基于培养大学生创新能力的开放实验室管理研究

许永利　李小光　李富平

摘  要：创新能力是高校大学生的培养目标之一，开放资源丰富的专业实验室成为重要的手段。研究主要依据实验室具备的资源条件，设置可开设的实验类型、实验内容，设计实验室开放的管理模式。特别对开放实验室的功能、实验室平台建设、实验室安全教育和管理模式等方面进行系统的设计。结果表明，系统的实验室管理模式，可有效提高专业实验室的资源利用率并且可以增加教学、科研成果产出，显著提高大学生的创新能力。

关键词：开放实验室；管理模式；预约系统；创新能力培养；平台建设

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）14-0061-04

Abstract： Innovation ability is one of the training objectives of college students， and opening professional laboratories with rich resources has become an important means. The research is mainly designed the experimental types and contents and the open management mode based on the resource conditions of the professional laboratory. Especially， some items should be systematically designed as the function of open laboratory， laboratory platform construction， laboratory safety education， management mode and so on. The results showed that the systematic laboratory management mode effectively improved some aspects， such as the resource utilization rate of professional laboratories， the achievements of teaching and scientific research， and it significantly improved the innovation ability of college students.

Keywords： open laboratory; management mode; reservation system; cultivation of innovation ability; platform construction

创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。创新能力一直是高校人才培养的目标之一。早在1989年就由共青团中央、中国科协、教育部和全国学联、举办地人民政府共同举办全国大学生“挑战杯”大赛，这是全国性的大学生课外学术实践竞赛，在较高层次上展示了我国各高校的育人成果，推动了高校与社会间的交流。各大高校也积极加入到挑战杯的竞赛中，每届比赛都会积极组织、积极参赛。2014年开始，“中国梦，创业梦，我的梦”为主题的“创青春”全国大学生创业大赛出现，以增强大学生创新、创意、创造和创业的意识和能力为重点，以深化大学生创业实践为导向。随后，2015年5月，国务院办公厅印发《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，提出了完善人才培养质量标准、创新人才培养机制、健全创新创业教育课程体系等一整套任务措施[1]。接着举办了“互联网+”大学生创新创业大赛，旨在深化高等教育综合改革，激发大学生的创造力，培养造就“大众创业、万众创新”的生力军，推动高校毕业生更高质量创业就业。可见，国家在培养大学生创新能力方面做出了巨大的努力，希望学生真正具备独立创新能力。高等院校则借助国家政策的东风，大力发掘大学生创新能力培养的新途径、新方法，让创新能力的培养融入高等教育各个环节，融入人才培养的全过程。

高校一般除了正常的教学实验室外，还有国家级、省级和校级重点科研或教学实验室，实验室一般配备大型、先进的专业仪器与设备，科研实验室通常具有国家级、省级项目等资金支持，同时具有国家级、省级重点实验室建设经费的支持，可以作为开放实验室，为大学生的创新能力培养提供教育基地。高校实验室可从教学目的、内容、方式、管理体制、时间和空间等方面进行开放管理[2]；同时开放大型仪器设备[3]并对设备进行信息化管理[4]。

华北理工大学矿区生态恢复与重建实验室的硬件设施、师资配备和经费支持均非常充足，完全具备作为开放实验室对全校大学生开放。

一  实验室开放的意义

高校在教育过程中设置了一些教学环节提升学生的动手能力、实践能力，如课程实验、认识实习、生产实习、毕业设计/论文、课程设计和学科竞赛等，均以提高学生的能力为目标。然而，這些环节受到课程时间限制、空间限制，并不能最大限度地发挥课程的功效，甚至对某些同学来说只是一种现场形式的课程，收获仅限于感官，真正理论与实践结合能力的培养效果甚微。大部分学生独立思考能力、独立动手能力着实欠缺，在做毕业设计或论文的过程中表现十分明显，如对教师给定的设计或论文的题目，不知从何下手，甚至查阅文献都不知怎么进行，更不用说独立进行设计和实施了。创新能力的培养不是一朝一夕之事，需要不断努力，给学生提供更多的锻炼机会，将创新理念始终贯穿于教学的整个过程。于是更多高校开展以提高学生创新能力为导向的实验室开放模式，希望通过给学生提供开放实验室的方式，开发学生的创新能力。实验室除了完成科研任务外，还要承担起培养大学生创新能力的责任。实验室开放后对于大学生创新能力的培养意义重大，具体包括以下几个方面。

首先，将会为大学生参加各种国家级赛事、省赛和校赛等提供一个平台。让那些有兴趣但苦于无实验室的同学可以大胆展开实验，并安心准备赛事，这对于锻炼学生的创新能力具有很大的帮助。以竞赛为目的的开放实验，需要学生独立完成各个阶段的实验，从设计到实施均由学生独立进行，切实锻炼了学生的创新思维与动手能力。

其次，提升学生的科研兴趣。开放实验室会为学生提供一些教师科研项目的实验，供学生锻炼操作技能。这部分开放实验，将主要以教师科研为主，对于相关专业的大学生通过跟随教师科研活动，深入了解什么是科学研究，直观感受科学研究的每个过程，甚至包括每种药品的准备、溶液及试剂的配制，小型仪器设备的调试、准备及使用方法，这些细节操作几乎在平时的教学实验中很少涉及。因为教学实验受到实验学时的限制，一般的实验试剂、小型的仪器设备的调试等工作均由上课教师完成，学生只是利用已准备好的各种设备、试剂等进行操作。所以，即使做完实验学生并无深切感受，因为他们只是机械地完成操作步骤。进入实验室则不同，每个阶段学生都要参与，在实验的准备过程和实施过程中，能够切身体会实验的不易，认真操作，减少失误，提高实验效率，才是科研中最重要的事情。

最后，独立实验的进行。此部分主要是一些对实验感兴趣的学生独立进行实验设计与实施。该实验一般为小型实验，设计与实施均由学生完成，后续涉及到数据的记录、计算、归纳和整理，甚至数据作图、数据的统计与分析等，这些工作对于学生的思维与动手能力都有很大的促进作用。将为学生今后进行毕业实验或更大型的实验奠定坚实的实践基础。

二  开放实验室的平台建设

王见等[5]提出开放实验室应当建立对应的管理系统，包含前台和后台，前台为学生和教师及助教系统；后台为管理人员，这样便于开放实验室的统一管理。王海等[6]则专为开放实验室设计管理系统，该系统将能够实现教师和学生在线申请开放实验室项目、实施开放项目、提交项目结题材料、统计分析项目成果及临时预约使用实验室等功能。可见，网络平台的建设必不可少，而且尽量功能清晰、全面和使用方便快捷。首先要进行开放实验室平台的建设。至少包含以下方面。

（一）  实验室功能介绍

开放实验室平台可以独立建设网站，涉及的模块如下。

1）各实验室功能介绍。如土壤分析实验室、植物分析实验室、分子生物学实验室、微生物培养实验室和人工气候室等能够进行研究项目或者指标的分析。

2）研究方向。说明开放实验室的主要研究方向，便于相关专业的学生选择实验。如实验室的研究方向为矿区生态修复、污染环境修复、微生物修复技术和植物环境修复等。因此，可以接收矿业相关专业、环境相关专业和生物相关专业等学生参与实验。

3）研究人员。开放实验室主要有常驻教师及客座研究人员，及其主要专业和从事的研究内容。便于学生选择实验指导教师。

4）研究项目。发布开放实验室教师在研的研究项目名称、下达单位及经费额度。同时介绍各研究项目的主要研究内容，供学生参考，便于学生选择科研课题。

5）主要的研究成果。展示开放实验室近年来完成的主要项目及经费额度。

6）开放的资源。实验室能够开放的仪器、设备名称及数量，能够进行的实验类型等。

7）预约系统。学生可通过该系统预约进入实验室，管理人员可以审核通过或拒绝申请。预约系统包括预计开始时间和预计结束时间，期间进入实验室的人员名单。

8）安全教育。本部分包括一些常见的安全知识及防治策略。同时安装网络小程序，方便预约者进行下载学习。设置安全测试题，学生必须进行测试，测试至少90分以上方可进入实验室。

9）联系方式。提供开放实验室的联系方式，便于学生与实验室及时沟通。

（二）  开放实验类型

开放实验室的项目包括：教师科研项目的独立实验、大学生创新创业训练项目和学生自选的感兴趣的相关专业的实验。

1  教师科研项目的独立实验

主要是教师科研项目的一部分研究内容，可以作为学生参与的实验，并且，这些项目的参与者全程参与且形成实验报告或总结，可以获得相应的创新学分。这样的设置可以提高大部分学生参与实验的积极性和主动性。一般主要由研究生或前期进入实验室的老生带领做实验，此过程主要锻炼动手能力和思考能力，获得基本的实验操作技能。以科研辅助教学，提高学生的创新能力。此开放形式让学生切身感受科研是什么，科研要做些什么，什么是科研中更重要的，能够提前感受研究人员的日常状态。为将来从事科研工作奠定基础。

2  大学生创新创业训练项目

可以是国家级、省级和校级创新项目的形式。这种开放实验项目必须有指导教师，负责学生实验过程中的专业指导。此类项目要求学生必须提交完整的实验方案，实验预计完成的时间，实验所需的药品、仪器、设备、玻璃消耗品及其他必须用品。同时，这类实验完成后必须提交作品，包括实验过程的数据复印件、总结报告或者是获奖证书（原版电子扫描件、纸质复印件）等到实验室存档，以便作为后学验收开放实验室效果的支撑材料。

三  开放实验室管理模式

（一）  預约系统

实验室的管理必然涉及到预约制度，从而能够掌握实验室的在研人员，方便实验室管理员进行预约安排。预约方式由高校采用二维码预约形式，预约成功获得二维码作为门禁钥匙，进入和离开均需扫描二维码[7]。实验室开发预约系统，并且不断在使用中进行完善，保证实验预约的高效运转。

预约有两种方式：网上预约和手机APP预约。预约需要填写个人信息，身份选择学生、教师或管理员。

学生主要是预约实验。预约类型包括跟随教师科研实验或独立进行实验。独立进行实验的学生，需要上报实验所需功能室及特殊药品及器皿，进入实验室的预计日期，完成日期，进入的人数及姓名等基本信息。同时，需要提交一份实验方案让管理员审核。以确保进入实验室的同学能够马上进行实验，进展顺利。

教师的角色主要是科研项目负责教师。当学生预约跟随某位教师做课题时，需要该教师确认后方有权进入实验室。

管理员为实验室的统一管理者。有权限根据实验室在研人員的数量，决定是否允许学生进入实验室。

预约成功后，系统会发放进入实验室的号码。持该号码方可进入实验室进行实验，如果不能按时进入实验室或者取消实验累积三次，则成为黑名单用户，一个月后方可再次申请。

（二）  开放实验室进行多种形式的安全教育

安全第一，这是实验室开放的前提。同时要完善、建全相关开放实验室管理制度[8]。开放实验室的开放对象为全校本科学生，涉及诸多各学科及各年级的学生，甚至一些从未接触过实验的某些专业的学生也会进入实验室。保证学生实验安全自然就是非常重要的事项。要在学生进入实验室之前进行安全教育，确保每个人都能够熟练使用安全设施，能够在危险时逃生。实验室安全设施、急救药品和急救器材等均已就位。那么，安全教育就是要保证进入实验室的学生可以熟练使用这些安全设施、熟知急救药品及器材的位置及使用方法。目前主要的安全教育方式可以采用现场、网络及体验式。

1  现场安全教育

一般由学校保卫处、实验室管理员、实验室安全负责人和科研教师等联合进行教育。

保卫处确保实验室基本的安全问题学生可以自行解决，如灭火器的使用，不同材料火源的灭火器的选择与使用方法。

实验室管理员、安全负责人及科研教师等负责专业安全问题。如实验中用到具有挥发性、毒性和腐蚀性的药品时应注意哪些问题？一旦不小心接触到这些药品如何快速处理？实验过程中产生的有毒有害废物如何处理？这些均需要专业教师在学生进入实验室前，一一讲解，并且完成测试卷，方可进入实验室正式进行实验。

实验室已经配备了实验室操作规程、实验室安全守则等宣传手册，进入实验室的学生务必通读操作规程和安全守则，了解实验中用到的仪器设备的操作规程、基本的和特殊的实验安全守则，保证实验规范、安全的进行。

2  网络演练教育

已经存在成熟的实验室安全仿真演示与练习软件，通过安全测试的学生方具备进入实验室的资格。该软件涉及到如何报警、逃生、选择灭火器和使用灭火器等基本的安全逃生知识。网络学习及演练可提升学生的视觉感受，增加学习的热情。这些网络测试软件会有测试部分，成绩必须合格方可进入实验室。

3  体验式安全教育

顾兴海等[9]提出体验式安全教育，即让学生由倾听者变为参与者，给学生搭建一个可视、可听和可感的教学情境。这是一种非常接近现场的体验，感受更加接近实际，效果明显。

多种方式相结合的安全教育，目标只有一个：保证实验学生的人身安全，保证实验室财产安全，保证学生顺利完成实验，真正为培养学生的创新能力铺平道路。

（三）  开放实验室开放的时间、内容和容量

1  开放时间

开放实验室对外开放的时间应当为全学年的白天，为了确保学生实验安全，尽量避免夜晚开放。全年开放的时间段，注意避让本科生的教学实验时间段、研究生密集进行实验的时间段，这样不仅不会影响研究生的实验，又可以确保本科生的实验顺利开展。

每天开放的时间为8：00—12：00、13：00—19：00。这期间必须安排值班老师负责学生的实验，满足学生实验期间的仪器、药品的领用及大型仪器设备的使用指导，并保证学生能够规范操作，确保实验过程的人身、财产等的安全。

2  开放内容及要求

开放实验的内容可以是平台展示的项目，如教师科研项目、大学生自带创新创业项目和互联网+大学生创新创业项目等，也可以是个人感兴趣的实验项目等。凡是在开放时段，均可以预约，成功后即可进入实验室。

除了教师的科研项目外，其他学生为主体的项目必须提交实验方案，由管理员或相关负责教师审核，方案合理、思路清晰，审核通过后可以预约。这样，可以确保所有实验室进行的实验是有意义的，有利于学生创新能力的培养。实验期间，如果某个实验半途而废或者实验者不按规定使用仪器、爱护实验室，则取消该生或该组所有相关人员在实验室实验的资格。

3  开放容量

实验室的容量，除了预约的人数外，还要考虑实验室在读的研究生人数，控制开放实验室的每间实验室的每天最大容量，建议每天每间实验室的总人数控制在6人次，以保证实验用品及实验空间的充足。

四  结束语

开放后的实验室，利用率大幅提升，几乎无间断利用。预约系统为实验室的利用率奠定了基础。实验室每年接待本科毕业论文学生40人，其中优秀毕业论文学生2人；支持各级大学生创新实验竞赛8～10项、大学生创新创业训练计划项目5～8项。学生依托实验室发表论文2～5篇。

实验室的开放，为华北理工大学本科生锻炼动手能力、培养创新能力搭建了一个良好、先进的平台，让学生可以接触到相关学科最前沿的研究进展，了解学科的发展方向，从而建立正确的学习观、价值观，树立远大的科学理想。创新能力的培养，将为他们今后步入社会打下坚实的基础。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.深化高校创新创业教育改革有关情况[EB/OL].（2019-10-10）.http：//www.moe.gov.cn/fbh/live/2019/51300/sfcl/201910/t20191010_402414.html.

[2] 吴遵秋，龙月蓉，孙见飞，等.高校开放实验室完全开放模式的探讨[J].实验室科学，2018，21（4）：188-191.

[3] 孟国忠，农春仕.高校大型科研仪器设备开放实验室建设的实践探索——以南京林业大学为例[J].中国林业教育，2020，38（6）：13-16.

[4] 刘兆芳，卫广红，钱方.高校开放实验室设备信息化管理的探索与实践[J].农产品加工，2018（8）：83-85.

[5] 王见，黄超，王丽丹.学院级开放实验室管理系统的建设与实施[J]].实验室研究与探索，2019，38（1）：228-231.

[6] 王海，韦才寿.基于高校实验室管理的开放实验室系统的设计与规划[J].中国高新科技，2021（9）：159-160.

[7] 黄镇建，陈泓昌.基于二维码的开放实验室预约系统[J].现代计算机，2020（18）：156-160.

[8] 谢芸.本科院校培养创新型人才与开放实验室建设的探究[J].文化创新比较研究，2020，4（13）：167-168.

[9] 顾兴海，刘滨，宋歌.基于体验式学习的实验室安全教育探析[J].实验技术与管理，2021，38（8）：261-264.

基金项目：河北省2019年科技计划项目“采矿迹地生态经济系统重建研究与示范”（19224204D）；华北理工大学2018年度教育教学改革与实践项目“基于提升学生创新实践能力的矿区生态修复实验室开放管理研究”（Y1831-04）

第一作者简介：许永利（1974-），男，汉族，河北定州人，博士，副教授。研究方向为矿区植被恢复与重建研究及实验室建设与管理。