大型实验平台对学生创新能力培养的探索与启示

摘 要：创新能力是素质教育的关键培养目标之一，大型实验平台是代表学科发展的前沿设备。如何让先进的大型实验平台在本科实验教学中发挥作用，提升高精尖设备的附加值，合理有效地为大学生创新提供平台是必须思考的问题。通过近两年对交通行为和交通安全驾驶模拟平台在大学生开放实验中的探索和实践，总结了该类大型平台的开放形式，体现了这种形式对开拓学生视野及提高创新能力的作用。

关键词：开放实验教学 大型实验平台 创新能力

近几年，各高校在“211”和“985”工程建设中为学科建设购置或研发了一些大型仪器设备及高精尖的实验平台。对大型设备的使用管理，各高校已制定了相应的管理制度[1-4]。但如何利用高精尖设备或平台优质的科研资源，使学生通过参与科学研究，与先进设备或环境密切接触，领略不同学科的科研精髓，拓宽视野还关注得较少。高精尖设备是最先进的又是社会稀缺资源，高校作为稀缺资源的集中地，应该思考如何使学生从中受益，它也是评价一个实验室培养学生综合能力和实验室核心竞争力的显性标志[5]。通过对大型仪器的开放，使学生经自主性学习研究，自行设计实验方案并独立完成实验[2]，可使本科生在校期间较早地进入科学研究领域，学习先进的现代科学技术，在学生创新精神、实验能力和综合素质培养方面发挥重要的作用[6]。

国外有一大批国际一流实验室的开放做法很值得借鉴[7]。我校道路与交通工程教育部重点实验室在学科建设过程中非常注重先进大型科研平台对学生开放方面的探索。从源头上开放实验室，即开放实验优质资源―先进的实验装备。学院坚持以服务“交通工程卓越工程师的培养为出发点，以交通运输工程国家重点一级学科的建设为依托，力争通过开放实验室提高学生综合分析能力和创新能力[8]。

1 实验教学体系

交通运输学院的实验教学体系分为3个层次：专业基础性实验、综合设计性实验和交通工程创新性实验。专业基础性和综合设计性实验为夯实学生的理论知识为目标，以培养学生的实践操作能力，建立工程实践和学以致用的思维方式；交通工程类创新性实验是在国家大学生创新性实验计划的指导下倡导以大学生为主体的创新性实验改革，主要以学生解决实际交通问题的创新意识、创新思维和创新能力为出发点，培养卓越的交通工程专业人才为目标。建设体系如图1所示。从图中可以看出，作为塔顶的创新实验要求学生具有扎实的理论和专业基础。创新性实验逐步由教师主导转化为在优质资源的支撑下学生自主性实验，以下仅研究虚线框内高精尖优质资源―交通安全和交通行为驾驶模拟平台对学生创新能力的培养。

图1 实验教学建设体系

驾驶模拟平台跟其他高精尖设备一样，具有技术先进、精密、使用维护成本高、需专人负责等特点，因此该类仪器的开放不能像普通设备那样简单，开放原则更注重实验的实质内涵。一般需在专业教师指导下开拓学生思路、培养科学的实证精神，达到设备平台的合理有效使用，这是我们对高精尖平台开放实验的基本理念。

2 基于虚拟驾驶平台开放实验的探索

我校道路与交通工程教育部重点实验室投资近2 000万元建成的国内首个具有八自由度的交通行为和交通安全模拟平台，是一个多学科交叉的综合性实验平台。在建成的近两年时间里，除了支撑科学研究外，作为学校重点投资的实验平台，我们一直探索如何在协同创新的指导思想下有效地为学生提供服务，同时有义务以简洁明了的方式接待国内外专业人士的参观学习及大、中学生的科普认知。我们在实践过程中针对高精尖实验平台总结出两种开放实验模式。

2.1 科普性开放演示实验

交通安全和交通行为模拟平台演示性开放实验教学，考虑到该实验平台运行成本比较高，不能满足所有学生的实验要求而又需要给学生普及该平台的相关知识，用演示性和科普通识教育的方式开放是理想形式。以介绍仪器的建设意义、设备的先进性、发展前沿和研究应用领域为主，配合正在进行的科学研究，制作成视频供不同人士观摩。平台在实验运行期间，学生可在安全区域随时参观，教师有义务解答学生的疑问。演示性实验模式应用于本科低年级的大型设备科研探究实验课程，对全校学生及社会开放，也作为中学生的科普参观、大中学生夏令营等演示实验，同时也作为接待国内外同行参观学习的内容。据统计，在一年内该平台接待同行、企业人士、高校学生、大中小学生68批，计1 500多人，在有限时间内了解高端设备的历程和应用，在社会上起到很好的辐射作用并得到很高的评价。

2.2 创新开放实验

如前所述，该平台是一个多学科交叉平台，按照设备处开放实验平台的指导思想，利用优质资源为兄弟院校相关专业的本科生提供创新性实验支持，实现资源共享。

针对驾驶模拟平台的运行特点，我们鼓励学生使用，但使用该平台也不是一件轻松的事情。实验室制定了严格的使用方法，制定使用方法的出发点主要是训练本科生的基本科研能力和科研素养。

首先，学生提出自己的实验设想。学生了解实验平台的功能后，主动向实验教师提出自己的实验设想，无论是否有类似的实验，对学生的想法均给予支持，以此来激发学生的学习主动性和积极性。想法能否真正在实验平台上验证取决于学生后续的工作。

其次，学生为了使用该平台验证自己的设想，需要提交一个完整的实验方案。学生要像做科学研究一样阅读大量文献资料，并形成文档提交。必要时应把自己的想法加以汇报。此过程训练学生的科研文献阅读、写作能力及口头叙述能力。

最后，经由小组讨论、专业教师指导，确认方案可行后正式进行实验。实验前对学生进行仪器操作和安全培训。对于驾驶模拟大型实验平台，学生自行操作仪器，实验指导教师全程陪同。

实验结束后，要求学生认真分析，撰写实验报告并整理成果，通过和参加各类竞赛，对实验进行考核。基于该平台的实验成果有，2011年全国交通科技大赛一等奖，某小组论文获得“2011年上海市交通运输工程学科研究生学术论坛”优秀论文。

探索中我们发现，组团实验效率更高，一次实验可以得到多方面研究的实验数据。一般建议3～5人为一个小组，大家各有分工。考虑到实验平台的复杂结构，学生只需关注自己的研究方案，平台中的其他功能可以作为黑匣子。例如汽车学院的学生进行车辆转向架实验时，系统中地形创建、场景制作可作为黑匣子，学生直接使用已有的资源进行车辆类实验研究；而道路和交通专业的学生可将车辆理论和模型等作为黑匣子，这样大大提高了实验效率。

3 对开放实验教学的启示

交通行为与交通安全模拟平台在大学生的开放模式探索过程中，给师生印象最深刻的是：无论多么先进的资源只有在被使用后才能显示出其真正价值，学生是最大的受益者，这才是教育的宗旨。在资源有效利用和资源共享的基础上，对实验教学有以下启示：

（1）大型实验平台是创造能力培养的土壤，学生渴望在这片土壤上让自己理想的种子发芽。只有将高精尖的实验平台对学生开放，才能使创新精神得以实现。

（2）高精尖的实验平台是学生科学研究技能训练的舞台。实验方案得到认可，学生站在这个舞台上，非常珍惜难得的实验机会，对实验方案准备、实验报告撰写表现出明显的主动性和积极性。

（3）在实验过程中培养学生的专业文化素养。一个完整的实验过程少则3个月，多则1年，在实验过程中学生将会逐步领略到专业领域的文化精髓。

（4）实验教学要拓宽“训练动手能力”的传统观念，指导教师一个小小的点拨，可以激发学生“动脑”思考，使实验目的得以升华。

（5）大型设备的开放对师生是双赢的，学生获得了学习的机会，与科研结合的实验为社会提供了服务，带来了活跃的学术思想。

（6）对实验教学的教师而言，需要不断提升理论修养，强化理性思维，逐步挖掘设备性能，开发新的实验项目，形成教与学的良性循环。

参考文献

[1] 胡雪梅，孔滨.高校大型仪器设备管理队伍建设的思考[J].中国电力教育，2012（25）：146-148.

[2] 陈玉霞，林峰，陈文，彭文博.建设大型仪器设备平台，提高创新人才培养质量[J].实验技术与管理，2012（4）：219-222.

[3] 谢永玉，王寿辉，燕文明，苏治国.国家重点实验室大型仪器设备的统建共管与开放共享机制探讨[J].实验技术与管理，2012（6）：215-217.

[4] 李明，严平.大型仪器实验教学改革探讨[J].重庆科技学院学报，2012（11）：185-186.

[5] 中国高等教育学会.第二期教育部实验教学骨干教师研修班培训资料[Z].2012-8.

[6] 王晓岗，张星，李静，樊雅娟.开放实验教学管理研究[J].实验技术与管理，2012（4）：155-157.

[7] 蒋景华.充分发挥大学的独特优势，创建一流的实验室[J].实验技术与管理，2012（5）：16-18.

[8] 同济大学.同济大学交通运输工程学院实验教学建设与发展规划（2011-2013）[EB/OL].http：///.