教学指在某一专业课程群教学全部完成后,由学生应用多门课程知识,完成具备一定设计性与研究性的综合实验。以轻化工程专业为例,“制浆造纸工艺”课程群包含“制浆原理与工程”“造纸原理与工程”“制浆造纸分析与监测”“加工纸与特种纸”等课程,而“制浆造纸工艺综合实验”即为综合运用上述课程群所学知识,训练学生完成“选料—蒸煮—制浆—浆料检测—漂白—造纸—纸张物性检测”等造纸全过程的综合实验。这类实验一般为实际工业生产流程的实验室模拟过程,涉及仪器设备多、流程紧密,上一步骤的实验样品一般为下一步骤的实验原料,这就要求实验室能够支持在某一特定时间段内开放多个场地和集中优势设备完成实验教学任务。省级重点实验室在承担专业综合实验教学中可发挥场地宽裕、仪器设备集中的优势,例如:天津市制浆造纸重点实验室含清洁制浆技术与机理、造纸助剂与湿部化学、加工纸与特种功能纸、木质资源转化与利用、制浆造纸装备与过程控制5个研究方向,每个方向对应相应研究室,还拥有一个恒温恒湿纸张物理性能检测实验室,其清洁制浆、造纸助剂研究室以及物性检测实验室均开放作为制浆造纸工艺综合实验的实验场地,各类高性能物性检测仪器的运用提升了实验效果。

2.3 创新实践教学

创新实践教学是基于课程群教学和大学生自主实践活动的新型教学模式。这类实践教学以项目驱动为基础,实践内容一般来源于专业课程群中的知识点,并将知识点进行引申、应用,使其成为可进行研究的实践项目[10]。目前,高校大学生创新实践教学主要包括国家级、省部级大学生创新创业训练计划项目、各类实验室开放基金项目等。创新实践教学的研究性学习和项目式管理方式与省级重点实验室的运行机制不谋而合,从事创新实践项目的本科生进入其导师所负责的研究团队,可在课余时间利用重点实验室的先进仪器及科研条件从事创新实践研究项目,使本科生进入重点实验室的规模“化整为零”,且在时间上机动灵活,不局限于某一时间段或某一节次,增加了省级重点实验室服务本科生科研实践训练的可操作性。以天津市制浆造纸重点实验室为例,该实验室近4年来共承担国家级及省部级大学生创新创业训练计划项目35项,天津科技大学实验室创新基金项目20项,院级本科实验室开发项目50余项,年均进入重点实验室开展科研训练的本科生达到150人次以上。这些项目涉及的研究内容涵盖“制浆造纸工艺”课程群、“造纸生产过程控制”课程群、“造纸化学品”课程群等,成为开展课程群实践教学的一种新形式。

2.4 工程实训教学

工程实训教学的实施主体是企业,与企业合作的横向课题是省级重点实验室科研项目的重要组成部分。重点实验室一方面出于对生产工艺、工程设计等研究的需要,在实验室内搭建简易工程实训设备,借助横向课题开展工程实训教学；另一方面开放部分企业横向课题项目或者延伸部分横向课题作为本科毕业设计或者课程设计课题[11]。由于企业可接收进入其车间进行工程实训的学生人数有限,并且受车间场地、实习安全、聘请企业指导人员、协调正常生产等多因素限制,实习效果并不理想。而省级重点实验室因开展横向科研课题研究和进行校企联合科技攻关的需要,其拥有与工程实践和实际工业生产相关的设备较多,真实生产模拟程度较高,实验室研究人员工程素养较强,因此在承担工程实训教学上具备更有利的条件和优势。天津市制浆造纸重点实验室主要服务于造纸行业,因从事制浆及造纸工艺研究的需要,配备有长/斜网中试纸机、浮选脱墨槽、平筛机等实际造纸生产设备,其中中试纸机可模拟造纸全过程生产工艺,目前已经运用于制浆造纸工艺综合实验中的实训教学。

3 省级重点实验室服务课程群实践教学的举措

3.1 合理协调实验室工作，兼顾课程群教学

省级重点实验室自身的服务对象是科学研究,其承担的科研任务较重,科研产出量也较大,是地方高校的科研主力军。科研工作有别于教学工作,其具有研究工作长期性、实验成果延续性、仪器使用随机性等特点,而本科实验教学又要严格遵守课程周次安排和学时安排。因此,省级重点实验室如大规模承担本科专业实验教学,势必会对其正常科研活动造成一定冲击。为此,重点实验室在满足其完成好科研任务的同时,可采取下列措施协调本科教学工作:

(1) 实行本科实验教学授课与科研活动“错峰进行”,将重点实验室承担的专业课实验教学集中在开学初或学期末的2～3周内进行。如,天津市制浆造纸重点实验室承担该校植物纤维化学综合实验的部分教学任务,主要由学生使用国际标准恒温恒湿纸张性能测试室对实验样品进行分析检测,该实验即安排在第四学期的最后3周进行,时间临近暑假,从一定程度上避开了教师和研究生使用仪器设备较集中的实验高峰期。

(2) 将科研项目研究融于教学活动之中,实行实验室开放式教学,创建“大学生创新实验室”,将科研项目的部分内容转化为可供本科生进行科研训练的实践项目,学生进入重点实验室开展实践的时间不再局限于上课时间,教师和研究生在指导本科生完成科研实践项目的同时,也保障了自身科研项目的顺利进行,达到了实践教学、科研共享的目的。

3.2 合理调配实验室人员服务课程群教学

省级重点实验室人员由教学、科研、实验室管理等多种编制类型的教师及研究生组成。重点实验室人员类型多、数量大、自身科研任务重,能否合理调配好实验室人员,构建多层次教学师资队伍,兼顾实验室人员自身科研工作协调有序进行,对促进重点实验室完成本科教学工作至关重要[12]。重点实验室一是可实施不同编制类型教师以及研究生联合指导本科实践教学的方法,引进具备丰富科研实践经验的教师承担实践类课程或实践类环节教学任务,由具有较强学科、专业背景的实验室管理人员担任本科科研实践项目负责人,聘任责任心强、基本功扎实的研究生作为本科教学助教,协助教师承担部分本科专业实验、课程设计及毕业设计的辅助指导工作；二是为弥补重点实验室承担本科教学人员紧张的情况,可适当引进部分与重点实验室有横向课题合作的企业工程师担任本科课程助教及毕业设计或课程设计的协导,既可以发挥企业人员工程实践能力强,工程应用经验丰富的优势,又可以促进工科专业课程设计及毕业设计课题向应用型转变。

3.3 合理利用实验室条件支持课程群教学

实验室软、硬件条件是支持其承担教学、科研任务的基础,地方高校的省级重点实验室在其所在高校中处于重中之重的地位,其软、硬件条件处于优势地位。依托省级重点实验室严格的仪器设备管理条例和日常运行制度,高效、科学、合理地利用实验室仪器设备,实现仪器设备服务于本科教学的利益最大化,可为专业课程群教学工作提供强有力条件支持。具体措施包括:一是针对课程群中的专业实验项目教学大纲要求合理搭配重点实验室仪器设备,形成依托课程群的仪器设备模块(见表1)。天津市制浆造纸重点实验室将可应用于轻化工程专业课程群教学的典型仪器设备按教学项目模块分组。按照模块分组集中安排调配仪器设备安置的房间、场地以方便教学使用以及保养维修；二是针对重点实验室仪器设备资源丰富,制备、表征类仪器设备数量较为充裕的优势,科学测算各类仪器设备年使用机时,根据同类仪器的台套数、使用寿命、使用强度、耗材情况等,将仪器设备根据所服务的课程群进行高低搭配,提高低端仪器使用频率和高端仪器使用效果,降低大型精密仪器非必要性损耗,延长大型精密仪器设备使用寿命,提升设备使用整体效率。

表1 重点实验室服务课程群教学的仪器设备模块

3.4 合理设计实验室课程满足课程群教学需求

地方高校若想进一步发挥其省级重点实验室服务课程群教学的作用,应打破重点实验室仅承担传统实验课程教学的瓶颈,结合其所服务的专业课程体系和课程群特点,将实践教学融于课程群的各门课程之中。例如“浆料流体力学”“制浆造纸过程自动测量与控制”等专业课以往以理论教学为主,并不安排课内实践环节；天津科技大学轻化工程专业将上述课程纳入“造纸生产过程控制”课程群,利用重点实验室拥有的超高剪切流变仪、浆料保水值测定仪、湿纸页压榨机、高速视频摄像系统、在线离子色谱仪、在线粒度分析仪等仪器设备为上述课程开设了“浆料特性及流动状态”“浆料脱水和纸幅成形”“浆料输送”“浆料蒸煮过程在线监控”等课内实验,既实现了课程群教学模式的多样化,又实现了重点实验室高性能仪器设备与课程群教学目标的融合。

4 结语

地方高校充分利用省级重点实验室的条件优势,打造服务专业课程群教学的新型实践基地,既有利于最大限度发挥高校科研平台服务本科教学的主观能动性,又有利于实现高校实验场地与仪器设备的资源共享,强化了课程群教学中的理论与实践相结合,促进了课程群实践教学水平的全面提升。

References)

[1] 龙勇,谢建,袁静,等.推进重点实验室改革,促进教学科研全面发展[J].实验室研究与探索,2014,33(5):127-130.

[2] 安实,王晓宁,王健,等.行业重点实验室建设与复合型创新人才培养[J].实验技术与管理,2015,32(1):22-25.

[3] 胡长征,王林江,周明权,等.重点实验室对地方高校本科教学的支持和反哺作用:以广西有色金属及特色材料加工省部共建国家重点实验室培育基地为例[J].大学教育,2015(9):12-13.

[4] 周仲荣,张文桂,朱昊,等.重点实验室参与本科教学实践的启示[J].高等工程教育研究,2003(5):22-24.

[5] 郭栋,郑春燕,孙宇航.高校教学与科研关系理性认识与良性互动分析[J].实验技术与管理,2016,33(5):178-180.

[6] 侯庆喜,李瑞宁,高玉杰,等.轻化工程特色专业卓越工程人才培养方略探索:以天津科技大学轻化工程专业为例[J].纸和造纸,2013,32(11):75-79.

[7] 天津市科学技术委员会.天津市重点实验室管理暂行办法的通知[EB/OL].(2011-01-04).http://www.tstc.gov.cn/zhengwugongkai/cxjg/zscxjg/zdsys/banfa/200701/t20070123_58892.html.

[8] 何立琴,侯玉芝.发挥重点实验室优势,促进实践教学改革[J].实验室研究与探索,2003,22(5):4-7.

[9] 王超.国内高校国家重点实验室的管理体制探析[J].实验技术与管理,2013,30(8):210-213.

[10] 窦娟,高喜才,伍永平,等.重点实验室开放实验教学模式探索与实践[J].技术与创新管理,2008,29(5):450-453.

[11] 洪玲,丛林,叶玉玲.基于“卓越工程师教育培养计划”的实验室工作改革探讨[J].实验技术与管理,2016,33(2):212-219.

[12] 高居荣,樊广华,李兴锋,等.研究生在重点实验室日常管理和本科实践教学中的重要作用[J].中国现代教育装备,2014(11):47-51.

Exploration on key provincial laboratory serving undergraduate practical teaching of course group in local colleges and universities

Li Ruining1, Pei Jicheng2, Hui Lanfeng2

(1. Academic Affairs Office, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China; 2. College of Papermaking Science and Technology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

A key provincial laboratory is an excellent platform for scientific research and practical teaching in local colleges and universities, which provides puissant support for the practical teaching of the related professional course group based on its multiple discipline clustering, multiple field radiation and advanced instruments and equipment. Therefore, it has become a novel base to serve the undergraduate teaching. Taking Tianjin Key Laboratory of Pulp and Paper as an example, this paper analyzes the advantages of the practical teaching site, its instruments, personnel, system and the teaching mode for Light Chemical Engineering major, and discusses some issues to which enough attention should be paid when the key provincial laboratory serves the undergraduate practical teaching in order to provide some references for improving the effect of the undergraduate teaching served by the key provincial laboratory.

local college and university; key provincial laboratory; course group; practical teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.068

2016-05-24

天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目(C03-0817)

李瑞宁(1984—)，男，天津，硕士，助理研究员，主要从事高校教育管理研究.

E-mail：liruining@tust.edu.cn

G642.1

A

1002-4956(2016)11-0263-04