曹貽鵬 許 飛 陳 平

陸軍裝甲兵學(xué)院基礎(chǔ)部 北京 100072

實驗室建設(shè)是教學(xué)條件建設(shè)的一項重要內(nèi)容，也是高等院校培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神人才的重要環(huán)節(jié)和實踐基地[1]。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程教學(xué)注重對學(xué)生數(shù)學(xué)理論知識的傳授，課堂教學(xué)以邏輯推導(dǎo)和計算為主，學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力得到了很好的訓(xùn)練。在信息化、大數(shù)據(jù)背景下，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以計算機為工具對復(fù)雜問題進行建模、仿真及求解的具有創(chuàng)新精神的復(fù)合型人才越來越受到重視。基于數(shù)學(xué)建模的開放創(chuàng)新實驗室通過軟、硬件和教學(xué)資源的建設(shè)，為學(xué)生提供了一個能夠自主學(xué)習(xí)的平臺，學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力可以在開放創(chuàng)新實驗室得到系統(tǒng)培養(yǎng)和強化。

1 實驗室建設(shè)的基本情況

1.1 實驗室建設(shè)的意義

基于數(shù)學(xué)建模的開放創(chuàng)新實驗室是以學(xué)生為中心，以全面培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新意識與數(shù)學(xué)應(yīng)用能力為目標的開放性實驗室。實驗室的建設(shè)是信息化、大數(shù)據(jù)背景下人才培養(yǎng)模式改革的趨勢，也是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)學(xué)建模開放創(chuàng)新實驗室以開展數(shù)學(xué)實驗類課程教學(xué)為依托，以各級建模競賽為牽引，打破傳統(tǒng)封閉的管理模式，以“開放”“創(chuàng)新”為特色，通過學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變旨在為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)平臺。“開放”具有兩層含義，一是時間與資源上的開放，實驗室在正課之余盡可能多地提供服務(wù)學(xué)習(xí)機會和學(xué)習(xí)資源[2]；二是人員上的開放，既面向本校各培養(yǎng)層次學(xué)生，也面向校內(nèi)有需要的教職員工。“創(chuàng)新”是指實驗室的工作重點在于培養(yǎng)學(xué)生的以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以計算機為工具解決實際問題的創(chuàng)新、實踐能力。通過實驗室的系統(tǒng)培訓(xùn)，學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新精神和實踐能力能夠得到有效提高，特別是應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件進行建模、仿真和解決問題的能力得到加強[3]。

1.2 實驗室的功能

數(shù)學(xué)建模開放創(chuàng)新實驗室主要承擔(dān)以下6個方面的功能模塊：實驗教學(xué)，科學(xué)研究，資源建設(shè)，競賽與組訓(xùn)，科技創(chuàng)新和俱樂部活動。這6項功能模塊依據(jù)培訓(xùn)任務(wù)的特點又可以分為3個層次：基本功能，核心功能和附加功能[1]，如圖1所示。

圖1 實驗室功能層次結(jié)構(gòu)

基本功能主要包括承擔(dān)實驗教學(xué)和科學(xué)研究兩項任務(wù)，基本功能是開放實驗室建設(shè)的底層功能。在教學(xué)任務(wù)上，依托實驗室開設(shè)數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)實驗、計算方法、數(shù)據(jù)分析等一批數(shù)學(xué)創(chuàng)新實踐類課程以及MatLab，SPSS，R等一些軟件的應(yīng)用培訓(xùn)。通過這些課程及培訓(xùn)，有助于學(xué)生開闊視野，掌握基本的數(shù)學(xué)建模、科學(xué)計算、統(tǒng)計分析和軟件應(yīng)用等方面的知識與技能，具備初步的應(yīng)用數(shù)學(xué)解決復(fù)雜實際問題的能力。科研任務(wù)主要是指教師團隊依托實驗室平臺提供的軟、硬件設(shè)施開展科研項目、學(xué)術(shù)研究和學(xué)術(shù)交流等活動。

核心功能主要包括依托實驗室承擔(dān)資源建設(shè)和競賽與組訓(xùn)的任務(wù)。資源建設(shè)包括教學(xué)資源建設(shè)和師資隊伍建設(shè)兩項。教學(xué)資源主要包括開展實驗教學(xué)相關(guān)的教案、講義、課件、教材和軟件配套教學(xué)資源等的課程建設(shè)，實驗室的建設(shè)不是一勞永逸的工程，建設(shè)與完善永遠在路上。師資隊伍是開放創(chuàng)新實驗室正常運行的主導(dǎo)力量，也是實驗室建設(shè)的軟實力，沒有一支教學(xué)能力強、科技創(chuàng)新能力突出的教師團隊，實驗室就很難發(fā)揮出最大效能。在開放實驗室教、研功能的實踐中逐漸打造出一支高素質(zhì)教學(xué)團隊，與實驗室的發(fā)展相互促進形成良性循環(huán)。學(xué)科競賽是檢驗和提升學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力的重要方式，以學(xué)科競賽作為牽引，把實驗室打造成建模競賽組訓(xùn)和競賽實施的基地，系統(tǒng)提升學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力。目前，我院主要參與的建模競賽有美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、“軍事運籌杯”軍隊院校數(shù)學(xué)建模競賽和“高教社杯”全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽三大競賽。三類競賽分別在1月、5月和9月，比賽間隔時間較為均衡，非常適合開展系統(tǒng)的培訓(xùn)工作。

實驗室的附加功能主要指為學(xué)生自發(fā)開展的科技創(chuàng)新活動和數(shù)學(xué)建模俱樂部提供活動場地等的軟硬件支持。我院近年來參與的科技創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)大賽有“北斗之星”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“人工智能與大數(shù)據(jù)之裝備狀態(tài)識別診斷”大賽、校園文化創(chuàng)意作品大賽和“北斗杯”全國青少年科技創(chuàng)新大賽等多項活動。開放創(chuàng)新實驗室可以為以上相關(guān)賽事提供相關(guān)的數(shù)學(xué)建模、科學(xué)計算和算法優(yōu)化等方面的技術(shù)支持。數(shù)學(xué)建模俱樂部是我院學(xué)生自發(fā)的學(xué)生組織，掛靠在我部數(shù)學(xué)教研室，教研室提供師資力量指導(dǎo)俱樂部的各項活動。實驗室引入數(shù)學(xué)建模俱樂部參與實驗室的管理，同時實驗室為俱樂部提供活動場地和必要的設(shè)備、設(shè)施以支持俱樂部的活動。

1.3 實驗室的管理模式

開放創(chuàng)新實驗室以服務(wù)學(xué)生為宗旨，采取以教研室管理為主，建模俱樂部管理為輔的“共管模式”。共管模式有效彌補了教研室管理的不足，特別是在晚間和節(jié)假日，俱樂部的骨干都能夠做到盡職盡責(zé)?？茖W(xué)化管理是實驗室發(fā)揮最大效能、實現(xiàn)其建設(shè)宗旨的根本保證，目前實驗室的管理模式主要由管理結(jié)構(gòu)和管理制度兩部分組成[3]，如圖2所示。

圖2 實驗室管理模式

管理結(jié)構(gòu)主要采取“教研室—值班教師—數(shù)學(xué)建模俱樂部”三級負責(zé)制，三級管理各有明確的分工和職能[4]。

1.3.1 教研室管理

數(shù)學(xué)建模開放創(chuàng)新實驗室由數(shù)學(xué)教研室主建和管理，教研室統(tǒng)籌安排實驗室全年度的主要工作，包括教學(xué)任務(wù)的安排與落實、學(xué)科競賽的組織與培訓(xùn)、俱樂部活動的規(guī)劃和制度建設(shè)等。教研室具有管理實驗室的最高權(quán)限，并由指定教研室領(lǐng)導(dǎo)負責(zé)實驗室的全面工作。

1.3.2 值班教師管理

實驗室的日常性工作由實驗室的值班教師負責(zé)，主要職責(zé)是保障當(dāng)日正常教學(xué)任務(wù)或教學(xué)活動的實施以及其他臨時性工作的安排和處理。值班教師由實驗室團隊中的教師輪流擔(dān)任，一般安排當(dāng)天有教學(xué)任務(wù)或負責(zé)競賽組訓(xùn)的教師值班[5]。

1.3.3 俱樂部管理

實驗室的定位是開放實驗室，盡可能多地為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的機會。在正常工作時間之余和節(jié)假日，實驗室的開放交由俱樂部管理，俱樂部的骨干負起管理責(zé)任，管理制度和權(quán)限由教研室制訂。在實踐中俱樂部成員非常有熱情參與實驗室的管理，很大程度上緩解了實驗室的人力資源壓力，并且能夠彌補很多教研室管理上的不足，特別是一些有計算機軟、硬件特長的學(xué)生能很迅速地解決各種小故障，極大提高了實驗室的工作效率[7]。

在三級管理結(jié)構(gòu)下，實驗室的系統(tǒng)開放時間和分散開放時間管理權(quán)限和管理區(qū)間無縫對接，很好地維持了實驗室的正常秩序。實驗室在優(yōu)化管理結(jié)構(gòu)的同時也非常注重相關(guān)制度的建設(shè)，先后制訂了一系列的配套措施和管理制度。例如，實驗室開放時間規(guī)定，實驗室安全操作規(guī)范，實驗室使用規(guī)定，實驗室維護規(guī)定和實驗室應(yīng)急管理等。在實驗室管理模式的實際運行中，相關(guān)制度也在不斷優(yōu)化和細化，為實驗室效能的發(fā)揮起到了巨大推動作用。

2 實驗室運行中的問題與對策

實驗室的運轉(zhuǎn)為人才培養(yǎng)做出了很大成績，基于實驗室的數(shù)學(xué)實驗類課程取得良好教學(xué)效果，學(xué)科競賽成績也穩(wěn)步提升，但同時也出現(xiàn)了一些始料未及的問題?，F(xiàn)對實驗室管理中出現(xiàn)的問題進行梳理，并針對相關(guān)問題提出解決措施。

2.1 存在的問題

2.1.1 管理制度不完善

實驗室建設(shè)之初學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情非常高漲，以致實驗室承載負荷過重，造成了一定程度的混亂和無序。主要表現(xiàn)在教學(xué)雙方信息溝通不暢，在正常組織教學(xué)任務(wù)時常有個別學(xué)生來實驗室上機，對教學(xué)秩序有一定影響；在自由開放時間人員過于密集，教學(xué)資源相對緊缺；實驗室維護機制不健全，出現(xiàn)故障不能及時解決等問題。

2.1.2 競賽組訓(xùn)與分散學(xué)習(xí)的矛盾突出

競賽組訓(xùn)是人才培養(yǎng)中的一個非常重要的環(huán)節(jié)，雖然競賽組訓(xùn)不在學(xué)院下達的教學(xué)任務(wù)編排中，但是競賽指導(dǎo)團隊一直按正課標準組織施訓(xùn)，這就造成了教學(xué)資源在組訓(xùn)團隊中的相對集中。另一方面，在競賽期間實驗室是重要的競賽場地，各種資源要優(yōu)先保障參賽隊伍，這在一定程度上制約了分散學(xué)習(xí)的學(xué)生的需求。

2.1.3 特色教學(xué)資源的積累不足

實驗室現(xiàn)有教學(xué)資源多是通用性的教學(xué)資源，針對院校和學(xué)科專業(yè)的特色不足。特別是我院重點參與的“軍事運籌杯”全軍大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽相關(guān)的軍事背景教學(xué)資源積累較少，與學(xué)生的需求和預(yù)期之間還有些許差距。另外，實驗室的定位是“開放”和“創(chuàng)新”，這個定位對教師隊伍的要求非常高，需要師資隊伍始終追蹤學(xué)科和技術(shù)前沿。由于各方面因素的制約，師資隊伍尚不能做到與時俱進。

2.1.4 道德風(fēng)險問題和資源的低效使用

實驗室提供的硬件環(huán)境比較優(yōu)越，這也導(dǎo)致一部分學(xué)生把資源用錯了地方。例如，有些學(xué)生會悄悄安裝游戲或聯(lián)網(wǎng)游戲，這種情況頻繁出現(xiàn)。還有的學(xué)生對學(xué)習(xí)資源不注意維護，軟硬件使用不能按照操作規(guī)范進行，以致小故障頻發(fā)。

2.1.5 俱樂部在管理問題上存在短板

實驗室在引入建模俱樂部參與管理的過程中解決了很多實際問題，例如，教師和學(xué)生的時間不同步問題，小故障維修等，但仍然存在一些難以克服的問題。由于建模俱樂部的成員均為在校大學(xué)生，管理經(jīng)驗和管理能力存在一些欠缺，尤其是對人的管理的能力與經(jīng)驗都有不足。

2.2 針對問題采取的對策

2.2.1 優(yōu)化和完善相關(guān)機制

在實驗室的管理中暴露出的問題往往是常態(tài)化問題，對常態(tài)化問題的解決需要建立管理機制，對制度、標準、規(guī)范進行優(yōu)化和細化。針對前述出現(xiàn)的一些相關(guān)問題，實驗室修訂和制訂實驗室進入制度、預(yù)約制度、培訓(xùn)制度等規(guī)范，并著手開展一些管理信息化的建設(shè)。機制的完善保障了實驗室的有序開放，疏導(dǎo)了人員的擁堵問題。

2.2.2 對競賽組訓(xùn)的分區(qū)管理

實驗室承擔(dān)競賽組訓(xùn)和競賽實施的任務(wù)，在優(yōu)先保障組訓(xùn)學(xué)生的同時也兼顧到分散學(xué)習(xí)的學(xué)生。主要做法一是對實驗室的場所進行分區(qū)管理，減少分散學(xué)生和組訓(xùn)學(xué)生間的相互影響；二是鼓勵分散學(xué)生自帶筆記本來實驗室學(xué)習(xí)，實驗室為學(xué)生提供軟件安裝和學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

2.2.3 建設(shè)軍事建模案例庫

我院承擔(dān)的是陸軍初級指揮軍官的培養(yǎng)任務(wù)，針對軍事建模培訓(xùn)資料短缺的情況，實驗室以“軍事運籌杯”數(shù)學(xué)建模競賽為抓手，從近幾年的建模競賽入手梳理軍事建模案例、建模方法、優(yōu)化算法等資料，逐步建設(shè)特色資源庫。

2.2.4 氛圍建設(shè)和制度相結(jié)合規(guī)避道德風(fēng)險

實驗室通過建設(shè)榮譽墻、先進團隊評選和技術(shù)互動與交流等措施加強實驗室的“尚學(xué)”風(fēng)氣建設(shè)，同時對多次違反實驗室規(guī)定的學(xué)生采取有限度的禁入措施。有限度的禁入措施主要包括在分散學(xué)習(xí)階段的限次、限時進入實驗室和參與競賽的限制。

2.2.5 強化俱樂部規(guī)范管理

日常管理主要由值班教師和俱樂部成員共同負責(zé)，值班教師主要負責(zé)常規(guī)工作安排和突發(fā)事件處理，俱樂部主要負責(zé)維持秩序和日常勤務(wù)[7]。為加強俱樂部管理的規(guī)范性主要通過如下兩方面的建設(shè)：一是加強對俱樂部學(xué)生骨干的管理培訓(xùn)，把實驗室遇到的一些日常性問題梳理歸類，對處理流程和規(guī)范進行統(tǒng)一培訓(xùn)；二是發(fā)揮俱樂部的“傳、幫、帶”作用，形成俱樂部骨干的自培訓(xùn)機制，持續(xù)提高俱樂部的管理能力。

3 結(jié)語

數(shù)學(xué)建模開放創(chuàng)新實驗室的建設(shè)是信息化、大數(shù)據(jù)背景下人才培養(yǎng)模式改革的需要，是培養(yǎng)具備對復(fù)雜問題進行建模、仿真并求解的高素質(zhì)人才的重要途徑。實驗室的建設(shè)并非僅僅采購一定數(shù)目的高性能計算機及其配套設(shè)備、設(shè)施就能解決問題的，隨著科技水平的提高，人人擁有一臺高性能計算機不是遙不可及的事情。實驗室的建設(shè)應(yīng)重在相關(guān)資源的建設(shè)，特別是配套教學(xué)資源的建設(shè)。在建設(shè)中通過把實驗室的技術(shù)和資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和實踐能力，做到實驗室是學(xué)生創(chuàng)新、實踐能力培養(yǎng)和拓展的基地，通過相關(guān)教學(xué)資源建設(shè)做到實驗室和學(xué)生共同發(fā)展。