创新创业背景下研究生科学实验与实践能力培养探究

孙 旋，张烈平，张瑞芳

（桂林理工大学 机械与控制工程学院，广西 桂林 541004）

2016年5月，由中共中央、国务院发布《国家创新驱动发展战略纲要》指出，把创新驱动发展作为国家的优先战略，以科技创新为核心带动全面创新，以体制机制改革激发创新活力，以高效率的创新体系支撑高水平的创新型国家建设，推动经济社会发展动力根本转换，为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供强大动力［1］。2018年8月，国务院在《关于推动创新创业高质量发展打造“双创”升级版的意见》中指出：创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑［2］。作为培养创新创业人才的高校教师，必须深刻领会并全面贯彻习近平总书记关于实施创新驱动发展战略的思想精髓，从提高我国综合国力的战略高度，攻坚克难、身体力行，积极投身于创新创业教育事业。探讨和研究适应新形势下社会需要的高层次、高水准、高能力研究生的培养模式，培养高水平的复合型人才是研究生教育亟须研究的课题。

实验在科学研究中占据着重要基础性地位，实验是研究生培养中的重要一环［3］，但在高校的实验教学过程中，由于受到实验学时的限制，多数实验是以演示型、验证型实验为主；其表现为：实验原理清楚、实验现象明显、实验过程简单、实验条件要求不高。最终导致研究生做实验之前根本不需要花费时间来思考准备，在实验过程中对数据的记录也不规范，对实验结论的分析也没有考虑实验本身的条件和实验数据是否有误差，仅根据实验记录的有用数据得到的都是正确的结论。上述实验环节没有达到培养研究生实践能力和创新创业能力要求。针对以上情况，结合学院“自动测试系统与故障诊断”研究生课程，对研究生的实验教学课程进行教学改革探索。

一、研究生创新创业实验教学模式构建

开设研究生实验课程的目的不仅是要培养研究生的实验技能、增强对实验设备的熟悉和使用；还要注重培养研究生对实验原理的理解、对实验过程中的细节的把控、对异常的实验数据的处理与分析；更重要的是让研究生在实验过程中有对实验的独立思考，通过实验发现新问题并能提出对问题的分析和处理方法，在实验过程中融入自己的思想和方案。只有当研究生在实验过程中有自己的思想和方案，并通过实验验证自己的思想和方法，才能达到创新创业实验的要求。

创新创业实验教学模式是在原来的演示型实验、验证型实验或者探究型实验的基础上扩展而来的；创新创业实验教学模式更注重对研究生实践能力与创新创业思维的培养，把原来演示型实验、验证型实验和探究型实验的部分内容（元器件的准备、方法的拟定、设备的选取等）改变为要由研究生自己去思考、自己去选择或者准备，甚至实验用的样本都可以由学生自己去获取，实验环境和条件也要由研究生自己考虑并提出要求。这样一来，研究生在实验准备、实验方案的拟定等前期准备过程中就能独立思考，在实验过程中就能够更好地融入自己的实验方法和方案，间接地培养了研究生的创新思维和创新能力。为了更好培养研究生的实践能力和创新创业能力，我们构建了如图1所示的创新创业实验模式。

从上述创新创业实验教学模式可以看出，研究生的创新创业实验教学模式在实验内容上是一个开放的实验，实验不限定样本、器件和设备；实验室为研究生准备相应的样本、器件和设备，由研究生自己选择实验样本、器件和设备，研究生也可以使用自己的样本、器件来做实验。对研究生的创新创业实验步骤、方法等也没有做一个严格标准的规定，实验方法、实验流程、实验步骤等均由研究生讨论后决定。由于整个实验没有一个严格的标准，没有限定学生的思维，可以让研究生根据自己的设想去实验或验证，更利于研究生实践能力和创新思维的培养。

创新创业实验教学模式在实验内容和思想上是一个开放性实验；但是在实验过程上是一个双闭环的实验过程，能够体现出科研实验的科学性、严谨性。特别是对实验方案的讨论与评判及对实验结论的讨论与评判是要由大家讨论，并经过科学的分析与评判，最后才能得出结论。

二、研究生创新创业实验教学模式实施

结合学院研究生“自动测试系统与故障诊断”课程，在该课程实验中开展了创新创业实验教学模式的实施。

（一）改变传统的实验课程教学内容

在传统的实验课程教学过程中，教师提前准备好实验样本、器件和设备，在课堂开始后提醒学生要注意的实验要点，并演示实验过程；然后学生进行实验。传统的实验教学模式有利于培养学生的实验技能、节省实验时间，并相对容易得到正确的实验结论；但对学生的创新思维和创新能力的培养不够。

在创新创业实验课程教学模式中，研究生的实验课程内容不再是利用实验箱和实验台来进行实验，而是利用真正的科研仪器设备进行实验。实验内容也从规范的实验变成不限定内容的实验。在创新创业实验教学模式中，强调研究生要在实验课程完成实验方案的撰写与实验器件、样本及材料的准备与选取，熟悉实验设备使用等。教师不再是实验的示范者和指导者，在保证实验课堂安全和有序的情况下，教师的实验教学内容有两个方面：一是在实验前对学生进行实验室设备使用的培训，巡视实验课堂，回答学生在实验过程中提出的问题，为学生提供理论指导和技术支持；二是参与学生的方案论证与讨论，以及核查学生实验记录的数据的完整性和有效性，对实验数据处理及结论进行评价，为学生正确完成实验提供方向和建议。

例如在故障诊断的实验中，研究生可以自己制取样本（样本既可以是单臂梁—角钢，也可以是瓷器—瓷碗），也可以选备实验室提供的样本（瓷碗）。在利用音频检测故障的过程中，研究生可以选择不同的器件作为击锤；对敲击的部位也不做限定，一切实验都由研究生独立设计实验方案、选取实验样本、预订实验课程时间。教师根据不同方案和实验准备情况进行对比讨论，由研究生自己来评判各自的实验方案是否合理，由学生自己决定是否继续进行实验或重新撰写方案。

（二）建立新的实验教学模式

科研实验设备台套数一般都比较少，我院只有一台国家仪器公司（NI公司）的自动测试系统PXI1075，上实验课程的研究生有20多人，为保证研究生有充分的时间进行实验，对研究生进行了分组，由学生小组预约时间。分组不规定每组必须要有多少人，而是由学生自由组合，这样既可培养学生的团队精神，又可保证学生的独立性。

对研究生进行重要设备使用培训是非常必要的，一方面，可以保证实验结果的正确性与精度；另一方面，由于科研设备价格昂贵，精度高，对使用操作的要求非常精细，提前培训可以保证实验设备的完好率。创新创业实验教学模式中对各自小组的实验方案进行讨论是非常重要的一环，讨论是根据不同情况采用线上线下不同方式：先由小组成员讲述自己的实验方案，由其他小组成员提问，撰写方案的小组成员进行解答；最后由教师对实验方案进行评判，主要根据学生制定的实验方案对要记录的实验数据、实验步骤及实验条件等进行评价；只要实验方案中没有原则性和方向性错误，教师一般都同意进行下一步实验实操。

在实验实操过程中，教师主要给学生提供安全保证与设备技术支持，确保学生能够根据自己制定的实验方案、实验步骤、实验流程进行实验。由于学生的方案不一样，测试样本不一样，最后学生得到的实验结论也不一样。教师工作重点在于对学生实验记录的数据进行审核，不仅是审核实验测试仪器的数据记录，更重要的是确定实验记录数据的正确性、完整性。特别提醒学生对实验环境条件的数据记录，例如重要的实验设备型号及编号，实验室温度、湿度，实验时间，实验的同组人员等参数的记录，确保实验数据的完整性。

（三）实验结果评价，新问题的发现及处理

由于实验样本、实验方案、实验步骤及处理的方法与原理都不完全相同，各小组得到的结论也不完全一致，对实验结论的评价要根据每个小组实验的实验方案、实验样本、实验环境与条件、实验步骤及实验数据处理的方式来综合考虑。作为指导教师，为了提高研究生的实践能力与培养研究生的创新思维能力，对实验过程中出现的以下问题要特别引导学生进行分析。

一是对研究生实验的评分不是根据实验报告进行简单评分，而是实验指导教师要与实验小组的学生一起分析探讨，共同分析讨论实验方案是否完备、实验样本的准备是否完善、是否对实验环境与条件进行控制、实验记录是否规范、实验步骤及实验数据处理是否合理等，指导和帮助学生提高实验能力。

二是相同的实验方案、实验样本、实验环境与条件及实验步骤得到不同的实验数据，特别是实验数据得出的结论差异很大时。以往仅根据参考答案对该情况进行评分，没有分析学生在实验过程中的具体实验细节，例如在敲击钢梁，通过其振动的音频信号分析其损伤情况时，由于敲击的部位不同（正面与侧面、中间与根部等），得到的信号就不一样。出现该情况时不能简单根据参考答案给出评价，要鼓励学生自己进行对比，进行差异化实验，让自己的实验能准确快速地得到结论。通过这种方法培养学生的创新思维。

三是学生根据标准化的实验方案与方法，得到了不同的实验数据。这种情况也要鼓励学生自己进行分析，指导教师可以一起参与分析，帮助学生发现是在哪一个实验环节中与标准化的方法不一样。如果是完全一样，就需要学生重新按照原方案进行实验验证。验证是否实验设备出现不稳定，如果实验设备没有问题，就要进一步分析，找出实验数据出现差异的原因。

通过指导教师与学生共同参与的评价方法，从实验方案、实验原理、实验材料等方面引导学生的创新意识，提高了学生的实践能力。通过与学生的交流讨论，指导学生改正在实验过程中存在的瑕疵与问题，帮助学生确立正确的实验方案、实验方法、实验原理与步骤，培养学生的创新思维意识、创新实践能力。

三、研究生创新创业实验教学实施成效

研究生创新创业实验教学模式的实施，避免了过去固定模式的实验项目，给学生更多的选项和灵活性，让学生能自己提出问题、发现问题、分析问题，并针对问题进行实验，同时也避免了过去一个实验后几乎所有小组的实验数据相同的尴尬局面，提高了学生的学习兴趣和学习热情，培养了学生自主学习和探索创新的意识。

学生在设计实验方案时，经常把参加学科竞赛项目的一部分或者某个子项放在实验验证过程中，通过实验验证，完成子项的验证和实验，提升大赛项目的竞争力。研究生创新创业实验教学模式的实施有利于学生创新创业能力的培养，改变了过去研究生被动学习的习惯，从被动学习转换为主动创新学习，研究生现在能积极发现问题，探究问题，应用科学的方法去解决问题。创新思维教育在课堂的应用，提高了研究生的教育质量。

近几年来，由于学院重视研究生的培养质量，重视研究生能力的培养，我院研究生在学科竞赛中获得了较好的成绩。2020年，中国研究生数学建模大赛一等奖；第十四届“兆易创新杯”中国研究生电子设计大赛中华南赛区技术类和商业计划书类一等奖各1项；“西门子杯”中国智能制造挑战杯全国总决赛一等奖2项。2021年，第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛区级银奖3项，铜奖2项；第14届全国三维数字化创新设计大赛全国总决赛全国一等奖4项；第十届中国教育机器人大赛总决赛特等奖1项，一等奖3项；全国三维数字化创新设计大赛一等奖1项；第十五届“西门子杯”中国智能制造挑战赛全国总决赛一等奖2项。学院研究生每年能够获得广西研究生教育创新计划项1项，自治区级的研究生教育创新申报与获得，又促进了学院研究生的创新实践氛围，进一步提高了研究生的教育质量。

结语

结合笔者承担的研究生课程，对研究生实验课程教学进行改革，通过研究生创新创业实验教学模式的实施，将创新创业思维融入教学，将创新创业精神渗透于实验教学过程，将创新创业教育与专业实践实验教育有机融合，有利于培养学生严谨科学的创新思维能力，切实提高研究生实验实践教学质量。研究生的培养质量、实践能力等综合素质都有明显的提高。