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基于產學研和學科競賽的物理科技創新教育探索

作者:admin 更新時間:2018年09月02日 11:33:28

  針對當前國內大多數工科院校的物理實驗課程存在的與現實聯系脫節、課程內容老化、學生自主學習和實踐能力缺乏等普遍現狀,探索出了一種將物理及相關學科競賽、大學生科技創新和產學研合作等有機結合的物理科技創新教育模式。經過實踐表明,該創新教育模式的優勢明顯,具有長期效應。


  關鍵詞:科技創新教育;物理;產學研;學科競賽;


  作者:陳秉巖


  1背景介紹


  隨著我國經濟、科技、文化的迅速發展及社會主義市場經濟體制的不斷完善,教育的國際化、全球經濟惡化以及國內高校畢業生所面臨的嚴峻就業形勢,使人才培養工作必然要向多樣化、多元化的方向發展。在國外,就業是辦學“之首”,高校課程設置依據市場調研來決定,大學相關專業生源的培養兼顧企業的生源需求。參與大學生培養的人員除了高校主講教師之外還包括校外企業專家。黨的十六屆五中全會把自主創新提到了實現科學發展、推動民族振興的戰略地位,明確指出,建立以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創新體系。要實現自主創新,創新型人才是關鍵。國內高等院校應根據自身特點,把產學研結合作為高層次創新人才培養的一個切入點和突破口,有選擇性地進行積極探索。縱觀國內外一流的大學教育和社會對人才的需求情況,創新人才的培養已經體現出了跨學科、跨行業的特點。國內許多高校在大學生創新教育模式方面開展了形式多樣的研究,并取得了很多值得借鑒的經驗[1-5]。


  工科大學生物理課外實踐教學和科研創新能力的訓練,對培養物理科技創新人才非常重要。高等學校的教育應當符合社會對人才的知識和技能的需求,應當培養社會歡迎的人才。當前國內高校,特別是工科院校的物理學教學方式普遍存在重理論輕實踐、理論與實踐脫節、教學內容與社會需求內容脫節、教學內容相對陳舊等問題。時代在發展,高等學校教育必須重新審視“基礎”的概念,不斷進行教學創新與實踐,將現代物理技術及其實際應用引入到物理實驗課,特別是引入物理科技創新實踐課中,并不斷加強物理學與其他學科的交叉。只有這樣,大學所培養的學生才能跟上時代發展的需要。我們必須深刻認識到,當今的物理學仍然是一門充滿生機和活力的科學,它的原理已應用到諸多高新技術中,它的研究方法和思想已滲透到各個學科中,它的創造性進展日新月異,它是當代高新技術發展的基礎,物理技術的創新應用對當代以及未來高新技術的進步和相關產業及其發展起著巨大的推動作用[6-7]。河海大學作為以水利和電力為特色的工科院校,兼顧機械、電子信息技術等領域的全面發展,在圍繞特色專業人才培養方面,河海大學常州校區在學生創新能力培養和教育模式方面開展了深入的研究和實踐,并取得了顯著成效[8-10]。


  2物理科技創新教育平臺建設


  2.1物理科技創新教育培養機制的創建


  為了充分發揮高校外面的產業、研究部門的教育資源,培養更加適應社會和科技發展需要的高素質創新人才,河海大學常州校區2007年正式組建了物理創新實驗室,逐步形成了如圖1所示的物理科技創新教育人才培養平臺。該教育平臺由物理科技創新學生梯隊、大學生科技創新課題、實驗設備資源、經費支持、成果體現和指導教師5個部分組成。其中,物理科技創新學生梯隊是創新教育的培養對象,也是整個物理科技創新教育平臺的核心部分,由大學二年級到四年級的本科生構成;學生科技創新課題是專門提供給物理科技創新學生梯隊、在導師的指導下進行的科技創新實踐內容,課題的主要來源途徑采取產業部門、教師命題和學生自主選題相結合;經費支持為物理科技創新學生梯隊在進行科技創新實踐活動過程中提供經費保障,主要來源渠道包括學生創新基金(由學生申請和支配的大學生創新訓練計劃和學生科技基金)、大學生素質與能力競賽專項(由教師申請和負責支配)和其他經費來源(包括企業提供的部分技術開發資金、教師申請的教育教改項目資金等)組成;實驗設備資源主要指物理科技創新學生梯隊在進行科技創新實踐活動過程中所需要的實驗室、實驗設備和測試設備等。固定的科技創新實踐場地和常規實驗設備由學校提供,特殊的測試設備、實驗室由已經建立產學研合作關系的企業提供。成果體現部分是物理科技創新在實現人才培養過程中的各種成果表現形式,主要包括物理科技創新實驗室的學生參加物理及其學科競賽獲獎、發表學術論文、專利申請情況和產品開發情況等。指導教師在整個物理科技創新教育人才培養體系結構中的作用主要是:負責學生科技創新實踐的具體指導、學生科技課題的立項審核、課題執行監督;負責與產業部門建立合作關系;負責學科賽事的組織與協調;負責解決各類學生科技創新實踐經費;負責協調學生在使用學校與企業的各類設備,實現資源共享等。


  2.2物理科技創新產學研合作平臺的建設


  河海大學常州校區的物理教師通過多年努力,與多家產業機構建立了以抓住各種發展機會為基礎的動態產學研合作模式,如圖2所示。該產學研合作模式由核心層和松散層構成,產業部門(企業等)、高等院校和科研院所處于核心層,政府部門、中介機構和其他組織處于松散層[11]。每個成員的地位不完全相同,處于核心層的產業部門、高等院校和科研院所發揮各自優勢,形成互補關系;政府部門通過相應政策法規為產學研結合體進行協調和服務;中介機構是完全市場化的組織,與核心層組織聯系,發揮對產學研結合的引導和協調作用;其他組織,如基金會等,在資金方面與產學研合作結合體發生間接或直接作用。


  河海大學常州校區的教師從2005年開始不斷尋求機會,發展與物理及其交叉學科相關的產學研合作關系以來,根據教師的研究方向、學科優勢和河海大學常州校區所處地理條件,先后與常州市鼎興電子、常州市通寶光電、廣州周立功和德州儀器(上海)等10多家公司建立了產學研合作平臺。2009年進一步與常州巨太電子、江蘇三恒科技集團、常州良久機械制造有限公司、常州凱森光電有限公司等建立了更為密切的“校企聯盟”合作關系(江蘇省科技廳備案號:B050001、B050004、B050017和B050020)。并且,在這些單位建立了大學生實踐基地、工程訓練中心或聯合實驗室,分別在聲學技術、物理電子學、電光源技術、電力電子技術、機電一體化等與近代物理技術及其相關的學科領域深入開展了形式多樣的產學研合作。


  教師與校外產業機構積極開展形式各樣的產學研合作,不斷將產業機構的新知識、新技術適時引入到物理科技創新教育中,將產業機構的各類與物理相關的技術需求帶回物理創新實驗室,由學生和教師共同研究開發。同時,物理科技創新學生梯隊專門被安排到產業部門現場實習,在執行項目的過程中可以有效利用產業部門的實驗室、專業測試設備等,學生畢業后也可以申請到已建立產學研合作關系的單位就業。


  2.3課外實踐團隊和實驗室建設


  2.3.1物理科技創新課外科研實踐梯隊建設


  經過不斷發展,目前物理科技課外科研團隊的指導教師已經發展成為由物理專業教師和與物理相關工科專業教師共同構成的物理課外實踐指導團隊。團隊教師的研究方向涵蓋聲學技術、物理電子學、電磁場與電磁波、電力電子學、電路與系統、通信與信息系統、水聲通信等。教學團隊教師長期在教學科研一線工作,大部分教師均與校外企業建立了產學研合作關系,并長期擔任企業的技術顧問等職務。指導教師團隊具有深厚的理論功底的同時,還具有豐富的工程技術實踐經驗。


  在2007年之前,由于河海大學常州校區沒有固定的實驗室,也沒有相對穩定的指導教師隊伍,每年參加物理科技創新實踐的學生不足10人,并且,由于缺少課外實踐課題和研究經費,很多學生不能在實驗室安心學習和工作,隊伍極其不穩定,物理科技創新教育工作一直處于徘徊不前的狀態。2007年,河海大學成為了教育部首批60所實行大學生創新訓練計劃的試點高校之一,物理實驗中心的教師抓住了這一難得的機會,一方面加大宣傳,努力發展物理課外科研實踐創新學生梯隊,采用滾動淘汰、擇優錄取、照顧專長和興趣的原則,招收了首批15人的學生梯隊,專門成立了物理科技創新實驗室;另一方面努力開展產學研合作工作,為學生提供了更多與物理相關的課外科研實踐課題,借助政府、省和校級大學生創新訓練計劃等學生科技創新的扶持政策和資金支持,認真組織學生申報課外科研創新實踐課題,組織專門的指導教師進行指導。


  經過多年的探索,在學生物理科研實踐梯隊培養方面采取了如下辦法:鼓勵大一、大二學生盡早參加高年級學生的物理課外科研實踐活動,由導師和高年級學生共同培養和引導,逐步篩選具有科研實踐創新潛質的學生進行重點培養;由導師重點指導大二、大三學生獨立開展電子技術課外科研實踐創新工作;指導大三、大四學生創造物理科技課外科研創新成果;做到每個進入物理科技創新實驗室的學生都有科研項目做,所有認真努力做科研項目的學生都有成果。目前,物理科技創新實踐創新學生梯隊人數始終擇優保持約30人的規模。從2007年到現在,先后有150多人進入物理科技創新實驗室學習。


  2.3.2物理科技創新實驗室硬件建設


  物理科技創新團隊向學校爭取了物理科技創新實踐專用實驗室、儀器設備等必備的硬件設施。從最初的沒有固定實驗場所和實驗設備,發展到現在的固定面積超過40m2,實驗室儀器設備價值超過5萬元,近5年累計獲得各類物理科技創新實踐經費資助超過20萬元。


  近兩年來,實驗室教師與產學研合作單位常州巨太電子有限公司、常州凱森光電有限公司分別建立了“江蘇省電動汽車電池充電設備工程技術研究中心”和“光電參數檢測實驗室”。其中,江蘇省電動汽車電池充電設備工程技術研究中心于2010年7月由江蘇省科委正式批準,以常州市巨泰電子有限公司為依托,與河海大學(常州校區)共建省級工程技術研究中心,專業從事電動汽車電池充電設備產品和技術的研究和開發。中心總面積為500㎡左右,建有4個電力電子實驗室,還有1個電磁兼容實驗室,1個檢測中心,擁有一批現代化檢測設備,可以為物理科技課外創新實踐團隊的師生提供先進的實驗和檢測設備。光電參數檢測實驗室由常州凱森光電有限公司和河海大學(常州校區)共同建立,可以完成180nm~780nm范圍的光譜采集與分析,可以為參加物理科技創新實驗的師生提供光譜分析、電光源參數檢測等實驗。


  校內外的實驗室建設為物理科技創新實踐團隊的師生在課題立項、研究等環節,提供了相關實驗設備和工程實驗數據等寶貴資源。


  2.4學生科技創新實踐項目建設


  近5年來,根據到實驗室進行科技創新的學生的實際專業構成情況,在教師的指導下,成功申請并立項來自于產業機構、教師命題和學生自主選題的大學生科技創新實踐項目近20項,其中國家級、省級大學生創新訓練計劃項目6項,先后獲得各類經費支持14.2萬元。在所獲得資助的各類學生科技項目中,直接或間接來源于產學研合作平臺的學生科技基金科研創新項目占85.71%。在所立項的物理科技實踐課題中,大部分均已順利結題。物理科技創新實驗室的培養機制在執行過程中運作良好,產生了顯著的長期效應,在2010年的大學生科技項目申報中,共有4名學生科研課題獲得立項(其中,國家-省級大學生創新訓練計劃項目1項,校級大學生創新訓練計劃項目1項,校級學生科技基金項目2項),累計獲得學生科研創新實踐經費2.6萬元。


  3物理科技創新教育成果


  3.1物理及其相關學科競賽獲獎成果


  近5年來,河海大學物理科技創新團隊積極參與了各類學科競賽,并取得了優越的成績。累計獲得國家級和省部級獎46項。其中,國家級二等獎1項,江蘇省特等獎1項,江蘇省一等獎12項,江蘇省二等獎14項,獲獎學生超過200人次。


  特別值得指出的是,在所有國家級和省部級學科競賽獲獎項目中,超過60%的課題直接來源于產業部門的科技開發項目;在2008—2010年間的所有28個項目獲得國家級和省部級學科競賽獎中,有24個獲獎項目來源于產業部門的科技開發項目。


  2007—2010年,由于物理科技創新學生團隊在學科競賽中表現出色,在江蘇省大學生物理及實驗科技作品創新競賽中3次被評為優秀組織單位;指導教師中,先后有20多人次在全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽、全國大學生電子設計競賽、江蘇省大學生物理及實驗科技作品創新競賽等學科競賽中被評為國家級和省部級優秀指導教師。


  3.2其他科研和教研成果


  近3年來,物理科技創新團隊師生共同發表論文近20篇(其中SCI、EI和ISTP論文5篇),在國家核心期刊《實驗技術與管理》、《實驗室研究與探索》發表教研論文4篇;物理科技創新團隊師生共同申請專利5項,其中發明專利4項,實用新型專利1項,軟件著作權2項;團隊教師獲得高等學校自制教學儀器設備成果獎1項;團隊教師所承擔的項目“電子技術課外實踐指導方法探索”于2010年7月被全國高等學校電子技術研究會評為優秀獎;團隊教師所負責的“高頻電子電路”被評為江蘇省精品課程;團隊教師正在主編江蘇省高等院校大學物理實驗系列教材《工科物理實驗》。


  2008年,團隊教師朱昌平、陳秉巖分別成為了江蘇省科技服務社會“校企聯盟”的聲學技術和物理電子學學科帶頭人;2010年7月,團隊教師與常州巨泰電子有限公司共同成功申報建立“江蘇省電動汽車電池充電設備工程技術研究中心”,朱昌平教授被聘為電動汽車電池快速充電技術研究小組組長,陳秉巖、單鳴雷、韓慶幫等教師被聘為技術專家。


  3.3物理科技創新人才培養情況


  近5年以來,物理科技創新教育實驗室先后培養大學畢業生超過80人。畢業生中,有30多人保送研究生,其中有1人到英國拉夫堡大學繼續深造,20多人分別保送到中國科學院、浙江大學、東南大學、華中科技大學、哈爾濱工業大學和重慶大學等知名院校;從該實驗室畢業的學生就業率達到100%,其中20多人到華碩、中信、三星電子、西門子、西安微電子技術研究所和廣州周立功電子有限公司等知名單位工作。


  4結束語


  河海大學常州校區緊密結合物理科技創新實踐的需求,以學生為中心,借助學校、政府和企業等資源,鼓勵學生從事物理科技創新實踐工作,密切結合各類與物理及其相關的學科學科競賽。設計了具有很強系統性、開放性、長效性的學生物理科技創新實踐教育平臺,有效地解決了困擾工科大學生物理科技創新教育課題缺乏、經費不足和學生興趣不濃3個問題。為學生理論聯系實際、自主創新、團隊協作等綜合能力的培養具有深遠意義。


  多年來,該教育平臺取得了很好的效果,體現在學生完成的科技創新實踐項目、參加的各類學科競賽活動、學生完成的科研成果等方面所取得的成績中,在同類高校中是領先的。該平臺所形成的物理課外科研創新實踐機制具有可持續發展的長效性,在培養學生走向社會后,能理論聯系實際、自主創新、團隊協作等綜合素質方面具有積極意義。


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