應用型本科院校專業實驗室開放管理模式探索與實踐

郭 剛，張占東，張瑞平

（山西大同大學 機電工程學院，山西 大同 037003）

應用型人才培養目標定位：既要掌握基本的專業知識又具有一定工程實踐能力，能將理論知識應用于生產實際的創新型人才。實驗實踐教學是提高學生理論聯系實際、實踐動手能力和創新能力的重要手段，也是應用型人才培養方案中的重要環節。實驗室作為實踐教學的重要場所，全面深度開放實驗室對保證應用型人才培養起著非常關鍵的作用。健全的規章制度、信息化的管理手段和完備的安全設施是開放實驗室的必備條件，有助于開放實驗室規范有序的運行。

一、應用型本科高校實驗教學的不足和問題

地方應用型本科院校在實驗教學方面還遠不能滿足應用型人才培養目標的要求。以山西大同大學機電工程學院為例，大體存在以下幾方面的問題。

（1）觀念陳舊，認識不到位，重理論課輕實踐課。專業人才培養方案沒有體現實踐教學的重要性。專業人才培養的質量高低仍然主要以考核學生掌握的理論知識為主，實踐教學效果的好壞主要以考查為主。多數專業教師認為實踐教學是理論教學的補充，實踐教學的進行主要是為了鞏固理論教學中所傳授的知識。專業教師還沒認識到實踐教學在整體教學中的重要性。課程教學大綱規定的實驗課時數少，相對于理論課時，只占到10%左右。教學大綱規定課內實驗項目只有2～3 個，在課程教學過程中，這些實驗也都做了，看似課程實驗開出率達到了100%，但和實驗設備可以開出的實驗數比較，只占到20%左右。實驗設備的利用率不高，實驗教學的重視程度很低。

（2）實驗教學內容較為陳舊，基本停留在理論驗證階段，傳統典型實驗較多，工程新技術應用的實驗少，綜合性、開發性實驗很少或基本沒有。實驗教學體系較為單一，主要圍繞固定的專業課程進行設計，缺乏跨學科的交叉融合。學生實踐操作和動手能力沒有得到更好地訓練。實驗內容不能滿足應用型專業技術人才培養的要求，也無法滿足企業對專業人才的需要。

（3）教學方法比較傳統和刻板，大多是給定實驗流程、實驗材料，學生只需要機械地操作，缺少主動思考，創造性偏弱，達不到啟發性教育的效果；對于實驗教學的教學效果也并不重視，實驗過程的要求不嚴，能做的學生操作設備，不會做的學生基本不做要求；實驗課教學效果很差，沒有達到訓練學生動手能力的目標要求。

（4）實驗室建設和管理滯后，實驗設備更新換代周期太長，大部分實驗設備陳舊，不能適應新工科的要求，新購置的實驗設備數量少，實驗組數少，大部分學生不能親自動手操作。專業實驗室開放程度很低，一般只在固定時間、地點承擔固定內容的教學任務。實驗教學教師隊伍人員不足，且水平參差不齊；大部分專業教師缺乏工程實踐能力，不能滿足應用型人才培養的需求。

（5）專業實驗室管理制度和實驗室開放配套辦法不健全。專業教師忙于理論授課任務的完成，沒時間深入實驗室，很少參與實驗教學的全過程，對實驗設備的原理、操作、性能及擴展等沒有深入了解、學習，不能指導和開發綜合性實驗，專業教師的實踐教學能力不足。教師投入實驗教學的主動性和積極性不高，缺乏開發創新實驗項目，研制實驗設備及實驗器材的積極性，影響了實驗教學的創新性。學院實驗教學相應的考核激勵制度也不健全，教師的積極性沒有調動起來，制約了實驗教學的發展，不能滿足應用型人才培養的要求。

二、應用型本科高校實驗室開放模式的探索

實驗教學作為培養學生創新能力、實踐能力和綜合能力的重要手段越來越受到應用型高校的重視。山西大同大學機電工程學院作為應用型本科院校，為了彌補傳統實驗教學中的不足，學院加大了各個專業實驗室的開放力度，針對不同類型實驗室進行不同程度的開放，提高了實驗設備的利用率，一定程度加強了學生的實踐動手能力訓練和培養，也為后續進一步全面開放實驗室積累了實驗教學改革的經驗。

實驗室開放的總體思路：立足現有實驗室資源，充分挖掘實驗設備的教學潛力，提高實驗設備的利用率，為學生提供盡量多的實踐動手機會。

學院現有26 個實驗室，實驗室涵蓋了電工電子、單片機、PLC 應用、自動控制、傳感器應用、機械原理、機械創新設計、CAD/CAM、3D 打印及MATLAB 仿真等多種類型。因各個實驗室類型不同，管理方式和學生需求均存在較大差異，故各個實驗室依據各自特點進行了不同程度、不同類型的開放，如圖1 所示。

圖1 實驗室開放總體框架圖

（一）依托專業實驗室開設實踐類公選課

專業實驗室能夠開出的實驗大約都有十幾個。而我們理論課的課內實驗，教學大綱規定的實驗數，大約只有2～3個，實驗設備的利用率不高。依托開放的實驗室開設實踐類公選課，在公選課教學中把專業實驗室可以做的實驗，全部做一遍，學生實踐動手的機會增多，同時學生可以獲得實踐學分，調動了學生的積極性，也極大地提高了實驗室實驗設備的利用率。目前，學院有7 位老師分別依托電子實驗室、PLC 應用實驗室、自動控制實驗室、機械原理實驗室和機械創新設計實驗室開設了實踐類公選課。參與學生人數有299 人。教務處批準公選課的班容量為每班30人，學期課時數32 學時，開設時間為工作日的7、8 節課或9、10 節課。通過公選課把專業實驗室原來從來沒做過實驗都做了。2021—2022 年第一學期公選課統計，見表1。

表1 2021—2022 年第一學期公選課統計

（二）推動“本科生導師制”，師生共同組建團隊，開展第二課堂實踐訓練，探索大學生創新創業教育模式

學院擇優選派相關教師參加創新創業教育培訓，開闊眼界、拓展思路，倡導專業教師開展創新創業教育。以機電工程學院大學生創新社團“idea to action 社團”為管理平臺，組織大二、大三學生以專業興趣分為若干小組，每組6個學生，組成興趣小組；專業教師選擇興趣相近的社團小組對接，開展大學生創新創業教育和創新創業活動。相關創新創業團隊與相關實驗教師對接，利用下午的課余時間深入實驗室，開展第二課堂實踐訓練，開發綜合性、學科交叉性實驗項目。依據大學生各類學科競賽要求，設計參賽作品，進行賽前訓練。每學期參與第二課堂的學生有260 人左右。通過實踐訓練，激發大學生的創新思維，提煉大學生創新創業項目課題，在實踐中學習。在培養大學生的創新能力和工程實踐應用能力的同時不斷提高教師的實踐教學能力和水平。我們依托電工電子實訓室、單片機實驗室、機械創新設計實驗室和3D 打印實訓室，開展大學生機械創新設計大賽、大學生電子設計大賽等各類學科賽前訓練，為參賽學生取得好成績奠定了非常扎實的基礎，學生參賽取得了國家級一等獎、省級一等獎、省級二等獎及省級三等獎等非常好的成績。2020—2021 年通過第二課堂實踐訓練培訓，學生競賽獲獎情況統計，見表2。通過第二課堂實踐訓練，近幾年學院獲批的校級大創項目數量從幾個到現在的十幾個，有了大幅度的增長，質量也有所提高，每年校級項目被推薦為省級項目的數量也增加了。2020—2021 年第二課堂實踐訓練培訓學生本校大創項目獲批情況，見表3。

表2 2020—2021 年第二課堂實踐訓練培訓學生競賽獲獎情況

表3 2020—2021 年第二課堂實踐訓練培訓學生本校大創項目獲批情況

（三）依托專業實驗室開展課程設計和畢業設計

依托采掘工作面實訓室開展煤礦綜采工作面三機配套設計、煤礦采掘工作面供電設計，學生可以在實訓室，根據實訓室真實的現場設備的實際布置狀況，身臨其境，按照設計要求，認真開展課程設計或畢業設計，設計效果比之前的設計有很大進步。依托供電繼電保護實驗室開展工廠供電設計，依托機械原理實驗室開展機械創新設計，學生在學習專業實驗室綜合實驗項目的同時，依據綜合性實驗項目，加以拓展就可以形成一個非常好的設計題目，并在設計過程中加以實驗驗證，學生在完成課程設計或畢業設計的過程中，也提高了實踐動手操作能力。2022 年以來，有5 位老師的課程設計和畢業設計都是依托實驗室的教學資源完成的，參與學生大約197 人，取得了較好的效果，也得到了一些很好的教學經驗。2020—2021 年學生依托實驗室課程設計、畢業設計情況，見表4。

表4 2020—2021 年學生依托實驗室課程設計、畢業設計情況

（四）依托專業實驗室開展專業碩士研究生課題研究

專業碩士研究生在校內導師的安排下，聯系相關實驗教師，深入專業實驗室，開展課題研究實驗活動。2021 年以來，資源與環境礦山機電方向的4 名專業碩士研究生，依托自動控制實驗室，利用實驗室電腦，應用組態軟件和PLC、變頻器、傳感器和電動機等，開展了煤礦主排水系統智能遠程控制應用研究；煤礦掘進工作面無人值守智能供電系統應用研究；煤礦主皮帶運輸系統遠程集中控制應用研究；煤礦主通風機遠程控制系統應用研究。研究項目取得了實質性進展，理論研究與實際應用進行了很好結合，形成了一些應用研究的課題案例。為實驗室開放模式的探索，獲得了很好的經驗。

（五）教師依托專業實驗室，開展教師大賽的賽前訓練

由于學院目前沒有科研實驗室，專業實驗室的儀器設備在滿足學生的教學需求外也為學院教師科研活動和賽前訓練提供支持。學院教師參加全國高等院校工程應用技術教師大賽和全國高等學校教師自制實驗教學儀器設備創新大賽，也要在相關開放實驗室進行訓練。近年來，學院教師參加了全國高等院校工程應用技術教師大賽的數控機床控制技術，可編程序控制系統設計及應用，電子技術創新設計與應用，過程裝備及自動化技術，水環境監測與治理技術項目的競賽，他們依托數控加工實訓中心、PLC實驗室、自動控制實驗室和過程控制實驗室，開展項目訓練，取得了3 人次三等獎的好成績。學院教師參加全國高等學校教師自制實驗教學儀器設備創新大賽，依托單片機實驗室開發了TM32 單片機應用的實驗教學儀器，實現了參與此類大賽的突破。學校為了鼓勵教師參與此類大賽，設置了5 000 元以上的獎勵。

三、開放實驗室管理模式探索

實驗室的開放是一個系統工程，在實驗室開放的管理方面不能照搬照抄別人的模式和經驗，必須探索適合自身實際情況的開放管理模式和運行機制。

（一）實驗室安全管理

實驗室開放運行后會帶來各種各樣安全方面的問題，例如實驗項目多且分散，進入實驗室的人員多且不集中，人員安全環保意識薄弱等。只有加強和規范實驗室在開放模式下的安全管理，才能保證教學和科研活動的正常有序進行，才能保障師生生命和國家財產安全不受損害。為此學院要求凡是預約進入實驗室進行實驗活動的教師、學生均需接受安全準入。安全準入包括安全培訓，學習掌握實驗室的管理規范和規章制度，簽署安全承諾書。安全準入環節極大地提高了教師、學生的安全意識，確保了實驗室的運行安全。

（二）實驗室開放時間

依托實驗室開設的公選課按照教務處安排的上課時間進行開放，一般為工作日的7、8 節或9、10 節對應的時間。第二課堂實踐訓練、研究生課題研究訓練、教師科研活動和賽前訓練，實驗室開放時間為工作日7、8 節；周六、日的1～4 節和5～8 節課對應的時間。

（三）實驗室開放預約管理

實驗室開放是在不影響正常實驗教學的基礎上開展。實驗室開放需要提前預約，形成課表后按時實施。實驗室開放預約要求教師學期末提出下學期預約實驗室申請，學院統一安排、調配。實踐類公選課按照教務處課表安排按時開放；開展第二課堂實踐活動的教師，開展研究生課題研究訓練的校內導師，開展科研研究活動的教師，提交實驗室名稱、儀器設備、實驗項目和學生名單、開放時間。目前我們采用微信群進行預約管理。機電工程學院設置實驗室開放管理微信群，學院所有老師都入群，學院實驗室主任收集整理實驗室開放預約申請，整理形成實驗室開放課程表，學院分管領導批準后實施。

學院發布實驗室安全準入培訓資料，要求學院教師和學生認真學習領會，并嚴格執行。違反相關規定責令改正，損壞實驗設備照價賠償，造成不良影響的給予相應處分。開放實驗室開放時要求教師、實驗教師和參與學生簽字，做好考勤記錄。實驗教師做好每次開放活動的實驗項目、使用實驗設備、設備使用情況和實驗設備完好情況等記錄。

（四）教師和實驗教師的管理與激勵

參與實驗室開放的老師和實驗教師，嚴格按照實驗室開放課表執行，不得隨意更改，要確保實驗設備在完好的狀態下開展實驗活動。實踐類公選課按照教務處規定按課時發放課時津貼，實踐性第二課堂和研究生課題研究等，教師和實驗教師的工作量，按課表統計，學院利用年終績效給予獎勵，并將其作為考核、評優和晉升的重要條件。目前教師和實驗教師在學院鼓勵政策的引導下，積極開展實踐性教學改革，依托校內實踐教學資源，充分挖掘實驗、實訓設備的潛力，在申報實踐類公選課、開展實踐性第二課堂及研究生課題研究等方面都有了非常大的進步，每學期參與學生的數量將近500 多人次，基本涵蓋了大二、大三的學生，學生的實踐動手能力和工程應用能力有所提高，學院的實驗教學質量有了較大改善。

四、結束語

實驗室開放是培養學生成為專業技術扎實、動手能力強的創新人才的必由之路。學院在開放實驗室管理模式的探索中充分發揮了教師的引導作用和學生參與的主動性，取得了一定的成績。隨著開放程度的不斷深入還將面臨新的問題和新的挑戰，學院將不斷總結經驗教訓，積極探索適合我們自己的實驗室開放新模式、新機制，不斷提升應用型本科院校實踐性教學水平，為地方經濟建設培養合格的應用型技術人才。