以學生科研為導向的開放性創新實驗探索與實踐

徐垚，胡艷

（浙江傳媒學院,浙江 杭州）

一 引言

黨的十九大召開以來，中國的教育改革進入了全新的發展階段，同時，隨著“新工科”建設的不斷深入，高等學校對新時代卓越工程科技人才培養的要求和目標也不斷提高。開放性創新實驗作為傳統實驗教學的補充和延伸，是一種新型的實驗教學環節，通過實驗平臺開發、實驗項目設計、實驗選題、實驗時間、實驗室和儀器設備開放、評價體系以及制度保障等多方面的實踐創新，有助于提升學生的創新能力、科研能力以及工程實踐能力[1-2]。

浙江傳媒學院媒體工程學院作為學校唯一的工科學院，開設了數字媒體技術、軟件工程、網絡工程、廣播電視工程、電子信息工程、電子科學與技術、通信工程等專業。學院結合國家“新工科”人才培養目標，順應高等教育改革和發展的自身要求，滿足學生的課外實驗實踐要求，開展了開放性創新實驗的教學改革，探索了一套切實可行的工科類以學生科研、創新競賽為導向開放性實驗教學體系，并取得了一定的成效。

二 傳統實驗教學存在的問題

（一） 實驗項目固化及單一

一般情況下，高校的實驗教學都是嚴格按照已經制定好的教學大綱開展實施，實驗項目，實驗課時，實驗時間段和實驗內容都相對較為固定，而且實驗項目也都以驗證性類型為主，缺少創新性和綜合性的實驗項目，學生按照教師的講解或者實驗指導書就可以把實驗內容按部就班地完成，重結果輕過程，實驗課上只要得出正常范圍內的實驗結果，就算完成了實驗項目，學生不需要太多思考，導致學生學習的主動性和積極性都不高，更別說培養學生在實驗過程中的發現問題、分析問題以及解決問題的能力[3]。

（二） 實驗教學手段單一，教學效果不理想

傳統實驗教學為了鞏固和驗證理論教學，教師根據實驗需求準備實驗方案，花大量的時間在講解實驗目的、實驗原理、實驗內容和操作方法上面，學生被動地根據實驗步驟進行操作和實踐，只是簡單重復實驗，這種教學以教師為主體，強調了教師的教，而忽視了學生的學，學生進行科學實驗和的獨立思考的能力沒有得到有效鍛煉和提高。

另外，傳統的實驗教學評價一般以實驗報告為主要依據，結合上課考勤和實驗考試，以實驗結果的準確與否評定實驗成績，這種評價方式難以體現學生的實驗基本素養，實驗過程中分析問題及解決問題的能力，無法激發學生的實驗興趣，造成學生對實驗環節不重視，出現抄襲實驗報告，任意修改實驗數據等問題，教學效果不理想。

（三） 實驗室利用率較低

工科類的實驗室建設不同于其他類別的實驗室，往往資金投入大，設備專業性強，通用性低，大型儀器設備較多。電基礎類和計算機類的實驗室還好，能夠滿足多個工科專業的多門實驗課程的實驗教學，而其他專業性強的實驗室，往往只能滿足一個專業甚至一門課程的實驗教學，而且很多時候是單學期開課，在沒有安排實驗課程的學期經常處于閑置狀態。另外，作為學校唯一的工科學院，即使實驗室全部開放共享，外學院的學生也沒有足夠的專業基礎能力來申請使用，造成了實驗室的利用率和儀器設備的使用率較低[4]。

三 開放性創新實驗設計

開放性創新實驗教學改革的初衷就是為了打破傳統實驗教學單純以驗證性為主的實驗教學做法，從頂層進行統一教學規劃、循序漸進、優化實驗項目設計，根據實驗內容將實驗項目劃分為“基礎型、綜合型、創新型”三個層次，構建多層次的實驗教學體系[5]。其中，基礎型開放實驗以工科計算機類和電子信息類知識體系中理論性較強的基礎實驗項目為知識模塊，旨在引導學生對所學專業內容有感性理解，主要針對大一學生設計；綜合型開放實驗以工科計算機類和電子信息類知識體系中綜合性、設計性較強的擴展實驗項目為知識模塊，旨在培養學生分析問題、解決問題的綜合實踐能力，主要針對大二、大三學生設計；創新型開放實驗以工科計算機類和電子信息類教師指定選題、學生自選題目為主，旨在培養學生的團隊合作能力、科研創新能力，創業能力，主要針對大三、大四學生設計。

圖1 開放性實驗項目設計方案

四 開放性創新實驗教學平臺建設

（一） 實驗室硬件平臺建設

開放性創新實驗教學平臺的硬件設施以學院實驗中心為主體，中心共有9 個實驗大室，分別是廣電工程實驗室、廣電通信及信息網絡實驗室、應用電子實驗室、電基礎實驗室、大學物理實驗室、數字媒體技術實驗室、計算機網絡應用技術實驗室、軟件開發實驗室以及大學生科創中心，下設47 個實驗分室，實驗室總資產達6000 多萬元，實驗室總面積5000 平方米。同時，擁有3 個省級實驗教學示范中心：“廣電技術實驗教學示范中心”“廣電通信實驗教學示范中心”以及“動畫與數字技術實驗教學示范中心”。

學院將上述實驗室統一納入開放性創新實驗教學平臺的管理中來，采取定期開放和預約開放的形式對外開展實驗教學活動。基礎類的實驗室主要針對基礎性、綜合性的實驗項目進行開放，專業類的實驗室主要針對綜合型、設計型的實驗項目進行開放，此兩類實驗室以預約開放為主；科創類的實驗室主要針對創新型、創業型的實驗項目進行開放，此類實驗室采取定期開放的模式，固定時間內一直保持開放，學生隨時隨刻可以進入實驗室學習。這種分類開放的模式滿足了不同層次學生對不同類型實驗項目的開放需求。

（二） 項目管理軟件平臺建設

開放性創新實驗項目管理平臺是一個基于B/S架構的為開放性實驗教學服務的管理系統，該系統前端以VUE2.0 為框架，后端使用SpringBoot 實現整體系統的開發，并通過MySQL 數據庫實現數據互通和整體數據庫統計和管理。用戶通過web 瀏覽器即可訪問該系統， 操作簡單、使用方便、易于維護。其登錄界面如圖2 所示。

圖2 開放性創新實驗項目管理平臺登錄界面

平臺根據項目管理需求將系統用戶分為三種權限，分別為管理員、教師和學生，不同用戶在注冊完成之后通過用戶名和密碼登錄后，進入各自管理權限的子系統。管理員負責整個系統后臺的管理任務，包括發布項目、項目管理、用戶管理、公告管理、成果管理、結題報告管理、獎項管理、設備管理以及實驗室管理等功能權限。教師用戶具有發布項目和成果查看等功能權限。學生用戶具有項目申請、預算提交、成果提交、獎項申請、結題報告申請、資料下載等功能權限。開放性創新實驗項目管理平臺框架圖如圖3 所示。

圖3 開放性創新實驗項目管理平臺框架圖

開放性創新實驗項目管理平臺為開放性實驗教學的日常管理工作提供了有效支持，滿足了師生對實驗項目內容設計、選題申報、實驗室開放、儀器設備借用、實驗成果管理等功能需求，提高實驗室資源的利用率。所有開放性實驗項目的實施都通過平臺進行，無論是項目申請、過程管理還是項目結題都不需要紙質文檔，全程網絡化管理[6-7]。

（三） 運行和管理機制

開放性創新實驗項目的申報針對全校學生開放，按照自由申請、擇優資助的原則進行管理，申報項目的學生組建自己的項目團隊，團隊必須由3-5 名學生組成，鼓勵團隊成員由不同年級不同專業組成，所有要申報的團隊都需要提前在開放性創新實驗項目管理平臺進行賬號注冊，然后由團隊負責人統一在系統內添加團隊成員，進行項目申報操作。項目申報的主要內容包括項目類型選擇，項目來源選擇，項目團隊信息，項目指導教師，項目主要內容簡介等。學生提交項目申請之后，由項目實施的負責老師組織相關專家進行審核，對符合要求的實驗項目同意立項，并給予每個項目500~2000 元的直接經費資助，硬件類的主要資助學生購買耗材、電子元器件等，軟件類的主要資助學生購買設計開發相關的素材、服務等。立項通過的團隊可以通過開放性創新實驗項目管理平臺進行實驗室開放和設備借用的預約申請，由對應的實驗室管理人員審批通過后才可以進入實驗室開展實踐活動。

為了保障開放性實驗項目安全有序地開展，學院要求學生進實驗室之前，必須參加實驗中心開展的安全教育和培訓。通過培訓使學生們對實驗室安全、儀器設備操作規范、實驗室管理制度等有較好的了解，使學生養成科學、良好的實驗習慣，只有通過最終實驗室準入考核的學生才允許進入實驗室獨立實踐操作。另外，學院制定了《大學生開放性創新實驗項目申報書》《大學生開放性創新實驗項目結題報告》等管理文檔，修訂了原有的《媒體工程學院實驗室開放管理辦法》《媒體工程學院實驗室儀器設備管理辦法》等管理制度配合開放性實驗教學項目的開展。

（四） 評估體系

開放性創新實驗項目的考核不以實驗結果準確性、實驗報告質量、實驗考試成績等為依據，更重視學生的思路創新、技術創新、項目創新，更重視鍛煉學生發現問題、分析問題及解決問題的科研能力[8]。對于項目立項的學生團隊在實驗室進行開放實驗需達到一定的學時要求，對于申報立項的創新實驗項目統一進行結題檢查，以立項項目參加學科競賽、高水平專業大賽獲獎，國家級、省級創新項目立項為主要評價依據，以發表論文、申請發明專利、著作權等為次要評價依據，對項目獲得突出成果的項目追加經費獎勵以支持后續的課題研究。

五 項目實施效果

（一） 激發了學生的學習興趣

開放性創新實驗教學實施以來，強調以學生為中心，以問題為導向，以學生自主學習為主體，教師啟發引導為輔助，設計了多層次多難度的實驗項目，將學生基礎實驗教學、科研項目、競賽活動、畢業設計、創業活動等各個環節有效地融合在一起，學生可結合自身基礎選擇完成相應的實驗項目，也可根據自己的興趣和研究方向自選題目，為不同學生量身打造不同的教學內容，學生在實踐的過程中不斷鍛煉自己的實踐能力，創新精神、科研素質和團隊協作能力，充分調動和提高了學生參與實驗活動的積極性，為后續的學生競賽和畢業設計積累了豐富的經驗[9]。

（二） 發揮了實驗室的育人功能

開放性實驗教學的開展需要對實驗室資源統籌管理、合理安排、開放共享，有利于學院對實驗室資源進行合理配置。自開放性創新實驗項目實施開展以來，實驗中心加大了實驗室的開放力度，一是對實驗室場所的全面開放，保證學院所有實驗室在工作日和雙休日都可以正常開放；二是對實驗室儀器設備的全面開放，保證所有可出借的設備都可以正常開放借用。學生在課余時間可以隨時進入實驗室開展課題研究，提高了實驗室及儀器設備的利用率，從而實現了實驗室高效開放共享，發揮了實驗室的育人功能[10]。

（三） 提高了學生的科研創新能力

在開放性創新實驗教學模式下，實驗項目層次逐漸提高，學生的各項能力也隨之不斷加強。依托于開放性實驗教學項目，學生參加大學生電子設計競賽、大學生多媒體作品設計競賽、大學生電子商務競賽、大學生服務外包創新應用競賽、大學生數學建模競賽、大學生網絡與信息安全競賽等省級以上學科競賽獲獎二十多項，獲國家級大學生創新訓練計劃項目、浙江省新苗人才計劃立項十多項，大大提升了我校的影響力和知名度，也提高了我校在全國高等學校學科競賽排行榜的排名。

六 結語

開放性創新實驗教學以新工科創新人才培養為目標，從實際出發，以學生為主體，滿足了學生的個性化發展需求，增加了學生對實驗實踐課程的學習興趣，提高了學生的分析解決問題能力，培養了學生的工程意識、科研素養和創新思維，增強了學生的就業核心競爭力，提高了實驗教師隊伍的業務水平，提高了師生團隊的協作能力，實現了實驗室資源共享，提高了儀器設備的利用率，促進了實驗教學的改革。