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摘要：高校传统模式下的实验教学是将科研实验与教学实验独立分开，这使得科研平台中的优质资源无法服务于实验教学，大量昂贵的科研设备被严重浪费。本文阐述了将高校科研平台资源共享到实验基础教学的必要性，并以本单位实际情况举例说明了这项工作的意义和关键要素。这项教学改革对于培养创新型研究人才具有重要意义。
关键词：实验教学；科研平台；创新型人才
本文引用格式：李明杰.将科研平台服务于实验教学的探索[J].教育现代化,2019,6(70):181-183.
高校是集教学和科研为一体的综合性教育服务机构。高校科研能力的不断提高是其综合实力的象征。现阶段，对科研资本的投入一直都是各大科研院校主要关注的焦点。多学科、多方向的科研活动需要大量科研经费和实验设备作为硬件和资本支撑。优质的科研平台所使用的设备大都比传统教学实验设备功能更好，精度更高，价格更贵。对于国内一流大学，如华中科技大学、武汉大学，每年都会引进大量先进和前沿的技术设备，用以维持科研成果的持续高产，这样才能在激烈的同行竞争中处于前列。科研实验平台往往是依托前沿技术背景或研究项目，具有很大的学习和学习价值，这对提高学生专业技能、实践能力和创新能力具有重要作用。
与之相反的是，很多高校对实验教学的投入，远远不及对科研项目的支持。实验教学大多针对的是专业基础知识的验证、物理现象的演示或物理量的定性测量等问题。多数教学设备测量精度低下，所涉及的知识面单一，实验方案设计的灵活性不足，学生难以从教学活动中获得自主思考的机会。
从对现有的国内各大院校的调研结果来看，在目前的教学模式中，用于科研项目的设备难以被有效利用，大量贵重科研平台资源被闲置，使用频率非常低。反观教学设备的情况，其重复使用率高，设备故障率高，大部分设备功能非常单一，仅能用于教学实验。这些设备使用年限超过10年的不在少数，就笔者所在单位的情况来看，大部分老旧的实验设备已使用时间超过11年，即将面临报废处理，如换热器综合实验台、稳态平板测导热系数实验台、中温法向辐射率测定实验台等设备。高校的实验设备资源配置情况可以总结为：一面是持续高资本投入，却面临着低使用率的问题，另一面是重复使用率高、但却面临仪器陈旧，功能单一，接近报废的情况。这种模式若长期存在，不利于高校资源优化配置，同时也阻碍了教学质量的提高。这一种高校发展模式，不但造成了高成本资源投入的浪费，也减少了学生接触前沿科学知识的机会。试想一下，如果能将大量的科研资源与实验教学相结合，将会大大改善现有局面，同时，科研资源也能获得合理利用[1]。预计这是各大高校今后优先改革的重点内容。
一科研平台与教学平台互联的重要性
以笔者所在单位为例，目前武汉科技大学材料与冶金学院能源与动力专业的燃烧实验室具备对实验室级别小火焰物进行断层层析扫描，可检测的未知量包括复杂结构烟黑火焰的断面温度分布、烟黑体积浓度断面分布、烟黑火焰辐射强度多光谱测量。目前该项目配备的实验仪器主要有：双孔本生灯燃烧器、乙烯扩散火焰燃烧器、步进电机平移机构、高精度光谱仪、Manta G-504型CCD传感器、中温黑体炉（图1(3)），642nm氦氖激光器等等。这些设备成本高昂，在火焰测量领域有广泛的应用。
其中，燃烧器采用了液化石油气作为燃料，可以生成单峰型火焰和双峰型火焰。光谱仪可以对火焰目标在光谱范围在380nm-1100nm之间的单色辐射强度进行测量。黑体炉可以作为光谱测量仪器的标定工具，也可以对物体的表面发射率进行高精度测量。步进电机平移机构可以完成0.1mm精度的移动。CCD传感器则可以在3维空间内获取火焰目标的光谱强度信息。上述实验设备（图1）完全有能力对任意火焰目标进行温度和浓度的层析重建的测量工作，这也是能动专业投入巨资搭建的科研测量平台。遗憾的是，这些项目在教学实验中均没有涉及，学生在日常的学习中无法接触到这些跟本专业内容非常相关的科研设备。一旦所依托的科研项目结题，整套科研设备将被长时间遗弃，严重导致了贵重资源设备的浪费。在笔者从事的实验教学中，学生上课使用的发射率测量装置为“中温法向辐射率测定仪”，该设备测试条件为：最高温度仅用于50℃-100℃以内，需通过比值法间接获得紫铜表面的发射率。但当外部环境条件变化时（比如自然对流条件发生变化），比值法的精度就会下降，同时，对辅助参照物黑体的测量也需确保完全准确，才能保证测量目标表面发射率的测量精度。可见，如此多的实验限制条件，如此落后的测量原理，导致学生的实验数据中经常会出现发射率大于1的情况，这明显违背了专业常识，降低了学生的学习体验。试想，如果能将科研项目使用的中温黑体炉（应用温度范围为500℃-1500℃）配合高精度的光谱仪投入到物体表面发射率的应用当中，那将会大大提高学生的上课体验，同时确保实验数据的准确。这对于开阔学生视野和兴趣非常有帮助。这个事实说明，教学内容也应该与时俱进，随时与科研活动互联互通，尽最大努力提供给学生最新最前沿技术的教育是非常必要的。一些老旧的设备和技术不应该一成不变的出现在基础实验教学的课堂上。
二 科研平台是培养实践创新人才的舞台
传统教学内容的因循守旧很容易消磨学生们的学习热情。因此，教学改革的关键是将实验教学模式由“学生站着看实验”转变为学生“独立思考、独立学习、独立实践”的新模式。这就要求高校实验教学要不断丰富实验内容，避免“内容万年不变”的授课模式。从管理角度来看，学校应整合优势资源，实现资源共享。让学生根据兴趣接触到更多更先进的技术和知识。
当然由于学生的层次不同，可能具体实施起来有难度。一方面，由于科研实验依托于科研人员各自申报的科研项目，大多没有成熟的实验指导书。因此，科研实验的顺利执行首先需要制定合理的实验目标和实验方案。试想，如果将已经发表的科研论文的成果作为基础，就能够对实验提供理论支持。而实验结果反过来又可以对已经发表的实验结论进行相关验证，对之前的成果进行一定程度的补充和扩展，两者是相互依靠，相互发展的。不可否认的是，科研实验对学生提出了更高的要求，激发学生们去自主学习更多相关的知识，引导学生去追求未知的真理。再以笔者实验工作为例，在火焰测量之前，学生需要了解光谱仪或CCD传感器的操作使用方法、辐射能量的采集和数据处理方法，实验测量平台的搭建方法，矩阵的计算方法，辐射相关原理方法，数值仿真软件的使用方法等等。学生会在整个知识体系的学习中不知不觉获得了提高。这种实验经历是学生难以在常规教学中接触到的，这种科研学习体验能够从更专业的角度带给他们学习的乐趣。从而脱离了一成不变的刻板教学，使学生们乐在其中，同时提高对更多知识的实践能力。这对学生今后参与到科研工作或工程实践中都有重要帮助[2]。
三 科研实验向实验教学转化的必要环节
由上述介绍可知，学生想要完成复杂的科研实验，光靠专业基础课程是远远不够的。如果盲目执行复杂度高的实验，不但实际教学效果得不到保证，更有可能出现未知的风险。因此应该从以下几点循序渐进的学习：
1.强化学生的专业知识、激发学生的科研热情。在开展科研实验之前，对学生进行实验技能的培训和实验相关原理的讲解是十分必要的。因此在教学中应增设有针对性的培训课，给学生介绍跟具体实验内容有关的理论和实验方法。并引导学生自主学习，建立自主查阅相关文献的能力[3]。
2.科研实验与教学实验不同，不能因循守旧，应时刻把握前沿技术方向。这就要求实验室指导老师应本着与时俱进的思想，不断提高自己的科研水平，而不能停滞不前，时刻把握该领域的前沿方向和动态，为学生提供最新最好的指导，使学生在实验中少走弯路错路，更要避免因知识欠缺造成的实验事故或人身设备伤害。
3.学生实验完成后，成绩考核不能简单以一纸报告定论。应组织实验交流会，交流汇报实验体会和实验中出现的问题。将大家的实验经验共享，帮助更多同学快速熟悉和掌握实验知识。与此同时，教师也可以在有限的时间和投入中，收获更多的科研成果。
4.建立网络化实验信息共享平台。将实验平台的相关功能对全校师生共享，实现实验课程的在线网络化教学。使更多感兴趣的学生加入到科研实验当中。帮助学生开展创新性强、设计性强的实验课题，培养学生的自主创新能力。全力发挥优质科研资源在培养创新人才的积极作用[4]。
5.安全教育是一切工作的重中之重。定期对实验设备的运行情况进行检查，确保设备情况良好。对钢瓶、灭火器等安全配置应确保配备全面，功能正常。实验前对参加实验的学生进行安全教育讲座，提高学生的安全意识，对具有易燃易爆类或其他重大安全隐患的实验设备需要有指导教师在场时才能操作。所有参与实验人员都应牢记安全责任大于一切，互相监督，互相提醒，避免事故的产生。
6.建立特殊考核和奖励机制，促进学生实验能力提高。所谓考核，不单要针对学生，更要对实验教师进行激励。教师才是教育的主要执行者。实验方法的创新，实验设备的购买和日常维护、保养都离不开实验教师的劳动。建立激励健全的奖励机制，将极大激发指导教师的工作热情和干劲[5]。
四 结语
本文对当前高校教育模式中出现的科研资源无法共享的问题，提出了解决方案。提倡应将高成本投入的科研资源与基础实验教学相结合，发挥科研项目对教学的重要作用，建立和优化合理的实验资源共享平台。除此之外，科研实验的启用，还要求学生和教师不断强化自身专业技能，建立健全的安全责任制度和管理细则。建立具有奖励性质的成绩评定方法和考核细则，锻炼学生的自主学习能力和解决问题的能力，尤其是针对研究生对象，培养他们独立思考，终身学习的技能，锻炼其亲自动手操作和执行的能力，为国家培养创新型人才提供有效的方法。
参考文献
[1]陈锡安.高校科研平台服务专业课实验教学的探究——以浙江省碳材料技术研究重点实验室平台为例[J].教育教学论坛,2014(17):239-241.
[2]贾宇臣,王利.高校实验室科研服务平台实验教学探索与实践[J].当代医学,2012,18(09):158-159.
[3]宋福元,马修真,张国磊,等.基于创新人才培养的热工实验教学模式研究[J].实验室研究与探索,2017,36(10):162-164+172.
[4]陈豆.环境工程专业实验教学改革与创新的思考[J].教育现代化,2019,6(23):43-44.
[5]张敏,樊强,党亚爱.加强实验室队伍建设,全面推进高校教学改革[J].科教导刊(下旬),2016(04):13-14.
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