高校實驗室開放性實驗教學模式的探索

劉 興，陳京晶，羅緒強，羅光杰，張 偉

(1.貴州師范學院 地理與資源學院，貴州 貴陽 550018；2.中國科學院地球化學研究所 環境地球化學國家重點實驗室，貴州 貴陽 550002；3.貴州省地理國情監測分析與優化調控重點實驗室，貴州 貴陽 550018)

1 探索開放性實驗教學的必要性

近年來，高校畢業生畢業人數與日俱增，就業形勢日趨嚴峻，用人單位對高校畢業生的能力需求不僅限于理論知識的掌握，更多開始注重實踐型、應用型、復合型和創新型人才的需求。而高校實驗室正是大學生培養和提高其動手能力、主動思考能力和問題解決能力的重要場所和途徑。傳統實驗教學基本是為了驗證和鞏固理論教學，教師根據實驗需求提前準備好實驗方案和預實驗，學生被動地根據實驗步驟進行操作和觀察，很少出現問題或者出現問題也沒興趣和動力繼續探討，只是簡單重復實驗。顯然，這種教學模式對于進一步提升和培養高素質的具有主觀能動性的大學生來說實在不足，不少高校已經開始探討新的教學模式以適應教學改革和人才培養的需求。此時，開放式實驗教學應運而生，開放式實驗教學是以學生為主體，老師為主導，采取目標管理的原則，實施過程監控，由學生自主選擇實驗項目和實驗時間，并根據實驗要求設計實驗方案，預約儀器設備，獨立操作和進行數據處理、結果分析[1]。相較于傳統實驗教學存在教學時間、場所、指導教師限制的等問題，開放性實驗教學作為其重要的補充和開拓，有著極大的重要性和必要性。

目前，各個高校都不同程度地開展了實驗室開放的研究和實踐，把實驗室開放作為培養大學生動手能力、創新能力、自主學習能力等綜合素質的有效途徑[2]。但從當前高校實驗室開放的實施情況來看，但仍存在很多不足之處。文以個人開展實驗教學的經驗和部分高校開放性實驗教學調研為例，主要總結了當前開放性實驗教學的幾種模式，旨在為更順利實施開放性實驗教學提供探索和參考，也讓師生更好的利用實驗室資源提升理論實踐能力。

2 開放性實驗教學模式的探索

2.1 以教師科研項目為導向的開放性實驗

開放性實驗教學由于其實驗時間、地點及內容的靈活性，導致其對實驗室、實驗設備、實驗經費和實驗指導老師的要求較高。而教師自己的科研項目剛好由于教師主體和研究內容的不同有較大差異，教師科研項目的順利開展也正需要科研人才參與實施，同時在實施的過程中培養學生發現問題解決問題的能力。在高校中，教師科研項目實施和學生開放性實驗教學的需求正好完美的匹配。所以，高校在開放性實驗教學過程中可大力引進該教學模式。

在以教師科研項目為導向的開放性實驗中，如果實驗指導教師能夠根據項目的生命周期，從項目的確定、申報、實施和結題等四個階段來指導學生，借鑒科研項目的管理來合理安排開放性實驗教學[3]，這樣既有利于學生主觀能動性的培養，也有利于實驗室資源的合理有效使用，同時還能完成教師科研項目。這是一舉多得，可長期持續有效開展的開放性實驗教學模式。

以貴州省高校為例，該校每年申報獲得的國家基金委、教育廳、科技廳項目數以千項，經費數千萬元。例如，在2017年貴州省高校獲批的國家科技部和自然科學基金的項目571項，國家撥款項目經費21205.5萬元，省擬補助金額4111萬元，共計經費25316.5萬元[4]。目前，大部分教師已將科研項目的實施與學生畢業論文相結合，但是畢業論文主要針對畢業班學生。相比于畢業班學生而言，低年級學生具有在學時間更長和可塑性更強的特點，教師科研項目的實施若能與開放性實驗教學結合，這同時也是為畢業論文工作打下基礎，盡早開發學生科研素養。目前已有部分教師開始探索這樣的教學模式，也較好達到了預期目標。

2.2 以大學生科研項目和學科競賽相結合的開放性實驗

在開放式實驗教學中，針對學有余力的學生，可根據自己興趣愛好和學校現有科研條件，申報校級、院級大學生科研項目，學校給予一定經費支持。項目一經確定后便按照一般科研項目進行管理，不同之處便在于開放性實驗教學科研項目追求的不是項目的成果，而是學生在申報、完成項目過程中學習能力、創新能力的培養和經驗的累積。教學采用學生完全的主體地位，教師加以適當的啟發和引導。學生在項目的開發確定、實施、總結過程中獲得成就和價值，項目小組成員結合自身專業技術背景，互相合作，各顯神通，同時也發現自身知識體系欠缺之處，以便確立更明確學習目標。在項目完成后，教師可選取優秀作品和項目參加相應學科競賽，在學科競賽中再次鍛煉提高學生綜合素質。這樣的教學模式不僅適用于理科實驗性質開放性實驗教學，在管理學、新聞學等文科性質開放性實驗教學中也適用。

學校建立這些科研課題或者技術開發項目向學生開放制度，讓基礎較好的學生參與到相關的研發實驗中來。 這樣做， 學生可以直接接受一線科研人員或教師的指導，對于開闊學生眼界、迅速培養學生的科研能力和創新能力具有明顯的作用[5]。

2.3 以大型儀器設備為資源的開放性實驗

大型儀器是高校寶貴的資源，也是稀缺的資源，代表著專業先進方向和學科發展前沿，是應用型人才培養中素質進一步培養和提升的重要途徑[6]。熟悉大型儀器工作原理和掌握操作運行為，為培養高素質人才提供了重要的設備支撐和技術支撐。而正因為大型儀器的寶貴和稀缺，開設實驗課時無法讓所有學生都動手操作，而在實驗教學之外的時間，又出現大型儀器閑置的現象。目前對于大型儀器的教學主要是演示或模擬為主，學生無法自主設計實驗項目，做到真正動手操作，進而不能很好發揮其主觀能動性[7]。開放性實驗正好切合解決了該問題，在教學時間、內容、方法和管理上進行了大膽的改革，使學生成為實驗教學環節完全的主體。

如農業資源與環境專業開設《農業土壤學》、《儀器分析與農副產品》、《環境監測》等課程實驗教學中使用到了微波消解儀、原子吸收光譜儀等大型儀器，傳統實驗教學是實驗指導教師準備好樣品，設計好實驗，學生跟著老師的思路動手學習和了解實驗方法原理和儀器操作，如果能夠提前進行實驗指導，學生根據自己的興趣愛好組成小組，根據自己的試驗項目設計分別采樣、處理樣品、上機、處理數據，并綜合整理實驗數據撰寫簡單論文。這即便是花了傳統教學2～5倍的學時完成，但教學效果遠超于傳統教學。

當然實驗室大型儀器的開放還是需要一定的組織形式，并不是毫無原則的隨便開放。應該在每學期初進行統一申請合理安排，某些實驗項目同時進行相互干擾會較大或儀器設備使用上的沖突就應安排在不同的時間進行[8]；類似實驗可以安排在一個時間段進行，避免實驗耗材的浪費和儀器多次啟停磨損。

2.4 與“考證”相結合的開放性實驗教學

從20 世紀 90 年代中期開始，大學校園里興起了一股“ 考證”熱。有調查顯示，企事業單位對大學生“考證”基本持肯定態度，他們認為，通過 “ 考證”提高從業人員的業務素質、職業道德水平和參與市場競爭的能力， 同時也促進了市場經濟秩序的規范，推動了我國人才管理制度與國際接軌[9]。隨著當前就業壓力的增加，企業希望招聘的大學生進入崗位能盡快擔起責任，那么在學期間的通過“考證”形式開展的職業資格學習和培訓便極大有利，特別是與所學專業背景相關的環境監測工、食品安全檢測工、注冊會計師、心理咨詢師等。

如今大學生考證仍然如火如荼，但更趨理性，高校應該深化改革引導學生處理好考證與專業學習和就業的關系。開放性實驗教學由于其教學內容、時間、方式等的靈活性，將成為引導大學生“考證”行之有效的教學模式。高校如果要發揮好服務地方經濟的功能，就要培養適應當前市場的綜合性、應用型人才。結合本人所在學校來說，旅游管理專業學生大多會考導游資格證書，地理科學等師范性專業學生全部參加全國統考教師資格證，那么對于專業技能較差的學生可開展專門開放性實驗教學以提高這部分學生的專業能力，幫助其通過相應資格證考試，也讓他們進入工作崗位后更具競爭力。

3 開放性實驗教學的展望

面對嚴峻的市場考驗和就業形勢，我國高等教育正處于深化改革的重要階段，這就要求我們轉變過去人才培養模式和教學實施管理模式的改進創新，開放性實驗教學正是在此探索過程中的有效的產物。它促進了實驗教學的改革，促進了學生的個性化發展，提高了教師隊伍的業務水平，培養了師生的團隊精神，實現了資源共享提高了儀器設備的利用率，強化了實驗管理[10]。學生是開放性實驗教學的最大受益者，但大量流動的學生進入實驗室必然給實驗室的管理和開放性實驗教學的管理帶來了挑戰，增加工作量和耗材的使用等。因此，建立科學有效的管理辦法和規章制度勢在必行，利用現代網絡技術和計算機技術加強實驗室的監督管理，比如實驗室使用預約體系，保證教師和學生高效完成科研項目，保證實驗室有效運轉。此外，可建立專利開放性實驗項目基金，用于支付耗材經費和指導教師津貼。最后，針對開放性實驗存在的實驗儀器設備的限制性、實驗本身的危險性、實驗真實開展的局限性，可與當前熱門的虛擬仿真技術相結合，這不僅解決了實驗時間、地點和實驗場所的問題，也讓更多的學生有機會參與到更為復雜、系統和專業的實驗教學中來。