国家重点实验室支撑本科实践教学的探索与实践

梁 健, 尹 卫, 尚千涵, 高 强, 苏占海, 祁得林

(青海大学 省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室, 青海 西宁 810016)

国势之强由于人,人才之成出于学。高等学校的立身之本在于立德树人。2015年8月18日,中央全面深化改革领导小组会议审议通过《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》,对新时期高等教育重点建设做出新部署,同年11月由国务院印发,决定统筹推进建设世界一流大学和一流学科。2017年1月,经国务院同意,教育部、财政部、国家发展和改革委员会印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法(暂行)》。2017年9月21日,上述三部委联合发布通知,正式公布世界一流大学和一流学科建设高校及建设学科名单。首批双一流建设高校共计137所,其中世界一流大学建设高校42所(A类36所,B类6所),世界一流学科建设高校95所,青海大学入选一流学科建设高校。

只有培养出一流人才的高校,才能够成为世界一流大学。一流大学的底色是本科教育,一流学科的底色应该也是本科教育[1]。目前,我国大多数高校硬件设备改善很大,要培养高水平的人才,关键是形成高水平的人才培养体系。实践教学是高校人才培养的重要环节,在高校教学培养体系中具有极其重要的地位[2-3]。国家重点实验室是高校开展建设一流大学和一流学科的重要支撑,是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科学家、开展高层次学术交流的重要基地,同时也是高校实践教学的主战场[4-5]。本文以青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室(简称:国家重点实验室)为例,探讨国家重点实验室支撑高校本科教学的路径。

1 本科教学与重点实验室的关系

当前,一流大学的本科教学改革与建设,将学生的综合能力和创新素质培养作为重中之重,培养富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才是各高校追求的目标[6]。

国家重点实验室是高校人才培养和科学创新的重要基地,但以往主要用于对研究生的培养。近些年来,已有一些国家重点实验室开始重视本科生培养工作。如西南交通大学牵引动力国家重点实验室向本科生开放,配备指导教师,特色突出[7]；四川大学生物治疗国家重点实验室推出了国重创新班,吸引优秀本科生,培养具有国际竞争力的多学科交叉复合型生物医药优秀人才。实践证明,国家重点实验室是能够支撑和促进本科教学的[7-8]。

2 国家重点实验室在人才培养中的优势

2.1 人才队伍的优势

青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室,于2015年12月获科技部批准立项建设。重点实验室瞄准青藏高原生态保护和恢复这一重大科学问题,设有高原水文水资源和水生生态环境、高原生态系统功能及演替规律研究、高原农牧业种质资源利用与创新3个研究方向,每个研究方向都搭建了学术团队,形成了学术梯队。建设两年多来,实验室已汇聚院士3名,院士团队1个,“长江学者奖励计划”特聘教授2名,“长江学者奖励计划”青年学者1名,首席专家7名,学术骨干8名,40岁以下青年博士50名。培养国家“百千万人才工程”入选者等高层次人才9名,青海省“高端创新人才千人计划”人才8名,团队2个。

2.2 专业设备的优势

实验室目前拥有仪器设备600余台件,总价值超过1亿元。拥有扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、流式细胞仪、色谱仪、稳定同位素质谱仪、生物大分子相互作用系统等60多台大型仪器设备。将学校分析测试中心整合为国家重点实验室共享研究平台,主要的大中型仪器设备由共享平台统一管理。该共享平台目前是青海大学最好的科研平台,可以承担农牧、生态、生物、水文水资源、环境科学等方向的人才培养工作。

2.3 科研水平的优势

实验室建设两年多来,共承担科研项目144项,其中国家重点研发计划项目5项(牵头单位),国家自然科学基金项目38项,获批科研经费2.23亿元。“三江源区草地生态恢复及可持续管理技术创新和应用”获2016年国家科技进步二等奖,12项成果获省部级一、二等奖。登记科研成果9项,获批国家发明专利5项,发表各级各类文章400余篇。出版学术专著5部,其中英文学术专著2部。

3 国家重点实验室支撑本科教学的实践

国家重点实验室生存和发展的核心是结合国家战略开展创新研究,尤其是原始创新[7],这也是国家重点实验室支撑本科教学的特色和优势。

3.1 本科课程教学内容

组建具有重点实验室特色的教学团队,为在校相关学科本科生开设三江源生态领域创新课程和专业基础课程共18门,如”三江源概论”“三江源植物学”等。课程坚持以该教学团队为基础,定期开展团队教学课程观摩学习,形成一套成熟、完善、创新、学生乐于接受的高质量教学模式，由团队不同教师进行教学授课。在固定模式基础上,各授课教师可根据自身优势进行不同教学方式的结合,形成具有自身特色的“固定动作+自选动作”教学方式。每年定期对课程模式进行评价。课程内容立足重点实验室学科优势,为学生展示三江源区生态环境保护及重点实验室学科前沿工作内容。

针对具有实践性质的本科课程,如“生物信息学”“分子生物学”等,立足实践教学,吸引学有余力的8～10名二、三年级学生组成学习小组,针对某一科研小问题(可以自行选题,也可以教师出题)进行讨论、文献查阅,自行设计科学实验,同时与指导教师进行讨论并修改优化,形成较成熟的实验设计方案。根据设计方案开展科研实验,由指导教师指导解决实验过程中出现的问题。学生完成实验后,对实验数据进行科学分析,撰写规范的工作报告和科技报告,使学生了解科学研究的完整过程。整个过程充分发挥团队的作用,小组成员分工明确,调动小组每一名学生的积极性。项目完成后总结经验、查找问题,对学生后期毕业设计有借鉴作用。同时教师也能从中汲取经验,使之成为教学与科研相辅相成、相互促进的重要途径。

3.2 分层次支撑本科实践教学

对一年级新生,我们借助新生入学教育,以介绍学科前沿为主,使其知晓本实验室的研究方向，了解实验室近几年的标志性研究成果，知道实验室配备何种大型仪器设备,以及可以进行何种样品及哪些指标的检测，可以获得怎样的检测结果等,以此加深学生对专业的认识,开阔视野。我们已经开展了水利工程、生物技术、环境生态工程、草业科学、农学等10余个相关专业的新生入学教育。

对于二、三年级学生,要求逐步参与教师的科研项目,开展大学生科技创新项目等。我们自2010年起,结合学校实施的“本科生导师制”改革,开始了本科生参与教师科研项目的探索,到目前为止是较为成功的[9]。这些本科生在后续的学习过程中,不仅在综合性大实验中发挥了主力军作用,还明显缩短了对后续研究生学习的适应期。目前有80余名本科生参与到重点实验室青年博士的科研工作中。我们要求学生在实验过程中,动脑与动手充分结合,既要学习相应的实验原理、实验方法,还要真刀真枪地动手做,并且不仅仅要会做,还要做出有效的实验结果。通过参与科研项目,解决学生由于不参与实验课前期准备工作,上课时完全处于被动接受状态的问题。以往学生还未动脑就进行机械的动手过程,完成实验后甚至还有人不完全清楚实验原理及相关理论；或在几人一组的情况下,个别学生动手操作,而其他学生既未动脑也未动手。对于大学生科技创新项目,一方面教师加以指导,另一方面我们在大型仪器设备使用上予以收费减免,鼓励创新、支持创新,为营造创新的氛围做好服务。

对于四年级学生,要求他们利用国家重点实验室平台做好毕业设计。毕业设计对于学生实践能力的培养十分重要,是对他们四年求学路上的一次知识和技能的大检验。因此,我们鼓励有科研项目的教师指导学生完成毕业设计,刚参加工作暂时还没有科研项目的青年博士教师作为协助指导教师,协助主导师在学生实验操作、论文修改上给予指导。重点实验室教师每年承担本科生毕业设计指导工作时,要求体现重点实验室特色,打破学科限制,学生可以选择本学科感兴趣的研究方向,也可选择本学科相近领域的研究方向,作为毕业设计的选题。指导教师以相近或相同学科背景组成导师组,进行本科生毕业设计指导,这样学生可以通过与不同导师的交流,学习不同的科研思想和专业知识,丰富自身的学习经历。本科毕业设计经费基本由导师组提供。重点实验室从2017年年底开始安排指导本科生毕业设计,已毕业学生30人,95%以上的学生认为,在这个平台上不仅收获了知识,更开阔了视野,通过切身实践,了解掌握了许多仪器设备的功能及使用。

3.3 利用大型仪器设备培训本科生

依托国家重点实验室大型仪器设备共享平台,设置重点实验室助研、助教岗位,筛选优秀的二、三年级本科生,协助教师进行大型仪器的操作、管理及维护。在实践的过程中,指导学生学习大型仪器设备工作原理、操作流程及后续数据处理方法,引导学生对仪器设备的使用有一个较为全面的认识,为学生能够快速进入实际操作奠定基础。目前本重点实验室有大型仪器设备方面的助研、助教本科生10人。

重点实验室共享平台担负了全校本科生仪器分析课程,通过该课程教学,使全校相关专业学生了解仪器的基本原理、操作演示和运行管理,熟悉设备操作注意事项及使用流程。实验室通过仪器设备操作训练,提高本科生实践操作能力,增强学生的社会竞争力。

3.4 营造良好的学术氛围

重点实验室每年举办2～3次大型学术会议,邀请国内外知名专家来进行学术交流。每周定期组织重点实验室首席专家、学术骨干、青年博士开设专题讲座,讲座内容从具体科学软件使用到科研问题探讨,从具体科研思路讨论到科研成功经验分享,从实践过程中科研工作总结到学科问题探讨,不限形式和内容,校内师生均可参加。此外,实验室各课题组不定期召开课题组会议,沟通实验的进展情况、出现的问题及相关研究领域的最新研究成果,并积极鼓励本科生参加。

重点实验室教师队伍具有明显的学历层次高(重点实验室教学、科研人员均具有博士学位)、青年博士比例高、熟悉学科前沿最新进展的基本特点,有助于学生在与教师交流的过程中学习最新科学知识,了解最新研究动态。在实施科研项目的过程中,使学生自然而然地接触到学科最前沿的科研知识,锻炼学生科学思维能力。这一过程不仅仅是单项知识的学习,也是对其解决问题能力的提升。同时,我们积极引导学生选择重点实验室博士作为本科生导师制导师,指导学生学习实践。

3.5 建议设置综合性实践能力提升课程

我们在实践中发现,学生对提升动手能力的渴望强于对课程理论知识的渴望。通过调查问卷发现,尤其是三年级学生,88.5%的学生更渴望进入实验室进行实际操作,而不愿意仅仅坐在教室听授理论知识。鉴于我校目前正在开展的完全学分制改革,我们已向有关部门提交了关于在重点实验室为本科生开设实验实践训练课程的建议。其主要计划为,在本科三年级,学生选择重点实验室的青年博士为导师,进行为期一年的实验实践训练(6～8学分),可以免修相同学分的理论课程,每位导师招收不超过2名学生。对于实验实践训练,要做好过程管理和结果考核,成立专门的委员会负责考核,导师打分占40%,实验记录和报告占20%,答辩占40%。使学生在课堂教学以外,获得实践能力和动手能力的提升。这样到四年级做毕业设计的时候,学生就会有一定的自主思想,而不是完全依赖导师安排项目去完成,这对培养学生的创新能力和创新意识作用重大。

4 结语

高校国家重点实验室人才聚集、特色鲜明、实力雄厚。其对本科生的开放,不仅是对理论教育课堂教学的有益补充,更是培养学生科技能力和创新素质的重要途径[10-12]。坚持“本科为本”,提高人才培养能力和水平,是我国一流大学和一流学科建设的必然选择[13-14]。通过合理利用高校国家重点实验室这一重要平台,探索国家重点实验室与本科教学相结合的教学模式,将国家重点实验室的优势融入本科教学,提高本科生的实践能力和创新能力,从而为显著提升本科教育教学质量和培养创新型、综合型、高素质的人才发挥支撑作用。