材料科學與工程專業開放實驗室管理的創新

何奧平，曾建民，胡治流

(廣西大學 材料科學與工程學院，廣西 南寧 530004)

廣西大學材料科學與工程專業是“廣西高等學校特色專業及課程一體化建設急需專業”和“本科卓越計劃”的建設主體。開放實驗室，開展綜合性、設計性的實驗，使學生積極主動地獲取知識，是有效提高實驗教學質量、適應高等教育深化改革、培養學生創新思維與綜合分析能力的有的效途徑[1]；抓好基礎實驗課和實驗室管理是培養創新人才的前提。為此，筆者結合材料科學基礎實驗課程，探討如何管理和擴大實驗室開放，開展綜合性、設計性實驗，提高學生創新能力的實驗室管理模式。

1 開放實驗室發展模式現狀

要提高儀器設備的利用率，就必須建設開放性實驗室，盡可能為學生提供使用儀器設備的條件和機會。實驗室的開放也為學生創造了自主實驗、個性化學習的環境和空間，能有效提高學生的實踐能力和創新能力[2-3]。

目前，我國大多數高校開放實驗室的建設不僅注重實驗室硬件設施的完善，而且也在學校的科研體系、學術氛圍和學術理念等軟環境方面形成自己的特色，從實驗技術咨詢與指導、預約式有償技術服務、分層次開放服務、全方位綜合服務、強化實驗室科學管理等5個方面著手，構建全方位、多層次、立體式開放服務體系，使實驗室實現可持續創新發展，更好地服務于教學、科研，發揮其在創新型人才培養中的重要作用[4-5]。

2 綜合性、設計性實驗現狀

綜合性、設計性實驗不但要求學生綜合多學科知識和多種實驗原理來設計實驗方案，還要求學生能運用已有知識去發現、分析和解決問題[6]。因此，綜合性、設計性實驗高于驗證性實驗，對實驗內涵與效果也提出了更高的要求。

在提倡素質教育和創新教育的今天，各高校、各學科幾乎都在探討如何開設好學科基礎實驗課，從單純驗證性實驗向驗證性、綜合性、設計性相結合的實驗轉變。綜合性、設計性實驗的目標應明確，難度不宜過大，但要有較強的可操作性，要求學生綜合所學過的知識和查閱相關文獻資料，經過自身努力達到實驗研究的目的。通過實驗，激發學生自主學習的積極性，全面擴展學生的認知水平，讓學生在富有探索性的學習中發揮其創新意識和創新能力，使學生體驗這種科學研究的過程，培養科學研究習慣和探究精神，并使其極富成就感，起到良性的學習推動力作用[7-9]。

3 開放實驗室與開展綜合設計性實驗相結合的發展模式

3.1 研究方法和內容

3.1.1 開放材料科學基礎實驗室

開放時間為每年的下半年(避開本科畢業論文實驗和研究生論文實驗的高峰期)，學生的課余時間，固定周次。開放對象主要是大三、大四的本科生。

開放對象一：自愿參與綜合性、設計性實驗的大三本科生，人數不限。這部分學生在當年上半年修完“材料科學基礎實驗”課程，對實驗中的基本專業知識和實驗技能還不能很好地掌握，沒有進行過綜合性實驗，渴望多進入實驗室，有更多動手實踐的機會。

開放對象二：大四本科生，約10人。要求已經有材料科學綜合性、設計性實驗經驗的學生。這部分學生將作為實驗室開放的管理人員，以及大三本科生開展綜合性、設計性實驗的主要指導人員。

3.1.2 開展綜合性、設計性實驗

第一階段：在查閱大量文獻和綜合所學專業知識的基礎上，大四學生(或者大三學生和大四學生共同合作)在盡可能多地應用“材料科學基礎實驗”中10個單獨實驗(見表1)，設計5～10個綜合性、設計性實驗方案(見表2)，并進行材料準備等前期活動。

表1 材料科學基礎實驗中的10個單獨實驗

表2 創新實驗方案舉例

第二階段：大三學生以小組為單位，每組3～5人，根據已經設計好的5～10個綜合性、設計性實驗方案，任意選取1個或多個實驗項目，利用課余時間，在大四學生的指導下應用所學的多種實驗方法共同合作完成實驗，撰寫實驗分析報告。

第三階段：大四學生收集整理大三本科生的實驗報告。教師、實驗員和高低年級本科生召開座談會，分析討論此次實驗室開放和開展綜合性與設計性創新實驗的經驗和教訓，重點是大四學生將自己的管理和指導經驗傳授給大三學生，讓他們成為下一次實驗室開放和創新實驗的優秀管理者和帶教“導師”。

3.2 關于開放實驗室創新的效果與問題

廣西大學將材料科學基礎實驗室的開放與綜合設計創新實驗很好地融合，為材料基礎實驗室的擴大開放找到了比較好的運行機制，即由高年級本科生帶教低年級本科生，而教師和實驗員做好實驗室開放安全和綜合設計創新實驗的質量監督工作。開展綜合性、設計性實驗可以彌補低年級本科生修完“材料科學基礎實驗”后知識技能的不足，有助于提高學生的實踐動手能力和創新能力。

3.2.1 增進師生間和高低年級學生間的交流

由于實驗室的開放大多是利用課余時間，所以教師和學生、高年級學生和低年級學生間有了更多的交流時間和更輕松的交流氛圍。高年級學生帶教低年級學生的形式，可改變導師在學生心目中的權威地位，營造了民主、平等、和諧的學習氛圍，學生更易暢所欲言，積極思考，在材料學專業知識、學習方法、人際交往等諸多方面有所收獲。尤其是最后階段召開的總結實驗座談會，學生積極發言，將經驗和得失一吐為快，更激起了他們進一步學習材料科學知識的強烈欲望。

3.2.2 強化自主創新意識

對于大三的學生，由于已學完兩年的基礎課程，初步涉及到一些材料學的專業基礎知識，所以非常渴望多動手做實驗，在實踐中去學習和拓展專業知識，探索某些專業問題。這時正是培養創新意識和能力的最佳時間。如果說驗證性實驗會在某些方面束縛學生的自主性，那么綜合性、設計性實驗就是滿足他們求知欲的鑰匙[10]。

在創新實驗過程中，學生自己選題、自主確定實驗方案、自己準備實驗用品，團隊合作完成實驗。實驗中的每一個環節都給學生充足的自主設計、自主創新的空間[11-12]，讓他們的自主學習和探索的精神得到充分發揚。

3.2.3 加強常規實驗技能和動手能力

材料科學基礎實驗室的綜合性、設計性實驗主要是在材料科學的10個獨立驗證性實驗的基礎上開設的，故能強化和鞏固課上所學的基礎實驗技能，也有機會掌握一些其他儀器設備的應用原理和使用方法，提高了學生動手操作的能力，拓展了學生的實驗技能范圍，為進一步專業學習打下良好的基礎。

3.2.4 文獻檢索和綜合知識能力的提升

開展綜合性、設計性實驗，要求學生自己選題，能促使學生充分利用文獻檢索獲得資料、提取信息，或從所學的材料專業知識著手，綜合專業知識提出實驗方案，從而培養了學生利用網絡、科技期刊和專著等提取信息的能力。

3.2.5 高年級本科生帶教的優點

實驗室開放的管理人員和綜合性、設計性實驗的帶教“導師”均為曾參加過創新性實驗的高年級本科生，他們對于參加創新實驗有著一定的經驗，能夠以學生易于接受的思維方式指導低年級學生完成實驗。對于帶教過程，高年級本科生也自認為是一次挑戰機會，因為他們要不斷思考和回答學弟學妹提出來的問題，并要能夠很好解釋實驗過程中的現象，排除實驗儀器的故障和修改完善實驗方案。同時，他們還要向實驗員和教師學習實驗室的常規管理知識，并將它們用于實際，幫助低年級學生順利完成實驗。因此，在帶教實驗中，他們在創新能力和組織管理能力等方面都得到了提升。

3.2.6 經驗和不足

由教師和實驗員監督、高年級本科生管理和帶教低年級本科生的材料科學基礎實驗室擴大開放運行中，與綜合性、設計性實驗相結合的創新發展模式具有較強的可操作性。學生自主學習的積極性顯著提高，創新能力、動手能力、實驗報告撰寫能力等都得到了很好的鍛煉，并從中獲得了學習的樂趣和成就感，進一步激發了學習和探究的積極性。

然而，由于高年級本科生的專業知識水平和管理水平的不足，以及上課時間與實驗時間的沖突，在開放實驗中還存在一些問題，例如實驗方案設計簡單、可實施性差等。由于實驗時間安排在課余，需高低年級本科生都有時間，所以一個原本只需1天就能完成的實驗往往需要花3～4天的時間才能完成，使實驗連貫性較差，甚至影響實驗結果的準確性。另外，儀器設備的損壞情況較課內嚴重，給實驗的順利開展造成一定程度的不便。因此，教師和實驗員的指導和監督力度需要加大。

4 結束語

實驗室開放和開展綜合性、設計性實驗能使學生積極、主動地獲取知識，培養學生創新思維與綜合分析能力。由教師和實驗員監督、高年級本科生管理和帶教低年級本科生的擴大實驗室開放，與開展綜合性、設計性實驗相結合的創新發展模式不僅使高年級和低年級本科生都受益，也有效提高了實驗教學質量和實驗室利用率，符合高等教育深化改革的目標。

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