開放性實驗室建設的探索與思考

蒲保興

開放性實驗室建設的探索與思考

蒲保興

(邵陽學院信息工程系，湖南 邵陽 422001)

實驗教學是工程技術類高校培養方案的一個重要教學環節，是培養學生創新實踐能力的必要手段，實驗教學方法的改革是目前高校面臨的一個重要課題。在剖析了傳統實驗教學模式存在的問題的基礎上，給出了開放性實驗室的功能定位，論述了開放性實驗室建設的重要意義，指出了建設開放性實驗室需要著重解決的問題和解決的措施。

開放性實驗室；建設；探索

0 引言

實驗教學是工程技術類高等學校培養方案的一個重要教學環節，是實現應用型人才培養目標的一個必不可少的教學進程。改革實驗教學模式、加大實驗教學力度、提高實驗設備的利用率是目前工程技術類高校實踐教學改革的一項重要內容。實行開放模式的實驗教學是一種行之有效的改革措施，它有利于培養學生的自主學習能力，有利于學生運用有限的實驗資源從事實踐創新活動，有利于充分調動學生的主觀能動性，培養其創新思維，提高其創新能力[1-2]。由于它是一種新型的教學模式，目前正處在嘗試階段，尚沒有成熟的經驗可借鑒，也沒有現行的規則可遵循，無論從理論研究、還是實踐研究均處在探索階段，從而建設好開放性實驗室將面臨許多困難。有一些院校已在初步嘗試實行開放模式的實驗教學，但大都處于試驗階段[3-5]。本文剖析了傳統的實驗教學模式存在的缺陷，論述了開放式實驗室的功能定位，闡明了建設開放式實驗室的意義，提出了建設開放式實驗室應著重解決的幾個問題。

1 傳統教學模式存在的缺點

在工程技術類高等院校的教學體系中，有理論教學、實踐教學兩大組成部分。實踐教學包含了實驗教學、課程設計、畢業設計和畢業實習等教學環節。其中實驗教學在培養創新型、實踐型人才方面具有極其重要的地位，它不僅能讓學生驗證、鞏固、加深理解理論教學的知識點，同時也是培養學生的動手能力、創新能力的有效手段，是觸發學生創新思維的重要源泉。在傳統的教學模式下，開設一門課程的教學方式呈現如下：教師在課堂內講授理論知識點，與之同步的是布置一定數量的課內作業和課外作業，并安排一定數量的實驗。學生必須在規定的實驗課時間和指定的實驗室去完成實驗，且開設的實驗以驗證型居多。教師在學生動手做實驗前先布置實驗任務，并通過課堂講授或發放實驗指導書的方式解析實驗原理、操作步驟、注意事項等內容。這種方式不僅限制了學生接觸實驗儀器設備和熟悉實驗環境的機會，而且學生在實驗過程中一般根據實驗指導書來按部就班進行操作，難以較好的理解和掌握所學的知識點，更談不上創新能力的培養。一般來說，學生為了熟練掌握一門課程的內容，除完成教師規定的練習外，還需要不斷地溫習功課，通過完成大量的課外作業來鞏固所學的知識內容。在傳統的實驗教學模式中，對于實驗教學這一重要環節，由于其特殊性，必須要在實驗室借助儀器設備才能完成，而培養計劃規定的實驗均是在實驗課內完成，學生無法重復或反復地演練，也沒有安排課外實驗。而目前高校所開設的課程中，實驗課時相對較少。因此，這種傳統的教學模式不僅束縛了學生有效地掌握課程內容，也限制對學生的動手能力和創新能力的培養。

加大實驗教學的力度，是增養學生實踐能力、創新能力的有效手段。一方面需要增加課內實驗項目和實驗課時；另一方面，在學生完成課內實驗的前提下，增加課外實驗，尤其是綜合性、設計性和研究性實驗。這些實驗的實驗準備和實驗過程需要較長的時間，放在實驗課內完成不太現實，最好放在課外完成，適宜于采用開放式實驗的形式。

2 開放性實驗室的功能定位

開放式實驗教學模式遵循建構主義教學的理論[6-8]，強調學生自主學習的重要性。開放式實驗教學也是實施大工程教育的有效手段[9]。開放式實驗教學模式是培養學生自主學習能力的有效途徑，其目標是提高教學質量，在培養學生的過程中充分體現學生的“自我管理”、“自我成就”的特征，從而增強學生的自主學習能力，最大限度地培養學生的動手能力、創新實踐能力。國家教育部門非常重視開放性實驗在教學改革中的作用，已將其列入普通高等學校教育教學水平評估的指標體系。建設開放性實驗室是實現開放實驗教學的首要條件，開放性實驗室的功能定位如下。

2.1開放性實驗室應能承擔普通實驗的教學任務

有些高校是把開放性實驗室與普通實驗室區分開來進行建設，這在學校資金允許的條件下是可行的。但是，這樣做可能會導致硬件資源的重復建設。一種有效的途徑是在普通實驗室的基礎上，通過軟、硬件資源的建設，使之成為開放性實驗室。這樣，一方面，實驗室既具有普通實驗室的功能，能承擔課堂內的教學任務；另一方面，在沒有課堂教學任務的情況下，對學生開放，承接開放性實驗。其開放的時間包括正常工作時間內的無實驗時段，以及晚上、節假日和寒暑假。這種方式既可節約成本，又能提高資源的利用率。

2.2以綜合性、設計性和研究性實驗項目為主要

開放內容

實驗室開放不僅是延長實驗時間，讓學生隨時使用實驗儀器設備，而更為重要的是注重創建開放實驗項目[10]。實驗室的開放不單指的是時間上的開放，還應注重實驗內容的開放。一方面，學生可以在開放時間內重溫課內實驗，補習在課內沒有做到位實驗項目。另一方面，應鼓勵學生在開放時間內完成綜合性、設計性和研究性的實驗項目。在建設過程中，應注重構建教學資源，創建一定數量的綜合性、設計性和研究性實驗項目，以便于學生進行選擇。應鼓勵學生參與到教師的科研項目中去，在教師的指導下，創建研究性實驗項目。還可以在學生掌握了一定的實驗技能后，讓學生自行設計實驗項目。

2.3開放性實驗室應具有科研和教研功能

在傳統的教學模式下，教學用的實驗室一般不方便接納教師從事科研或教研工作。這是因為教師從事這類工作一般在課余時間，而在課余時間實驗室是不開放的。而開放性實驗室的一個重要任務是為教師進行科研和教研工作提供實踐的場所。教師可以把自己的科研項目劃分成多個子課題，以研究性實驗項目的形式分配給學生，并加以指導，學生可以在開放時間內完成研究性實驗項目。開放性實驗室還應能為學生完成校級、省級或國家級的創新性和研究性的實驗項目提供實驗場所。隨著開放模式的實施，要求教師構建一定數量的開放性實驗項目或指導一定數量的開放性實驗，將會促進了實驗教學的教研工作的開展。首先，迫使教師拓寬自己的專業知識，熟練掌握各種實驗儀器的操作，并根據各學生的特長設計出開放性實驗項目的教學資源。并需要正確地引導學生選擇開放性實驗項目，在學生實驗過程中正確的指導，使學生在教師的引領下自主地完成實驗，從而大大地促進了教研工作的開展。

3 開放實驗的重要意義

3.1有利于學生自主學習、創新能力、實踐能力

的培養

采用開放實驗室的模式，將能大大增加了學生的實驗機會，學生可以根據自己的具體情況重做課堂內沒有熟練掌握的實驗，從而加強了學生基本功的訓練。學生在開放時間內完成大量的設計性、綜合性實驗，可以更加深入地理解和掌握課程內容，培養學生的實踐能力，并能實現對各門課程知識的融會貫通。通過完成創新型、研究型實驗，可以培養學生的創新思維和創新能力，提高學習的學習興趣，最大限度地發揮學生自主學習的潛能。方便教師運用多種教學方式，將教學過程從實驗課堂內延伸到課外，將科研思想、科研方法、實驗設計和科學技術的訓練滲入教學過程。這種學用結合，全方位、開放型的教學模式不僅可以讓學生的思維方式、學習能力和應用知識的能力得到充分發展，也能促進學生的創新品質和個性得到全面發展。

3.2有利于設備資源利用率的大幅度提高

由于傳統的教學模式的限制，高校實驗室的儀器設備的利用率普遍較低。在傳統的教學模式下，學生的實驗時間、實驗管理員和實驗教師的上班時間均為正常工作時間，而工作時間之外（晚上、節假日）實驗室均不開放，從而造成了實驗設備的閑置。而有些設備（特別是電子設備），由于換代頻繁，其服役的周期較短，盡管儀器設備完好，還沒有達到相應的額定運轉工作時間，但由于設備過時，不得不淘汰。另一方面，有些專用實驗室，僅為一個專業或一門課程設置，本身的實驗任務就不重，連正常工作時間內均不需要運轉，還有些專業實驗室，一年只需開一個學期，且在一個學期內只需完成幾個實驗項目，從而造成了巨大的浪費。如采用開放模式，則可以把閑置的設備利用起來。

現對于一臺設備的利用率進行如下估算，傳統實驗教學模式下，一年有兩個學期，每個學期18周，每周5天，每天最多只能運轉8個小時，在開放模式下，全年可以運轉45周，每周有7天，每天運轉12個小時，從而傳統實驗教學模式下一年內的設備的運轉時間為：2學期×18周×5天×8小時=1440小時，而在開放實驗教學模式下，一臺實驗設備全年的動轉時間為，45周×7天×12小時=3780小時，可見開放實驗教學模式的實驗設備利用率是傳輸實驗教學模式的的2.6倍。以上估算，還沒有考慮傳統實驗教學模式下實驗室沒有安排實驗課的情況。

3.3促進科研工作的開展

由于開放性實驗室一方面可以承接教師的科研工作，還能為學生參與教師的科研課題研究創造了條件，從而促進了科研工作的開展。讓學生參與教師科研課題的研究工作，不僅解決了教師科研工作人手少的問題，也能使學生盡早地得到科研訓練。

3.4為實現“卓越工程師”培養計劃了創造條件

“卓越工程師培養計劃”是教育部為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》任務所制定的重大高等教育創新項目[11]。在培養目標上，它強調對學生創新能力和工程能力的培養。要求改革教學方法，文獻[11]中提供采用“項目驅動教學法”，而開放式實驗室是實現“項目驅動教學法的”提供了有效保證，從而為實現“卓越工程師”培養計劃創造了條件。

4 開放性實驗建設要解決的幾個重要問題

4.1建立健全的開放制度

無論是開放性實驗室的建設還是維持開放性實驗室的可持續運行，均是一項系統工程，需要學校的各級管理部門齊心協力，協調管理，更需要教師和學生的共同配合，積極參與。首先要有一系列行之有效的管理制度，具體包括開放時間的管理、教學儀器設備的管理、實驗耗材的管理、實驗室環境衛生和實驗室安全的管理。除此之外，還要有一套激勵機制，確保教師積極投入到開放性實驗教學中，學生積極參加開放性實驗。

4.2重視教學資源的建設

開放性實驗室的建設除硬件資源建設外，還必須大力開展軟件資源的建設。不僅要有管理制度的建設，還需要進行教學資源的建設。需要調動教師的積極性，積極構建開放性實驗項目，特別是設計性、綜合性和研究性的實驗項目。每一個實驗項目均要有詳盡的實驗說明書，對實驗儀器的工作原理，操作步驟和操作規程，應運用多種媒體的方式傳遞給實驗者，可以采用文檔、視頻、課件等多種形式，要把所有的實現內容推送到校園網上，以方便學生學習。

4.3培養高水平的實驗教學師資隊伍

開放性實驗教學與一般的課程實驗教學相比，需要更高水平的實驗教學隊伍。不僅要求指導教師具有較高的理論水平和常用實驗儀器設備的知識，還要刻苦學習和鉆研，掌握最新的科研專業發展動態，及時更新知識，掌握更多更為先進的儀器操作技能，提高動手能力、分析問題和解決問題的能力，除此之處，還要具有創新精神和奉獻精神，要能構建出新型的開放型實驗項目，要有廣博的知識體系，能及時解決學生在實驗過程中碰到的問題，還要善于引導學生，激發學生的興趣。

5 結束語

開放性實驗方式可以彌補傳統教學模式的不足，但建設好開放性實驗性不是一件容易的事情，而且要使開放模式有效、持續的運轉，需要學校各級部門的大力配合，除了出臺有效的管理方案外，還與教師、學生的積極參與密不可分。如管理得當，方法有效，實行開放式實驗教學模式將能大大地提高學生的實踐力、創新能力，發揚學生的自我開拓精神，有效地培養成學生的自主學習能力。

[1] 張琪, 林向東. 高校“開放性實驗室”的建設與探索[J]. 海南大學學報, 2010, 28(3): 279-284.

[2] 張曼, 宋桂珍. 高校開放性實驗室的研究與探索[J]. 實驗科學與技術, 2015, 13(1): 143-145.

[3] 曹艷萍, 馬亞軍, 霍文蘭等. 實驗室開放的探索與實踐[J].榆林學院學報, 2010, 20(4): 87-90.

[4] 馮偉, 王華. 利用開放性實驗室培養創新人才的探索與實踐[J]. 實驗室科學, 2009, (3): 179-181.

[5] 劉開茗, 王文莉, 王海. 計算機網絡專業開放性實驗室建設與實踐研究[J]. 鄭州鐵路職業技術學院學報, 2015, 27(3): 44-47.

[6] 張建偉, 陳琦. 從認知主義到建構主義[J]. 北京師范大學學報, 1996, 50(4): 75-82.

[7] 羅禮進, 全宏瑞. 認知靈活性理論視野下的量子力學三層次教學模式探討[J]. 牡丹江大學學報, 2009, 18(2): 105-107.

[8] 尹觀海, 方燕紅. 從認知主義到建構主義的知識觀轉烴與未來學習的變革[J]. 井岡山學院學報, 2005, 26(1): 117-119.

[9] 孫立民, 梁國業. 信息與計算科學專業實施大工程教育的理論與實踐探索[J]. 軟件, 2013, 34(5): 153-154.

[10] 耿新, 陳心浩, 姜臣林. 開放性實驗室的建設與探索[J].實驗室建設與科學管理, 2011, 30(12): 150-152.

[11] 李德才, 王俊. 關于培養“卓越工程師”的幾點認識[J]. 研究生教育, 2011, 1(3): 53-57

Exploration and Consideration on Construction Open laboratory

PU Bao-xing
(Department of Information Engineering, Shaoyang College, Shaoyang 422001, China)

Experimental teaching is an important process of engineering and technical college training program, which is the necessary means to cultivate students' innovative practical ability. The reform of experimental teaching method is an important subject facing colleges and universities at present. This paper analyzes the problems existing in the traditional experimental teaching mode, gives the functional orientation of the open laboratory, expounds the significance of the open laboratory construction, and points out the problems that need to be solved in constructing the open laboratory.

Open laboratory; Construction; Exploration

TP311

: A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.02.002

湖南省普通高校教改項目“構建應用型人才培養的計算機中心實驗教學平臺研究與實踐”

蒲保興(1965-)，教授，博士，主要研究方向為網絡編碼和實驗室教學改革。

蒲保興(1965-)，教授，博士，主要研究方向為網絡編碼和實驗室教學改革。

本文著錄格式：蒲保興. 開放性實驗室建設的探索與思考[J]. 軟件，2017，38（2）：06-09