把物理實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地的探索*

羅樂 孫偉 仇冀宏

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院 安徽 合肥 230009)

“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”是激發(fā)群眾智慧和創(chuàng)造力的重大改革舉措，是實(shí)現(xiàn)國家強(qiáng)盛、人民富裕的重要途徑.因此，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才已經(jīng)成為高等教育改革的重要內(nèi)容.20世紀(jì)90年代的“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽開啟了中國的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[1].2010年5月，教育部發(fā)布《關(guān)于大力推進(jìn)高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)工作的意見》，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為服務(wù)創(chuàng)新型國家建設(shè)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、促進(jìn)畢業(yè)生就業(yè)的重要舉措提了出來[2].2015年5月國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》指出：深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，是國家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效升級(jí)的迫切需要，是推進(jìn)高等教育綜合改革、促進(jìn)高校畢業(yè)生更高質(zhì)量創(chuàng)業(yè)就業(yè)的重要舉措.

1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

創(chuàng)新是人類有目的的創(chuàng)造性實(shí)踐活動(dòng), 創(chuàng)新能力是運(yùn)用已有的科學(xué)知識(shí)去解決問題, 開發(fā)新產(chǎn)品與新技術(shù)、提出新觀念的能力.廣義的創(chuàng)業(yè)是人們?yōu)榱诵腋Ｉ詈头?wù)社會(huì)而進(jìn)行的生產(chǎn)經(jīng)營、組織管理、創(chuàng)造財(cái)富、謀求發(fā)展的實(shí)踐活動(dòng).創(chuàng)業(yè)能力是在各個(gè)領(lǐng)域中開創(chuàng)事業(yè)新局面的能力.創(chuàng)新是創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)，創(chuàng)新決定了創(chuàng)業(yè)的方向.創(chuàng)業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，創(chuàng)業(yè)能力是創(chuàng)新能力的更高體現(xiàn).創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是一種新的教育理念與教育模式，是以培養(yǎng)人的創(chuàng)新意識(shí)、發(fā)揮人的創(chuàng)新潛能、促進(jìn)人的自由與個(gè)性和諧發(fā)展為方向，以激發(fā)人的創(chuàng)業(yè)精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)業(yè)能力為宗旨，以促進(jìn)人主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和變革為目標(biāo)的育人活動(dòng).在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，創(chuàng)新教育是基礎(chǔ)，沒有創(chuàng)新就不可能有高質(zhì)量、高水平的創(chuàng)業(yè)，就不可能在激烈的市場競爭中搶占制高點(diǎn)[3].從大學(xué)生成功創(chuàng)業(yè)的案例可以看出：當(dāng)代大學(xué)生的創(chuàng)業(yè)過程都是先研制出具有市場需求的創(chuàng)新成果，然后獲得相應(yīng)的投資，并在投資方的幫助下進(jìn)行創(chuàng)業(yè).沒有高質(zhì)量的有市場前景的創(chuàng)新成果，就不可能有大學(xué)生的成功創(chuàng)業(yè).因此，高等學(xué)校開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育時(shí)，重點(diǎn)還是應(yīng)當(dāng)放在學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，以創(chuàng)新能力的培養(yǎng)促進(jìn)創(chuàng)業(yè)意識(shí)與創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng).

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是一種新的教育理念與教育模式，高校在開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育過程中都會(huì)面臨許多問題：首先，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)踐平臺(tái)不足.其次，教師自身的學(xué)術(shù)背景與學(xué)術(shù)發(fā)展需求導(dǎo)致創(chuàng)業(yè)教育的意識(shí)和能力不足.第三，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的主要模式還是圍繞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽開展各項(xiàng)活動(dòng).雖然獲獎(jiǎng)項(xiàng)目很多，但真正創(chuàng)業(yè)成功并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的項(xiàng)目不多[4,5].要解決這些問題，就必須進(jìn)行改革.要改革教師的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，鼓勵(lì)教師結(jié)合自己的專業(yè)開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究.要把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育引入人才培養(yǎng)的每一個(gè)環(huán)節(jié).要開放實(shí)驗(yàn)室，把實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實(shí)踐平臺(tái).要開展校企合作協(xié)同育人工作，借助企業(yè)優(yōu)勢開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育.

2 把物理實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地的探索

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育必須納入人才培養(yǎng)的每一個(gè)環(huán)節(jié).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后必修的第一門系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)課程.因此，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合具有重要意義.

從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的理論來看：創(chuàng)新是基礎(chǔ)，創(chuàng)新決定了創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)業(yè)反過來促進(jìn)進(jìn)一步的創(chuàng)新.從物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)來看：它是一門基礎(chǔ)課程，同時(shí)又是一門實(shí)踐課程.它不僅涉及物理理論與實(shí)驗(yàn)知識(shí)，還涉及測試計(jì)量技術(shù)與儀器儀表、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和電子電路等多學(xué)科知識(shí).物理實(shí)驗(yàn)中心在建設(shè)過程中經(jīng)常和企業(yè)開展合作.可以利用這些特點(diǎn)，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)與創(chuàng)業(yè)能力.

2.1 以物理實(shí)驗(yàn)儀器研制促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

人員、信息和物質(zhì)是教學(xué)過程中的三要素，其中物質(zhì)技術(shù)手段是教學(xué)系統(tǒng)的“硬件”，直接影響教學(xué)質(zhì)量的高低.實(shí)驗(yàn)儀器是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的物質(zhì)技術(shù)手段，直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量.但是，目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的儀器卻存在較多的問題：首先，許多實(shí)驗(yàn)儀器性能不穩(wěn)定，重復(fù)性差，測量誤差大.例如，導(dǎo)熱系數(shù)測量儀、霍爾效應(yīng)法測螺線管磁場實(shí)驗(yàn)儀、靜電場實(shí)驗(yàn)儀等.其次，有些儀器設(shè)計(jì)上存在問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論相互矛盾.如弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀等.第三，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)沒有考慮教學(xué)需要，儀器“黑箱化”，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中很難了解儀器的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，儀器發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)排除故障.針對(duì)這些問題，我們開展了以物理實(shí)驗(yàn)儀器研制培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的探索.

首先，在教學(xué)過程中注意向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)與工作原理，在實(shí)驗(yàn)操作過程中要求學(xué)生注意觀察，尤其注意發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象.如果發(fā)現(xiàn)異常就要求學(xué)生分析原因，提出改進(jìn)措施.例如,在霍爾效應(yīng)測螺線管磁場的實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)霍爾片移到螺線管外部時(shí)出現(xiàn)負(fù)電壓，和理論相矛盾.為解釋這種現(xiàn)象，讓學(xué)生們在每臺(tái)儀器上都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量、仔細(xì)對(duì)比與分析，從而找出了原因.加深了學(xué)生對(duì)副效應(yīng)和儀器構(gòu)造的理解.在弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)陽極電流第一次出現(xiàn)極小值時(shí)的第二柵極電壓竟然大于氬原子的第一激發(fā)電位，這與理論相矛盾.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，在了解光電管的構(gòu)造后，有學(xué)生提出增大光闌直徑驗(yàn)證光電流與光強(qiáng)成正比的方法不嚴(yán)謹(jǐn).

第二，組織學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)儀器的研制.為了解決實(shí)驗(yàn)儀器“黑箱化、操作簡單、維修難”等問題，組織學(xué)生開展積木式物理實(shí)驗(yàn)儀器的研發(fā).在課余時(shí)間組織學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)、模電與數(shù)電、傳感器技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)制作，軟件編程和機(jī)械加工等相關(guān)技能的培訓(xùn).在此基礎(chǔ)上，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)儀器的功能和特點(diǎn)，將物理實(shí)驗(yàn)儀器分解成基本的功能單元，如穩(wěn)壓單元、光電轉(zhuǎn)換單元、計(jì)算單元、顯示單元等，然后制作出標(biāo)準(zhǔn)的、通用的功能單元模塊.把不同功能的單元模塊按不同的方式組裝起來，可以形成不同功能的物理實(shí)驗(yàn)儀器，這就是積木式物理實(shí)驗(yàn)儀器.例如，模擬法測繪靜電場實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)組裝一個(gè)穩(wěn)壓電源和電壓表來完成靜電場的測繪實(shí)驗(yàn).采用積木式物理實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以有效解決實(shí)驗(yàn)儀器“黑箱化、操作簡單化、維修難”的問題.這是因?yàn)椋菏紫龋瑢W(xué)生要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇功能模塊搭建出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，然后在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量.這樣做不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的儀器設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試能力，還可以在完成原有教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握實(shí)驗(yàn)儀器的原理與構(gòu)造，為學(xué)生今后從事產(chǎn)品研發(fā)奠定基礎(chǔ).采用積木式物理實(shí)驗(yàn)儀器也可以解決儀器維修難的問題.因?yàn)榻M裝實(shí)驗(yàn)儀器的模塊是通用的、標(biāo)準(zhǔn)的功能單元，因此儀器損壞后只需更換一個(gè)單元模塊即可.

2.2 以物理實(shí)驗(yàn)仿真軟件的研發(fā)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的飛速發(fā)展為仿真教育軟件的研發(fā)與銷售帶來商機(jī).對(duì)此，我們組織學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)仿真課件的研發(fā).首先，組織學(xué)生對(duì)仿真課件的市場需求進(jìn)行調(diào)研.然后，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)目的和實(shí)驗(yàn)儀器的功能與特點(diǎn)進(jìn)行仿真課件的開發(fā).課件既具有高度的仿真性，又具有教學(xué)性.例如,通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前物理實(shí)驗(yàn)操作考試中存在一些難題：首先，無法提供大量的實(shí)驗(yàn)儀器用于統(tǒng)一的操作考試.其次，無法保證考試過程中每臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器的工作狀況都相同.這些問題的存在就不能保證操作考試的客觀性與公正性.針對(duì)這一問題，我們開發(fā)出“邁克爾孫干涉儀仿真實(shí)驗(yàn)操作考試課件”和“示波器的調(diào)整與使用仿真實(shí)驗(yàn)操作考試課件”.由于仿真實(shí)驗(yàn)操作考試是在電腦上進(jìn)行，可以保證每臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)儀器的工作狀況都相同，從而保證了考試的客觀性與公正性.利用仿真課件進(jìn)行操作考試時(shí)，可以在不同的電腦上把邁克爾孫干涉儀測量的波長值設(shè)定成不同的數(shù)值，從而可以有效避免考試過程中作弊現(xiàn)象的發(fā)生.仿真實(shí)驗(yàn)操作考試課件還設(shè)計(jì)了自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)，減輕了主考教師的負(fù)擔(dān).學(xué)生在調(diào)研過程中還發(fā)現(xiàn)，如果為企業(yè)研發(fā)與實(shí)驗(yàn)儀器配套的仿真課件可以提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，受到企業(yè)的歡迎.目前，已經(jīng)為企業(yè)開發(fā)出多普勒實(shí)驗(yàn)仿真課件、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)仿真課件、靜電場實(shí)驗(yàn)仿真課件等.

2.3 把物理實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)成大學(xué)生課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地

物理實(shí)驗(yàn)中心具有實(shí)驗(yàn)室面積大，實(shí)驗(yàn)儀器種類多和數(shù)量多等優(yōu)勢，可以充分利用這些優(yōu)勢，把物理實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實(shí)踐平臺(tái).首先，我們積極申報(bào)校內(nèi)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地建設(shè)項(xiàng)目，在物理實(shí)驗(yàn)中心創(chuàng)建校內(nèi)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地.其次，積極和企業(yè)合作，開展協(xié)同育人，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地建設(shè)成校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，利用企業(yè)優(yōu)勢培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力.目前物理實(shí)驗(yàn)中心擁有一個(gè)校內(nèi)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地，可以為學(xué)生開展課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)提供部分啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、儀器設(shè)備與技術(shù)資料等.近年來，該基地已經(jīng)為1 000多名大學(xué)生開展課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)提供了支持.

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)與創(chuàng)業(yè)能力，我們在物理實(shí)驗(yàn)儀器和仿真課件的研發(fā)過程中，組織學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目來獲取研究經(jīng)費(fèi).在研制過程中，要求學(xué)生想方設(shè)法降低研發(fā)成本，學(xué)會(huì)算經(jīng)濟(jì)賬.組織學(xué)生參觀企業(yè)，和企業(yè)的相關(guān)人員進(jìn)行交流，盡可能多地了解企業(yè).與此同時(shí)，組織學(xué)生以研發(fā)的實(shí)驗(yàn)儀器和仿真課件為內(nèi)容撰寫創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書，參加各種創(chuàng)業(yè)競賽.

從CDIO理論來看,組織學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)儀器和仿真課件的研發(fā)可以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力.因?yàn)橐慌_(tái)實(shí)驗(yàn)儀器、一個(gè)仿真課件的研發(fā)需要學(xué)生在了解和掌握物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器與仿真課件的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、研制和試用，可以讓學(xué)生親身經(jīng)歷一臺(tái)儀器、一個(gè)課件的研發(fā)項(xiàng)目從構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)到運(yùn)行(Operate)的全部過程[7].這有助于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)業(yè)意識(shí).組織學(xué)生申請研究經(jīng)費(fèi)、為企業(yè)量身定制課件、撰寫創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書參加創(chuàng)業(yè)大賽等活動(dòng)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)與創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)都具有積極意義.