以基于KPI的实验室开放提升实践与创新能力培养

柯红岩 崔家瑞 金仁东

1.北京科技大学资产管理处 北京 100083

2.北京科技大学自动化学院 北京 100083

实验室是高等学校实施素质教育、培养学生创新精神与实践能力的重要基地。教育部在《关于加强高等学校本科教学工作 提高教学质量的若干意见》[1]文件中明确提出，学校的各类实验室要对本科生开放，加强统筹建设和科学管理，实现资源共享，提高使用效率。

国内高校进行了实验室开放的探索，如清华大学设立了实验室开放基金[2,3]，上海交通大学、同济大学、中国石油大学等为根据SRTP、学科竞赛和毕业设计的需求开放[4-6]；绝大多数学校如北京工业大学[7]、西安交通大学[8]等为基于学生自发学习的开放；北方工业大学[9]为基于创客文化进行实验室开放等。特别是最近几年，许多高校进行了基于创新能力培养的实验室开放[10-17]，并取得了一定的成效。

然而，以上许多实验室开放形式主要基于学生的自主性而进行，绝大多数学生利用实验室开放自主学习的积极性不高，参与人数相对较少，而且开放效果较好的实验室绝大多数是和学科竞赛、毕业设计相关的实验室，其他本科教学实验室利用率较低。从北京科技大学自动化学院的实验室开放情况看，虽然取得了一些成绩，但仍存在整体学生积极性不高、教师参与动力不足、实验室教师参与指导较少等问题。因此，本文基于KPI指标的引入开展了高校专业实验室的开放运行机制探索。

1 KPI基本原理

KPI全称是Key Performance Indicator，即关键绩效指标，是对任职者工作任务完成效果最直接、客观的衡量依据。KPI 的主要目的是引导职员将主要精力集中在最有成效的任务上。

KPI的理论基础来源于意大利经济学家帕累托提出的经济学二八原理，即企业在价值创造过程中每个部门和每位员工的80% 的工作任务是由20%的关键行为完成的[18,19]。

建立KPI指标一般遵循SMART原则：Speci fi c—具体的，指绩效指标要准确、具体，不能是抽象的；Measurable—可度量的，指绩效指标要量化，从而能够验证这些绩效指标；Attainable—可实现的，指绩效指标是在一定范围内可实现而非高不可攀的目标；Realistic—现实性的，指绩效指标是存在于实际工作中的，不是主观臆想的，是可以被证实和观察到；Time bound—有时限的，指绩效指标是要在特定时间段内完成的。

2 实验室开放机制设计

由于新时期本科教育强调面向全体学生，目前的实验室开放绝大多数是基于学生自主性的，很大一部分学生没有很强的主动性，需要外力进行约束与推动，因此，设计了面向全体学生的KPI指标。

2.1 基于KPI的学生考核指标设计

借助KPI的关键结果指标考核思想，根据工程教育专业认证和“卓越工程师教育培养计划”培养学生工程实践能力和创新能力的核心目标，结合自动化专业定位，将这些能力的培养转化为对应的实践项目，并依托于信息工程北京市实验教学示范中心完成，设计了用于评价学生工程实践能力的KPI指标。一级指标即为实践能力培养体系中的几个核心阶段和层次，它是根据北京科技大学复合型高科技创新人才的培养目标，结合工程教育专业认证对解决复杂工程问题能力培养的要求，按照OBE原则(Outcome based Education，成果导向)由教师、企业专家和校友共同讨论确定的。二级指标细化了一级指标的评价内容及其权重，并与实际成绩挂钩。这些权重是根据学生毕业要求中对学生工程实践能力和创新意识的达成度指标确定的。该权重高于现有学生的学习目标要求，学生通过一定的努力也能够达到。如SRTP是培养学生工程实践与创新能力的重要手段，但原来是选修学分，即使学生选了SRTP，由于必修课程和其他事务的原因，学生并不能很好地完成项目。因此，根据学生在SRTP过程中存在的问题，将SRTP作为必修学分，并更加注重过程和成果的评价。根据以往学生结题和获奖比例，在培养方案框架下，将结题设置为50%，获奖设置为40%。学生在学分的驱动下，SRTP顺利结题项目和获奖率明显提升。设计的KPI指标如表1所示。

表1 面向实验室开放的学生考核KPI指标

这些指标的设计均需要学生借助实验室开放完成，对于学生而言，基于学生成绩的考核指标能够调动90%以上的学生主动参与到实验室开放过程中。

2.2 基于KPI的教师考核指标设计

实验室开放不仅需要充分发挥理论教师参与指导的积极性，同时还要大力调动实验技术人员的主动性。因此，学院和实验中心针对理论教师和实验技术人员分别制订了相关的KPI指标，一级指标强调实验室开放的核心内容，二级指标细化了一级指标的评价内容及其权重，并与实际业绩挂钩。这些指标是根据岗位聘任、职称评聘中的具体条件以及学生培养中对实验教学的要求设计的，也就是说，这些指标的完成结果直接与职称评聘挂钩，并有利于学生KPI指标的顺利达成。即实现了工作内容、职称评聘与学生培养三者的统一。由于教师和实验技术人员岗位的不同，岗位职责和职称评聘标准也不一样，除了实验教学采用双师制(教师和实验技术人员共同指导)外，实验技术人员更注重实验室开放和实验设备管理与维护方面的考核，因此，在实验教师的KPI指标中增加了实验室开放工作量。具体KPI指标分别如表2和表3所示。

表2 面向实验室开放的理论教师KPI指标

表3 面向实验室开放的实验技术人员KPI指标

2.3 多层次、立体化、不间断实践教学体系

根据专业人才培养定位，结合实验室现状，基于设计的KPI指标构建了多层次、立体化、不间断的实践教学体系，多层次是指针对不同年级设计有对应的实践教学内容；立体化是指第一、第二课题立体交叉；不间断是指从大一到大四的实践内容是循序渐进、逐层深入的统一体，而不是各阶段互相割裂的。构建的实践教学体系如图1所示。

图1 多层次、立体化、不间断实践教学体系

第一课堂从课堂教学开始就强调利用实验室完成设计性作业，待学生完成设计性作业后，利用实验课程进行实验室实施、运行，完成整个设计性作业的构思、设计、实施、运行4个过程的训练。课程设计则要求学生利用实验室和实验室开放严格按照CDIO工程教育理念执行。校内实习/实训的全部学时均在实验室完成。毕业设计也要求必须有50%以上的设计类题目。所有这些均立足于利用实验室开放培养学生的工程实践与创新能力。

第二课堂与第一课堂立体交叉、互相补充、互相促进。第二课堂从大一的校内学科竞赛开始，经过大二的SRTP和大三的省部级学科竞赛，均通过各专业实验室完成。大四的就业技能培训则充分利用实验室，由资深工程师进行讲授，并利用实验室开放完成就业技能的实战。

该实践教学体系可以充分发挥校内专业实验室在人才工程实践与创新能力培养方面的作用，并有效促进理论教师和实验技术人员自身业务水平的提高。

2.4 配套的教育教学管理制度设计

为了更好地配合实验室开放，学院和实验中心制订了配套的教育教学管理制度。包括《北京科技大学自动化学院实验中心实验室开放管理办法》(简称《开放管理办法》)《北京科技大学自动化学院关于进一步加强本科教学管理工作的意见》(简称《本科教学管理意见》)《北京科技大学自动化学院教师教学工作当量计算办法》(简称《教师工作当量办法》)《北京科技大学自动化学院实验技术人员教学工作当量计算办法》(简称《实验人员工作当量办法》)《北京科技大学自动化学院实验技术人员年度考核实施细则》(简称《考核实施细则》)《北京科技大学自动化学院本科教育教学成果奖励办法》(简称《奖励办法》)等文件，每个文件均突出了对实验室开放的量化要求。

《开放管理办法》明确了开放的范围、形式、流程、内容、规范等。《本科教学管理意见》规定了实践教学环节的学时要求、质量要求、教学过程要求等，强调了充分利用实验室开放提高学生的动手实践能力培养。《教师工作当量办法》和《实验人员工作当量办法》分别制订了教师和实验人员参与实验室开放的形式及工作当量计算依据。

激励是提高工作积极性的重要手段[20,21]。《考核实施细则》针对实验技术人员的日常工作强调了实验室开放的必要工作内容和要求，如设备开放无故障率要求、设备开放学时要求等。《奖励办法》将实验室开放学时按照教学工作量计算课时津贴，利用实验室开放产生的成果，如学科竞赛获奖等另外按获奖等级发放奖金等。一方面明确实验室开放工作的重要性，另一方面通过物质奖励给予实验室开放工作的肯定。

通过上述各项制度的实施运行，教师和实验人员参与实验室开放的积极性明显提高，并取得了一系列的成果，开放效果明显。

3 开放成效

经过近三年的持续运行，开放成果显著。

3.1 实验室开放率

自建立实验室开放KPI考核指标体系以来，实验室开放在时间和效率上均有了显著提升。时间上，由原来的年均不足400学时达到了现在的2 000学时；效率上，由原来的年均不足300人超过了年均1 500人，而且实现了全校范围内的开放，外院学生数也超过了100人。

3.2 实验室开放成果

学生成果：学生借助于实验室开放和设备，发表相关论文30余篇、授权实用新型50余项、登记软件著作权40余项。省部级学科竞赛获奖率达到30%，连续3年全校第一，并逐年增长，获国家级奖项150余项，省部级奖项200余项，学生省部级以上获奖率如图2所示。

图1 2014～2016年省部级学科竞赛获奖率

教师成果：教师利用实验室开放不仅提高了教学水平还自主研制了多套本科教学实验装置。教师进行的教学改革获得北京市教育教学成果奖二等奖1项、北京科技大学教育教学成果奖特等奖1项、一等奖3项、二等奖4项；自主研制的实验装置获得校级实验技术成果特等奖2项、一等奖1项，二等奖3项。

4 结语

针对工程教育专业认证和新工科建设对学生工程实践能力和创新意识的培养要求进行了基于KPI的实验室开放，通过教师与学生考核的KPI指标和多层次、立体化实验教学体系的设计，提升了实验室开放效果，有效调动了教师与学生的主观能动性，特别是工程实践能力和创新意识的培养，为兄弟院校进一步提高实验室开放提供了参考。