[摘  要]在研究型院校人才培養(yǎng)模式與時俱進的大背景下，實驗教學(xué)作為培養(yǎng)過程中的重要一環(huán)，也必須在機制上有所轉(zhuǎn)變。實驗教學(xué)的最終目標是培養(yǎng)新時代的研究型人才，需要院校發(fā)揮自我資源優(yōu)勢，在科學(xué)研究過程中反向推動實驗教學(xué)的建設(shè)與完善，這也是研究型院校實驗教學(xué)機制創(chuàng)新的入手點。教學(xué)與科研是研究型院校的兩大主要職能，本文將從實驗教學(xué)內(nèi)容的改進、實驗平臺的完善、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)幾個方面探討科研對實驗教學(xué)的建設(shè)與完善作用。

[關(guān)鍵詞]科研  實驗教學(xué)  實驗平臺

基金項目：國家自然科學(xué)基金（52075541）。

十九世紀初，著名教育家洪堡就曾提出“教學(xué)與研究統(tǒng)一”“通過研究進行教學(xué)”的重要思想，在若干年的實踐中，該思想得到了院校與社會的廣泛認可，由此奠定了教學(xué)與科研相統(tǒng)一的重要發(fā)展理念地位。當然，任何一種觀點、理論的提出，都會受到頗多質(zhì)疑，對于科研與教學(xué)二者的內(nèi)部關(guān)系，在歷史上就曾出現(xiàn)過三種觀點，即正相關(guān)、負相關(guān)與零相關(guān)。正相關(guān)，就是被普遍接受的一種觀點，它認為科研與教學(xué)缺一不可，是內(nèi)在統(tǒng)一的，二者不能脫離彼此而獨立存在。教學(xué)和科研相互依賴、互相促進，呈現(xiàn)出了一種正向發(fā)展的關(guān)系。負相關(guān)則認為，教師需要兼顧家庭、生活、日常性事務(wù)等，所以其在學(xué)校的精力有限，無法教學(xué)、科研一手抓，否則會適得其反，二者皆輸。而零相關(guān)是指科研和教學(xué)是完全獨立的兩個個體，二者之間沒有任何實質(zhì)性的關(guān)系，不存在誰影響誰的問題。

我國傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式多以教師為中心展開，強調(diào)課堂教學(xué)，注重理論知識傳授。該模式已無法適應(yīng)新時代的發(fā)展需求，因此，如何逐步轉(zhuǎn)向以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)為核心的新模式是高校當下需要考慮的問題。對于理工科方向來說，實驗教學(xué)有著舉足輕重的地位，它是聯(lián)系理論與實際的樞紐，能將書本上的知識運用在物理世界中真實可見的對象上，是內(nèi)化理論知識、提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的核心步驟之一。近年來，將科學(xué)研究與實驗教學(xué)相結(jié)合是教學(xué)改革的一個重要方向。本文基于該導(dǎo)向，從科研如何推動實驗教學(xué)的建設(shè)與完善這一角度提出幾點看法。

科研推動實驗教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)與完善

實驗教學(xué)內(nèi)容的更新與完善依賴于科學(xué)研究的日積月累，在新時代背景下，實驗教學(xué)內(nèi)容不能僅停留在傳統(tǒng)知識層面，填鴨式地給學(xué)生灌輸，而應(yīng)在此基礎(chǔ)上，將科研團隊獲得的最新研究成果，以及解決實際難題的新科研思維方法融入實驗教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生從新視角看待問題?？蒲谐晒暾埖目蒲许椖?、發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、獲得的科研獎項、授權(quán)的發(fā)明專利等，教師應(yīng)用這些高水平科研成果時，部分可以整理到對應(yīng)的理論章節(jié)中，部分可以作為研究前沿、當下熱點等。教師要從科研工作中挖掘教學(xué)資源，收集更多的素材及研究成果，不斷完善自身知識結(jié)構(gòu)，更新知識體系，提高實驗教學(xué)的水平，為提高實驗教學(xué)質(zhì)量奠定堅實的基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中，教師除了要與學(xué)生加強互動外，更要探索如何啟發(fā)學(xué)生形成解決問題的思路?？偟膩碚f，科研能保證實驗教學(xué)內(nèi)容的先進性和實踐性，可有效提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

目前，高校與科研院所的實驗教學(xué)培養(yǎng)模式主要分為如下三個步驟：學(xué)生課前預(yù)習(xí)；教師課堂講解；學(xué)生在實驗課中按照實驗設(shè)計方案執(zhí)行實驗操作流程。對于一些基礎(chǔ)課程的實驗教學(xué)，該模式仍有著較好的教學(xué)效果，但對于融合科研成果之后的實驗教學(xué)，該做法已無法適應(yīng)。融合了科研成果的實驗教學(xué)具有專業(yè)基礎(chǔ)知識要求高、實驗周期長、傳感器類型復(fù)雜、軟硬件知識相結(jié)合等特點，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比較，科研型實驗教學(xué)方案應(yīng)盡可能避免循規(guī)蹈矩，需結(jié)合不同實驗的特點，以及學(xué)生的總體水平靈活地進行“量身定制”，力求讓學(xué)生學(xué)有所成，而非“走一遍”的形式化流程。例如，車載慣性導(dǎo)航實驗平臺的初始對準實驗就是典型的科研型實驗教學(xué)。進行初始對準實驗時，首先，教師講授基礎(chǔ)理論知識，組織學(xué)生熟悉車載慣性導(dǎo)航實驗平臺，學(xué)生根據(jù)自身興趣選取初始對準實驗中具體的某部分實驗內(nèi)容，如數(shù)據(jù)采集與信號濾波處理、姿態(tài)矩陣粗略對準、姿態(tài)矩陣精確對準、多矢量對準等。學(xué)生不必做多做雜，而是集中精力做好某一小的方面即可。因為在這個過程中，很多相關(guān)部分也會被連帶涉及，做好某一方面，其余部分也能達到觸類旁通的效果。定好具體的實驗內(nèi)容之后，學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容所涉及的實驗儀器配套說明書等文件資料，對配套實驗儀器的注意事項、使用方法等有一個詳細的掌握。然后，是非常重要的一步，在文獻檢索網(wǎng)站檢索與實驗內(nèi)容相關(guān)的文獻，并在教師的帶領(lǐng)下學(xué)習(xí)實驗室近年來的科研成果。學(xué)生可在文獻閱讀過程中重新認識理論算法背后的數(shù)學(xué)原理，以深刻理解不同學(xué)者所提算法的思想及精髓所在，再結(jié)合實驗操作徹底掌握知識點。這樣的實驗流程會對學(xué)生今后的研究生學(xué)習(xí)起到一個良好的科研啟蒙作用。最后，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下制訂具體可行的實驗方案，細化實驗過程中的每一個步驟，最終完成實驗，通過實驗數(shù)據(jù)評價實驗效果。車載慣性導(dǎo)航實驗平臺的初始對準實驗中會涉及很多具體的傳感器，比如陀螺儀、加速度計、里程計、星敏感器、高度計等，不同的傳感器能衍生出很多可供學(xué)生操作的實驗內(nèi)容。這樣的實驗教學(xué)為學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的起步提供了一個很好的鍛煉模式，避免學(xué)生剛開始接觸專業(yè)知識就心生恐懼。科研型實驗教學(xué)完全不同于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，給了學(xué)生盡可能大的自由度，鼓勵他們主動探索、主動解決問題，主動將數(shù)理知識運用到工程實踐中去，而非一直被教師牽著鼻子走，讓學(xué)生從最初的抵觸實驗轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮軐嶒灒罱K對實驗很感興趣。只有在這樣的實驗教學(xué)過程中，才有可能真正提升學(xué)生的主觀能動性，為其未來的科研生涯打下一個扎實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)良好的習(xí)慣。

科研推動實驗平臺的完善

研究型院校作為年輕學(xué)子學(xué)習(xí)專業(yè)理論文化、提升專業(yè)技能水平、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基地，不僅承擔著教書育人的職責(zé)，更具有推動社會向前發(fā)展的使命。實驗平臺作為高校各個院系中不可或缺的一部分，既代表著高校在科學(xué)研究領(lǐng)域的影響力與生命力，又為高學(xué)歷研究型人才的培養(yǎng)提供了可重復(fù)實驗的條件，同時也是支撐院校重點學(xué)科發(fā)展的物質(zhì)保障。因此，實驗平臺的持續(xù)完善升級對一個學(xué)科，甚至整個高校學(xué)術(shù)水平的提升都有著不可忽視的作用。高校應(yīng)不斷為實驗平臺賦能，并基于實驗平臺進一步解決重大科研難題，提升教學(xué)團隊的整體科研水平，這也是當代院校發(fā)展之需要。

目前，各個高?；谧陨淼膬?yōu)勢學(xué)科，在實驗平臺的支持下協(xié)助國家級或者省部級重大科研項目的執(zhí)行，憑借人才儲備優(yōu)勢與充分的經(jīng)驗積累進行關(guān)鍵技術(shù)的理論研究。對高校實驗平臺所涉及的科研項目進行深入研究可發(fā)現(xiàn)，在原理上對某項技術(shù)或某項指標可能取得較大突破時，多會遇到實驗平臺無法滿足科學(xué)研究要求的情況，此時則需要進一步完善升級實驗平臺，以匹配理論上帶來的突破。例如，基于車載慣性導(dǎo)航實驗平臺研究如何提升導(dǎo)航精度時，通過理論推演、仿真實驗可以發(fā)現(xiàn)，引入星敏感器，融合了恒星星光信息后，會對整個導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度有一個明顯的提升，能有效抑制慣性器件的誤差漂移，因此，需要在原有的車載慣性導(dǎo)航實驗平臺中集成新的星敏感器硬件設(shè)備，對理論成果進行試驗驗證，以確保科研成果的實際運用效果，讓科學(xué)研究在實驗平臺的完善中發(fā)揮作用。再如，傳統(tǒng)的車載導(dǎo)航實驗平臺都是基于人為駕駛的，而某些特殊客戶希望在未來能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)航車的自動駕駛。對此，科研團隊需要針對該需求進行項目預(yù)先研究。與前述類似，在完成項目內(nèi)容的理論推演與仿真實驗后，需要在原有車載導(dǎo)航實驗平臺上集成用于人機交互、系統(tǒng)管理、控制決策、主從通信等任務(wù)的主控計算機，以及用于探測障礙物、前后車輛位置和速度的激光掃描探測儀、用于路徑識別和車輛跟蹤的CCD攝像機、用于探測車輛周邊狀態(tài)的超聲探測傳感器等硬件設(shè)備?；谛碌膶嶒炂脚_，可通過試驗驗證理論研究的正確性與可行性，再反過來進一步改進理論。如此，在科學(xué)研究的推動下，可促使高校逐步完善實驗平臺，提高研究水平，加大研究深度，從根本上落實探索性實驗與驗證性實驗的內(nèi)容，滿足研究型院校實驗教學(xué)的根本要求，提高實驗平臺的研究層次。

科研激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

長期以來，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)都存在一些共性問題，比如，實驗教學(xué)內(nèi)容一般按照理論課程的知識點進行設(shè)計，并未與時俱進，未考慮當下的社會實際，缺乏“應(yīng)用性”與“時代性”；教師設(shè)計的實驗課程內(nèi)容并未形成一個有機的整體，互相之間的耦合關(guān)系不強，實驗內(nèi)容缺乏“系統(tǒng)性”，無法將專業(yè)內(nèi)相互聯(lián)系的專業(yè)課程、數(shù)理基礎(chǔ)課程貫通起來，導(dǎo)致學(xué)生對本專業(yè)重要內(nèi)容缺乏整體概念。長此以往，很多院校的實驗漸漸成為一種“走過場”的形式，對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的提升產(chǎn)生了明顯的限制作用。在融入科研成果、優(yōu)化實驗教學(xué)體系后，實驗教學(xué)的教學(xué)模式應(yīng)逐步向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變，增加專業(yè)科研問題討論、實驗等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過對科研問題的思考與探討，去尋找解決問題的方法，這往往比得到一些“漂亮”的實驗結(jié)果更有意義。教師應(yīng)結(jié)合實驗教學(xué)內(nèi)容，將團隊科研成果靈活地展現(xiàn)給學(xué)生，再引導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)高水平科研論文，編寫程序代碼。經(jīng)過消化理解并取得一些突破后，學(xué)生可將相關(guān)內(nèi)容整理出來用于師生間的專題討論，該教學(xué)模式提高了學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣。

經(jīng)常參與科研項目的教師通常會對不同學(xué)科之間的交叉和邏輯關(guān)系理解得更到位，能夠有機地結(jié)合教學(xué)和科研，使實驗教學(xué)的內(nèi)容更豐富，引導(dǎo)學(xué)生從不同的視野理解知識。以組合導(dǎo)航這門課程為例，與組合導(dǎo)航相關(guān)的課程較多，如高等數(shù)學(xué)、矩陣論、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程、數(shù)字信號處理和理論力學(xué)等，倘若教師僅照本宣科，而不能融會貫通地把這些課程的內(nèi)在關(guān)系聯(lián)系起來，那么學(xué)生就很難深刻理解一些知識點，看到課本上的一個個公式也會望而卻步，更別說能將不同章節(jié)的內(nèi)容串聯(lián)起來了。如此，學(xué)生學(xué)起來就十分痛苦，沒有絲毫樂趣，僅是為了能夠通過考試而強行記憶，考完試就忘得一干二凈，在該門核心專業(yè)課程上沒有絲毫收獲，只感受到了煎熬。而經(jīng)常參與科研項目的教師能夠有效整合各學(xué)科及課程之間的關(guān)系，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中從原理上、本質(zhì)上去理解每一個知識點，在此基礎(chǔ)上，才能有效地將不同章節(jié)的內(nèi)容融會貫通，實現(xiàn)理解記憶、輕松學(xué)習(xí)、靈活學(xué)習(xí)，打下堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。另外，有扎實科研基礎(chǔ)和豐富科研成果的教師能夠?qū)鴥?nèi)外最新的知識和信息傳遞給學(xué)生，在教學(xué)上如魚得水，容易形成自己獨特的風(fēng)格，實踐證明，這種風(fēng)格往往是學(xué)生所接受的，且能帶來良好的實驗教學(xué)效果。

科研成果的引入加大了教師與學(xué)生的互動，通過相互之間的共同探討與協(xié)作，可加深學(xué)生對實驗教學(xué)內(nèi)容的理解與掌握，提高師生的團隊合作能力與整體的創(chuàng)新水平。學(xué)生親眼在實驗教學(xué)過程中看到教師的科研成果，能夠拉近學(xué)生與教師的距離、與科研的距離，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生自主思考、主動分析問題并力求解決問題的能力。

科研與實驗教學(xué)相結(jié)合 提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

與國外某些知名院校相比較而言，目前我國高校與科研院所在人才培養(yǎng)模式方面比較突出的問題是缺乏創(chuàng)新性，尤其是本科生的創(chuàng)新意識培養(yǎng)方面，短板非常明顯。我國大部分高校的教學(xué)模式是“課堂教學(xué)，講授專業(yè)知識”，相對來講具有一定的封閉性。學(xué)校較注重傳統(tǒng)知識傳授，而沒有與工程實際相結(jié)合，也沒有與產(chǎn)業(yè)需求相呼應(yīng)，使得學(xué)校培養(yǎng)出來的人才與社會需求不相匹配，無法進一步推動社會向前發(fā)展。此外，大學(xué)千篇一律的考試制度，以考試分數(shù)作為單一的評價標準，都會對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)、主動探索精神產(chǎn)生影響。當前，部分學(xué)生容易迷失自我，喜歡隨大流，總是把精力放在如何提高考試分數(shù)，如何獲得各種附加分，等等，而不是在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)過程中尋找心之所向，去發(fā)掘自己真正感興趣的方向，并能夠沉下心來把理論基礎(chǔ)打扎實。因此，如何通過課堂教學(xué)、實驗教學(xué)等手段，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)出能夠促進社會持續(xù)發(fā)展的高技術(shù)人才是當下時代賦予大學(xué)的緊迫課題。如今，培養(yǎng)具有科技創(chuàng)新能力的大學(xué)生不僅是國家的需要，也是社會的需求和時代的主題。所以，科學(xué)研究在高校教育中格外重要，因為優(yōu)秀人才的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)始終離不開科學(xué)研究的熏陶。

從學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)這個角度出發(fā)，教師可以將實驗室申請的科研項目內(nèi)容進行凝練，提出一些好的科研課題，將其運用于實驗教學(xué)中。如在社會生產(chǎn)實踐中遇到的科學(xué)難題，讓學(xué)生據(jù)此查閱文獻資料、開展集體討論，并給出解決方案，鍛煉他們解決真實難題、形成科研思路的能力。這些科研課題會區(qū)別于以往課程作業(yè)性質(zhì)的課題，既能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，又具有實際意義和研究價值。學(xué)生可通過參與各種創(chuàng)新課題的研究，不斷拓展知識面，了解掌握學(xué)科前沿，緊跟學(xué)科發(fā)展動態(tài)，學(xué)會理論聯(lián)系實際，提高自身創(chuàng)新能力及工作能力。在解決問題的過程中，學(xué)生能夠更加清晰地體會到哪些學(xué)科的基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程更加重要，從而反向推動自己查漏補缺，打牢理論基礎(chǔ)。當學(xué)生對科研項目感興趣時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)科研項目中的問題，敢于提出質(zhì)疑，表達自己的想法，多開展創(chuàng)新性實驗。對創(chuàng)造發(fā)明有濃厚興趣、學(xué)有余力的學(xué)生，教師應(yīng)多給予指導(dǎo)、重點關(guān)注，鼓勵他們自主設(shè)計、自主完成實驗，使其不斷產(chǎn)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。這類學(xué)生在步入研究生階段后便可更快地邁向更高層次的臺階，未來更有機會在科研中實現(xiàn)重大突破。針對學(xué)生的實際能力和興趣，可以讓學(xué)生組建科研團隊，在教師的指導(dǎo)下參與一些較簡單的科研項目，這種科研團隊的參與形式，不同于班級教學(xué)的集體學(xué)習(xí)模式，對學(xué)生創(chuàng)新能力、科研精神的培養(yǎng)具有非常好的效果。組建科研團隊的目的就是讓學(xué)生通過集體學(xué)習(xí)和集體研究，實現(xiàn)團隊創(chuàng)新，進而實現(xiàn)自我提升。

結(jié)  語

科研作為高校主要職能之一，是高?；盍Φ脑慈虒W(xué)質(zhì)量是立校之本，以科研促進教學(xué)，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。將科研融入實驗教學(xué)，在促進人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的基礎(chǔ)上，給實驗教學(xué)計劃滲透創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這是一種全新的教學(xué)理念。實驗教學(xué)機制的創(chuàng)新還依賴于實驗平臺的持續(xù)完善改進，實驗平臺對于研究型學(xué)習(xí)的落實有著積極的指導(dǎo)與促進意義。高?？赏ㄟ^科研完善教學(xué)內(nèi)容，使之緊跟學(xué)科前沿，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]梁傳杰，畢姍姍.研究生培養(yǎng)模式研究之反思[J].研究生教育研究，2015（1）：11-15+62.

[2]秦記峰，任東海.人工智能課程實踐教學(xué)改革探討和研究[J].計算機教育，2019（10）：12-15.

[3]王雷全，吳春雷，郭曉菲，等.面向人工智能課程群的智能視覺實驗平臺建設(shè)[J].計算機教育，2018（10）：48-51.

[4]田運生，劉維華，王景春.綜合性設(shè)計性實驗項目建設(shè)的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（2）：126-129.

[5]尹艷冰，李偉坤.學(xué)術(shù)型研究生創(chuàng)新能力研究[J].中國高等教育評估，2014（3）：71-74.

[6]王春潮，徐躍進，王平祥.強化實踐推進大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃[J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：7-10.

[7]楊成德.淺議農(nóng)業(yè)高?？蒲袑虒W(xué)的促進作用[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（11）：40-41.

[8]張振浩，賀志剛.論高校科研對教學(xué)的促進[J].科技視界，2012（31）：75.

[9]單春艷.高校重大科技平臺建設(shè)模式及運行機制綜述[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報，2012（1）：64-69+76.

[10]賈連群，冷雪，王潔明.以科研平臺為依托，創(chuàng)建中醫(yī)藥創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2014（7）：567-569.

[11]馬潔.論應(yīng)用型人才創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].黑龍江省高教研究，2011（11）：116-118.

[12]王秀梅.以學(xué)生為本 構(gòu)建全方位開放的實踐教學(xué)體系[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（2）：1-4.

（張志利、周召發(fā)、常振軍、趙軍陽、段輝：火箭軍工程大學(xué)導(dǎo)彈工程學(xué)院）

責(zé)任編輯：張言