高校化学开放实验室建设与模式探究但

林阳 刘楠 李泽全 李文坡 熊燕

[摘 要] 实验室承担着培养学生科学素养和专业知识的重要职责，传统模式的化学实验室较为封闭，内容单一，导致学生的思维禁锢，缺乏能动性和创新能力。随着教育教学改革的深入，新型开放实验室的建设迫在眉睫。结合实验室发展的根本需求，重庆大学化学化工学院对开放实验室进行了一系列优化建设，实施划范围、分模式的开放形式，满足了不同层次学生的需求，提高实验室培养创新人才的能力。

[关键词] 开放实验室;开放模式;创新

[基金项目] 2020年度重庆大学教改项目“实时观测技术深度融合化学实验的教学模式研究与探索”（02200051071017）;2017年度重庆市教委科学技术研究项目“类重庆地区高温高湿环境下食品塑料包装中邻苯二甲酸酯类增塑剂的迁移规律研究”（KJQN201800106）

[作者简介] 但林阳（1991—），男，四川乐山人，重庆大学电气工程学校博士研究生，研究方向为分子模拟等;刘 楠（1989—），女，河南开封人，重庆大学化学化工学院实验师（通信作者），主要从事实验教学及改革研究。

[中图分类号] G424.31   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）11-0053-04    [收稿日期] 2020-01-05

一、传统实验室教学模式

重庆大学传统的化学实验教学在保证基本教学的基础上，与理论课相结合，着重培养学生的基本动手实践能力，是一种对课本知识进行验证的实验类型，内容较为单一，缺少综合、创新等实验类型。仅仅是进行简单的重复实验，没有深入地将专业知识融入实验教学中，导致学生的思维禁锢，缺乏能动性和创新能力[1，2]。学生在教学过程中处于被动状态，过分依赖教师，缺乏主动学习的能力，无法提出独到的想法和见解。

化学实验室的类型较为封闭，缺少共享机制，导致相近的专业实验仪器出现重复购置的现象，由于经费的限制又会造成陈旧设备无法更新换代，极大地影响了实验室的整体发展。传统实验室仅服务于本科教学和部分科研实验，导致仪器设备利用率较低，无法发挥应有的作用。

二、开放实验室的必要性

（一）人才培养和教学目的

实验室肩负着培养学生科学素养和专业知识的重要职责，在高校教学过程中，理论课程和实验课程都应以培养实践和创新能力为教学目标，开放实验室则是实现这一目标的重要举措之一[3-7]。

化学开放实验涉及的多种设计思想、设计方法和实验手段对于提高理工科高级专门人才的综合素养、创新能力有着十分重要的作用[8-11 ]。开放实验能够有效地补充实验理论知识，并锻炼学生的实验操作技能和培养学生的创新能力[ 12，13 ]。不仅起到传授专业知识和训练实验技能的作用，更重要的是作为创新教育平台，在创新人才培养中发挥重要作用，与当前科技发展相匹配的先进的实验教学平台是培养具有开拓创新能力的跨世纪人才的必要基础。

（二）深化教育教学改革

随着教学改革的不断深入，实验教学改革的比重也逐渐加大，开放实验作为改革环节的关键步骤，为实验教学改革提供了必要条件。学生通过开放实验室的形式参与到科学研究的实验项目中，增强了学生实践操作能力，提高学生的参与度。在全程参与实验的过程中，促使学生理论联系实际进行实际操作，不仅有利于提高动手能力，也达到了综合素质培养的目的[ 14，15 ]。开放实验往往需要团队合作，分工协作，学生通过该形式可以深刻意识到团队的重要性，以及组建、管理一个团队需要的基本素质，为学生创新、创业打下坚实的基础。

高考以分学科（专业）大类进行自主选择适合自身学业水平的选考科目的改革形式，使高校面临新的挑战，推动高校教育必须做出相应的举措才能顺应教育改革的大潮。根据培养目标和深化教育教学改革的要求，应转变教学管理方式，采取多元化的教学模式。教育改革应突出培养知识全面、思维开拓的人才，相应的培养计划应以学生为主体，激发学生的积极性，深化个性化教育。开放实验室作为教学改革的典型代表，为实验教学方面的改革、探索与实施提供了途径和必要的保障。不仅为学生带来了更多创新的机会，也为学生深入钻研、持续深造带来了无限可能。

（三）资源最大利用率

随着教育教学改革的推进与实验室建设力度的加大，化学实验仪器设备也得到不断完善和改进。实验室仪器设备能够基本满足教学、科研等方面的需求，但由于实验室之间缺乏共享的机制，导致出现仪器重复购置、部分仪器无人使用或使用过度等情况。通过开放实验室的方式，可以充分利用各个实验室的资源，互通有无，提高仪器设备的利用率，使实验室发挥应有的价值。

重庆大学化学化工学院在高等教育改革的过程中，为消除实验室传统管理模式的弊端，顺应高校教育体制改革的需要，搭建创新实验平台，进行了实验室体制改革，创建符合时代需求的化学开放实验室。

三、开放实验室管理体系

（一）软硬件的支撑

开放实验室的建立使得人员配置、仪器修缮等方面的资金投入也不断加大，为保障开放实验室的有序开展，我院加大了对开放实验室经费的支持。目前，设立有开放实验室专项基金，用于开放实验正常运行。通过设立专项资助、项目支撑等方式，维持开放实验室持续不断的运行。

实验技术人员的知识、业务、管理水平及能力直接影响到实验室开放的效果，作为实验室管理的主体，构建结构合理、业务素质高的实验技术队伍是开放实验室建设的保障与基石[ 16 ]。近几年，在我院对引进人才水平方面的不断建设和提升下，实验技术人员队伍从以往的大中专学历团队转变为以硕士及博士研究生组成的高学历团队，拥有专业知识和技术水平的人员构架。高学历实验技术人员在仪器改进、课程设计、改革等方面发挥了巨大作用，通过不断地实践和创新，逐步从单纯的准备实验上升为实验课程教学的主体。通过对新技术、新方法、新知识等方面较强的学习能力，保障了實验教学效果的良性循环。

（二）完善管理制度与管理平台

开放实验室相对于传统的管理模式提出了更高的要求，因此在原有基础上进行了补充和改进，不断完善各方面的管理制度，明确责任制度，力争做到责任到人。加强实验室安全和卫生、仪器设备管理、实验室管理等方面的规程，强化学生守则、实验室人员岗位职责、开放管理制度等，制定和落实各项准则并严格实施，确保了开放实验室高效、有序的开展[ 17 ]。

开放实验室的建立离不开网络管理平台的支撑，是提高资源共享、统一化管理的重要途径。我院网络管理平台包括预约管理系统、授权管理系统、计费管理系统等，不仅可以在线查询开放时间、教室、仪器，还可查询申请记录等相关信息。学生培训、视频教学、实验资料、虚拟实验室等都可在网上进行。网络平台的构建将预约机制科学化、规范化，简化了烦琐的手续，资源共享透明化，节约时间的同时也提高了实验教学成效[ 18，19 ]。

四、开放实验室建设内容

（一）开放形式

教学计划内及教学计划外的内容作为开放实验的内容之一，对目前教学计划范畴内的实验项目进行延伸，深入剖析知识点，帮助学生形成完整的知识框架;教学计划外的形式则较为多样化，以创新型实验项目为主，科研转化、新实验项目开发等为辅。

开放形式不拘泥于传统实验室范畴，开创共享型的师—师、师—生、生—生之间讨论机制，通过面对面交流或是线上交流，对实验项目内容、难题、改进和创新等方面进行交流，交流结果通过网络平台共享，帮助大家思想上的互通有无。目前，网络共享平台面向在校生、校友开放，后续改革中将逐步实施面对中学生、企业等开放，为有需求、感兴趣的人提供更广泛的服务。共享平台拟建立跟踪服务板块，鼓励参与过开放实验项目的学生将感悟、收获及建议回馈学校，为开放实验提供不断改进的动力，帮助正在和即将参与到开放实验项目的学生获取更全面、直观的信息资讯。

（二）开放范围

开放实验室实施跨专业、跨学科的方式，打破传统专业局限性，创建了综合性创新实验开放平台。开放实验平台吸纳了跨专业合作实验类型、模拟工程实验类型、校企合作实验类型等，培养学生的创新、创业能力。平台将逐步实施对外开放，校外人员通过预约系统可进入开放实验室进行实验，加强对外合作，合理利用资源。

（三）开放模式

第一，教学型。教学型开放实验室内容为基础教学实验内容及延伸，针对未选修该门课程的学生，或已经选修，但想对实验内容进行深入探究的学生。实验类型为教学大纲上的实验项目以及选做实验项目，对于教学大纲的实验项目进行重复实验，弥补部分学生在课堂中实验失败的遗憾，进一步找出实验的關键点、易错点，帮助学生理解实验包含的知识点;对实验项目的延伸内容进行探究，延伸实验将教学实验串联成一个完整的实验项目，激发学生学习的好奇心，调动学生的积极性，形成较为全面的知识结构，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力;教材选做实验项目作为开放实验的内容之一，满足学生的求知欲和独立实验的能力。培养学生动手能力的同时，也帮助学生对知识进行回顾、对仪器操作进行练习，达到举一反三的教学目的。

第二，科研型。每年我院都有大批的优秀毕业论文涌现，该部分作为电子资源存档在校检索系统中，受益面较小。为此我院将本科毕业论文中涉及的部分实验进行了相应改进，作为开放实验项目提供给本科二年级的学生，逐渐培养学生科学研究的素养，为今后进入科研实验室进行深造做铺垫[ 20-22 ]。将部分研究生毕业论文拆分为几个部分，分别作为开放实验项目提供给感兴趣的学生。本科生可借此机会了解高层面的科学问题，研究生则可作为实验预演或知识、技能拓展内容。这类实验专业性较强，设计的知识点较为广泛，多以多对一的教学模式，由多名教师指导一个学生，帮助学生了解不同的实验思路和方法，启发科研思维。

目前，我院已成功将部分科研成果转化为适于教学的开放实验项目，提高科研成果的辐射影响，帮助学生了解科学问题。每年国家级、省级、校级的实验竞赛中，获奖的化学实验项目中不乏创新性较强的佼佼者，已将部分实验竞赛成果转化为开放实验项目，提高实验竞赛的影响力，吸引更多的学生参与到实验竞赛中。有些学生思维活跃，对实验拥有浓厚的兴趣，具有自行设计实验方案的能力，苦于没有实验环境验证实验的可行性。开放实验室的实施为这部分学生提供了有利的环境资源，帮助其进行实验探索，促进创新能力和实践操作能力的提升。

在科学研究中遇到瓶颈的学生可以将实验问题发布到开放实验室网络平台中，各专业的教师和学生都可参与到讨论中，征集大家的意见，集思广益地解决现有难题，学科交叉，缩小学科间的距离。在实验教学中遇到的问题同样可以发布到平台中，通过讨论机制解决问题，不仅达到了教学目标也促进了教学改革的推进。

第三，仪器型。目前，我院实验中心将教学中的大、中、小型仪器资源一并纳入开放实验室平台，通过网络平台预约模式对校内和校外的分析检测开放服务。鼓励科研实验室将自行购置的仪器设备加入开放实验室平台，进行资源共享，提高仪器的使用率，为教师和学生提供更加优越的科研环境。通过与企业、学校、公司等进行合作，减少了仪器设备的资源浪费，带来一定经济效益的同时达到共赢的目的。

此外，仪器型开放实验室由专人负责，进行日常使用、更新等记录，定期进行设备维护，减少日常损坏，延长使用寿命。

第四，共享型。共享型开放实验室服务群体较为广泛，主要以网络平台为途径，在平台上建立讨论模块，教师、学生等群体进行跨学科之间的交流，讨论内容为实验项目内容、教学方式、实验操作、仪器设备等，促进在相互交流中，不断地提高开放实验室对各群体以及教学方面的影响。共享平台逐步设立回访机制，对受益群体进行跟踪服务，调研其在开放实验室的受益程度，征集学生对开放实验室的批评和建议，帮助开放实验室在改革中朝正确的方向前行。为使更多的人参与到讨论机制中，将面向中学生开放，吸引对实验、科学感兴趣的学生参与到开放实验室的项目中，帮助中学生提前了解大学实验相关知识内容，培养科学情怀，也为今后的全日制本科招生提供更多的资源。