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開放物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)室對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索和思考

2014-04-10 13:55:44葉曉靖
關(guān)鍵詞:儀器設(shè)備開放性課外

葉曉靖

(華南理工大學(xué) 物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心,廣東 廣州 510640)

物理學(xué)是大部分工科學(xué)科的基礎(chǔ),而物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是工程技術(shù)和基礎(chǔ)物理理論的結(jié)合,是協(xié)助學(xué)生完成物理知識認(rèn)知的途徑。物理實(shí)驗(yàn)課程體系本身就是開放的:一方面它受益于現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等硬件上得以快速更新;另一方面可以推動教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量的提高,在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法等軟件上形成良性互動。因此物理實(shí)驗(yàn)室的開放是符合物理實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展規(guī)律的。

實(shí)驗(yàn)室開放,是給使用者提供一個(gè)靈活、方便的實(shí)驗(yàn)條件,通過實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)師的指導(dǎo)或協(xié)助,讓使用者創(chuàng)造性地完成實(shí)驗(yàn)研究,并使使用者和實(shí)驗(yàn)室都能從研究成果中互惠受益。

1 從創(chuàng)新人才培養(yǎng)看實(shí)驗(yàn)室開放的要求

與科研實(shí)驗(yàn)室不同,物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是為物理實(shí)驗(yàn)課程服務(wù)的?,F(xiàn)開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)課程是理工類本科生的必修課,是按學(xué)生的平均知識、能力水平設(shè)計(jì)的,既要照顧不同學(xué)科要求對物理知識掌握的程度,也要兼顧物理實(shí)驗(yàn)室能夠大范圍提供的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境,故未開放的物理實(shí)驗(yàn)室無法滿足培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需求。

現(xiàn)今的創(chuàng)新人才可以大致分為專業(yè)特長型、技術(shù)應(yīng)用型和跨學(xué)科型,對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)也要適應(yīng)個(gè)人的特點(diǎn)而進(jìn)行。

從專業(yè)特長型人才的培養(yǎng)角度出發(fā),研究能力突出或者自我要求較高的學(xué)生是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放對象,提供專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)師的指導(dǎo)對培養(yǎng)此類人才至關(guān)重要;從技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的角度出發(fā),實(shí)驗(yàn)室需要有針對性地、系統(tǒng)地提供與應(yīng)用技術(shù)相關(guān)性較強(qiáng)的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并且實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容要涵蓋基礎(chǔ)性、綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);從跨學(xué)科人才培養(yǎng)的角度出發(fā),需要為實(shí)驗(yàn)室建立自主立項(xiàng)機(jī)制,鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)室自主進(jìn)行隊(duì)伍建設(shè)、技術(shù)革新、設(shè)備引進(jìn)與制作、行業(yè)交流、情報(bào)收集等方面的立項(xiàng),引導(dǎo)建立可持續(xù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)機(jī)制,使實(shí)驗(yàn)室走上特色建設(shè)之路。

基于以上分析,開放實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

(1) 開放時(shí)間的靈活性。使用者可根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃到實(shí)驗(yàn)室預(yù)約登記,自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

(2) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不確定性。開放實(shí)驗(yàn)室為使用者提供功能強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)儀器和良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境;在實(shí)驗(yàn)過程中,使用者可以根據(jù)實(shí)際情況作階段性調(diào)整或修改實(shí)驗(yàn)方案;

(3) 實(shí)驗(yàn)室有償對外開放服務(wù)性。實(shí)驗(yàn)室的資源在滿足教學(xué)需求的前提下,對外開展有償服務(wù),可以解決實(shí)驗(yàn)消耗和值班人員的加班補(bǔ)貼問題。

(4) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)來源多樣性。開放性實(shí)驗(yàn)室可以引入社會資源,減少學(xué)校投入,成為學(xué)生接觸工程實(shí)踐和學(xué)校對外合作的平臺。

2 開放物理實(shí)驗(yàn)室對于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的意義

2.1 實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供課外科技創(chuàng)新活動的平臺

華南理工大學(xué)自啟動開放性實(shí)踐教學(xué)改革以來,為支持學(xué)生課外學(xué)術(shù)科研項(xiàng)目的開展,每年撥出200萬元作為“本科生參與課外科研實(shí)踐訓(xùn)練計(jì)劃”(SRP)的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。學(xué)校通過設(shè)立國家級/省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目、大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽、物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競賽、電子設(shè)計(jì)競賽等活動,檢驗(yàn)學(xué)生的創(chuàng)新成果。在良好的學(xué)生課外科技創(chuàng)新氛圍中,學(xué)生參加課外科技創(chuàng)新活動的熱情高漲。

2006—2013年,我校物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)年均承擔(dān)校級SRP項(xiàng)目8項(xiàng),每年直接受益的本科學(xué)生約30人。2006年至今,由實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員指導(dǎo)本科生公開發(fā)表論文10篇。如果能將來自實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)和協(xié)助制度化,并通過對學(xué)生社團(tuán)的幫帶、催化作用,充分利用實(shí)驗(yàn)室平臺輔助學(xué)生課外科技興趣小組的活動,則受益的學(xué)生人數(shù)將會更多。

由此可見,學(xué)生開展課外科技創(chuàng)新活動對實(shí)驗(yàn)室開放有客觀需求。通過為在校學(xué)生提供課外科技創(chuàng)新活動的平臺,對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)有直接的作用。

2.2 實(shí)驗(yàn)室可作為學(xué)生備戰(zhàn)科技競賽的工作室

廣東省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,是為更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣,加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐、提高學(xué)生的動手能力而舉辦的物理類實(shí)驗(yàn)競賽。競賽賽題在每年年初發(fā)布,本科生隊(duì)伍需通過撰寫論文、提交實(shí)驗(yàn)視頻參賽。每年在全省高校的參賽作品中選擇前30名的作品進(jìn)入決賽,這30支隊(duì)伍則在當(dāng)年10月攜帶參賽作品參加答辯、現(xiàn)場測試等環(huán)節(jié)的激烈角逐,最終競出一、二、三等獎(jiǎng)和優(yōu)勝獎(jiǎng)。通過競賽可以看出,參賽學(xué)生不僅具有扎實(shí)的物理基礎(chǔ)知識,還具有良好的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。歷屆獲獎(jiǎng)作品都體現(xiàn)出參賽學(xué)生具有很強(qiáng)的對電子科學(xué)與技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等知識的綜合運(yùn)用能力。這對于本科生,尤其是許多二、三年級的學(xué)生,是非常難能可貴的。

2006—2013年,我校每年約有25支參加廣東省物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽的本科生代表隊(duì)接受物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)和協(xié)助。為了更好地提供參賽備戰(zhàn)的條件,從2008年開始,物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件為參賽隊(duì)提供全面開放的集訓(xùn)工作室,我校也因此在后來各屆物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽上獲得4~6個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的優(yōu)秀成績,并連年被授予大賽“優(yōu)秀組織獎(jiǎng)”。

可見,要使一批能力突出的學(xué)生快速成長,關(guān)鍵是為他們提供超越基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)層次的開放實(shí)驗(yàn)室。

2.3 開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)通選課的嘗試

現(xiàn)國內(nèi)高校對通選課的劃分主要參考北京大學(xué)“溝通論”的做法,即將課程劃分為5個(gè)領(lǐng)域:數(shù)學(xué)與自然科學(xué)、社會科學(xué)、哲學(xué)、歷史學(xué)、語言文學(xué)與藝術(shù),主張理工科學(xué)生選修通選課程中經(jīng)管、文、史、哲、藝類課程,而文科學(xué)生則選修通選課程中自然科學(xué)、工程技術(shù)類課程。實(shí)驗(yàn)類通選課現(xiàn)在主要在綜合性大學(xué)中開設(shè),目的是提供文科學(xué)生或者理工課基礎(chǔ)薄弱學(xué)生相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),仍然屬于“溝通論”范疇[1-4]。

物理實(shí)驗(yàn)課是高等學(xué)校理工科類專業(yè)對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程,是本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。按教學(xué)計(jì)劃的設(shè)置,本科生在一、二年級完成公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課后,才能在高年級進(jìn)入專業(yè)課的學(xué)習(xí)。而在我校多年的教學(xué)實(shí)踐中,有部分能力突出的本科學(xué)生在低年級時(shí),已經(jīng)有獲得規(guī)范的科研訓(xùn)練的需求。一些國家級、省級的學(xué)生課外科技創(chuàng)新項(xiàng)目也要求申報(bào)人必須是二年級以下的本科生。

因此,客觀上就有對以開展系統(tǒng)的科研訓(xùn)練為目的、以講授當(dāng)代科學(xué)研究與工程技術(shù)中廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代物理技術(shù)和以溝通各門理工學(xué)科內(nèi)容為目的的通選實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)需求。我校計(jì)劃在必修的物理實(shí)驗(yàn)課與學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技活動中間,設(shè)立一個(gè)開放性、探索性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),講授現(xiàn)代測量測試技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室常用儀器使用、數(shù)據(jù)分析與處理方法等內(nèi)容。從而為這些能力突出的理工類本科生在今后進(jìn)入各項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)踐活動打下基礎(chǔ);而實(shí)現(xiàn)這個(gè)中間實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)最合適的途徑就是開設(shè)通選實(shí)驗(yàn)課。

另外,開設(shè)通選實(shí)驗(yàn)課,可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室全面深入開放,做到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)相結(jié)合,教學(xué)改革與科研、學(xué)科發(fā)展緊密結(jié)合,力求在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)達(dá)到對學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)的目的。

2.4 在開放與對外合作中雙贏

一個(gè)具有特色的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,更應(yīng)該將自身的價(jià)值通過示范作用對外輻射,例如在實(shí)驗(yàn)儀器通過計(jì)量認(rèn)證的前提下,承接企業(yè)質(zhì)量檢測任務(wù)[5-6]。這樣,開放性實(shí)驗(yàn)室既可以作為第三方檢測機(jī)構(gòu)提供具有法律效力的檢測數(shù)據(jù),又可以在日常教學(xué)中引入產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),更好地將學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容與社會需求掛鉤,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。

此外,通過引入社會資源成立校企共建實(shí)驗(yàn)室,對實(shí)驗(yàn)室而言,既可以整合校企優(yōu)勢資源,促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化,又可以對外承擔(dān)企業(yè)的開發(fā)業(yè)務(wù)和技術(shù)人員培訓(xùn)任務(wù),還可以在較少投入的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一步到位。對企業(yè)而言,既節(jié)省了研發(fā)、培訓(xùn)的投入,又可以共享高校智力資源,還通過實(shí)驗(yàn)室對在校學(xué)生開放,鎖定了適用的技術(shù)人才,一舉多得[7]。

長期被看作基礎(chǔ)教學(xué)部門的物理實(shí)驗(yàn)室如能在對外合作中走出一條屬于自己的可持續(xù)發(fā)展道路,則能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室開放的優(yōu)勢,達(dá)到雙贏的目的。

3 運(yùn)行和管理開放性實(shí)驗(yàn)室待解決的問題

雖然開放高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)、對實(shí)驗(yàn)室自身建設(shè)、對社會都有利,但以教學(xué)為目標(biāo)的開放實(shí)驗(yàn)室與以科研為目標(biāo)的開放實(shí)驗(yàn)室在管理模式上是不同的,涉及到諸如數(shù)量大而單價(jià)相對低的儀器設(shè)備的借用管理、實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入管理、實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間的安排、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)工作成果的匯總管理等問題[8-10]。

3.1 開放性實(shí)驗(yàn)室管理隊(duì)伍的建設(shè)

一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)室管理團(tuán)隊(duì),在學(xué)生課外創(chuàng)新活動中的角色應(yīng)該亦師亦友:師者,在知識、技能上能給予學(xué)生指導(dǎo);友者,在研究探索中能密切協(xié)作、平等交流??紤]到開放實(shí)驗(yàn)室的受益主體是接受創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練的學(xué)生,因此負(fù)責(zé)開放性實(shí)驗(yàn)室管理的人員,也應(yīng)該具有熱心教學(xué)、知識面廣、技術(shù)過硬、合作精神、創(chuàng)新思維等特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,再組合為學(xué)歷、職稱結(jié)構(gòu)合理的團(tuán)隊(duì),才能更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新人才培養(yǎng)上的作用。而管理團(tuán)隊(duì)人員的組成則可以多樣化,無論教學(xué)科研工作者、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、工勤技能人才、研究生助教、短期聘用人員、學(xué)生志愿者等均可以成為開放性實(shí)驗(yàn)室的管理隊(duì)伍一員。

在管理隊(duì)伍的團(tuán)隊(duì)組合上,以實(shí)驗(yàn)室自身的成長和建設(shè)為目標(biāo),通過項(xiàng)目化方式組建的實(shí)驗(yàn)室管理團(tuán)隊(duì)具有工作目標(biāo)明確、組合機(jī)動性強(qiáng)、考核和管理相對簡單的優(yōu)勢,可以在后續(xù)的工作中進(jìn)行研究和探索。

3.2 將管理信息系統(tǒng)引入實(shí)驗(yàn)室日常管理

目前,大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室采用紙質(zhì)登記本進(jìn)行用戶使用登記,實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的借取和交還、耗材的準(zhǔn)備和發(fā)放等也主要依賴實(shí)驗(yàn)室管理人員的分立管理。但在開放性實(shí)驗(yàn)室中,分立的實(shí)驗(yàn)室管理方法在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的預(yù)約、耗材的申請和發(fā)放上均不能迅速響應(yīng)用戶的需求,甚至制約了實(shí)驗(yàn)室資源的全面開放。

此外,如果開放性實(shí)驗(yàn)室沒有有效的管理信息系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)室管理員就不能方便地統(tǒng)計(jì)出實(shí)驗(yàn)室或儀器設(shè)備的使用情況,不能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)耗材庫存情況;實(shí)驗(yàn)室管理部門更無法跨實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理以實(shí)現(xiàn)資源綜合調(diào)配,無法高效地對實(shí)驗(yàn)室資源的總體規(guī)劃提供決策支持。雖然國內(nèi)已經(jīng)有部分高校開始采用管理信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理,但已有的管理信息系統(tǒng)往往只適用于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室或者一般教學(xué)實(shí)驗(yàn)室[11-12]。

普通高校為師生提供實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐創(chuàng)新活動或研究式教學(xué)活動使用的開放性實(shí)驗(yàn)室,其特點(diǎn)是用戶數(shù)量較多且流動性大,可使用的儀器設(shè)備較簡單但功能組合多樣,實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間靈活。因此,在管理上也立足于用戶、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)耗材和開放時(shí)間等4個(gè)方面,一般以使用“人時(shí)數(shù)/學(xué)年”為評價(jià)或考核實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的開放指標(biāo):(1)在用戶關(guān)系管理上,注重通過實(shí)驗(yàn)室資源實(shí)現(xiàn)目標(biāo),實(shí)驗(yàn)室也要能給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技能評價(jià);(2)在實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的管理上,注重儀器設(shè)備的數(shù)量、性能是否滿足用戶的需求;(3)在耗材的管理上,注重其倉管能力和配送能力;(4)在開放時(shí)間管理上,則專注于能否按需開放。

3.3 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

以用戶的預(yù)約記錄為內(nèi)在聯(lián)系,可分別建立開放物理實(shí)驗(yàn)室的用戶、儀器設(shè)備和耗材三大數(shù)據(jù)庫,形成中央管理信息系統(tǒng)。中央管理信息系統(tǒng)通過外部接口和硬件控制器,與門禁考勤系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、用戶終端系統(tǒng)組成開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。用戶在預(yù)約時(shí)間用身份卡(ID)可激活管理信息系統(tǒng)的預(yù)約記錄,實(shí)驗(yàn)室則實(shí)現(xiàn)門禁開放、耗材自動發(fā)放、指定儀器設(shè)備通電運(yùn)作等功能。這些功能還可以在某些場合實(shí)現(xiàn)無人值守的開放實(shí)驗(yàn)室智能管理。

對實(shí)驗(yàn)室用戶而言,可通過此系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備進(jìn)行查詢、操作位預(yù)約、耗材預(yù)約、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測、瀏覽操作手冊等。對實(shí)驗(yàn)室管理人員而言,可通過系統(tǒng)對用戶權(quán)限進(jìn)行管理、對實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備和耗材的需求情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。此系統(tǒng)既方便學(xué)生有效地利用實(shí)驗(yàn)室的資源,也便于管理員和教師了解學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室的情況,以便更好地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)室主管部門還可以通過對開放性實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析,對實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行總體規(guī)劃建設(shè)。

4 結(jié)束語

在大多數(shù)高校,公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入都是優(yōu)先保證的,這意味著學(xué)校對教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的期望也是很高的。但若公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的功能只是局限于為開設(shè)的教學(xué)課程服務(wù),那么就談不上實(shí)驗(yàn)室開放,更談不上培養(yǎng)創(chuàng)新人才。華南理工大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了面向競賽和學(xué)生課外科技活動的實(shí)驗(yàn)室開放,并取得了一些成果。今后,我們還需要在通選型的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課和實(shí)驗(yàn)管理隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)管理方法上進(jìn)行更多的探索和研究,為教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的全面深入開放打下基礎(chǔ)。

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