建立開放式專業實驗室 培養學生創新實踐能力

潘太軍, 賀云翔, 汪 濤, 胡 靜

(常州大學 材料科學與工程學院，江蘇 常州 213164)

?

建立開放式專業實驗室 培養學生創新實踐能力

潘太軍, 賀云翔, 汪 濤, 胡 靜

(常州大學 材料科學與工程學院，江蘇 常州 213164)

專業實驗室是高校實驗室重要組成部分，在提高專業實驗教學質量，加強學生能力培養等方面起著舉足輕重的作用。現以建設腐蝕與防護專業實驗室為案例，探討開放式專業實驗室建設并進行相應實踐分析，闡述了開放式專業實驗室在實踐教學過程中針對不同實際情況所采取的分層次開放模式，提出基礎實驗指導式、專業實驗分散式、創新項目自由式開放及適度對外開放，鼓勵學生創新和實驗室與企業雙贏，并論述了實驗室建設中所面臨的專職實驗技術隊伍建立與完善以及信息化管理實驗室開放平臺等關鍵問題及其解決方案和途徑。

腐蝕與防護； 專業實驗室； 開放模式； 管理系統

0 引 言

專業實驗室是高等教育階段高校實驗室重要組成部分，在提高專業實驗教學質量，加強學生能力培養等方面起著舉足輕重的作用。專業實驗室的建設、管理和實際運作水平不僅是高等教育辦學實力的重要標志，而且也是高校教學水平、科研水平和管理水平的重要體現。開放式專業實驗室正逐步成為各高校新興實驗室建設熱點[1-3]；通過對專業實驗室的開放，有利于學生的創新開發能力和工程實踐能力的培養，從而更有效地提高人才培養的效率[4]。

1 專業實驗室現狀

腐蝕與防護是目前常州大學金屬材料工程專業的主要研究方向之一。由于腐蝕與防護是一門涉及電化學、高分子材料、無機非金屬材料、復合材料、表面處理等學科的綜合性與實用性都很強的交叉應用學科[5]，該研究領域要求學生的知識面廣，動手能力強。在教學過程中強化學生對金屬腐蝕原理及各種防護方法理論基礎知識理解的同時，充分發揮實踐教學的作用，在培養和加強學生創新能力和工程實踐能力方面就顯得格外重要。在專業實驗室建設的大背景、大前提下，腐蝕與防護研究所的建設依然存在著一些問題，有待解決和完善[6-7]。

(1) 專業實驗室建設與實驗教學體系不相適應。工科學生的創新能力和工程能力的培養與不斷地接受實驗技能培訓是分不開的，通過實踐才能培養學生的積極性、主動性和創新性思維[8]。然而在傳統的腐蝕與防護教學中，理論教學往往凌駕于實驗教學之上，絕大部分專業實驗皆嚴重依附于理論教學的進度，造成學生在實驗過程中常常處于被動狀態，很難激起學習興趣。此外，已設立的實驗課程內容以基礎性驗證實驗為主，缺乏相應的綜合性、設計性和創新性實驗。這種實驗教學體系易割裂各個實驗間的整體性、系統性和有機關聯性，造成學生實驗知識面狹窄、實驗效果不理想，極大限制了學生獨立發現問題、分析問題和解決問題的能力，也不利于學生工程素質的培養，特別不利于開發學生創新性思維和實踐能力。

(2) 對實驗教學重視不夠。傳統的教學思維存在較為嚴重的重理論輕實驗的思想，造成實驗室教師在職稱評定、待遇等方面往往處于不利的角色。一些專任教師片面強調理論教學的重要性，對實踐教學不夠重視，甚至有可能直接忽略了實踐教學環節，未將實踐教學擺放在和理論教學同等重要的位置，而且在實驗教學改革意識、現代實驗技術的運用能力等方面不能跟上專業實驗室建設的需要，造成專業實驗建設模式多年來無變化。

(3) 實驗室資源配置不合理。各實驗室之間缺乏協調性，一方面教學和科研急需添置儀器設備，而另一方面許多大型實驗儀器設備分散閑置，不能形成科研整體優勢。實驗室設備維護不合理，老化嚴重，設備自動化程度較低，與現代互聯網及物聯網的時代要求不相符。此外，腐蝕與防護研究所目前僅對金屬材料專業學生開放，沒有面向整個材料、石化專業的學生，不能滿足學生綜合能力的發展要求，實驗室難以成為各學科、科研思想交匯滲透的場所，不利于交叉學科、邊緣學科的形成和發展，不能有效發揮專業實驗室促進教學科研水平提高的有利優勢，不利于實驗資源共享和實驗室儀器設備利用率的提高。

2 開放式腐蝕與防護專業實驗室的建設

常州大學腐蝕與防護研究所始建于2010年，主要針對石油、化工、煤炭、海洋開發、交通、環境保護、航空航天等行業的腐蝕與防護問題，其重點研究方向為表面技術在裝備腐蝕與防護中的應用。腐蝕與防護研究所從創建開始經過不斷的完善和發展，目前承擔著多項國家級和省部級科研基金項目，在教學和科研工作中發揮著巨大的作用，同時還承擔著大學生創業基金等學生創新性項目的實驗工作，為材料學院創新人才輸出及常州大學素質教育實施提供了至關重要的保障。因此為了進一步完善和發展專業實驗室，更好地解決專業實驗室在發展過程中存在的上述問題。

2.1 采用分層次開放模式

開放式專業實驗室正逐漸成為高校實驗室建設的熱點，也是新形勢下實驗室建設的重要發展方向。在專業實驗室開放建設過程中，要始終堅持以學生素質培養為建設之根本，注重培養學生實踐能力和思維創新能力。由于設立的專業實驗性質、種類不同，師生對專業實驗室的需求存在差異，因此開放模式也不盡相同，在實踐教學過程中可采取分層次的開放模式。

(1) 基礎實驗項目的指導式開放。基礎實驗項目主要面向剛入學的學生，其目的在于提高學生實驗基本技能，以演示性和基礎性實驗為主，如試樣的拋光、金相觀察等。由于學生個體之間實驗基礎和實驗能力參差不齊，因此基礎性實驗項目采取指導式開放模式。實踐過程中在實驗教師的指導下，著重培養學生對基本實驗方法和理論的掌握以及實驗儀器的使用，逐漸熟悉實踐教學的主要過程與基本方法。同時也應該注重加強對學生實驗技能的訓練，培養學生工程實踐能力，為此專業實驗室允許學生在閑暇時間內進行實驗技能的培訓，盡快彌補實驗能力欠缺的不足，為以后創新精神和工程實際能力的培養奠定良好的基礎。

(2) 專業實驗項目的分散式開放。專業實驗項目面向的學生已掌握一定的實驗技能和方法，具備獨立完成實驗的能力，因此專業實驗項目可采用分散式開放模式。專業實驗項目是一個鞏固專業知識以及實驗技能的綜合過程，具有實驗技能綜合性、實驗操作獨立性、實驗過程可思考性等特點[9]，如電化學基礎實驗，表面工程前處理實驗，腐蝕電位測量實驗等。學生根據實驗的具體要求以及實驗室的條件寫出詳細的實驗目的、方法和步驟后提出申請。經實驗教師審查認為合理可行后，學生可獨立在實驗室完成專業實驗，實驗教師僅做個別的啟發式和引導式輔導。分散式開放專業實驗室側重點在于提高學生運用實驗技能分析解決問題，促進學生掌握科學的研究思維方式，培養學生初步科研能力和創新精神，進一步提高學生的實驗技能和動手能力。

(3) 創新項目的自由式開放。對于高年級的學生，經過長時間的學習已經掌握了大量理論知識和實驗技能，基礎性和專業實驗已經不能滿足現狀，設計性、綜合性強的實驗項目成為新的需求[10]，專業實驗室對這類的實驗項目采取自由式開放模式。創新項目是以專業實驗室實驗條件為基礎，結合學科的發展前沿方向，檢驗學生運用理論知識和實驗基本技能解決實際問題的最佳方式之一，其目的在于培養學生綜合分析能力、思維創新能力、工程實踐能力以及嚴謹而且細致的科研作風。譬如腐蝕與防護研究所設立的導電聚合物涂層對不銹鋼、銅等金屬的防護性能研究等課題，學生可自由進入實驗室進行查閱文獻、設計實驗方案、開展實驗并處理實驗數據等實踐，通過這些實踐可有效提高學生對學科發展方向和科學研究的認識。對于興趣廣泛、學習成績優秀且具有一定科研能力的學生，專業實驗室為其參加的校內外創新科技大賽、發明比賽以及申請創新課題等提供有利場所。專業實驗室同時也將教師的科研項目向學生開放[11]，積極吸引學生參與到科研項目中來，讓學生較早接觸科研項目，從中體會科學研究工作的內涵，掌握科學研究的一般方法，從而培養學生工程素質。

(4) 適度對外開放。專業實驗室不僅是理論知識驗證和科技創新的重要場所，也是服務社會、服務生產的窗口，所以專業實驗室可適度對外開放。充分利用自身資源為企業舉辦專業技能培訓，與生產、科研部門建立橫向聯系，合作科研項目，開發新產品等等。將更多的科研成果應用于生產，為企業技術改造和科技創新提供技術支持。專業實驗室在適度對外開放的過程中分充分利用社會和企業的教育資源，大力開發產學研結合的實踐教學基地，從而使學生基本實踐能力與操作技能、專業技術應用能力、綜合實踐能力與創新能力得到有機的結合。在不斷的對外開放中，專業實驗室與企業共同發展實現雙贏，同時也給學生和教師更多開闊眼界的機遇。

2.2 建立和完善創新型實驗技術隊伍

教師的素質直接影響到人才培養的質量，開放式專業實驗室對實驗教師本身也提出了更高的要求。實驗教師所面對的是學生在實驗過程中提出的動態問題，為解決這些動態問題，實驗教師需要具備扎實的理

論功底和面對新問題所具備的靈活應變能力。因此，實驗室技術管理指導隊伍建設成為開放式專業實驗室建設的關鍵。

實驗技術隊伍要不斷更新觀念，以全面提高教師的整體素質為核心，培養造就一支具有較高理論素質、較強動手能力、既熟悉實驗設備性能，又能熟練操作這些實驗設備、能適應學科和專業發展需要、具備實施培養具有顯著工程實踐能力的創新人才的高素質實驗隊伍。對實驗教師定期進行業務培訓也成為必要，以提高其理論水平和業務水平。此外也鼓勵具有豐富理論水平的理論教師參與到實踐教學[12]，允許其根據自身理論課程設計相關專業實驗，鼓勵多學科交叉融合，打破傳統的過于簡單化或程式化的驗證實驗和演示實驗的實驗模式。讓專業實驗室更好的為學生創新能力和工程實踐能力培養服務。

2.3 建立信息化開放平臺

信息化專業實驗室開放平臺是專業實驗室開放建設中最有效的方式，可較好地解決實驗室的開放時間、實驗課程、實驗項目和實驗研究課題相互沖突問題，能夠提高專業實驗室的工作效率和設備利用率，實現資源共享、發揮專業實驗室作用滿足不同層次學生實踐教學需求、保證實驗室內部安全減少不必要的器材損耗、提高實驗教學質量，培養學生工程實踐能力、創新能力及團隊協作精神。

計算機技術的發展為信息化專業實驗室開放平臺的建立提供了有力保障[13-15]，信息化專業實驗室開放平臺除了一般信息管理系統基本功能外，還具備門禁[16]系統、監控系統及實驗設備控制系統等功能。其中門禁系統負責對進出實驗室的人員進行身份識別以及進出情況的記錄；監控系統負責對實驗室的活動情況進行監控；實驗設備控制系統負責為使用者提供指定的實驗設備。所有這些系統整合在一起，就構成了全新的高校信息化專業實驗室開放平臺。

圖1為信息化腐蝕與防護研究所專業實驗室開放平臺流程圖。如圖所示，實驗開始前學生和教師等校內用戶可根據自己的實際情況，在網上預約實驗時間和實驗項目，校外用戶亦可通過有償的方式向專業實驗室申請使用權限。這樣不僅能夠提高實驗儀器的安全保障，且能夠使設備資源得到充分利用；管理員可根據申請人的實驗技能水平將實驗室使用權限下放；門禁系統對申請人身份合法性進行確認后，設備管理系統會根據設備使用情況分配申請者需要使用的儀器設備；監控系統會全程監控實驗進程以及實驗設備使用情況。從而達到專業實驗室開放式管理的目的，提高實驗室利用率的同時，又充分維護實驗室的安全。

圖1 信息化專業實驗室開放平臺流程圖

3 結 語

專業實驗室的開放是實施素質教育, 培養學生創新精神和工程實踐能力的重要途徑，也是順應高校實驗室建設改革的必然趨勢。腐蝕與防護研究所結合學科實驗教學體系、內容、方法、手段等構建分層次科學合理的開放模式，推動培養學生的創新思維能力和工程實踐能力, 全面提高教學質量和實施素質教育的教育目的。開放式專業實驗室建設是一項系統工程,還涉及實驗室資源的配置、實驗隊伍建設、科學規范的管理制度建設等,建設專職的實驗技術隊伍和信息化專業實驗室開放平臺是實驗室開放的必要保障。在高素質腐蝕與防護人才需求激增的形勢下，如何發揮開放式專業實驗室的職能，培養合格的具有顯著工程實踐

能力的創新人才，教學改革和實驗室建設任重道遠。

[1] 劉向陽, 鄭海務. 專業實驗室建設與改革實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2010, 27(2): 145-148.

[2] 苗艷麗．關于提高學生創新精神和實踐能力的對策研究[J]．實驗技術與管理, 2003, 23(2): 8-10.

[3] 高冬梅, 張民生, 洪 波．環境微生物綜合實驗教學的改革和實踐[J]．實驗室科學, 2011, 14(3): 53-55.

[4] 錢小明. 高校實驗室開放管理機制的探索與實踐[J]. 實驗技術與管理, 2013, 30(11): 40-42, 49.

[5] 董玉華. 《腐蝕與防護》專業課教改探討[J]. 中國科技信息, 2009(6): 210,214.

[6] 汪冬梅, 鳳 儀, 劉家琴. 金屬材料工程專業實驗教學改革探討[J]. 合肥工業大學學報(社會科學版), 2009, 23(1): 26-29.

[7] 吳海江, 劉龍飛, 唐果寧，等. 金屬材料工程專業綜合創新實驗教學改革研究[J]. 當代教育理論與實踐, 2013, 5(7): 109-111.

[8] 趙士杰, 趙慶海．論工科大學生科技創新能力的培養[J]．高等教育研究, 2008(15): 145.

[9] 徐洪珍, 李茂蘭．大學生科技創新能力培養的探索與實踐[J]．東華理工大學學報, 2009, 28(3): 294-297.

[10] 施鼎方, 徐竟成, 朱毓秀. 開設綜合性實驗項目，促進創新能力培養[J]. 實驗室研究與探索, 2012, 31(8): 85-87.

[11] 張潤鋒, 李運濤, 陳 亮，等. 從科研訓練和科研立項內容開發綜合性實驗教學項目[J]. 實驗技術與管理, 2013, 30(11): 37-39.

[12] 盧立紅. 論專業實驗室教師的素質教育[J]. 實驗室研究與探索, 2007, 26(6): 130-132.

[13] 吳能表，田 紅，黃 麟，等. 加強本科實驗教學的探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索，2005，24(11)：74-76.

[14] 盧 娜. 高校實驗室信息化管理[J]. 實驗技術與管理, 2007, 24(10): 377-378, 384.

[15] 許 丹. 智能化實驗室教學管理模式[J]. 武夷學院學報, 2011, 30(6): 81-84.

[16] 宋大雷, 彭利軍, 王明泉, 等. 教學開放實驗室建設的探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2011, 30(3): 338-341.

把促進公平作為國家基本教育政策。教育公平是社會公平的重要基礎。教育公平的關鍵是機會公平，基本要求是保障公民依法享有受教育的權利，重點是促進義務教育均衡發展和扶持困難群體，根本措施是合理配置教育資源，向農村地區、邊遠貧困地區和民族地區傾斜，加快縮小教育差距。教育公平的主要責任在政府，全社會要共同促進教育公平。

——摘自《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》

Set-up Specialized Laboratory to Cultivate Student’s Innovation and Practice Ability

PANTai-jun,HEYun-xiang，WANGTao,HUJing

(School of Material Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China)

In view of the present problems of college laboratory construction that theory teaching outweighs experiment teaching, the experimental classes focus on basic verification and lack of comprehensive operation, laboratory resource allocation is in lack of coordination, the experiment teaching reform consciousness and modern experimental technique applying ability of the experiment technical group cannot keep up with the need of specialized laboratory construction, etc., this paper takes the establishment of corrosion and protection specialized laboratory as an example, the open construction of specialized laboratory are practically discussed and analyzed. This paper also provides some open models at different levels for different practicable laboratory conditions during the elaborated practical teaching process. It contains instructive model for basic experiment, distributed model for professional experiment, free model for innovative program which should properly open up towards enterprises, encourage students’ innovation, and it achieves win-win of laboratory and enterprise. Finally, these practical problems such as the establishment and improvement of professional experimental teams and the informatization opening platform of laboratory management and so on, are regarded as key issues, and corresponding approaches are given for the construction of specialized laboratory. Actual practice indicates that these countermeasures are effective in improvement of quality of scientific research and cultivation of students’ innovative spirit and practical ability.

corrosion and protection; specialized laboratory; opening model; management system

2014-07-22

潘太軍(1977-)，男，江蘇泰州人，博士，教授，研究方向主要從事金屬腐蝕與防護理論教學和實踐教學研究。

Tel. ：0519-86330095；E-mail：tjpan2005@gmail.com

G 482

A

1006-7167(2015)05-0238-04