河南理工大學化學開放實驗實踐與探索

畢文彥，萬劍峰，張林娜，劉 洋

(1 河南理工大學化學化工學院,河南 焦作 454000；2 河南理工大學機械與動力工程學院,河南 焦作 454000)

在人才強國的今天，培養高素質綜合性創新型人才成為高校的重要目標[1]。而開放實驗正是針對這一目標進行設計和實施[2-7]。作為實踐性較強的化學學科，開放實驗建設更是首當其沖。化學開放實驗是由學生自擬實驗題目、自行設計方案，并經指導教師審核通過后而實施的自主性實驗，實驗所需儀器設備和藥品試劑等由開放實驗室提供。

根據高等教育實驗室改革與發展的需要[8]，河南理工大學化學化工學院從2004年以來開始實施開放實驗室建設，同步進行開放實驗教學的探索與實踐。它以河南理工大學化學實驗中心為依托，以提高化學實驗教學水平為目標，從培養學生的標準化操作技能、實驗研究能力和創新能力入手，激發學生對化學實驗的熱情和興趣，培養學生的綠色化學意識和實踐創新能力。經過十幾年的探索和努力，學生開放實驗項目取得了顯著成績，先后在“全國節能減排社會實踐與科技競賽”、“步步高”大學生科技攀登計劃及“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等比賽中獲獎。

1 化學開放實驗室建設內容

1.1 開放實驗室的硬件建設

河南理工大學化學開放實驗指定有專門的實驗室，位于化學化工學院6樓，同時指定具有博士學歷或講師以上職稱的教師10人負責管理，除常用的玻璃儀器外，還配備了成套的儀器設備和充足的化學藥品，如中量有機化學制備儀、沸點儀、飽和蒸汽壓測定裝置、電動離心機等，以及分析測試儀器，如電化學工作站、紅外光譜儀、紫外可見分光光度計、旋光儀、阿貝折射儀，貝克曼溫度計、酸度計等以滿足學生開放實驗的需求。隨著學生新的需求的增加，實驗室不斷加強硬件建設，增加儀器設備投入，如2019-2021年，相繼為開放實驗室購置了電化學工作站、沸點儀等。目前，我校化學開放實驗室已初具規模，儀器設備類型較齊全，有實驗儀器、檢測儀器、安全保障設備等，可以滿足不同類型實驗和不同用途的需求，把開放實驗不斷推向深入。

1.2 開放實驗室的規范化建設

開放實驗不同于一般的實驗教學，一是學生實驗的時間具有不確定性；二是實驗內容涉及面比較寬泛，來自于不同的設計和目的；三是面對的學生比較復雜，有專業學科的不同，還有知識層次的區別等等。如何把這些問題協調并管理好，切實保障學生能順利到達實驗室，且來了就能做，做了還一定能做好，真正達到開放實驗的目的，實驗室的制度及管理尤為重要。在這里，重點介紹一下我校化學開放實驗室的一些做法及經驗。

(1) 制度建設

河南理工大學化學開放實驗室構建了一系列制度，如《實驗室安全通則》、《實驗室管理人員崗位職責》、《學生安全實驗操作規程》、《實驗安全預評估》、《化學實驗報告撰寫要求》等，來滿足不同知識背景的學生或不同類型的實驗順利進行，并且促使學生規范化、標準化操作，幫助學生良好實驗習慣的養成，提高學生的組織能力、分析歸納能力和報告撰寫能力。

(2)實驗預約

河南理工大學教務系統專門建立了開放實驗項目網上預約平臺，內含申報方法、申報要求以及開放實驗公選項目。學生可隨時在此平臺上進行預約。事實證明，網上預約可以極大的提高預約的便捷性、規范性，而且有利于提高統計效率和預約情況數據的保存。

(3)實驗安全培訓

化學實驗安全永遠是第一位的[9-11]。安全培訓和嚴格的實驗室準入制度可以有效的提高實驗的安全性。為提高開放實驗的安全性，河南理工大學設備管理處建立了實驗室安全在線培訓平臺，提供了網上安全培訓課程和在線安全測試系統。學生進入開放實驗室前需要提前學習安全培訓課程，考試合格才能進入化學開放實驗室，進行實驗。

1.3 開放實驗教師隊伍建設

為了保持開放實驗的活力，需要建立一支穩定的指導教師隊伍。河南理工大學采取了以下措施：

(1)保證指導教師人數

河南理工大學除了配備專職的實驗教師外，還通過吸納兼職指導教師的方式，擴充開放實驗指導教師人數，現化學類開放實驗已有專兼職實驗教師10人。

(2)加大師資培訓

開放實驗由于涉及的學生的專業背景多樣化，實驗項目尤其是自擬項目涉及的領域較寬，對指導教師的綜合能力和知識面有較高要求，所以指導教師的學習與提高成尤為重要，為此，河南理工大學不僅對開放實驗指導教師進行內部培訓，還派出教師至校外去培訓學習，如2017-2020年，送1名教師去哥倫比亞大學進修，一名教師去蘇州大學進修等。教師培訓對優化教師隊伍結構，提高指導教師的專業素質和業務能力起到重要作用。

(3)提高薪酬力度

學校高度重視開放實驗的建設工作，積極采取措施提高指導教師待遇，如，把開放實驗的指導工作量和津貼掛鉤，充分調動開放實驗教師的工作熱情，鼓勵更多教師加入到開放實驗建設中。

1.4 開放實驗可持續性

隨著各學科交叉發展與實驗教學改革創新的深度融合，開放實驗內容趨向復雜化。開放實驗逐漸成為一種常態教學活動，河南理工大學為了實現開放實驗的可持續性，采取以下措施。

(1)不斷優化開放實驗教學條件

河南理工大學不斷對開放實驗教學硬件和軟件進行優化，包括實驗儀器、開放實驗預約系統等方便師生使用。

(2)開放實驗教學常態化

河南理工大學將開放實驗納入正常教學管理，作為常態教學的一部分。

(3)開放實驗項目內容具有可延續性和拓展性

實驗項目和內容的難度呈梯度分布，方便不同知識背景的同學參與和持續參與，使開放實驗具有可延續性和繼承性，學生可以逐級提升。

(4)開放實驗項目的環境可持續性

注重開放實驗的環保性，開放實驗項目優選環保類型的實驗，實現環境上的可持續性。

2 化學開放實驗類型及項目

化學開放實驗類型分開放實驗公選項目和開放實驗自擬項目兩類。

從開放實驗的實驗項目自身特點又可分為趣味性實驗、驗證性實驗、綜合設計性實驗和科研競賽類實驗項目。

2.1 開放實驗公選項目

開放實驗公選項目，是根據化學學科特點結合學生發展需要，有開放實驗室設計實驗題目和實施步驟，供學生根據個人興趣和知識基礎合理選擇。實驗題目的確定，一部分來源于能夠體現基本化學知識規律的實驗，另一部分來源于教師科研項目以及各類競賽活動(大學生挑戰杯、 創新創業比賽, 及教師橫向/縱向科研項目)等。

公選實驗項目按照培養目標和學生的專業知識水平和知識面設定開放程度，以滿足不同知識背景的學生進行選擇(表1)。

表1 開放實驗公選項目的實驗類型、開放對象及相關開放程度Table 1 Experimental types, student types and opening condition of public experiment projects for selecting

2.2 開放實驗自擬項目

開放實驗自擬項目是由學生根據個人興趣和發展需要自行設計題目和實施步驟，經開放實驗室審核，報教務部門批準后進行的開放實驗，在教務系統相關版塊公布。自擬題目可以是一些趣味性實驗以及與實際生活密切相關的實驗或者社會熱點問題，也可以是學生的科技競賽項目，學生自行設計實驗內容。開放實驗自擬項目可以滿足不同層次學生對開放化學實驗的差異性需求。

開放實驗自擬項目實驗類型及遴選標準如表2所示。

表2 開放實驗自擬項目實驗類型及遴選標準Table 2 Experimental types and selection criteria of open experiments for self-designing

3 開放實驗室的功能

(1)培養學生的創新能力

開放實驗對學生創新能力的培養主要體現在三個方面。第一，開放實驗可以激發學生多樣化的學習興趣和探索精神，鼓勵學生去發現和解決日常生活中遇到的問題，培養學生的洞察力和實踐創新能力。其次，各種項目的不同實驗思路與多種解決渠道，有利于學生科學觀和方法論的形成，培養學生的多元思維。此外，開放實驗面向全校，有利于學科之間的交叉，更有利于取得跨學科的創新性成果。

(2)提供良好的科研平臺

開放實驗室提供了自主實踐的良好平臺，可以充分發揮學生的個性，通過自主實踐和探索，提高理論聯系實際的能力，進一步提升科研興趣和研究的主動性,培養科研探索和求知的能力。

(3)資源共享最大化

開放實驗面向全體學生，可以使化學實驗室的資源和化學理論知識不僅全學院共享而且可以全校共享，實現資源共享的最大化。開放實驗可以自主選題，因此充滿活力，開放實驗項目經過再研究、再發展，可以孵化出更高水平和高質量的研究成果。

4 開放實驗室目前存在的問題的思考

由于開放實驗面向全校學生，涉及的人數多、專業廣，實驗內容復雜化，所以在開放實驗建設中面臨著一些問題需要思考。

(1)如何實現開放實驗指導教師的自我提升

由于開放實驗的自擬項目題目來源廣泛，對指導教師要求較高。教師有活力學生才會有活力。如何實現開放實驗指導教師的自我提升，保持開放實驗教師隊伍的活力，對開放實驗的實施效果至關重要。

(2)如何提高學生開放實驗的自主性

開放實驗的本質在于學生自主設計自主完成。如何更好的發揮學生開放實驗的自主性，更好的培養和激發學生的自主創新能力，也是開放實驗建設需要不斷研究的內容。

(3)如何提升實驗資源的利用率和共享程度

學生人數較多，實驗項目選題寬泛，對實驗室要求較高，包括實驗儀器、材料和安全設施，需要持續性投入。如何利用先進的管理技術來拓展實驗室功能、提高實驗資源的利用率和共享程度是一個亟需研究的課題。