高校实验室开放性实验教学模式的探索

刘 兴，陈京晶，罗绪强，罗光杰，张 伟

(1.贵州师范学院 地理与资源学院，贵州 贵阳 550018；2.中国科学院地球化学研究所 环境地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550002；3.贵州省地理国情监测分析与优化调控重点实验室，贵州 贵阳 550018)

1 探索开放性实验教学的必要性

近年来，高校毕业生毕业人数与日俱增，就业形势日趋严峻，用人单位对高校毕业生的能力需求不仅限于理论知识的掌握，更多开始注重实践型、应用型、复合型和创新型人才的需求。而高校实验室正是大学生培养和提高其动手能力、主动思考能力和问题解决能力的重要场所和途径。传统实验教学基本是为了验证和巩固理论教学，教师根据实验需求提前准备好实验方案和预实验，学生被动地根据实验步骤进行操作和观察，很少出现问题或者出现问题也没兴趣和动力继续探讨，只是简单重复实验。显然，这种教学模式对于进一步提升和培养高素质的具有主观能动性的大学生来说实在不足，不少高校已经开始探讨新的教学模式以适应教学改革和人才培养的需求。此时，开放式实验教学应运而生，开放式实验教学是以学生为主体，老师为主导，采取目标管理的原则，实施过程监控，由学生自主选择实验项目和实验时间，并根据实验要求设计实验方案，预约仪器设备，独立操作和进行数据处理、结果分析[1]。相较于传统实验教学存在教学时间、场所、指导教师限制的等问题，开放性实验教学作为其重要的补充和开拓，有着极大的重要性和必要性。

目前，各个高校都不同程度地开展了实验室开放的研究和实践，把实验室开放作为培养大学生动手能力、创新能力、自主学习能力等综合素质的有效途径[2]。但从当前高校实验室开放的实施情况来看，但仍存在很多不足之处。文以个人开展实验教学的经验和部分高校开放性实验教学调研为例，主要总结了当前开放性实验教学的几种模式，旨在为更顺利实施开放性实验教学提供探索和参考，也让师生更好的利用实验室资源提升理论实践能力。

2 开放性实验教学模式的探索

2.1 以教师科研项目为导向的开放性实验

开放性实验教学由于其实验时间、地点及内容的灵活性，导致其对实验室、实验设备、实验经费和实验指导老师的要求较高。而教师自己的科研项目刚好由于教师主体和研究内容的不同有较大差异，教师科研项目的顺利开展也正需要科研人才参与实施，同时在实施的过程中培养学生发现问题解决问题的能力。在高校中，教师科研项目实施和学生开放性实验教学的需求正好完美的匹配。所以，高校在开放性实验教学过程中可大力引进该教学模式。

在以教师科研项目为导向的开放性实验中，如果实验指导教师能够根据项目的生命周期，从项目的确定、申报、实施和结题等四个阶段来指导学生，借鉴科研项目的管理来合理安排开放性实验教学[3]，这样既有利于学生主观能动性的培养，也有利于实验室资源的合理有效使用，同时还能完成教师科研项目。这是一举多得，可长期持续有效开展的开放性实验教学模式。

以贵州省高校为例，该校每年申报获得的国家基金委、教育厅、科技厅项目数以千项，经费数千万元。例如，在2017年贵州省高校获批的国家科技部和自然科学基金的项目571项，国家拨款项目经费21205.5万元，省拟补助金额4111万元，共计经费25316.5万元[4]。目前，大部分教师已将科研项目的实施与学生毕业论文相结合，但是毕业论文主要针对毕业班学生。相比于毕业班学生而言，低年级学生具有在学时间更长和可塑性更强的特点，教师科研项目的实施若能与开放性实验教学结合，这同时也是为毕业论文工作打下基础，尽早开发学生科研素养。目前已有部分教师开始探索这样的教学模式，也较好达到了预期目标。

2.2 以大学生科研项目和学科竞赛相结合的开放性实验

在开放式实验教学中，针对学有余力的学生，可根据自己兴趣爱好和学校现有科研条件，申报校级、院级大学生科研项目，学校给予一定经费支持。项目一经确定后便按照一般科研项目进行管理，不同之处便在于开放性实验教学科研项目追求的不是项目的成果，而是学生在申报、完成项目过程中学习能力、创新能力的培养和经验的累积。教学采用学生完全的主体地位，教师加以适当的启发和引导。学生在项目的开发确定、实施、总结过程中获得成就和价值，项目小组成员结合自身专业技术背景，互相合作，各显神通，同时也发现自身知识体系欠缺之处，以便确立更明确学习目标。在项目完成后，教师可选取优秀作品和项目参加相应学科竞赛，在学科竞赛中再次锻炼提高学生综合素质。这样的教学模式不仅适用于理科实验性质开放性实验教学，在管理学、新闻学等文科性质开放性实验教学中也适用。

学校建立这些科研课题或者技术开发项目向学生开放制度，让基础较好的学生参与到相关的研发实验中来。 这样做， 学生可以直接接受一线科研人员或教师的指导，对于开阔学生眼界、迅速培养学生的科研能力和创新能力具有明显的作用[5]。

2.3 以大型仪器设备为资源的开放性实验

大型仪器是高校宝贵的资源，也是稀缺的资源，代表着专业先进方向和学科发展前沿，是应用型人才培养中素质进一步培养和提升的重要途径[6]。熟悉大型仪器工作原理和掌握操作运行为，为培养高素质人才提供了重要的设备支撑和技术支撑。而正因为大型仪器的宝贵和稀缺，开设实验课时无法让所有学生都动手操作，而在实验教学之外的时间，又出现大型仪器闲置的现象。目前对于大型仪器的教学主要是演示或模拟为主，学生无法自主设计实验项目，做到真正动手操作，进而不能很好发挥其主观能动性[7]。开放性实验正好切合解决了该问题，在教学时间、内容、方法和管理上进行了大胆的改革，使学生成为实验教学环节完全的主体。

如农业资源与环境专业开设《农业土壤学》、《仪器分析与农副产品》、《环境监测》等课程实验教学中使用到了微波消解仪、原子吸收光谱仪等大型仪器，传统实验教学是实验指导教师准备好样品，设计好实验，学生跟着老师的思路动手学习和了解实验方法原理和仪器操作，如果能够提前进行实验指导，学生根据自己的兴趣爱好组成小组，根据自己的试验项目设计分别采样、处理样品、上机、处理数据，并综合整理实验数据撰写简单论文。这即便是花了传统教学2～5倍的学时完成，但教学效果远超于传统教学。

当然实验室大型仪器的开放还是需要一定的组织形式，并不是毫无原则的随便开放。应该在每学期初进行统一申请合理安排，某些实验项目同时进行相互干扰会较大或仪器设备使用上的冲突就应安排在不同的时间进行[8]；类似实验可以安排在一个时间段进行，避免实验耗材的浪费和仪器多次启停磨损。

2.4 与“考证”相结合的开放性实验教学

从20 世纪 90 年代中期开始，大学校园里兴起了一股“ 考证”热。有调查显示，企事业单位对大学生“考证”基本持肯定态度，他们认为，通过 “ 考证”提高从业人员的业务素质、职业道德水平和参与市场竞争的能力， 同时也促进了市场经济秩序的规范，推动了我国人才管理制度与国际接轨[9]。随着当前就业压力的增加，企业希望招聘的大学生进入岗位能尽快担起责任，那么在学期间的通过“考证”形式开展的职业资格学习和培训便极大有利，特别是与所学专业背景相关的环境监测工、食品安全检测工、注册会计师、心理咨询师等。

如今大学生考证仍然如火如荼，但更趋理性，高校应该深化改革引导学生处理好考证与专业学习和就业的关系。开放性实验教学由于其教学内容、时间、方式等的灵活性，将成为引导大学生“考证”行之有效的教学模式。高校如果要发挥好服务地方经济的功能，就要培养适应当前市场的综合性、应用型人才。结合本人所在学校来说，旅游管理专业学生大多会考导游资格证书，地理科学等师范性专业学生全部参加全国统考教师资格证，那么对于专业技能较差的学生可开展专门开放性实验教学以提高这部分学生的专业能力，帮助其通过相应资格证考试，也让他们进入工作岗位后更具竞争力。

3 开放性实验教学的展望

面对严峻的市场考验和就业形势，我国高等教育正处于深化改革的重要阶段，这就要求我们转变过去人才培养模式和教学实施管理模式的改进创新，开放性实验教学正是在此探索过程中的有效的产物。它促进了实验教学的改革，促进了学生的个性化发展，提高了教师队伍的业务水平，培养了师生的团队精神，实现了资源共享提高了仪器设备的利用率，强化了实验管理[10]。学生是开放性实验教学的最大受益者，但大量流动的学生进入实验室必然给实验室的管理和开放性实验教学的管理带来了挑战，增加工作量和耗材的使用等。因此，建立科学有效的管理办法和规章制度势在必行，利用现代网络技术和计算机技术加强实验室的监督管理，比如实验室使用预约体系，保证教师和学生高效完成科研项目，保证实验室有效运转。此外，可建立专利开放性实验项目基金，用于支付耗材经费和指导教师津贴。最后，针对开放性实验存在的实验仪器设备的限制性、实验本身的危险性、实验真实开展的局限性，可与当前热门的虚拟仿真技术相结合，这不仅解决了实验时间、地点和实验场所的问题，也让更多的学生有机会参与到更为复杂、系统和专业的实验教学中来。