建设开放性实验室 培养学生工程意识

张建云 谷立坤 河南工程学院资源与环境工程系 451191

建设开放性实验室 培养学生工程意识

张建云 谷立坤 河南工程学院资源与环境工程系 451191

实验教学是培养学生实践和创新能力的重要环节。实验室的开放是完成教学新目标的有效措施，是培养工科院校大学生工程意识的必要途径。探讨了在开放性实验室准备工作、具体措施等方面的问题，并提出一系列的改革建议，以期建立可行的开放实验教学体系。

开放实验室；实践能力；工程意识

工程意识，是人脑对事物、经济环境、自然环境这个“大工程”的能动反应，就是在充分掌握自然规律的基础上，要有能够尊重自然、保护自然，合理合法地开发利用自然条件，去完成某项工程，创造出新的物质财富的意念。工程意识是工程师最重要、最基本的素质之一。如何培养既能综合应用现代科学理论和技术手段，又具备现代工程意识的工程技术人才，是高等院校特别是高等工科院校急需研究解决的现实问题。工科教育侧重于解决工程中遇到的实际问题，这些实际问题的解决要求大学生必须具有丰富的实践能力。当前的大学教育是以理论基础知识为主的教育模式，如何将实践能力的培养真正融入到大学教育中具有非常重要的意义。

实验室是高等教育教学体系的组成部分，高校实验室在创新性人才的培养中，主要是通过促进大学生实践能力和创新性的发展，形成大学生创新性能力素质而体现的。实验教学对于激发学生的创新意识、拓展学生的创新思维、增长学生的创新技能能、涵养学生的创新品格方面的作用，是其他任何教学形式所不能替代的。开放实验室，是指在教学中实验资源向学生开放，让学生成为实验的主体的一种新型教学模式。与传统实验相比，开放实验在时间与实验项目的选题上有较大的自由度，可以使教与学有机地结合起来，在更大程度上激发学生的思维和动手潜力，提高学生的综合素质与科研创新能力。

1 开放实验室的准备工作

1.1 建立完备的实验规章制度

要搞好开放实验室工作，必须改变原有的实验模式，建立一整套新的实验流程体系。首先列出本实验室提供的实验条件、项目范围、实验室管理制度以及学生的工作职责，在实验室老师和专业课任课教师的共同牵头下，在生物技术专业学生中公开报名，经考核选中的学生可以参与实验教学的准备、实验室的日常维护、辅助有科研任务的教师进行项目的研究，这类情况要求学生踏实、肯干、能够长期在实验室工作。同时学生也可以提出申请，写出欲做实验的内容、具体的实验方案，需要的仪器和材料等，然后由老师审查其实验方案可行性，审批合格者可以与实验室老师预约时间，最后在开放实验室完成相关实验，这类开放主要是针对某些学生在实验课程中没有做好实验或补做实验的情况。实验室由一到两位老师专门负责，每一位同学要登记姓名及进入和离开实验室的时间，严格遵守实验室的相关规章制度。

1.2 加强对开放实验室学生的管理培训

对于进入开放实验室的学生，除了要学习实验室的相关规章制度和管理条例，还必须熟悉各种常规仪器的使用和维护方法，让学生知道如何爱护仪器设备， 减少人为损坏。有些贵重的测量仪器，在实验前由学生登记领取，学生完成实验以后要求全部仪器和试剂送还准备室或放到原处，将所用器械、玻璃器皿等洗刷干净，清点数量后，离开实验室。对于长期在实验室工作的学生，挑选部分责任心比较强的学生参与实验室的日常管理，包括实验准备、药品登记、新近实验室人员的培训。在专业方面，给实验室配制了一批必需的实验指导书和专业补充教材，让学生参与一些课题项目的调研材料的搜集工作，抽时间给学生讲授基本的科研思路，包括如何查找外文资料、设计实验方案、统计分析实验结果、学术论文撰写技巧等，以培养学生的科研思维能力。

1.3 实验项目与实验设备的更新

在实验内容上，我们注重对原有实验内容进行调整和更新，开设了一些综合性和应用性较强的实验项目，比如淀粉酶生产菌的选育、乳酸菌的分离、纯化及发酵试验、蛋清中溶菌酶的提取、纯化及活性测定、糖化酶生产菌的发酵生产及孢子数和发芽率的测定等、活性污泥中微生物的富集培养、不同环境中微生物含量测定等实验，学生可以自由选择。指导教师指导学生的具体实验操作，并解答学生的各种问题，鼓励学生独立思考和设计实验， 发挥他们学习的主动性。教师在实验过程中给学生讲授在实验设备方面，增加了显微测微尺、电子天平、电泳仪、生化分析仪等设备，以全力保证开放实验工作的顺利进行。

1.4 开放实验中重点培养学生的综合实验能力和创新能力

实验教学是训练学生科研思维能力的重要途径之一，实验室的开放，使学生不但能认识到科学研究的重要价值，而且能参与到科研中。事实表明，如果一个学生具有较强的观察能力，就有更多的机会获取知识，就更能从观察对象上发现事物的本质特征。在开放实验中，每 3～4个同学为一组，保争取实验的每一个环节都要学生自己动手，人人都有实验操作的机会，以提高学生的动手能力。在实验中，既要鼓励他们大胆进行操作，又要严格要求，进行科学指导，如在淀粉酶活性测定中，不是让学生按照实验步骤简单去机械地重复，而是让他们自己通过设计实验来确定原酶液的最佳稀释倍数，同时通过不同温度、不同pH条件下酶活性的比较，让他们更加深入地理解了影响酶测定结果的主要因素及意义，提高了他们的分析能力和科研素质。在酶的固定化实验中，设计了不同海藻酸钠浓度、不同氯化钙浓度对固定化酶效果和偶联率的影响，提高了学生设计实验和分析问题的能力。在黑曲霉分离培养实验中，曲霉在普通的查氏培养基中菌丝生长速度非常缓慢，就让学生自己查资料，并通过比较实验找出曲霉生长的最适培养基，不但提高了学生解决问题的能力，而且在实验中学生的团队协作精神也得到了加强。

参与教师的科研项目是提高学生科研思维能力的另一重要途径，让专业知识扎实的学生直接参与到老师的课题中，不仅为教师减轻了科研负担，而且学生自身的科研素质和创新能力也得到了较大的提高。

1.4 开放实验室中取得的实际效果

广义的“开放实验室”的概念是指在教学中实验资源向学生开放，让学生成为实验的主体，实验性质由验证型向设计型、综合型过渡。通过开放实验，取得了比较理想的效果，使学生这处于教学的中心地位，利于调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题和解决问题的能力。我们的开放性实验室正处于探索阶段，尚未形成一个固定的模式。总结我们多年经验，我们的实验室开放主要有两种手段：1）、改变传统实验教学模式，将专业课中的验证性、重复性实验过渡为设计性、综合性实验，以发挥学生实验的主体地位，这种形式适用于生物技术专业的全体学生；2）、积极引导学生以志愿者的形式进入实验室，辅助实验室老师进行日常管理、实验准备，同时帮助有科研项目的老师做课题，在经费允许的情况下，也可以自己设计、选做感兴趣的课题。由于实验室条件和经费的限制，这种形式只适合部分学生参与。

在开放性实验室建设的实践探索中，我们也收到了良好的实验效果。03生物技术的志愿者以农作物下脚料—花生壳为辅料，探索了花生壳制酱油的工艺条件，所制酱油经测定符合“二级酱油标准”，该研究成果发表在《江苏调味品》杂志上，04级的实验室志愿者研究了不同激素浓度对白灵菇发育的影响，通过课题研究，不但掌握白灵菇的栽培技术，而且实验数据也受到了项目提供方—省农科院相关工作人员的好评。05级的实验室志愿者利用9k培养基从煤场废水中分离出几株能够脱硫的氧化亚铁硫杆菌，我们以此为基础先后申请了关于脱硫微生物的院青年基金和教育厅的自然科学基金，现在07级和08级的学生也在逐步开展一些关于功能性微生物的筛选工作。可以说，通过开放性实验室建设，不但提高了学生的科研和创新能力，也有效的促进了教师科研工作的开展。同时，从我们实验室走出来的学生，能够很快地适应工作岗位，现在多数都成为所在部门的技术骨干。

在实验教学中，由于开放性实验的引入，也极大的提高了学生学习的积极性。通过不同环境中微生物含量的测定，学生发现“宿舍中微生物的含量要远远多于卫生间”，“人呼出的气体中竟然也含有微生物”，通过这些实验，使环境中的微生物一下子直观地显现在学生的面前，极大的唤起了他们的好奇心和兴趣。在“蛋清中溶菌酶提取”实验中，通过实验条件的改善，最终得到的溶菌酶的活力和得率都得到了较大的提高，学生们也通过实验明白“做实验要有耐心和细心，稍微大意，就会使自己的实验结果跟别人有较大差距”，也由一开始觉得实验麻烦到最后变得愿意主动地去做实验。虽然综合性实验可能要花的时间要远远超过传统的验证性实验。但学生做实验的热情和积极性得到了极大的提高，而且通过对实验结果的讨论和改进，也培养了他们分析问题和解决问题的能力，这些都鼓舞了我们今后加倍努力去做这项工作。

实验室通过多年来的实践与摸索，已取得了一定的经验，但是仍存在一些不足之处，比如实验室资金方面投入不足，我们只能选择一些花费较低，技术含量不高去做；此外，在实验教学中开展综合性实验，花费的时间和精力要远远多于常规的验证性实验，占用了专业老师大量的课外时间；实验室志愿者是一种比较有效的提供学生实践能力的途径，但由于空间和设备的局限，只有少部分学生能进入实验室；另外，开放实验室该如何有效管理，如何制定对学生的考核标准等， 这将成为各高校普遍面临的问题。

2 改革建议

对于目前开放实验室存在的一些问题，根据我们在形态学开放实验室实践中总结的经验，提出以下建议。

2.1 精选实验内容，增加设计性和研究性实验 在当今高等教育中，素质教育对学生的创新能力和综合素质提出较高的要求。传统上的实验多是验证性实验， 简单重复，缺少创造性，因此在选择开放性实验内容时，设计一系列综合性和研究性实验，这样可以开发学生思维，激发学生探索未知领域的精神。

2.2 加大开放实验室资金方面的投入虽然学校的扩招已经给本科教学带来了巨大的压力，与此相比，实验与教学资源显得非常紧张，但是为了满足学生对于开放实验的需要，学校还是应该在实验室资金投入方面加大一些力度，购置相应的实验设备，并增加设备维护费用，确保开放实验工作的有效进行，因为培养出理论、实践、创新能力较强，适应社会并且就业率高的学生是学校综合实力的评价标准之一。

2.3 完善指导教师的继续教育制度 由于开放实验教学中更注重创新性和学生运用知识解决实际问题的能力，因此对教师的知识储备和实验技能也就 提出了更高的要求，指导教师要付出更多的劳动。教师只有通过学习不断地提高自身的水平和能力，才能较好地完成此项工作；同时学校应积极为指导教师提供培训和进修的机会，提高业务素质，从而为学生能力的培养创造更好的条件。总之，开放实验是深化校实验教学改革，培养学生工程意识的要求和必然趋势。开放实验从本质上更接近于科研工作，让学生真正成为实验的主人， 教师处于指导和参与的位置，学生主动探求、发现和体验，培养了学生的创新能力和科研素质。学生在感受科研氛围的同时，使自身也得到锻炼与成长。

3 结束语

实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，这两种能力是形成“工程意识”的重要组成部分。传统的实验教学模式单一，多采用验证式、 灌输式教学模式，不利于提高学生的能动性和实践能力。开放实验室能够使学生成为实验的主体，实验性质由验证型向设计型、综合型过渡，使学生处于教学的中心地位，调动了学生的学习积极性，培养学生分析问题和解决问题的能力。目前，开放实验室建设已经在一些“211”“985”等重点高校悄然兴起。这些重点高校的老师承担着大量的来自国家、省级和企业的科研项目，科研项目的开展需要大量的人力去完成，让部分本科生参与到项目中。既可以使科研项目节省人力成本，又可以让学生参与到一项系统的研究工作中，得以使个人的实践能力和创新能力得到提升，形成良性的教学科研模式。

但是多数普通本科院校整体的科研实力还比较薄弱，科研经费有限。而单纯性的建立开放性实验室必须考虑到教学成本、实验室管理和学生安全等多方面的问题。因此，在当前形势下，如何建设开放性实验室，并解决相应的管理、资金、安全等方面的问题，如何将开放实验室建设与学生工程意识的培养有机结合起来，做到教学与科研结合，理论与实践结合，知识与能力的结合，将成为普通高等院校开放性实验室建设中亟待解决的问题。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.143

河南工程学院工程教育教学研究资助项目（gcxyjy0918）

河南工程学院工程技术研究中心建设项目资助（2009ETRCHNIE02）

张建云（1979—），河南南召人，讲师，博士，研究方向为应用微生物技术。