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基于产学研和学科竞赛的物理科技创新教育探索

作者:admin 更新时间:2018年09月02日 11:33:28

  针对当前国内大多数工科院校的物理实验课程存在的与现实联系脱节、课程内容老化、学生自主学习和实践能力缺乏等普遍现状,探索出了一种将物理及相关学科竞赛、大学生科技创新和产学研合作等有机结合的物理科技创新教育模式。经过实践表明,该创新教育模式的优势明显,具有长期效应。


  关键词:科技创新教育;物理;产学研;学科竞赛;


  作者:陈秉岩


  1背景介绍


  随着我国经济、科技、文化的迅速发展及社会主义市场经济体制的不断完善,教育的国际化、全球经济恶化以及国内高校毕业生所面临的严峻就业形势,使人才培养工作必然要向多样化、多元化的方向发展。在国外,就业是办学“之首”,高校课程设置依据市场调研来决定,大学相关专业生源的培养兼顾企业的生源需求。参与大学生培养的人员除了高校主讲教师之外还包括校外企业专家。党的十六届五中全会把自主创新提到了实现科学发展、推动民族振兴的战略地位,明确指出,建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。要实现自主创新,创新型人才是关键。国内高等院校应根据自身特点,把产学研结合作为高层次创新人才培养的一个切入点和突破口,有选择性地进行积极探索。纵观国内外一流的大学教育和社会对人才的需求情况,创新人才的培养已经体现出了跨学科、跨行业的特点。国内许多高校在大学生创新教育模式方面开展了形式多样的研究,并取得了很多值得借鉴的经验[1-5]。


  工科大学生物理课外实践教学和科研创新能力的训练,对培养物理科技创新人才非常重要。高等学校的教育应当符合社会对人才的知识和技能的需求,应当培养社会欢迎的人才。当前国内高校,特别是工科院校的物理学教学方式普遍存在重理论轻实践、理论与实践脱节、教学内容与社会需求内容脱节、教学内容相对陈旧等问题。时代在发展,高等学校教育必须重新审视“基础”的概念,不断进行教学创新与实践,将现代物理技术及其实际应用引入到物理实验课,特别是引入物理科技创新实践课中,并不断加强物理学与其他学科的交叉。只有这样,大学所培养的学生才能跟上时代发展的需要。我们必须深刻认识到,当今的物理学仍然是一门充满生机和活力的科学,它的原理已应用到诸多高新技术中,它的研究方法和思想已渗透到各个学科中,它的创造性进展日新月异,它是当代高新技术发展的基础,物理技术的创新应用对当代以及未来高新技术的进步和相关产业及其发展起着巨大的推动作用[6-7]。河海大学作为以水利和电力为特色的工科院校,兼顾机械、电子信息技术等领域的全面发展,在围绕特色专业人才培养方面,河海大学常州校区在学生创新能力培养和教育模式方面开展了深入的研究和实践,并取得了显著成效[8-10]。


  2物理科技创新教育平台建设


  2.1物理科技创新教育培养机制的创建


  为了充分发挥高校外面的产业、研究部门的教育资源,培养更加适应社会和科技发展需要的高素质创新人才,河海大学常州校区2007年正式组建了物理创新实验室,逐步形成了如图1所示的物理科技创新教育人才培养平台。该教育平台由物理科技创新学生梯队、大学生科技创新课题、实验设备资源、经费支持、成果体现和指导教师5个部分组成。其中,物理科技创新学生梯队是创新教育的培养对象,也是整个物理科技创新教育平台的核心部分,由大学二年级到四年级的本科生构成;学生科技创新课题是专门提供给物理科技创新学生梯队、在导师的指导下进行的科技创新实践内容,课题的主要来源途径采取产业部门、教师命题和学生自主选题相结合;经费支持为物理科技创新学生梯队在进行科技创新实践活动过程中提供经费保障,主要来源渠道包括学生创新基金(由学生申请和支配的大学生创新训练计划和学生科技基金)、大学生素质与能力竞赛专项(由教师申请和负责支配)和其他经费来源(包括企业提供的部分技术开发资金、教师申请的教育教改项目资金等)组成;实验设备资源主要指物理科技创新学生梯队在进行科技创新实践活动过程中所需要的实验室、实验设备和测试设备等。固定的科技创新实践场地和常规实验设备由学校提供,特殊的测试设备、实验室由已经建立产学研合作关系的企业提供。成果体现部分是物理科技创新在实现人才培养过程中的各种成果表现形式,主要包括物理科技创新实验室的学生参加物理及其学科竞赛获奖、发表学术论文、专利申请情况和产品开发情况等。指导教师在整个物理科技创新教育人才培养体系结构中的作用主要是:负责学生科技创新实践的具体指导、学生科技课题的立项审核、课题执行监督;负责与产业部门建立合作关系;负责学科赛事的组织与协调;负责解决各类学生科技创新实践经费;负责协调学生在使用学校与企业的各类设备,实现资源共享等。


  2.2物理科技创新产学研合作平台的建设


  河海大学常州校区的物理教师通过多年努力,与多家产业机构建立了以抓住各种发展机会为基础的动态产学研合作模式,如图2所示。该产学研合作模式由核心层和松散层构成,产业部门(企业等)、高等院校和科研院所处于核心层,政府部门、中介机构和其他组织处于松散层[11]。每个成员的地位不完全相同,处于核心层的产业部门、高等院校和科研院所发挥各自优势,形成互补关系;政府部门通过相应政策法规为产学研结合体进行协调和服务;中介机构是完全市场化的组织,与核心层组织联系,发挥对产学研结合的引导和协调作用;其他组织,如基金会等,在资金方面与产学研合作结合体发生间接或直接作用。


  河海大学常州校区的教师从2005年开始不断寻求机会,发展与物理及其交叉学科相关的产学研合作关系以来,根据教师的研究方向、学科优势和河海大学常州校区所处地理条件,先后与常州市鼎兴电子、常州市通宝光电、广州周立功和德州仪器(上海)等10多家公司建立了产学研合作平台。2009年进一步与常州巨太电子、江苏三恒科技集团、常州良久机械制造有限公司、常州凯森光电有限公司等建立了更为密切的“校企联盟”合作关系(江苏省科技厅备案号:B050001、B050004、B050017和B050020)。并且,在这些单位建立了大学生实践基地、工程训练中心或联合实验室,分别在声学技术、物理电子学、电光源技术、电力电子技术、机电一体化等与近代物理技术及其相关的学科领域深入开展了形式多样的产学研合作。


  教师与校外产业机构积极开展形式各样的产学研合作,不断将产业机构的新知识、新技术适时引入到物理科技创新教育中,将产业机构的各类与物理相关的技术需求带回物理创新实验室,由学生和教师共同研究开发。同时,物理科技创新学生梯队专门被安排到产业部门现场实习,在执行项目的过程中可以有效利用产业部门的实验室、专业测试设备等,学生毕业后也可以申请到已建立产学研合作关系的单位就业。


  2.3课外实践团队和实验室建设


  2.3.1物理科技创新课外科研实践梯队建设


  经过不断发展,目前物理科技课外科研团队的指导教师已经发展成为由物理专业教师和与物理相关工科专业教师共同构成的物理课外实践指导团队。团队教师的研究方向涵盖声学技术、物理电子学、电磁场与电磁波、电力电子学、电路与系统、通信与信息系统、水声通信等。教学团队教师长期在教学科研一线工作,大部分教师均与校外企业建立了产学研合作关系,并长期担任企业的技术顾问等职务。指导教师团队具有深厚的理论功底的同时,还具有丰富的工程技术实践经验。


  在2007年之前,由于河海大学常州校区没有固定的实验室,也没有相对稳定的指导教师队伍,每年参加物理科技创新实践的学生不足10人,并且,由于缺少课外实践课题和研究经费,很多学生不能在实验室安心学习和工作,队伍极其不稳定,物理科技创新教育工作一直处于徘徊不前的状态。2007年,河海大学成为了教育部首批60所实行大学生创新训练计划的试点高校之一,物理实验中心的教师抓住了这一难得的机会,一方面加大宣传,努力发展物理课外科研实践创新学生梯队,采用滚动淘汰、择优录取、照顾专长和兴趣的原则,招收了首批15人的学生梯队,专门成立了物理科技创新实验室;另一方面努力开展产学研合作工作,为学生提供了更多与物理相关的课外科研实践课题,借助政府、省和校级大学生创新训练计划等学生科技创新的扶持政策和资金支持,认真组织学生申报课外科研创新实践课题,组织专门的指导教师进行指导。


  经过多年的探索,在学生物理科研实践梯队培养方面采取了如下办法:鼓励大一、大二学生尽早参加高年级学生的物理课外科研实践活动,由导师和高年级学生共同培养和引导,逐步筛选具有科研实践创新潜质的学生进行重点培养;由导师重点指导大二、大三学生独立开展电子技术课外科研实践创新工作;指导大三、大四学生创造物理科技课外科研创新成果;做到每个进入物理科技创新实验室的学生都有科研项目做,所有认真努力做科研项目的学生都有成果。目前,物理科技创新实践创新学生梯队人数始终择优保持约30人的规模。从2007年到现在,先后有150多人进入物理科技创新实验室学习。


  2.3.2物理科技创新实验室硬件建设


  物理科技创新团队向学校争取了物理科技创新实践专用实验室、仪器设备等必备的硬件设施。从最初的没有固定实验场所和实验设备,发展到现在的固定面积超过40m2,实验室仪器设备价值超过5万元,近5年累计获得各类物理科技创新实践经费资助超过20万元。


  近两年来,实验室教师与产学研合作单位常州巨太电子有限公司、常州凯森光电有限公司分别建立了“江苏省电动汽车电池充电设备工程技术研究中心”和“光电参数检测实验室”。其中,江苏省电动汽车电池充电设备工程技术研究中心于2010年7月由江苏省科委正式批准,以常州市巨泰电子有限公司为依托,与河海大学(常州校区)共建省级工程技术研究中心,专业从事电动汽车电池充电设备产品和技术的研究和开发。中心总面积为500㎡左右,建有4个电力电子实验室,还有1个电磁兼容实验室,1个检测中心,拥有一批现代化检测设备,可以为物理科技课外创新实践团队的师生提供先进的实验和检测设备。光电参数检测实验室由常州凯森光电有限公司和河海大学(常州校区)共同建立,可以完成180nm~780nm范围的光谱采集与分析,可以为参加物理科技创新实验的师生提供光谱分析、电光源参数检测等实验。


  校内外的实验室建设为物理科技创新实践团队的师生在课题立项、研究等环节,提供了相关实验设备和工程实验数据等宝贵资源。


  2.4学生科技创新实践项目建设


  近5年来,根据到实验室进行科技创新的学生的实际专业构成情况,在教师的指导下,成功申请并立项来自于产业机构、教师命题和学生自主选题的大学生科技创新实践项目近20项,其中国家级、省级大学生创新训练计划项目6项,先后获得各类经费支持14.2万元。在所获得资助的各类学生科技项目中,直接或间接来源于产学研合作平台的学生科技基金科研创新项目占85.71%。在所立项的物理科技实践课题中,大部分均已顺利结题。物理科技创新实验室的培养机制在执行过程中运作良好,产生了显著的长期效应,在2010年的大学生科技项目申报中,共有4名学生科研课题获得立项(其中,国家-省级大学生创新训练计划项目1项,校级大学生创新训练计划项目1项,校级学生科技基金项目2项),累计获得学生科研创新实践经费2.6万元。


  3物理科技创新教育成果


  3.1物理及其相关学科竞赛获奖成果


  近5年来,河海大学物理科技创新团队积极参与了各类学科竞赛,并取得了优越的成绩。累计获得国家级和省部级奖46项。其中,国家级二等奖1项,江苏省特等奖1项,江苏省一等奖12项,江苏省二等奖14项,获奖学生超过200人次。


  特别值得指出的是,在所有国家级和省部级学科竞赛获奖项目中,超过60%的课题直接来源于产业部门的科技开发项目;在2008—2010年间的所有28个项目获得国家级和省部级学科竞赛奖中,有24个获奖项目来源于产业部门的科技开发项目。


  2007—2010年,由于物理科技创新学生团队在学科竞赛中表现出色,在江苏省大学生物理及实验科技作品创新竞赛中3次被评为优秀组织单位;指导教师中,先后有20多人次在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、全国大学生电子设计竞赛、江苏省大学生物理及实验科技作品创新竞赛等学科竞赛中被评为国家级和省部级优秀指导教师。


  3.2其他科研和教研成果


  近3年来,物理科技创新团队师生共同发表论文近20篇(其中SCI、EI和ISTP论文5篇),在国家核心期刊《实验技术与管理》、《实验室研究与探索》发表教研论文4篇;物理科技创新团队师生共同申请专利5项,其中发明专利4项,实用新型专利1项,软件著作权2项;团队教师获得高等学校自制教学仪器设备成果奖1项;团队教师所承担的项目“电子技术课外实践指导方法探索”于2010年7月被全国高等学校电子技术研究会评为优秀奖;团队教师所负责的“高频电子电路”被评为江苏省精品课程;团队教师正在主编江苏省高等院校大学物理实验系列教材《工科物理实验》。


  2008年,团队教师朱昌平、陈秉岩分别成为了江苏省科技服务社会“校企联盟”的声学技术和物理电子学学科带头人;2010年7月,团队教师与常州巨泰电子有限公司共同成功申报建立“江苏省电动汽车电池充电设备工程技术研究中心”,朱昌平教授被聘为电动汽车电池快速充电技术研究小组组长,陈秉岩、单鸣雷、韩庆帮等教师被聘为技术专家。


  3.3物理科技创新人才培养情况


  近5年以来,物理科技创新教育实验室先后培养大学毕业生超过80人。毕业生中,有30多人保送研究生,其中有1人到英国拉夫堡大学继续深造,20多人分别保送到中国科学院、浙江大学、东南大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学和重庆大学等知名院校;从该实验室毕业的学生就业率达到100%,其中20多人到华硕、中信、三星电子、西门子、西安微电子技术研究所和广州周立功电子有限公司等知名单位工作。


  4结束语


  河海大学常州校区紧密结合物理科技创新实践的需求,以学生为中心,借助学校、政府和企业等资源,鼓励学生从事物理科技创新实践工作,密切结合各类与物理及其相关的学科学科竞赛。设计了具有很强系统性、开放性、长效性的学生物理科技创新实践教育平台,有效地解决了困扰工科大学生物理科技创新教育课题缺乏、经费不足和学生兴趣不浓3个问题。为学生理论联系实际、自主创新、团队协作等综合能力的培养具有深远意义。


  多年来,该教育平台取得了很好的效果,体现在学生完成的科技创新实践项目、参加的各类学科竞赛活动、学生完成的科研成果等方面所取得的成绩中,在同类高校中是领先的。该平台所形成的物理课外科研创新实践机制具有可持续发展的长效性,在培养学生走向社会后,能理论联系实际、自主创新、团队协作等综合素质方面具有积极意义。