河南理工大学化学开放实验实践与探索

毕文彦，万剑峰，张林娜，刘 洋

(1 河南理工大学化学化工学院,河南 焦作 454000；2 河南理工大学机械与动力工程学院,河南 焦作 454000)

在人才强国的今天，培养高素质综合性创新型人才成为高校的重要目标[1]。而开放实验正是针对这一目标进行设计和实施[2-7]。作为实践性较强的化学学科，开放实验建设更是首当其冲。化学开放实验是由学生自拟实验题目、自行设计方案，并经指导教师审核通过后而实施的自主性实验，实验所需仪器设备和药品试剂等由开放实验室提供。

根据高等教育实验室改革与发展的需要[8]，河南理工大学化学化工学院从2004年以来开始实施开放实验室建设，同步进行开放实验教学的探索与实践。它以河南理工大学化学实验中心为依托，以提高化学实验教学水平为目标，从培养学生的标准化操作技能、实验研究能力和创新能力入手，激发学生对化学实验的热情和兴趣，培养学生的绿色化学意识和实践创新能力。经过十几年的探索和努力，学生开放实验项目取得了显著成绩，先后在“全国节能减排社会实践与科技竞赛”、“步步高”大学生科技攀登计划及“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等比赛中获奖。

1 化学开放实验室建设内容

1.1 开放实验室的硬件建设

河南理工大学化学开放实验指定有专门的实验室，位于化学化工学院6楼，同时指定具有博士学历或讲师以上职称的教师10人负责管理，除常用的玻璃仪器外，还配备了成套的仪器设备和充足的化学药品，如中量有机化学制备仪、沸点仪、饱和蒸汽压测定装置、电动离心机等，以及分析测试仪器，如电化学工作站、红外光谱仪、紫外可见分光光度计、旋光仪、阿贝折射仪，贝克曼温度计、酸度计等以满足学生开放实验的需求。随着学生新的需求的增加，实验室不断加强硬件建设，增加仪器设备投入，如2019-2021年，相继为开放实验室购置了电化学工作站、沸点仪等。目前，我校化学开放实验室已初具规模，仪器设备类型较齐全，有实验仪器、检测仪器、安全保障设备等，可以满足不同类型实验和不同用途的需求，把开放实验不断推向深入。

1.2 开放实验室的规范化建设

开放实验不同于一般的实验教学，一是学生实验的时间具有不确定性；二是实验内容涉及面比较宽泛，来自于不同的设计和目的；三是面对的学生比较复杂，有专业学科的不同，还有知识层次的区别等等。如何把这些问题协调并管理好，切实保障学生能顺利到达实验室，且来了就能做，做了还一定能做好，真正达到开放实验的目的，实验室的制度及管理尤为重要。在这里，重点介绍一下我校化学开放实验室的一些做法及经验。

(1) 制度建设

河南理工大学化学开放实验室构建了一系列制度，如《实验室安全通则》、《实验室管理人员岗位职责》、《学生安全实验操作规程》、《实验安全预评估》、《化学实验报告撰写要求》等，来满足不同知识背景的学生或不同类型的实验顺利进行，并且促使学生规范化、标准化操作，帮助学生良好实验习惯的养成，提高学生的组织能力、分析归纳能力和报告撰写能力。

(2)实验预约

河南理工大学教务系统专门建立了开放实验项目网上预约平台，内含申报方法、申报要求以及开放实验公选项目。学生可随时在此平台上进行预约。事实证明，网上预约可以极大的提高预约的便捷性、规范性，而且有利于提高统计效率和预约情况数据的保存。

(3)实验安全培训

化学实验安全永远是第一位的[9-11]。安全培训和严格的实验室准入制度可以有效的提高实验的安全性。为提高开放实验的安全性，河南理工大学设备管理处建立了实验室安全在线培训平台，提供了网上安全培训课程和在线安全测试系统。学生进入开放实验室前需要提前学习安全培训课程，考试合格才能进入化学开放实验室，进行实验。

1.3 开放实验教师队伍建设

为了保持开放实验的活力，需要建立一支稳定的指导教师队伍。河南理工大学采取了以下措施：

(1)保证指导教师人数

河南理工大学除了配备专职的实验教师外，还通过吸纳兼职指导教师的方式，扩充开放实验指导教师人数，现化学类开放实验已有专兼职实验教师10人。

(2)加大师资培训

开放实验由于涉及的学生的专业背景多样化，实验项目尤其是自拟项目涉及的领域较宽，对指导教师的综合能力和知识面有较高要求，所以指导教师的学习与提高成尤为重要，为此，河南理工大学不仅对开放实验指导教师进行内部培训，还派出教师至校外去培训学习，如2017-2020年，送1名教师去哥伦比亚大学进修，一名教师去苏州大学进修等。教师培训对优化教师队伍结构，提高指导教师的专业素质和业务能力起到重要作用。

(3)提高薪酬力度

学校高度重视开放实验的建设工作，积极采取措施提高指导教师待遇，如，把开放实验的指导工作量和津贴挂钩，充分调动开放实验教师的工作热情，鼓励更多教师加入到开放实验建设中。

1.4 开放实验可持续性

随着各学科交叉发展与实验教学改革创新的深度融合，开放实验内容趋向复杂化。开放实验逐渐成为一种常态教学活动，河南理工大学为了实现开放实验的可持续性，采取以下措施。

(1)不断优化开放实验教学条件

河南理工大学不断对开放实验教学硬件和软件进行优化，包括实验仪器、开放实验预约系统等方便师生使用。

(2)开放实验教学常态化

河南理工大学将开放实验纳入正常教学管理，作为常态教学的一部分。

(3)开放实验项目内容具有可延续性和拓展性

实验项目和内容的难度呈梯度分布，方便不同知识背景的同学参与和持续参与，使开放实验具有可延续性和继承性，学生可以逐级提升。

(4)开放实验项目的环境可持续性

注重开放实验的环保性，开放实验项目优选环保类型的实验，实现环境上的可持续性。

2 化学开放实验类型及项目

化学开放实验类型分开放实验公选项目和开放实验自拟项目两类。

从开放实验的实验项目自身特点又可分为趣味性实验、验证性实验、综合设计性实验和科研竞赛类实验项目。

2.1 开放实验公选项目

开放实验公选项目，是根据化学学科特点结合学生发展需要，有开放实验室设计实验题目和实施步骤，供学生根据个人兴趣和知识基础合理选择。实验题目的确定，一部分来源于能够体现基本化学知识规律的实验，另一部分来源于教师科研项目以及各类竞赛活动(大学生挑战杯、 创新创业比赛, 及教师横向/纵向科研项目)等。

公选实验项目按照培养目标和学生的专业知识水平和知识面设定开放程度，以满足不同知识背景的学生进行选择(表1)。

表1 开放实验公选项目的实验类型、开放对象及相关开放程度Table 1 Experimental types, student types and opening condition of public experiment projects for selecting

2.2 开放实验自拟项目

开放实验自拟项目是由学生根据个人兴趣和发展需要自行设计题目和实施步骤，经开放实验室审核，报教务部门批准后进行的开放实验，在教务系统相关版块公布。自拟题目可以是一些趣味性实验以及与实际生活密切相关的实验或者社会热点问题，也可以是学生的科技竞赛项目，学生自行设计实验内容。开放实验自拟项目可以满足不同层次学生对开放化学实验的差异性需求。

开放实验自拟项目实验类型及遴选标准如表2所示。

表2 开放实验自拟项目实验类型及遴选标准Table 2 Experimental types and selection criteria of open experiments for self-designing

3 开放实验室的功能

(1)培养学生的创新能力

开放实验对学生创新能力的培养主要体现在三个方面。第一，开放实验可以激发学生多样化的学习兴趣和探索精神，鼓励学生去发现和解决日常生活中遇到的问题，培养学生的洞察力和实践创新能力。其次，各种项目的不同实验思路与多种解决渠道，有利于学生科学观和方法论的形成，培养学生的多元思维。此外，开放实验面向全校，有利于学科之间的交叉，更有利于取得跨学科的创新性成果。

(2)提供良好的科研平台

开放实验室提供了自主实践的良好平台，可以充分发挥学生的个性，通过自主实践和探索，提高理论联系实际的能力，进一步提升科研兴趣和研究的主动性,培养科研探索和求知的能力。

(3)资源共享最大化

开放实验面向全体学生，可以使化学实验室的资源和化学理论知识不仅全学院共享而且可以全校共享，实现资源共享的最大化。开放实验可以自主选题，因此充满活力，开放实验项目经过再研究、再发展，可以孵化出更高水平和高质量的研究成果。

4 开放实验室目前存在的问题的思考

由于开放实验面向全校学生，涉及的人数多、专业广，实验内容复杂化，所以在开放实验建设中面临着一些问题需要思考。

(1)如何实现开放实验指导教师的自我提升

由于开放实验的自拟项目题目来源广泛，对指导教师要求较高。教师有活力学生才会有活力。如何实现开放实验指导教师的自我提升，保持开放实验教师队伍的活力，对开放实验的实施效果至关重要。

(2)如何提高学生开放实验的自主性

开放实验的本质在于学生自主设计自主完成。如何更好的发挥学生开放实验的自主性，更好的培养和激发学生的自主创新能力，也是开放实验建设需要不断研究的内容。

(3)如何提升实验资源的利用率和共享程度

学生人数较多，实验项目选题宽泛，对实验室要求较高，包括实验仪器、材料和安全设施，需要持续性投入。如何利用先进的管理技术来拓展实验室功能、提高实验资源的利用率和共享程度是一个亟需研究的课题。