应用型本科教育背景下创新实验室建设研究

时间：2024-06-19

郎庆阳，赵亮，齐秀彪

(辽宁科技学院机械工程学院，辽宁本溪 117004)

2015年 10月，教育部、发改委、财政部发布了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，指出要确立高校应用型的类型定位和培养应用型技术技能型人才的职责使命，将创新创业教育融入人才培养全过程，加强实验实训实习基地建设，提升以应用为驱动的创新能力〔1〕。在此之前，《关于大力推进大众创业万众创新若干政策措施的意见》和《中国制造 2025》相继下发。可见，应用型本科人才培养应以能力培养为中心，做到理论与实践并重，重视实践教学。实践教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，也是提高学生社会职业素养和就业竞争力的重要途径〔2〕。

实验室，特别是创新实验室，在学生理论知识掌握、实践能力培养和创新能力树立等方面发挥着重要的作用。学生通过在创新实验室的各类活动，获得较强的动手能力、创新能力、团队协作能力，能够树立工程理念、创新精神和批判思维，实现培养复合型应用人才的目标。本文以机电创新实验室为例，对应用型本科高校中创新实验室建设的相关问题进行研究。

1 机电创新实验室建设基本情况

2013年，为推动机械专业培养体系中创新实践教育及活动，在机械学院领导的大力支持下，机电创新实验室得以创建。几年来，机电创新实验室在学校相关部门和学院支持下，克服各种困难，从无到有，从小变大，逐渐建设发展成为教学、实践、创新、科研融为一体的多功能实验室。

机电创新实验室目前拥有各类实验桌椅、工作台及办公设备，拥有3D打印机、激光切割机、雕塑机、刻字机、小型桌面机床、小型CNC机床等设备，拥有较为齐全的手动工具、电动工具、测量工具、仪器仪表及辅助设备。

图1 机电创新实验室全景图

机电创新实验室有实验室负责人教师一名，负责实验室的管理建设，设备耗材管理，学生管理、项目管理、实践指导等工作，另有一名指导教师，负责学生竞赛和技术指导。近年来，共有50余名学生常驻机电创新实验室，产生大学生创新创业训练项目国家级3项、省级8项、校级3项，参加各类学科竞赛获国家级奖项3项、省级奖项12项、校级奖项20余项。以机电创新实验室为基础，产生校科研启动项目2项，省教育厅科学研究项目2项，发表论文近20篇，授权实用新型专利和软件著作权共10余项。

2 机电创新实验室建设作用效果

机电创新实验室是对机械专业传统教学实验室体系的良好补充和改善，对培养复合型应用人才、促进教学和科研、激发学生学习内在动力等方面都起到了重要作用。

2.1 学生教师实践和科研的物理空间

工欲善其事必先利其器，机电创新实验室遵循实验、实践、创新一体化构建的思路，为学生各类教学实践活动和教师的教学科研活动提供了支撑作用的物理空间。

学生在学习实践过程中，会产生很多新颖的想法和创意，就要有平台支持其实现，否则学习和创造的热情就会迅速消失。

教师在教学和科研研究过程中，会有很多辅助的装置设计、零件加工、维护维修等工作，都可以在创新实验室得到软硬件支持。

不同于传统教学实验室，机电创新实验室为实践活动提供了通用的、开放的空间场地，并配套了基础设施，使多种类型的实践活动有了场所。

相比较传统教学实验室，机电创新实验室引进的设备大多具有DIY的属性，并具有一定的前沿性热门性，与教学实验室形成良性互补。如在全校率先引入3D打印技术，拥有全校第一台桌面3D打印机，极大地丰富了机械制造方面的方式方法和教学素材。

2.2 先进教学理念的研究与实施平台

机电创新实验室由于其自带的开放、通用、创新等属性，为先进教学理念和方法的研究与实施，提供了良好的实现平台。与此同时，也对现有应用型本科课程体系建设做出有效支撑和补充。

以大创项目、创新竞赛项目、科研项目和自拟项目为形式，充分践行PBL(项目导向式学习或问题导向式学习)的学习方式，学生在实际项目情景中，通过不断解决具体问题，获得知识和技能的提升。

通过将创新实践项目的实物研发制作和创业实践项目的企划营销相结合，符合CDIO(构思、设计、实现、运作)工程教育模式的要求，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，培养学生的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。

将OBE理念融入实践项目全过程中。项目最终成果是清晰可见的可以衡量评价的目标，以此向回反推，制定各步骤，各阶段目标，可评价的目标成果。

不同于传统课堂学习，学生在创新实验室的学习全部采用“做中学”的方式。通过实践，学生能够加深对理论知识的理解，有利于学生迅速掌握相关知识。同时，通过实际操作，使学生积累一定的实践经验，为各类课程实训、毕业设计和未来工作奠定一定的基础。学习过程中参考费曼学习法，通过老成员给新成员讲课与辅导、专项交流、头脑风暴讨论、学生参与实验课程授课等方式，让学生不但能学到，而且会用出来，真正学懂弄通。

机电创新实验室为现有应用型本科课程体系做出支撑，开设了快速成型制造和激光加工实验，建设了SolidWorks和机电创新实践基础等应用型课程，率先在毕业设计中引入实物制作，将创新实践项目与毕业设计相结合。

2.3 全面锻炼学生综合能力的第二课堂

机电创新实验室的实践教学，是机械专业应用型培养方案和课程大纲(第一课堂)的良好补充，，让学生在“做中学、赛中学、玩中学”〔3〕，全面培养学生的各方面能力。

以项目产品从研发到推广的生命周期过程为载体，学生改变以往的“等、靠、要”的学习态度和观念〔4〕，在动手实践的过程中，学会分析问题、查找资料、整合资源、独立思考、自主学习，理论联系实际，掌握创新思维方法和技巧、各类实践技能、自我管理方法、科学的工程思维，锻炼表达交流、团队合作、统筹规划、运营管理能力，最终得到全方面的成长与发展。

2.4 对外交流合作的开放窗口

应用型本科专业的建设和发展，要坚持理论与实践相结合，加强交流合作。相比以教学任务为主的传统实验室，创新实验室更容易实现校内专业合作、校校合作、校政企合作等交流合作，解决实际问题，优势互补、互利双赢。

机电创新实验室通过为企业生产问题提供解决方案、利用3D打印技术为企业建立产品原型等方式，同企业建立了良好的关系。依托实验室加工制作资源和能力，为学校其他院系和机关部门相关活动提供加工制作的服务。支持中小学科普及创新教育，多次开展了新技术的科普实践活动，同时开展新型教具研发等合作活动。服务社会的同时，也树立了学校和专业的良好形象。

3 创新实验室建设关键问题

创新实验室在发展过程中会遇到很多问题，其中有一些特别需要重视的方面。

3.1 物理环境及硬件建设

物理环境和相关硬件是创新实验室存在的基础，主要包括房间、电气、照明、供暖、网络、工作台桌椅、货架、加工设备、电动手动工具、仪器仪表、电脑和其它辅助设施。实验室要发展，形成规模，覆盖更多项目和学生，足够的活动空间是必要的，配套的电气和网络设施等都是日常活动的必须条件。

随着项目和人员的增加，设备和工具会出现明显不足的情况，特别是设备，比如3D打印机，靠现有的统一采购的几台设备，已经不能满足学生需要，一方面要持续申请采购，另一面要充分发挥实验室特色和实力，通过自主设计和制作3D打印机，既锻炼学生，又能满足实际需要。

3.2 管理制度和工作机制的完善

管理制度和工作机制是创新实验室的重要软件建设内容，主要包括实验室的组织管理机制、日常运行管理机制、实验实践教学管理机制、物资管理机制、项目管理机制、文化建设机制等。软件建设是创新实验室良性发展的重要保障，也是创新实验室的生机和活力所在。

管理制度和工作机制一定要伴随创新实验室发展不断完善和优化，以保证实验室工作顺利完成，需要注意的是，管理制度和工作机制一定要根据实验室的实际情况来制定，落后和超前都不是恰当的。要让学生参与实验室管理，不仅可以减轻实验室管理人员的负担，还可以培养学生的责任心和管理能力。

3.3 经费和资源支持机制

不同于传统教学实验室一次性采购完成，后期只需要按时申报耗材的情况，创新实验室的建设并非一蹴而就，是一个持续的、反复迭代的过程。除了设备的日常损耗外，还需要支撑不同学生的不同需求。为了让学生充分实践获得能力，持续的适度的材料消耗也是必须的。因此，需要源源不断的投入。当前情况下，除了学院每年给予一定资源支持，实验室日常的资金更多是靠项目经费“以战养战”，这在一定程度上是制约实验室进一步发展的。这就需要加大对创新实验室的资金投入，如设立创新实验室建设专项基金、创新项目实验基金等。

3.4 学生个人成长和团队建设

培养学生，提升学生能力是创新实验室的终极目标。学生个人成长和学生团队建设是需要持续关注的。现在普遍的情况是学生缺少实践技能和工程思维方式、与实践相关的理论课程开设较晚、学生更愿意去关注所谓的个性发展而忽视团队力量、不会处理人际关系等等，这些情况很容易导致学生的实践热情迅速减退，乃至放弃。所以，创新实验室要建立自身的基础培训体系，关注学生的思想动态，培养学生良好的生活和工作习惯，做好学生团队梯度建设，建好能力培养金字塔和人才成长金字塔。