探索开放性实验教学，培养学生创新能力

张岩，王文君，邓镇涛,向灿辉

（遵义医科大学珠海校区，广东珠海 519041）

全民创业，万众创新，已经站在举国高度。中国要转型要发展，就要依靠科技强国。而科技的未来在于教育，因此，当代教育肩负的一个重要使命就是培养学生的科研意识和创新能力。近两年，很多高校都在积极推动大学生创新创业中心建设，开展产学研基地建设等，希望通过这样的平台培养学生的综合能力、科研素养，以适应新时代发展的需要[1]。然而，创新能力和科研素养的初步形成离不开基本操作技术和综合操作技能训练，没有扎实的基本功训练，不会猝然成就创新能力。开放实验教学模式恰好形成了基础训练与创新培养的一个纽带。不满足于课堂教学，想检验自己独立操作能力的学生，可以在这个平台上实现从选题、设计、准备、操作整个实验过程全由自己掌舵探索的愿望，培养动手能力和创新精神[2-4]。近几年，随着国家对科研的投入和重视程度不断提高，这种举措已经潜移默化地影响到青年学生。很多大学生刚入学就想参与科研，锻炼自己的动手能力，所以开展开放性实验教学也是学生内心的自我要求。

为了满足学生的要求，满足国家在新时代对高等教育新使命的要求，也顺应高等教育改革和发展的自身要求，本着小课题、大内涵，小中见大、培养科研兴趣的教育理念，结合现有教学条件，我们探索了一套可行的、可持续性的化学开放实验教学体系，并取得了一定的成效[5-8]。

1 化学开放性实验教学体系

目前，遵义医科大学珠海校区化学实验教学中心承担有机化学、物理化学、基础化学、医用化学、无机化学、药物化学、分析化学等相关课程的实验教学，涉及口腔、护理、药学、生物工程、临床医学等专业学生。

图1 化学开放性实验教学的实施方案

校区师资队伍合理，科研项目较多，学术研究氛围浓厚，且周边生物医药产业发达，被誉为“国家级生物医药产业园”以及“金湾医药谷产业园”。医药企业与学校之间有横向课题合作，为学生提供了良好的实践创新环境和平台。

根据周边环境、师资队伍、学科设置和学生专业特点，实验室开放主要包含以下四种类型：①基础实验开放；②综合型实验开放；③设计型实验开放；④科研创新型实验开放。其中基础和综合型实验是传统教学课程的进一步巩固和延伸，重点培养学生的基本实验操作方法。设计型和创新型实验开放通常是传统实验教学以外的内容，学生可以自主选题或者命题,重点培养学生对实际问题的分析能力和解决能力。

设计型和创新型实验新颖性强，学生参与积极性较高，是化学实验教学的主要开放类型。其整个过程包括实验课题筛选方法、实验过程管理监督、实验结果评价方法、实验教学效果反思与总结四个部分，具体实施过程详见图1。化学实验教学中心对设计型和创新型实验开放的实施效果进行了详细调研，并通过分析调研结果，对开放性实验体系中不合理部分进行不断修改和完善，以便更好地满足学生需要。

2 化学开放性实验教学实施过程

2.1 实验课题筛选方法

2.1.1 学生科研意愿调研

调查对象：2014～2018级遵义医科大学珠海校区生物工程、药学、口腔、临床、影像等专业学生。调查方法：现场问卷调查，无记名方式发放。发放150份，回收147份，有效率98%。调查内容详见表1。

2.1.2 实验课题设计与筛选

学生情况：调查结果显示生物工程和药学专业学生的参与积极性最高，分别为64.2%和70.7%。高年级学生因课程任务较重，考研就业压力较大，参与积极性较低。低年级学生积极性高，参与意愿强，但基础薄弱，化学知识体系尚未成熟。

课题设计：针对低年级学生的知识结构和操作水平，综合考虑化学实验室的客观条件进行课题设计和筛选。以培养学生兴趣，增强实验趣味性，贴近生活，降低难度系数为导向。

课题确立：经过认真研讨，预实验验证，确立了实验项目开放清单。开放课题有以下两种类型：①设计型实验：在学生掌握基础实验的基础上增加设计内容，增添少许科研色彩，避免验证实验的枯燥，调动学生的科研积极性。如鸡蛋壳中钙含量的测定、校区水质检验、肥皂的制作、食盐中碘元素的分离及检验、冰热实验影响因素考查等。这类实验主要让学生巩固基础知识，培养操作和实践能力；②创新型实验：根据教师的在研项目或学生的兴趣，学生自己命题开展课题，以解决实际问题为导向，强调课题的创新性。这类实验难度较大，对学生的要求较高，培养学生的创新能力和综合素质。

表1 遵义医科大学珠海校区化学设计型和创新型开放性课题调查结果

2.2 实验过程管理监督

在现有实验室管理的基础上，制定和完善适用于开放实验的监督管理制度，如实验室安全准入制度、实验室借用制度、学生安全守则、实验习惯评定、仪器设备损坏、遗失赔偿制度、实验室开放制度、实验室预约制度、实验预习制度等[9-11]，并规范了学生参与化学开放性实验课题的流程。

首先学生以“合作小组的形式”选题或命题。经组内讨论，查阅文献，设计实验方案。方案经老师审核通过，预约实验室，遵守规则制度，开展实验。接着学生根据实验方案提交实验清单，领用实验药品和耗材，配制实验试剂，摸索实验条件。实验中如遇瓶颈问题，重新查阅资料，组内讨论，或咨询老师，调整完善实验方案。最后操作实验，整理数据，撰写报告。全程都是以学生为核心，主动权在学生，但老师不是完全不理会，而是远远地看着。这种监管给学生安全感，又不会影响学生的决策权，有效培养了学生独立解决问题的能力。

2.3 实验成绩评定

从实验的各个环节对学生成绩的评定进行考核，如学习参与性、实践能力、实验习惯、沟通能力、团队合作等方面。评定办法采用教评、学生互评和学生自评等多种方式，按不同权重计入总成绩，以有效激发学生的参与意识和积极性。

3 化学开放性实验教学实施效果与总结

3.1 实施效果

学生根据兴趣和科研意愿，自己组队选题，共59人参与，分15组，每组3～5人，其中12组为2016～2017级生工、药学专业学生（创新型实验2组，设计型实验10组），3组为2017级口腔、影像、临床医学专业学生（设计型实验3组），效果详见表2。15组中，仅有4组（创新型实验1组，设计型实验3组）同学独立完成了课题（26.7%），其他11组均是教师辅助完成，表明大部分低年级学生还是需要老师的指引和辅助，尚不具备独立开展课题的能力。课题开展中，学生感到比较棘手的部分是方案设计、方案调整、条件摸索，而这些环节在传统的实验课程中通常由老师完成，学生仅仅是按老师设计好的步骤完成操作，学生缺乏设计、准备、探索的过程。这些启示我们在以后的实验教学中需要给学生更多的锻炼机会以及思考和探索的空间，同时学生反馈通过系统地、连贯性地开展实验，经历科研的一般过程，在实验兴趣、科研思维、操作能力、探索精神等方面受益较多[12]。

表2 遵义医科大学珠海校区化学设计型和创新型开放性实验课题实施效果

3.2 问题与反思

在课题开展中存在一些问题与不足，主要集中在以下三个方面：

（1）学生是课题的主体，对课题需进行深入思考和充分准备。尽管实验前各小组已经做好了方案设计，但在实际操作过程中仍然存在不少问题，主要集中在以下两个方面：①课题准备方面：眼高手低，以为有了设计方案就可以如期进行，低估了实验的复杂性。对实验中一系列具体问题缺少考虑，如有些同学在试剂配制方面存在计算错误或者称量不准等细节问题；②课题调整方面：实验遇到瓶颈，学生容易手忙脚乱，忐忑不安，不知如何进行实验调整与改善，甚至有放弃的想法。在开放性实验中，学生作为主体，实验前需要充分预习准备，认真考虑实验过程中的细节，遇到问题需要深入思考并调整，挖掘自我潜力，这对学生都是新的要求与挑战，也是进步的方向与空间。

（2）教师是把关者，需要做好监督和指导工作：①课题设计方面：教师需要学习先进的知识，深入研究学生的知识结构，了解学生的科研意愿，查阅大量资料，结合实验室实际情况，设计出新颖合理的开放性课题。既不可太难，打击学生的积极性；也不可太枯燥，磨灭学生的兴趣；②课题管理方面：教师需要更新管理观念和管理方法，尽量做到少灌输、多启发，少包办、多引导。在遵守实验室规章制度的前提下，指导学生有序开展实验，同时又要注意拿捏实验指导中的分寸，正确引导学生，激发学生潜力，既不可撒手不管，任由学生胡来，也不可步步跟进，剥夺学生探索的主动权。

（3）学校是开放性实验教学的推行者，需要在管理、资金、制度等方面给予保障。开放性实验需要学生投入时间和精力完成课题，学校可考虑将开放性实验作为选修课，并制定相应的质量评定标准，这样既可以调动学生的积极性，又可以促进学生高标准、高质量地参与课题[13-14]。开放性实验需要场地、设备、教师等资源，这些都需要学校合理的调度和安排。此外，还需专门的实验经费用于支付实验室开放中的材料消耗、设备维修、指导教师酬金等开销。最后，还需制定相应的奖励制度，用于鼓励开放实验取得的各项成果，提高广大师生参与的积极性[15]。

4 开放性实验教学的现实意义

通过化学开放性实验教学的实施、反馈与总结，发现这种新模式相对传统的实验教学有以下优势：

（1）激发学生学习兴趣。开放性实验教学以学生为主体，让其从“被动思考”变成“主动探索”，通过自主实验完成任务，学生可以获得较大的成就感。这种成就感带来的自信可激发学生的学习热情，带动主动学习的愿望。

（2）锻炼学生的实践能力，培养创新精神、科研素质和团队协作能力。传统的实验课的选题、设计、准备是由老师完成的，学生只负责按部就班进行实验操作，再递交相应的实验报告即可。开放性实验教学模式中学生是主体，自觉主动参与整个实验过程，主动探讨思考实验过程中遇到的问题，在问题中成长，在失败中强壮，更能锻炼学生的实践能力，培养创新精神、科研素质和团队协作能力。

（3）提高教师科研能力和管理水平。开放性实验对教师提出了更高的要求，教师需要及时更新知识，引导学生开展科研探索，真正做到教学相长，从而提升教师的科研能力和管理水平。

（4）有利于学校对资源进行合理配置，提高实验室和仪器的利用率。开放性实验教学需要学校对实验室资源统筹管理、合理安排、开放共享。学生在课余时间开展课题研究，提高了实验室及仪器设备的利用率。

（5）提升学校品牌和社会影响力。高校通过高素质人才的培养和输出，获得社会更大程度上的认可，进而提升学校的品牌和社会影响力。

5 结束语

综上所述，开展开放性实验教学，打破传统的教学模式，能够激发学生学习兴趣，锻炼学生的实践能力，培养学生的综合素质，是高等教育改革和发展的自我要求，是学生自我成才的内心需求。同时，开展开放性实验教学中会有一些问题和挑战，需要学生、教师、学校三方面共同努力，去面对和克服。希望通过同行们的不懈努力，探索出更多适合培养学生综合能力的教学方式方法。