高校化學(xué)開放實驗室建設(shè)與模式探究但

林陽 劉楠 李澤全 李文坡 熊燕

[摘 要] 實驗室承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和專業(yè)知識的重要職責(zé)，傳統(tǒng)模式的化學(xué)實驗室較為封閉，內(nèi)容單一，導(dǎo)致學(xué)生的思維禁錮，缺乏能動性和創(chuàng)新能力。隨著教育教學(xué)改革的深入，新型開放實驗室的建設(shè)迫在眉睫。結(jié)合實驗室發(fā)展的根本需求，重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院對開放實驗室進(jìn)行了一系列優(yōu)化建設(shè)，實施劃范圍、分模式的開放形式，滿足了不同層次學(xué)生的需求，提高實驗室培養(yǎng)創(chuàng)新人才的能力。

[關(guān)鍵詞] 開放實驗室;開放模式;創(chuàng)新

[基金項目] 2020年度重慶大學(xué)教改項目“實時觀測技術(shù)深度融合化學(xué)實驗的教學(xué)模式研究與探索”（02200051071017）;2017年度重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項目“類重慶地區(qū)高溫高濕環(huán)境下食品塑料包裝中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的遷移規(guī)律研究”（KJQN201800106）

[作者簡介] 但林陽（1991—），男，四川樂山人，重慶大學(xué)電氣工程學(xué)校博士研究生，研究方向為分子模擬等;劉 楠（1989—），女，河南開封人，重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院實驗師（通信作者），主要從事實驗教學(xué)及改革研究。

[中圖分類號] G424.31 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）11-0053-04 ? ?[收稿日期] 2020-01-05

一、傳統(tǒng)實驗室教學(xué)模式

重慶大學(xué)傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)在保證基本教學(xué)的基礎(chǔ)上，與理論課相結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生的基本動手實踐能力，是一種對課本知識進(jìn)行驗證的實驗類型，內(nèi)容較為單一，缺少綜合、創(chuàng)新等實驗類型。僅僅是進(jìn)行簡單的重復(fù)實驗，沒有深入地將專業(yè)知識融入實驗教學(xué)中，導(dǎo)致學(xué)生的思維禁錮，缺乏能動性和創(chuàng)新能力[1，2]。學(xué)生在教學(xué)過程中處于被動狀態(tài)，過分依賴教師，缺乏主動學(xué)習(xí)的能力，無法提出獨到的想法和見解。

化學(xué)實驗室的類型較為封閉，缺少共享機(jī)制，導(dǎo)致相近的專業(yè)實驗儀器出現(xiàn)重復(fù)購置的現(xiàn)象，由于經(jīng)費的限制又會造成陳舊設(shè)備無法更新?lián)Q代，極大地影響了實驗室的整體發(fā)展。傳統(tǒng)實驗室僅服務(wù)于本科教學(xué)和部分科研實驗，導(dǎo)致儀器設(shè)備利用率較低，無法發(fā)揮應(yīng)有的作用。

二、開放實驗室的必要性

（一）人才培養(yǎng)和教學(xué)目的

實驗室肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和專業(yè)知識的重要職責(zé)，在高校教學(xué)過程中，理論課程和實驗課程都應(yīng)以培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力為教學(xué)目標(biāo)，開放實驗室則是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要舉措之一[3-7]。

化學(xué)開放實驗涉及的多種設(shè)計思想、設(shè)計方法和實驗手段對于提高理工科高級專門人才的綜合素養(yǎng)、創(chuàng)新能力有著十分重要的作用[8-11 ]。開放實驗?zāi)軌蛴行У匮a(bǔ)充實驗理論知識，并鍛煉學(xué)生的實驗操作技能和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[ 12，13 ]。不僅起到傳授專業(yè)知識和訓(xùn)練實驗技能的作用，更重要的是作為創(chuàng)新教育平臺，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用，與當(dāng)前科技發(fā)展相匹配的先進(jìn)的實驗教學(xué)平臺是培養(yǎng)具有開拓創(chuàng)新能力的跨世紀(jì)人才的必要基礎(chǔ)。

（二）深化教育教學(xué)改革

隨著教學(xué)改革的不斷深入，實驗教學(xué)改革的比重也逐漸加大，開放實驗作為改革環(huán)節(jié)的關(guān)鍵步驟，為實驗教學(xué)改革提供了必要條件。學(xué)生通過開放實驗室的形式參與到科學(xué)研究的實驗項目中，增強(qiáng)了學(xué)生實踐操作能力，提高學(xué)生的參與度。在全程參與實驗的過程中，促使學(xué)生理論聯(lián)系實際進(jìn)行實際操作，不僅有利于提高動手能力，也達(dá)到了綜合素質(zhì)培養(yǎng)的目的[ 14，15 ]。開放實驗往往需要團(tuán)隊合作，分工協(xié)作，學(xué)生通過該形式可以深刻意識到團(tuán)隊的重要性，以及組建、管理一個團(tuán)隊需要的基本素質(zhì)，為學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

高考以分學(xué)科（專業(yè)）大類進(jìn)行自主選擇適合自身學(xué)業(yè)水平的選考科目的改革形式，使高校面臨新的挑戰(zhàn)，推動高校教育必須做出相應(yīng)的舉措才能順應(yīng)教育改革的大潮。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和深化教育教學(xué)改革的要求，應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)管理方式，采取多元化的教學(xué)模式。教育改革應(yīng)突出培養(yǎng)知識全面、思維開拓的人才，相應(yīng)的培養(yǎng)計劃應(yīng)以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生的積極性，深化個性化教育。開放實驗室作為教學(xué)改革的典型代表，為實驗教學(xué)方面的改革、探索與實施提供了途徑和必要的保障。不僅為學(xué)生帶來了更多創(chuàng)新的機(jī)會，也為學(xué)生深入鉆研、持續(xù)深造帶來了無限可能。

（三）資源最大利用率

隨著教育教學(xué)改革的推進(jìn)與實驗室建設(shè)力度的加大，化學(xué)實驗儀器設(shè)備也得到不斷完善和改進(jìn)。實驗室儀器設(shè)備能夠基本滿足教學(xué)、科研等方面的需求，但由于實驗室之間缺乏共享的機(jī)制，導(dǎo)致出現(xiàn)儀器重復(fù)購置、部分儀器無人使用或使用過度等情況。通過開放實驗室的方式，可以充分利用各個實驗室的資源，互通有無，提高儀器設(shè)備的利用率，使實驗室發(fā)揮應(yīng)有的價值。

重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在高等教育改革的過程中，為消除實驗室傳統(tǒng)管理模式的弊端，順應(yīng)高校教育體制改革的需要，搭建創(chuàng)新實驗平臺，進(jìn)行了實驗室體制改革，創(chuàng)建符合時代需求的化學(xué)開放實驗室。

三、開放實驗室管理體系

（一）軟硬件的支撐

開放實驗室的建立使得人員配置、儀器修繕等方面的資金投入也不斷加大，為保障開放實驗室的有序開展，我院加大了對開放實驗室經(jīng)費的支持。目前，設(shè)立有開放實驗室專項基金，用于開放實驗正常運(yùn)行。通過設(shè)立專項資助、項目支撐等方式，維持開放實驗室持續(xù)不斷的運(yùn)行。

實驗技術(shù)人員的知識、業(yè)務(wù)、管理水平及能力直接影響到實驗室開放的效果，作為實驗室管理的主體，構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、業(yè)務(wù)素質(zhì)高的實驗技術(shù)隊伍是開放實驗室建設(shè)的保障與基石[ 16 ]。近幾年，在我院對引進(jìn)人才水平方面的不斷建設(shè)和提升下，實驗技術(shù)人員隊伍從以往的大中專學(xué)歷團(tuán)隊轉(zhuǎn)變?yōu)橐源T士及博士研究生組成的高學(xué)歷團(tuán)隊，擁有專業(yè)知識和技術(shù)水平的人員構(gòu)架。高學(xué)歷實驗技術(shù)人員在儀器改進(jìn)、課程設(shè)計、改革等方面發(fā)揮了巨大作用，通過不斷地實踐和創(chuàng)新，逐步從單純的準(zhǔn)備實驗上升為實驗課程教學(xué)的主體。通過對新技術(shù)、新方法、新知識等方面較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，保障了實驗教學(xué)效果的良性循環(huán)。

（二）完善管理制度與管理平臺

開放實驗室相對于傳統(tǒng)的管理模式提出了更高的要求，因此在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充和改進(jìn)，不斷完善各方面的管理制度，明確責(zé)任制度，力爭做到責(zé)任到人。加強(qiáng)實驗室安全和衛(wèi)生、儀器設(shè)備管理、實驗室管理等方面的規(guī)程，強(qiáng)化學(xué)生守則、實驗室人員崗位職責(zé)、開放管理制度等，制定和落實各項準(zhǔn)則并嚴(yán)格實施，確保了開放實驗室高效、有序的開展[ 17 ]。

開放實驗室的建立離不開網(wǎng)絡(luò)管理平臺的支撐，是提高資源共享、統(tǒng)一化管理的重要途徑。我院網(wǎng)絡(luò)管理平臺包括預(yù)約管理系統(tǒng)、授權(quán)管理系統(tǒng)、計費管理系統(tǒng)等，不僅可以在線查詢開放時間、教室、儀器，還可查詢申請記錄等相關(guān)信息。學(xué)生培訓(xùn)、視頻教學(xué)、實驗資料、虛擬實驗室等都可在網(wǎng)上進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)平臺的構(gòu)建將預(yù)約機(jī)制科學(xué)化、規(guī)范化，簡化了煩瑣的手續(xù)，資源共享透明化，節(jié)約時間的同時也提高了實驗教學(xué)成效[ 18，19 ]。

四、開放實驗室建設(shè)內(nèi)容

（一）開放形式

教學(xué)計劃內(nèi)及教學(xué)計劃外的內(nèi)容作為開放實驗的內(nèi)容之一，對目前教學(xué)計劃范疇內(nèi)的實驗項目進(jìn)行延伸，深入剖析知識點，幫助學(xué)生形成完整的知識框架;教學(xué)計劃外的形式則較為多樣化，以創(chuàng)新型實驗項目為主，科研轉(zhuǎn)化、新實驗項目開發(fā)等為輔。

開放形式不拘泥于傳統(tǒng)實驗室范疇，開創(chuàng)共享型的師—師、師—生、生—生之間討論機(jī)制，通過面對面交流或是線上交流，對實驗項目內(nèi)容、難題、改進(jìn)和創(chuàng)新等方面進(jìn)行交流，交流結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)平臺共享，幫助大家思想上的互通有無。目前，網(wǎng)絡(luò)共享平臺面向在校生、校友開放，后續(xù)改革中將逐步實施面對中學(xué)生、企業(yè)等開放，為有需求、感興趣的人提供更廣泛的服務(wù)。共享平臺擬建立跟蹤服務(wù)板塊，鼓勵參與過開放實驗項目的學(xué)生將感悟、收獲及建議回饋學(xué)校，為開放實驗提供不斷改進(jìn)的動力，幫助正在和即將參與到開放實驗項目的學(xué)生獲取更全面、直觀的信息資訊。

（二）開放范圍

開放實驗室實施跨專業(yè)、跨學(xué)科的方式，打破傳統(tǒng)專業(yè)局限性，創(chuàng)建了綜合性創(chuàng)新實驗開放平臺。開放實驗平臺吸納了跨專業(yè)合作實驗類型、模擬工程實驗類型、校企合作實驗類型等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力。平臺將逐步實施對外開放，校外人員通過預(yù)約系統(tǒng)可進(jìn)入開放實驗室進(jìn)行實驗，加強(qiáng)對外合作，合理利用資源。

（三）開放模式

第一，教學(xué)型。教學(xué)型開放實驗室內(nèi)容為基礎(chǔ)教學(xué)實驗內(nèi)容及延伸，針對未選修該門課程的學(xué)生，或已經(jīng)選修，但想對實驗內(nèi)容進(jìn)行深入探究的學(xué)生。實驗類型為教學(xué)大綱上的實驗項目以及選做實驗項目，對于教學(xué)大綱的實驗項目進(jìn)行重復(fù)實驗，彌補(bǔ)部分學(xué)生在課堂中實驗失敗的遺憾，進(jìn)一步找出實驗的關(guān)鍵點、易錯點，幫助學(xué)生理解實驗包含的知識點;對實驗項目的延伸內(nèi)容進(jìn)行探究，延伸實驗將教學(xué)實驗串聯(lián)成一個完整的實驗項目，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心，調(diào)動學(xué)生的積極性，形成較為全面的知識結(jié)構(gòu)，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力;教材選做實驗項目作為開放實驗的內(nèi)容之一，滿足學(xué)生的求知欲和獨立實驗的能力。培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時，也幫助學(xué)生對知識進(jìn)行回顧、對儀器操作進(jìn)行練習(xí)，達(dá)到舉一反三的教學(xué)目的。

第二，科研型。每年我院都有大批的優(yōu)秀畢業(yè)論文涌現(xiàn)，該部分作為電子資源存檔在校檢索系統(tǒng)中，受益面較小。為此我院將本科畢業(yè)論文中涉及的部分實驗進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，作為開放實驗項目提供給本科二年級的學(xué)生，逐漸培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的素養(yǎng)，為今后進(jìn)入科研實驗室進(jìn)行深造做鋪墊[ 20-22 ]。將部分研究生畢業(yè)論文拆分為幾個部分，分別作為開放實驗項目提供給感興趣的學(xué)生。本科生可借此機(jī)會了解高層面的科學(xué)問題，研究生則可作為實驗預(yù)演或知識、技能拓展內(nèi)容。這類實驗專業(yè)性較強(qiáng)，設(shè)計的知識點較為廣泛，多以多對一的教學(xué)模式，由多名教師指導(dǎo)一個學(xué)生，幫助學(xué)生了解不同的實驗思路和方法，啟發(fā)科研思維。

目前，我院已成功將部分科研成果轉(zhuǎn)化為適于教學(xué)的開放實驗項目，提高科研成果的輻射影響，幫助學(xué)生了解科學(xué)問題。每年國家級、省級、校級的實驗競賽中，獲獎的化學(xué)實驗項目中不乏創(chuàng)新性較強(qiáng)的佼佼者，已將部分實驗競賽成果轉(zhuǎn)化為開放實驗項目，提高實驗競賽的影響力，吸引更多的學(xué)生參與到實驗競賽中。有些學(xué)生思維活躍，對實驗擁有濃厚的興趣，具有自行設(shè)計實驗方案的能力，苦于沒有實驗環(huán)境驗證實驗的可行性。開放實驗室的實施為這部分學(xué)生提供了有利的環(huán)境資源，幫助其進(jìn)行實驗探索，促進(jìn)創(chuàng)新能力和實踐操作能力的提升。

在科學(xué)研究中遇到瓶頸的學(xué)生可以將實驗問題發(fā)布到開放實驗室網(wǎng)絡(luò)平臺中，各專業(yè)的教師和學(xué)生都可參與到討論中，征集大家的意見，集思廣益地解決現(xiàn)有難題，學(xué)科交叉，縮小學(xué)科間的距離。在實驗教學(xué)中遇到的問題同樣可以發(fā)布到平臺中，通過討論機(jī)制解決問題，不僅達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)也促進(jìn)了教學(xué)改革的推進(jìn)。

第三，儀器型。目前，我院實驗中心將教學(xué)中的大、中、小型儀器資源一并納入開放實驗室平臺，通過網(wǎng)絡(luò)平臺預(yù)約模式對校內(nèi)和校外的分析檢測開放服務(wù)。鼓勵科研實驗室將自行購置的儀器設(shè)備加入開放實驗室平臺，進(jìn)行資源共享，提高儀器的使用率，為教師和學(xué)生提供更加優(yōu)越的科研環(huán)境。通過與企業(yè)、學(xué)校、公司等進(jìn)行合作，減少了儀器設(shè)備的資源浪費，帶來一定經(jīng)濟(jì)效益的同時達(dá)到共贏的目的。

此外，儀器型開放實驗室由專人負(fù)責(zé)，進(jìn)行日常使用、更新等記錄，定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，減少日常損壞，延長使用壽命。

第四，共享型。共享型開放實驗室服務(wù)群體較為廣泛，主要以網(wǎng)絡(luò)平臺為途徑，在平臺上建立討論模塊，教師、學(xué)生等群體進(jìn)行跨學(xué)科之間的交流，討論內(nèi)容為實驗項目內(nèi)容、教學(xué)方式、實驗操作、儀器設(shè)備等，促進(jìn)在相互交流中，不斷地提高開放實驗室對各群體以及教學(xué)方面的影響。共享平臺逐步設(shè)立回訪機(jī)制，對受益群體進(jìn)行跟蹤服務(wù)，調(diào)研其在開放實驗室的受益程度，征集學(xué)生對開放實驗室的批評和建議，幫助開放實驗室在改革中朝正確的方向前行。為使更多的人參與到討論機(jī)制中，將面向中學(xué)生開放，吸引對實驗、科學(xué)感興趣的學(xué)生參與到開放實驗室的項目中，幫助中學(xué)生提前了解大學(xué)實驗相關(guān)知識內(nèi)容，培養(yǎng)科學(xué)情懷，也為今后的全日制本科招生提供更多的資源。