栗 興， 高 峰， 姚朋君， 張 婷

（北京理工大學(xué)a.資產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室管理處；b.自動化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京 100081）

0 引 言

高等教育的主要功能體現(xiàn)為人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)和文化傳承［1-2］。近幾年，高校面向社會的科普工作受到越來越重視，建設(shè)了大批科普基地，有效利用高校的資源向社會開放，進(jìn)行科普宣傳工作［3-5］。

1996 年，在眾多科學(xué)家的倡議和支持下，北京市科協(xié)開始實(shí)施《北京青少年科技后備人才早期培養(yǎng)計劃》（以下簡稱‘后備人才’）［6］。2008 年，國家進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)對基礎(chǔ)教育的素質(zhì)教育，由北京市教育委員會牽頭，“翱翔計劃”正式啟動。2016 年為進(jìn)一步深化教育領(lǐng)域綜合改革，構(gòu)建開放教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，市教委面向全市初中學(xué)生開展開放性科學(xué)實(shí)踐活動（以下簡稱“初中開放”）［7］。為深入貫徹教育部《關(guān)于科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)向社會開放開展科普活動的若干意見》，充分利用高校實(shí)踐平臺的豐富資源，開拓實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的影響力和輻射功能，自動化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心長期開展面向中學(xué)開放活動，逐漸探索出適應(yīng)于高校為中學(xué)開放的途徑和方法。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心面向中學(xué)開放的意義

1.1 助力中學(xué)教育質(zhì)量提升，加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)

“翱翔計劃”“后備人才”“初中開放”作為基礎(chǔ)教育階段拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃，是北京市落實(shí)“人才強(qiáng)國戰(zhàn)略”的重要舉措，高校實(shí)驗(yàn)室作為系列舉措的主要載體，發(fā)揮著引領(lǐng)學(xué)生、發(fā)掘創(chuàng)新型人才的作用。2021 年8 月，為提高教育質(zhì)量，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展、健康成長，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見》［8］，將會有更多的中學(xué)生進(jìn)入高校進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練和實(shí)習(xí)。

1.2 整合高校實(shí)驗(yàn)室資源，拓展為社會服務(wù)的功能

作為“雙一流”高校，在繼續(xù)加強(qiáng)自身建設(shè)的同時，也要推動整個教育體系的發(fā)展，肩負(fù)起服務(wù)社會的責(zé)任，真正實(shí)現(xiàn)教育強(qiáng)國目標(biāo)，教育者以開放的胸襟和眼界，積極整合和充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心資源面向中學(xué)開放。在2001 年頒發(fā)的《國務(wù)院關(guān)于基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的決定》中就提出：“有條件的普通高中可與高等學(xué)校合作，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的途徑”，由此可見，中學(xué)與高校協(xié)同合作，助力高中教育質(zhì)量提升已經(jīng)成為國內(nèi)教育突破的重點(diǎn)之一［9］。

2 以能力培養(yǎng)為主線、突出素質(zhì)教育的培養(yǎng)

中學(xué)生進(jìn)入高校進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不僅是提高學(xué)生科學(xué)技術(shù)水平，更應(yīng)該以創(chuàng)新實(shí)踐為平臺、突出素質(zhì)教育，增強(qiáng)和完善學(xué)生的思想道德素質(zhì)、能力培養(yǎng)、個性發(fā)展、身體健康和心理健康教育，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展［10］，因此要依據(jù)“德育為先，能力為重”的教學(xué)理念制定培養(yǎng)目標(biāo)。

（1）培養(yǎng)崇高思想品德，做一個高尚的人。創(chuàng)新實(shí)踐平臺是思想品德培訓(xùn)的重要場所，在創(chuàng)新實(shí)踐過程中，通過科學(xué)家真實(shí)案例和學(xué)生的親身體驗(yàn)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生愛國、愛黨的高尚情懷，加強(qiáng)務(wù)實(shí)肯干、堅持不懈的工匠精神，實(shí)事求是、積極探索的科學(xué)家精神，提高保護(hù)環(huán)境、講究衛(wèi)生、注重安全意識。

（2）培養(yǎng)科學(xué)文化素質(zhì)，提高創(chuàng)新精神。以科學(xué)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、項(xiàng)目管理來培養(yǎng)學(xué)生求真的科學(xué)態(tài)度，不盲目盲從，善于采用科學(xué)方法來觀察和解決自己生活的各種問題；重視科學(xué)實(shí)踐，遵循實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，激發(fā)學(xué)生敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新思維的能力。

（3）培養(yǎng)健康心理素質(zhì)，塑造健全人格。“失敗是成功之母”，沒有失敗的創(chuàng)新實(shí)踐幾乎不存在。積極培養(yǎng)中學(xué)生勇敢面對挫折、戰(zhàn)勝困難的決心和信心，提高學(xué)生控制和穩(wěn)定情緒的能力、抗挫折能力和壓力承受能力，培養(yǎng)學(xué)生樂觀、向上的心理品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生人格的健全發(fā)展，在實(shí)踐過程中培養(yǎng)學(xué)生冷靜、謙虛的氣質(zhì)和積極、果斷的工作作風(fēng)。

（4）培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的素質(zhì)，養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)習(xí)慣?，F(xiàn)代人必須終生學(xué)習(xí)，21 世紀(jì)是科技革命、知識爆炸的時代，每個人都不可能在學(xué)校學(xué)好今后走上社會所需的一切知識。隨著社會的發(fā)展，每個人都必須在生產(chǎn)實(shí)踐中根據(jù)需要不斷學(xué)習(xí)、充實(shí)、完善，因此，應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、善于學(xué)習(xí)的能力。中學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐很多知識需要自學(xué)，指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高自主學(xué)習(xí)意識和掌握自主學(xué)習(xí)的方法。

3 面向中學(xué)開放形式與途徑

3.1 創(chuàng)新研究型課程

根據(jù)“德育為先，能力為重”的教學(xué)理念，挖掘?qū)W生的科學(xué)潛質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，尤其是“翱翔計劃”“后備人才”具有一定實(shí)踐能力的學(xué)生，制定具有一定的挑戰(zhàn)性和難度的創(chuàng)新研究型課題，并始終貫穿思政要素。

（1）關(guān)注前沿科技成果，激發(fā)學(xué)生探索精神。積極鼓勵學(xué)生關(guān)注科技新聞、展覽和論壇，尤其是要關(guān)注國家重大的“天宮”“蛟龍”“大飛機(jī)”“復(fù)興號”等重大科技成果［11-12］，從中提煉與自動化相關(guān)、符合中學(xué)生特點(diǎn)的技術(shù)作為創(chuàng)新項(xiàng)目。高鐵的迅猛發(fā)展國際矚目，引起了中學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，通過文獻(xiàn)查閱和豐臺西站實(shí)地調(diào)研，提出了“鐵路調(diào)車系統(tǒng)自動控制與優(yōu)化”項(xiàng)目，設(shè)計了操縱機(jī)車自動編組和調(diào)配方案，以減少調(diào)車作業(yè)中人工成本、提高調(diào)車作業(yè)效率。

（2）關(guān)注生活服務(wù)需求，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力?？萍际股罡颖憷?、安全，鼓勵學(xué)生以敏銳的洞察力觀察生活，讓科技為生活服務(wù)。如同學(xué)們觀察到課代表在課間10 min收作業(yè)效率很低，設(shè)計和制作了“智能收發(fā)作業(yè)機(jī)器人”，自動清點(diǎn)收發(fā)作業(yè)的數(shù)量，并提醒同學(xué)們及時交作業(yè)；為使學(xué)生早晨起床后不至于疲憊不堪，設(shè)計并制作了“智能喚醒機(jī)”設(shè)備，根據(jù)人腦的腦電波狀況，選擇最佳時刻喚醒起床的信號；“便攜式可反饋吉他練習(xí)器”項(xiàng)目主要解決了初學(xué)者對于按弦位置、按弦力度以及位置組合誤操作問題，以語音形式反饋給吉他練習(xí)者操作信息；青少年近視日趨嚴(yán)重，護(hù)眼燈是保護(hù)視力的有力保障，但是市場上護(hù)眼燈質(zhì)量參差不齊，學(xué)生們設(shè)計制作了一套簡單實(shí)用的測定護(hù)眼燈頻閃效應(yīng)裝置。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來源于生活，又服務(wù)于生活，深受學(xué)生喜愛。

（3）關(guān)注社會熱點(diǎn)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。“家事、國事、天下事、事事關(guān)心”凸顯時代特色，關(guān)心時事政治，關(guān)心改革與發(fā)展，把國家的前途命運(yùn)與個人的成長緊密聯(lián)系在一起，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將注意力關(guān)注國家命運(yùn)前途的重大事件。為了迎接北京冬奧會，引導(dǎo)學(xué)生們主動思考、大膽創(chuàng)新，積極開發(fā)科技作品以助力奧運(yùn)，設(shè)計了《冰壺運(yùn)動軌跡追蹤與分析系統(tǒng)》項(xiàng)目，融合圖像處理和軌跡追蹤相關(guān)技術(shù)，建立冰壺運(yùn)動軌跡追蹤與分析系統(tǒng)，輔助冰壺運(yùn)動愛好者快速提升技術(shù)水平。

3.2 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程

“初中開放”項(xiàng)目是讓初中學(xué)生體驗(yàn)高校的實(shí)驗(yàn)課程，每次4 學(xué)時，30 人為一個教學(xué)班。高校的專業(yè)實(shí)驗(yàn)往往是具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓院秃軓?qiáng)的理論支撐，中學(xué)生很難在短時間內(nèi)掌握，因此要設(shè)計符合初中學(xué)生特點(diǎn)的以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（1）步驟化繁為簡，成果以小見大，突出重點(diǎn)。將復(fù)雜的、有邏輯性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行簡化，忽略知識體系的完整性，突出學(xué)習(xí)重點(diǎn)。以變壓器實(shí)驗(yàn)為例，變壓器實(shí)驗(yàn)是自動化專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)，主要是測試變壓器的空載、負(fù)載和短路工作特性曲線，實(shí)驗(yàn)工作量很大，為此，將實(shí)驗(yàn)步驟精簡，利用常見的變壓器，即手機(jī)充電器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試充電器空載損耗功率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，充電器在不使用時，有微弱電流通過，并且耗費(fèi)能量，日積月累，將是巨大的浪費(fèi)，所以當(dāng)充電器不工作時，一定要及時將插頭從插座拔掉。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們深刻體會到，日常要隨時節(jié)約用電、安全用電。

（2）體驗(yàn)科技魅力，感受科技服務(wù)于生活的力量。初中生參加科技實(shí)踐活動要從熟悉的實(shí)際生活出發(fā)，用實(shí)驗(yàn)來揭示實(shí)際生活中科學(xué)技術(shù)的奧秘，體驗(yàn)科技給生活帶來的方便和迅捷?！皞鞲衅鲗?shí)驗(yàn)”中，設(shè)計了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由學(xué)生們分組進(jìn)行自主選題，如“利用溫度傳感器制作非接觸式體溫槍”“壓力傳感器制作體重計”“激光傳感器行測試距離”等，生活中的科技比比皆是，通過實(shí)驗(yàn)，鼓勵學(xué)生要積極觀察生活、關(guān)注科技動向、尋找科學(xué)研究的方向。

（3）親自動手實(shí)踐，參與一定競爭性的項(xiàng)目。中學(xué)生是富于挑戰(zhàn)精神和競爭的，有種沖動的實(shí)踐欲望，所以在實(shí)驗(yàn)題目一定是操作性非常強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。例如，“智能小車”，從安裝、調(diào)試和測試，最終所有小車在同一跑道進(jìn)行測試和競賽，該題目以學(xué)生興趣作為切入點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的競爭意識和探索欲望，符合初中生的年齡特點(diǎn)。

3.3 研學(xué)夏令營特色項(xiàng)目

中學(xué)的寒暑假十分有意義，能夠利用一段相對較長的時間來發(fā)展個人的興趣愛好，研學(xué)夏令營為學(xué)生提供了科技操作的實(shí)踐場所，研學(xué)夏令營分為體驗(yàn)式和沉浸式兩種。

體驗(yàn)式夏令營活動主要是為了培養(yǎng)學(xué)生科技興趣、開拓科技視野、激發(fā)想象力，通過傾聽科學(xué)家講座、與大學(xué)生座談交流、參觀科研實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校校史館、博物館，讓學(xué)生感受科學(xué)的魅力；沉浸式夏令營為基于項(xiàng)目的實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，為期1 周的實(shí)踐學(xué)習(xí)，和大學(xué)教師或者和研究生一起做課題、完成科技制作等活動，以最高效的方式，掌握開啟科學(xué)智慧的鑰匙，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探索的向往［13-15］。

4 合理運(yùn)用教學(xué)方法，充分利用科技手段

（1）尊重規(guī)律和積極引領(lǐng)相統(tǒng)一。面向中學(xué)生的創(chuàng)新指導(dǎo)要遵循教育教學(xué)規(guī)律，中學(xué)生思想活躍，對科技創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)踐充滿熱情，但是基礎(chǔ)薄弱，不能操之過急，指導(dǎo)教師要和學(xué)生同向同行，積極引導(dǎo)，在“做中學(xué)”“學(xué)中做”。中學(xué)生和大學(xué)生不同，他們需要監(jiān)督和陪伴，在實(shí)驗(yàn)過程中，指導(dǎo)老師不能放任自流，對于“翱翔計劃”“人才培養(yǎng)”要堅持進(jìn)行周例會交流、檢查周志報告，“初中開放”實(shí)驗(yàn)期間，指導(dǎo)教師也要有一定的小結(jié)和檢查，來督促學(xué)生實(shí)驗(yàn)。在實(shí)踐中要杜絕“手把手”，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)具有一定難度，指導(dǎo)老師要積極采用啟發(fā)探究式教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生逐漸培養(yǎng)科學(xué)方法、科學(xué)思維和科學(xué)精神［16］。

（2）關(guān)心厚愛和嚴(yán)格要求相統(tǒng)一。中學(xué)生的心智尚未成熟，進(jìn)入大學(xué)做創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，也許是人生中的第一次，作為指導(dǎo)教師要關(guān)心學(xué)生，把握學(xué)生的心理動態(tài)。在實(shí)踐過程中會遇到非常多的困難，當(dāng)學(xué)生有懈怠和退縮時，指導(dǎo)老師要做學(xué)生的思想引路人，積極鼓勵學(xué)生不怕困難，使學(xué)生在克服困難的過程中不僅享受科學(xué)實(shí)踐的魅力、更能夠體驗(yàn)到指導(dǎo)教師的關(guān)愛和關(guān)注?！皣?yán)師出高徒”，每一項(xiàng)嚴(yán)格要求都是學(xué)生跨越高度的機(jī)遇，指導(dǎo)教師要“嚴(yán)字當(dāng)頭”，對于違反安全操作規(guī)程和弄虛作假數(shù)據(jù)處理情況，要給予嚴(yán)厲批評教育。對于具有一定潛力的學(xué)生，適當(dāng)提高創(chuàng)新項(xiàng)目的難度。

（3）線下線上相結(jié)合、仿真和現(xiàn)場相結(jié)合?；ヂ?lián)網(wǎng)與現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了重大創(chuàng)新與挑戰(zhàn)［17］，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了極大便利。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為中學(xué)生的學(xué)習(xí)，制作符合中學(xué)生特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目微視頻，如“智能小車安裝和拆解”“為什么激光能測距”“為什么飛機(jī)能飛”等微視頻，生動形象地說明實(shí)驗(yàn)原理和操作規(guī)程。同時，為同學(xué)設(shè)計一些方便遠(yuǎn)程線上調(diào)試參數(shù)的人機(jī)交互界面，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在疫情期間，充分利用互聯(lián)網(wǎng)，停課不停教、不停學(xué)，師生采用線上實(shí)驗(yàn)和交流，有效地開展了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)。

5 結(jié) 語

經(jīng)過多年積極建設(shè)和研究，探索了高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心面向中學(xué)開放的途徑，建設(shè)了一批符合中學(xué)生素質(zhì)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開放實(shí)驗(yàn)平臺日益成熟，實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心具有一定的影響力和輻射效應(yīng)。近10 年，自動化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心開發(fā)了200 多項(xiàng)適合中學(xué)生的實(shí)踐項(xiàng)目，接待了北京翱翔計劃學(xué)生60 多人、后備人才150 多人、初中開放1700 多人、30 余個科技實(shí)驗(yàn)班。與北京理工附屬中學(xué)聯(lián)合共建的“智能控制技術(shù)”高端實(shí)踐課程，共同申請了北京市基礎(chǔ)教育教學(xué)教改項(xiàng)目，成為理工附中實(shí)驗(yàn)科技班的實(shí)踐基地；與北京八一學(xué)校簽訂聯(lián)合培養(yǎng)計劃，每年寒暑假進(jìn)行中學(xué)生科技實(shí)踐周；與四川綿陽中學(xué)、成都中學(xué)共同建立了中學(xué)生創(chuàng)新基地。

“少年強(qiáng)，則國強(qiáng)”，高校實(shí)驗(yàn)室依托自身的優(yōu)質(zhì)師資及技術(shù)資源，積極主動參與社會科普服務(wù)，讓科學(xué)知識走進(jìn)中學(xué)，更讓科學(xué)家精神走進(jìn)中學(xué)，為提高中學(xué)生綜合素質(zhì)、提高我國國民科學(xué)素養(yǎng)助力，真正起到高校反哺社會的職能。