[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，在科學研究過程中反向推動實驗教學的建設(shè)與完善，這也是研究型院校實驗教學機制創(chuàng)新的入手點。教學與科研是研究型院校的兩大主要職能，本文將從實驗教學內(nèi)容的改進、實驗平臺的完善、學生學習興趣的激發(fā)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)幾個方面探討科研對實驗教學的建設(shè)與完善作用。

[關(guān)鍵詞]科研  實驗教學  實驗平臺

基金項目：國家自然科學基金（52075541）。

十九世紀初，著名教育家洪堡就曾提出“教學與研究統(tǒng)一”“通過研究進行教學”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，所以其在學校的精力有限，無法教學、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，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、提高學生動手能力、培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的核心步驟之一。近年來，將科學研究與實驗教學相結(jié)合是教學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。

科研推動實驗教學內(nèi)容的建設(shè)與完善

實驗教學內(nèi)容的更新與完善依賴于科學研究的日積月累，在新時代背景下，實驗教學內(nèi)容不能僅停留在傳統(tǒng)知識層面，填鴨式地給學生灌輸，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中，引導(dǎo)學生從新視角看待問題?？蒲谐晒暾埖目蒲许椖?、發(fā)表的學術(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，提高實驗教學的水平，為提高實驗教學質(zhì)量奠定堅實的基礎(chǔ)。在教學過程中，教師除了要與學生加強互動外，更要探索如何啟發(fā)學生形成解決問題的思路?？偟膩碚f，科研能保證實驗教學內(nèi)容的先進性和實踐性，可有效提高實驗教學質(zhì)量。

目前，高校與科研院所的實驗教學培養(yǎng)模式主要分為如下三個步驟：學生課前預(yù)習；教師課堂講解；學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，該模式仍有著較好的教學效果，但對于融合科研成果之后的實驗教學，該做法已無法適應(yīng)。融合了科研成果的實驗教學具有專業(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)教學模式相比較，科研型實驗教學方案應(yīng)盡可能避免循規(guī)蹈矩，需結(jié)合不同實驗的特點，以及學生的總體水平靈活地進行“量身定制”，力求讓學生學有所成，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。進行初始對準實驗時，首先，教師講授基礎(chǔ)理論知識，組織學生熟悉車載慣性導(dǎo)航實驗平臺，學生根據(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，學生學習該部分內(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)下學習實驗室近年來的科研成果。學生可在文獻閱讀過程中重新認識理論算法背后的數(shù)學原理，以深刻理解不同學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生今后的研究生學習起到一個良好的科研啟蒙作用。最后，學生在教師的指導(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生操作的實驗內(nèi)容。這樣的實驗教學為學生在專業(yè)領(lǐng)域的起步提供了一個很好的鍛煉模式，避免學生剛開始接觸專業(yè)知識就心生恐懼?？蒲行蛯嶒灲虒W完全不同于傳統(tǒng)的實驗教學，給了學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過程中，才有可能真正提升學生的主觀能動性，為其未來的科研生涯打下一個扎實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)良好的習慣。

科研推動實驗平臺的完善

研究型院校作為年輕學子學習專業(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，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研究領(lǐng)域的影響力與生命力，又為高學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)完善升級對一個學科，甚至整個高校學術(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?？蒲谐晒膶嶋H運用效果，讓科學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的根本要求，提高實驗平臺的研究層次。

科研激發(fā)學生的學習興趣

長期以來，實驗教學環(huán)節(jié)都存在一些共性問題，比如，實驗教學內(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)化實驗教學體系后，實驗教學的教學模式應(yīng)逐步向以學生為中心轉(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)合實驗教學內(nèi)容，將團隊科研成果靈活地展現(xiàn)給學生，再引導(dǎo)學生閱讀相關(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，該教學模式提高了學生的參與度和學習興趣。

經(jīng)常參與科研項目的教師通常會對不同學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)合教學和科研，使實驗教學的內(nèi)容更豐富，引導(dǎo)學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、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，學生學起來就十分痛苦，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科及課程之間的關(guān)系，讓學生在學習過程中從原理上、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、輕松學習、靈活學習，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生，在教學上如魚得水，容易形成自己獨特的風格，實踐證明，這種風格往往是學生所接受的，且能帶來良好的實驗教學效果。

科研成果的引入加大了教師與學生的互動，通過相互之間的共同探討與協(xié)作，可加深學生對實驗教學內(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。學生親眼在實驗教學過程中看到教師的科研成果，能夠拉近學生與教師的距離、與科研的距離，發(fā)揮學生的主觀能動性，提高學生自主思考、主動分析問題并力求解決問題的能力。

科研與實驗教學相結(jié)合 提高學生的創(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模式是“課堂教學，講授專業(yè)知識”，相對來講具有一定的封閉性。學校較注重傳統(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，而不是在大學四年的學習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、實驗教學等手段，激發(fā)學生的創(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的緊迫課題。如今，培養(yǎng)具有科技創(chuàng)新能力的大學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)始終離不開科學研究的熏陶。

從學生創(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中。如在社會生產(chǎn)實踐中遇到的科學難題，讓學生據(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)學生的創(chuàng)新思維，又具有實際意義和研究價值。學生可通過參與各種創(chuàng)新課題的研究，不斷拓展知識面，了解掌握學科前沿，緊跟學科發(fā)展動態(tài)，學會理論聯(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，學生能夠更加清晰地體會到哪些學科的基礎(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)。當學生對科研項目感興趣時，教師應(yīng)引導(dǎo)學生發(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、學有余力的學生，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。針對學生的實際能力和興趣，可以讓學生組建科研團隊，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，不同于班級教學的集體學習模式，對學生創(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生通過集體學習和集體研究，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質(zhì)量是立校之本，以科研促進教學，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，在促進人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的基礎(chǔ)上，給實驗教學計劃滲透創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這是一種全新的教學理念。實驗教學機制的創(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習的落實有著積極的指導(dǎo)與促進意義。高?？赏ㄟ^科研完善教學內(nèi)容，使之緊跟學科前沿，激發(fā)學生學習的興趣，促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提高教學水平和教學質(zhì)量。

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

責任編輯：張言