吉大仪电216+开放实验室建设实践

千承辉, 辛 毅 , 刘冬宇

(1. 吉林大学 仪器科学与电气工程学院， 吉林 长春 130061；2. 吉林大学 教务处， 吉林 长春 130061)

中国高等学校在校生数已达到2 700万人,人数位居全球第一。国家对教育的投入巨大,但国家所需要的创新型人才相对缺少。迎接第四次工业革命的道路中,创新已经成为社会发展的驱动力量[1-3]。创新能力来自好奇心与想象力,创新教育是培养学生自主探究、自主学习的能力,已成为高等院校的培养目标[4]。

吉林大学以构建学科综合环境、创新环境、开放环境为主线,着力培养具有科学素养的“学术型、卓越应用型、管理型、国际型、创业型”等5种类型拔尖创新人才[5-7]。

在大学中,教室是理论课程平台,是传授知识的殿堂；实验室是实践课程平台,是实践创新能力的摇篮。为了提高大学生的创新能力,我国很多高校建设了开放实验室,围绕自身硬件环境、学术氛围、科研体系和学术理念等因素,形成自己的特色,为提高大学生实践创新能力而各自探索其发展模式[8-12]。

1 开放实验室的建设目标

1.1 开放实验室意义

开放实验室的开放是环境、设备，还是理念的开放？如何营造实验室文化,怎么实现知识与精神的传承？都是建设开放实验室中所需要思考的问题,也是开放实验室建设的目标与意义。

1.2 建设目标

开放实验室的建设目标是培养本科生的科学素养,即培养基础知识的理解能力、发现与分析问题的能力、严谨的表达能力、科学论证的能力。科研素养需较长时间的个性化培养和科研训练的基础上才能养成。

培养大学生的科学素养的场地除理论课堂的教室之外,最好的选择就是开放实验室。它有专用实验设备,开放的实验室环境,只要配套严谨的管理体系,依托课程体系与项目支撑体系,实现科研反辅教学的运营模式,实验室就会发挥它的特长,成为培养学生科研素养的宝地。

2 开放实验室管理体系的构建

吉大仪电216+开放实验室成立于2006年,其中“+”的含义为“家的温馨”和“无限的可能”。从学生的本科实验室、自习室、讨论室、兴趣引导实验室到开放实验室,逐渐形成开放实验室文化。实验室设置了文化建设、实践培训、学科竞赛等环节,开放实验室成为学院及学校重要的实践培训基地,2017年首批成为我校双创实践基地。

2.1 探究性思维的引导

新生对专业认知不清晰,学术引导尤为关键,若只是以课程为引导效果不佳。充分利用新生见面会引导讲座、优秀作品展、学长见面会等环节,让学生更快融入大学生活,帮助学生从书本式教育转变为探究式学习,了解本专业培养方案,激发学生探索的兴趣,吸引学生进入实验室。

2017年学院在新生报到当天利用本科生自主研发的机器人作为导引志愿者,不仅解决了无纸化办公,也让新生对自己的专业产生了兴趣。兴趣式引导成为开放实验室吸引学生的第一堂实践课,通过引导,改变学生对实验室的观点,让学生主动踏入开放实验室。

2.2 课程体系的支持

开放实验室的实践培训需依托课程体系的支撑。学院的本科生培养方案中加入专业拓展课与专业实践课,支撑培养本科生科学素养的课程体系如图1所示,其中专业拓展课要求至少选3学分,文献阅读与论文撰写是1学分,其他都是0.5学分。

图1 科学素养培养课程体系

课程设计与实践包含工程训练、可编程器件系统设计实践、电子技术综合设计实践、信号分析与处理实践、嵌入式系统设计实践。

（1）岩性较纯的低电阻率油层。该类油层岩性多为粉砂岩。测井响应特征表现为：自然电位负异常较大，自然伽马中低值，微电极中等值正差异，电阻率在岩性较纯处明显降低，其电阻率为0.8～1.5 Ω·m，声波时差为290～305μs／m，含油饱和度为35%～45%，含油丰度一般较低，试油初期多为油水同出，且以出油为主，开采末期含水量普遍较高，以出水为主。该类油层主要分布在纯上54、6砂组。

本科生培养方案中有8学分的课外实践分数,培养方案如图2所示。提高学生的科研素养,要求每位学生参加大学生创新创业项目,围绕此科研项目完成调研报告、中外文学术论文。通过开放性实验项目的探究性实验以及学科竞赛,提高学生的实践能力。

图2 课外实践项目

3 学生实践能力的培养环节和实施方案

实践类课程的培养理念是以培育本科生科学素养和提高创新实践能力为核心,创建教学科研深度融合的支撑体系。注重以学生为本,教师为指导,培养学生独立思考能力,使学生具有较大的自主性。通过激发兴趣、平台交流、参加竞赛、实践创新等环节,培养学生的实践能力。

在实践类课程之外,定期举办名师讲座,建设实践教学指导团队实施实践培训,每学年总结并完善科研素养培养体系,通过培训与考核的融合,加强竞争意识,培养拔尖人才。

实践能力的培训引入质量管理认证ISO质量体系标准,从最基础的工艺设计开始,到系统优化设计,让学生的作品不只是实验品,而是与时代接轨、顺应市场。以小组合作模式参加各种比赛和实践项目,包括电子类竞赛、数学建模竞赛、大学生创新创业项目等。在各类比赛中发挥指导老师的优势,跟踪学生项目从申请到结题,提高项目质量。在结题项目或竞赛结束时,鼓励学生写文章发表到核心期刊中,并每年征集论文汇总成学院论文集,提高学生科研论文撰写能力。

开放实验室的实践能力培养目标是对学生科学素养的培养,通过四年的实践培训配合理论课程,使学生掌握探究问题、分析问题、总结问题等能力。学生在开放实验室中经历如下培训过程：

(1) 带着探究性目标调研。发现问题、提出问题或在老师的科研抛砖引玉中引出探究性目标,经过老师引导、文献阅读课程的指引下,通过市场调研,阅读国内外文献总结出一份“调研报告”,并获得相应学分；

(2) 团队建设与方案设计。组成3人为1组的团队,在调研报告基础上拟定大学生创新创业项目题目,提出项目的方案设计、创新点、难点、技术指标与进度安排；

(3) 申请立项及答辩。通过撰写申请书,立项、中期、结题答辩,提高文字书写能力与表达能力；

(4) 完成实践项目。在项目中通过方案设计、仿真测试、搭建电路、编写程序、测试作品和优化作品,提高本专业的动手实践能力；

(5) 项目总结。项目通过测试后,撰写中文文章,申请专利,提高总结问题的能力；

(6) 参加竞赛。学科竞赛是一次实践能力的检验,通过赛前培训,加深实践能力,团队合作式竞赛提高团结力。

4 开放实验室文化建设

实验室开展自己独有的开放实验室文化建设,倡导“实验室是我的家”的主题,通过在开放实验室中举办一些体育竞赛等文化活动,活跃高年级学生与低年级学生互动,采用“3加1”模式,即低年级的1位同学加入高年级3位学生的团队中,协助竞赛准备,高年级学生获得助手,低年级学生获得知识,不仅实现知识的传递,也加强高低年级学生之间的联络和友谊。

实验室教师关心学生的心理活动,以家长的心态关心每位学生,教导学生把实验室当成自己的家,爱护实验室设备,与实验室成员互相团结协作。经过时间的洗礼学生会把老师看成亲人。实验室的气氛融洽,学生愿意进实验室，舍不得离开实验室。

开放实验室注重文化建设,组织各类培训和活动,营造出浓厚的学习氛围,激发出进入开放实验室的学生强烈的学习欲望,使学生动手能力、科研能力、沟通能力、撰写能力得到提高。常年的朝夕相处,实验室人员和学生也成为知心的朋友。

5 开放实验室人才培养实效

仪电开放实验室的建设提高了实验、实践教学质量,弥补了课程内实验教学的不足,激发了学生的学习兴趣和学习主动性。发挥投资效益,实现资源共享,有利于提高设备利用率,提高学生综合素质。

2018届毕业生中,共39名学生加入开放实验室,占年级总人数的17%。他们从大一开始到毕业,经过一系列培训、竞赛和科研,取得了令人满意的成绩。在2018年全国大学生电子设计竞赛中6人获得国家一等奖,12人获得国家二等奖。全部成员都参与国家级大学生创新创业项目,其中15人获得优秀结题。这39名学生中有30人获得免试推荐研究生资格。

仪电216+开放实验室的建设与实践表明,好的培养模式与文化建设对于培养学生的实践能力和创新能力有积极的推动作用,且可以带动全院学生的实践能力的提高,在科技创新路上走出一大步。