目前，我國的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)在政策強(qiáng)有力的推動(dòng)下，達(dá)到了前所未有的新高度，已經(jīng)形成了良好的創(chuàng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[1]。高等院校面對創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)造的發(fā)展潮流，具有不可推卸的責(zé)任，并結(jié)合時(shí)代的發(fā)展在相關(guān)的教育方面積極改革創(chuàng)新[2]。探索新形勢下高校專業(yè)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，就是契合“雙創(chuàng)”發(fā)展的需要，通過構(gòu)建全新的專業(yè)課程與實(shí)踐的生態(tài)網(wǎng)，以專業(yè)實(shí)驗(yàn)為依托，解決創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的校內(nèi)外資源整合與優(yōu)化的問題。隨著工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的地位逐步得到重視，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也在進(jìn)行調(diào)整與變革，各種創(chuàng)意、創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)層出不窮，各種交叉學(xué)科融合的綜合實(shí)驗(yàn)也如雨后春筍涌現(xiàn)出來。

在新工科建設(shè)背景下，專業(yè)口徑和知識領(lǐng)域的拓展，使得專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程打破了原有的傳統(tǒng)學(xué)科框架，樹立起整體化、協(xié)同化、差異化以及定制化的教育觀念。專業(yè)實(shí)驗(yàn)是本科教學(xué)改革推進(jìn)的重點(diǎn)，是與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育關(guān)系最密切的實(shí)踐部分，是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)和專業(yè)體系建構(gòu)中的核心。專業(yè)實(shí)驗(yàn)可以從動(dòng)手實(shí)踐出發(fā)回顧并闡述理論課程的難點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)出發(fā)反映并重構(gòu)理論課程的現(xiàn)象，從實(shí)踐出發(fā)預(yù)先聯(lián)系和鋪墊學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)踐。因此，依托專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教育，一方面可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，有利于理論聯(lián)系實(shí)踐，另一方面更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力。新型發(fā)展的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，既能服務(wù)于課程培養(yǎng)要求的學(xué)生，也能服務(wù)于有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)志向的學(xué)生。

一、結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念發(fā)展專業(yè)實(shí)驗(yàn)

以筆者承擔(dān)的材料科學(xué)專業(yè)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)為例，列出了兩類實(shí)驗(yàn)。

1.半導(dǎo)體薄膜制備實(shí)驗(yàn)。①專業(yè)知識：蒸發(fā)鍍膜的原理，溫度、襯底材料、蒸發(fā)源、距離、真空度等對沉積速率的影響；設(shè)備的工作原理，真空的獲得，真空的等級，機(jī)械泵、擴(kuò)散泵（分子泵）原理與操作等；薄膜厚度和質(zhì)量的控制，膜厚監(jiān)控的原理，真空鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)等；測厚儀的原理，薄膜均勻性、致密性的表征分析；②所需先導(dǎo)課程：“現(xiàn)代材料制備技術(shù)”“半導(dǎo)體物理”“現(xiàn)代材料分析技術(shù)”“薄膜物理與技術(shù)”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”等；③技能培訓(xùn)：各種真空泵的工作操作、真空計(jì)量儀器的使用、薄膜制備工藝參數(shù)設(shè)置與調(diào)整、膜厚監(jiān)控的方法與實(shí)施，掩膜板的選擇與應(yīng)用等；④結(jié)果反思：建立膜厚與沉積速率的關(guān)系，沉積速率與加熱電流的關(guān)系，源和襯底狀況與樣品質(zhì)量的關(guān)系，薄膜樣品致密性、均勻性的分析等。

2.半導(dǎo)體薄膜性質(zhì)測試實(shí)驗(yàn)。①專業(yè)知識：半導(dǎo)體電導(dǎo)率的計(jì)算；半導(dǎo)體性能的影響因素；電導(dǎo)激活能的含義及獲得，對單晶、多晶半導(dǎo)體薄膜，電導(dǎo)激活能與摻雜、費(fèi)米能級的對應(yīng)關(guān)系；薄膜電阻測試方法：兩探針、四探針及其方塊電阻計(jì)算，誤差的來源以及如何消除；使用excel或者origin進(jìn)行電導(dǎo)溫度曲線的繪制、擬合；②所需先導(dǎo)課程：“半導(dǎo)體物理”“固體物理”“現(xiàn)代材料分析技術(shù)”“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”等；③技能培訓(xùn)：半導(dǎo)體薄膜電阻測試方法的選擇與應(yīng)用、測試線路的連接、各種測試規(guī)范的建立與實(shí)施、測試軟件的使用、測試數(shù)據(jù)的處理與分析；④結(jié)果反思：測試結(jié)果變化與薄膜狀況的關(guān)系，測量方式與測試環(huán)境對結(jié)果的影響，不同材料的薄膜與性能的對應(yīng)關(guān)系，針對半導(dǎo)體薄膜特定的測試方法等。

材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到了各專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)性，圍繞專業(yè)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了教學(xué)課程體系，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的思維方法、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行既注重基礎(chǔ)知識和基本操作的訓(xùn)練，比如常見材料的制備方法、基于真空蒸發(fā)鍍膜的薄膜制備技術(shù)、集成化的性能測試平臺等，也注重學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)。尤其圍繞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，我們實(shí)行了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)從單一講義式驗(yàn)證性向綜合應(yīng)用性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變，尤其是增加實(shí)驗(yàn)的定制設(shè)計(jì)性、工藝性、系統(tǒng)性以及綜合性。結(jié)合校內(nèi)研究平臺，可以提供從材料設(shè)計(jì)到制備，從器件制作到表征的一個(gè)接一個(gè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，從而對生產(chǎn)型的工序進(jìn)行了解掌握，確保系列實(shí)驗(yàn)是一個(gè)有機(jī)的整體，有利于學(xué)生從創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)能力的提升。

二、構(gòu)建新型的專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式

1.專業(yè)實(shí)驗(yàn)架構(gòu)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，決定了它必須建立在綜合的專業(yè)課程融合的基礎(chǔ)上，覆蓋科學(xué)與工程（技術(shù)）的交叉，多學(xué)科和跨學(xué)科的相互結(jié)合，這樣才能拓寬專業(yè)面，才能適合學(xué)科交叉融合的發(fā)展，并反過來促進(jìn)專業(yè)基礎(chǔ)課程的應(yīng)用，進(jìn)而提高專業(yè)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，培養(yǎng)“雙創(chuàng)”復(fù)合型人才。因此，專業(yè)實(shí)驗(yàn)不能盲目追求先進(jìn)性和專門性，尤其應(yīng)注意通用設(shè)備及其功能拓展方面的建設(shè)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)首先應(yīng)著重于基礎(chǔ)性教學(xué)，功能上盡可能有兼容性和通用性，設(shè)備能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)組裝和功能拓展，在此基礎(chǔ)上，打造高級科研實(shí)驗(yàn)平臺，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，滿足學(xué)生課程外科研訓(xùn)練需求的特點(diǎn)，體現(xiàn)全方位的開放。校內(nèi)依托專業(yè)實(shí)驗(yàn)室科研平臺并結(jié)合教師的科研項(xiàng)目設(shè)立專業(yè)實(shí)驗(yàn)，而且應(yīng)該是獨(dú)立的存在，從材料制備到器件的測試，功能齊全，具有開放性和包容性的特點(diǎn)，可以是單獨(dú)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)載體，也可以是集群式創(chuàng)新實(shí)踐的平臺，同時(shí)也是學(xué)生創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐基地。然后以校內(nèi)實(shí)驗(yàn)為先導(dǎo)，結(jié)合教學(xué)科研及社會(huì)優(yōu)質(zhì)資源，打造校內(nèi)+校外的實(shí)驗(yàn)平臺，培養(yǎng)具有新材料研發(fā)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造能力的新型工科人才。最后，專業(yè)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)主體——教師和學(xué)生的角色和投入方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，從以教師為中心的傳統(tǒng)講授、演示性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑D(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以問題解決為導(dǎo)向的探究式實(shí)踐教學(xué)，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.開放式實(shí)驗(yàn)平臺。開放的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的主體以學(xué)生為主，教師只是實(shí)驗(yàn)的前期組織者和指導(dǎo)者以及后期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的咨詢者和幫助者。而對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，既有遵循科學(xué)規(guī)律合理的判斷，也有不同尋常的顛覆性創(chuàng)造。通過開放式的專業(yè)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，切實(shí)讓有不同需求的學(xué)生都能獲得相應(yīng)的實(shí)踐訓(xùn)練，具有定制式、預(yù)約制和分流制的特點(diǎn)。

3.專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。專業(yè)實(shí)驗(yàn)與綜合實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)不同，應(yīng)根據(jù)學(xué)生已掌握知識的程度，實(shí)驗(yàn)室能夠提供的實(shí)驗(yàn)條件以及教師的科研情況合理、實(shí)時(shí)、彈性地設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，既能培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基本功，也體現(xiàn)融會(huì)貫通，吸收提高再實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的培養(yǎng)目的。比如增加個(gè)性化定制實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)以及交叉協(xié)同實(shí)驗(yàn)等，甚至讓學(xué)生和教師不斷受到科學(xué)研究的啟發(fā)和反饋，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究的融合。專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括綜合、創(chuàng)意、創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、創(chuàng)造、開放乃至創(chuàng)業(yè)等多層次、多模式的實(shí)驗(yàn)體系，實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)以單元到綜合為途徑，學(xué)生可以結(jié)合教師或者自己的科研訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行文獻(xiàn)追蹤，基于專業(yè)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，制定出階段的科研實(shí)踐計(jì)劃，在教師的指導(dǎo)下，從設(shè)計(jì)到材料，從器件到模塊，從系統(tǒng)到工程，循序漸進(jìn)的鍛造學(xué)生的科學(xué)思想、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。值得指出的是，專業(yè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容除了與基礎(chǔ)課緊密結(jié)合外，還應(yīng)不斷調(diào)整和發(fā)展，保持實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先進(jìn)性、開放性和科學(xué)性，將新技術(shù)、新方法、新儀器引入到專業(yè)實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)水平。“雙一流”大學(xué)工科的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，從發(fā)展層次來講，應(yīng)該和科學(xué)研究、工程應(yīng)用、社會(huì)實(shí)踐緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)科研平臺承接重大科研項(xiàng)目，專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺導(dǎo)入科技創(chuàng)新，尤其是借鑒公共實(shí)驗(yàn)管理模式，將現(xiàn)代信息技術(shù)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)建設(shè)有機(jī)統(tǒng)一，比如網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺，虛擬專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺、MOOC系統(tǒng)平臺等。

綜上所述，基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，契合新工科人才培養(yǎng)的要求，其設(shè)計(jì)方案的確立和具體專業(yè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)、完善和實(shí)施都頗具挑戰(zhàn)性。通過引入新模式下學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究式實(shí)踐，將原來獨(dú)立的專業(yè)實(shí)驗(yàn)納入系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)體系運(yùn)行實(shí)施，有效結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程知識，確保所有實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣，從設(shè)計(jì)到制備，從制作到測試，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)動(dòng)力，讓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生切實(shí)關(guān)注實(shí)驗(yàn)的設(shè)立、過程與結(jié)果，同時(shí)迫切想知道相關(guān)工藝工序流程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作方法，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)踐的興趣和投入，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極性，使學(xué)生不僅能復(fù)習(xí)和綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識，鍛煉動(dòng)手能力和提高設(shè)計(jì)水平，還能建立科研和生產(chǎn)工作的整體概念和全局概念，為后面的生產(chǎn)實(shí)習(xí)乃至工作就業(yè)儲備并養(yǎng)成頗具專業(yè)技術(shù)特色的知識、技能、習(xí)慣、思維與精神。采用新模式運(yùn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)，有利于讓有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的學(xué)生發(fā)揮潛能和特長，彰顯并發(fā)展個(gè)性，讓優(yōu)秀的人才脫穎而出。