新工科背景下化工类专业开放性实验教学改革与研究

摘 要 新工科建设背景下，结合地方高校化工专业人才培养要求，立足潍坊科技学院发展现状，深化实验教学模式改革，大力开展开放性实验教学，引进优秀的实验教学师资，构建完善的实验教学体系。通过创新和改革，培养具备较强创新意识和实践动手能力的新工科人才。

关键词 新工科；开放性实验；教学改革

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）19-00-03

0 引言

近年来，新工科建设成为我国高等教育的重要议题。2017年初，《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》发布，指出新工科是一种全新的工程教育理念，是工程教育改革的重要方向和重大举措，它代表了工程教育发展的新趋势，旨在应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，推动高校落实国家战略和满足经济社会发展需求，加快培养一批符合产业升级和技术创新需要、具有国际竞争力的高水平人才。新工科要求学生应当具备扎实的学科理论知识，较强的创新能力，能够将专业理论知识、创新实践能力以及工程应用能力相互融合。

各高校应根据自身的特点和优势，主动寻求突破口，积极推进符合自身定位和区域发展特色的实践教学改革，帮助学生不断提高实践能力和创新能力[1]，以更好地适应经济和产业的发展。

开放性实验教学在国外许多高校得到开展与实施，20世纪60年代初美国首次提出开放性物理实验教学改革的理念。例如，明尼苏达大学机械工程系的项目设计课程和英国高校的实验课程都体现出开放性实验教学的特色，强调学生的自主实践和创新能力培养。1979年，我国西安交通大学黄嘉豫教授率先提出了开展开放性实验教学的倡议。开放性实验教学是通过全面开放实验室或者部分开放实验室，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新意识与创新能力[2]。开放性实验教学模式可以提高教学质量，是高校实验教学改革的必然趋势。笔者在开放性实验教学方面进行了以下方面的探索。

1 提出合理的改革措施

1.1 提出具体的实验教学改革方案

实验教学是国家课程方案规定的重要内容，是培养创新人才的重要途径。组建开放性实验教学团队，开发实验教学信息化管理系统，修订培养方案中的考核指标，提出合理的开放性实验教学改革方案，完成从传统实验教学模式向开放性实验教学模式的转变。

1.2 建设开放性实验室

开放性实验教学需要场地，需要提升时间和空间上的自由度，所以在开展开放性实验教学期间，实验涉及的仪器、设备均全天开放预约使用，以便于学校合理安排时间[3]。实验室的开放解决了实验课的设备数不够、学生人数多、动手机会少等一系列问题，推动实验教学资源利用最大化。另外，在开放性实验教学过程中，能够发现实验教学环节中不够完善的地方，进一步补充实验所需的仪器数量，推动实验室的建设[4]。

1.3 建立一支理念先进、学术水平高的实验教学队伍

人才培养理念需从传统工科向新工科转变，潍坊科技学院通过制定一系列制度，加强实验教学队伍建设，鼓励具有博士学位的教师加入实验教学队伍，让他们担任指导教师，形成一支教育思想先进、科研意识强、勇于改革创新、实验经验丰富的高水平师资队伍。高水平师资队伍可以引领实验教学改革方向。

1.4 构建完善的开放性实验教学体系

结合学校的实际，通过对开放性实验教学进行探索和实践，改进教育理念，将实验教学改革作为教学改革的重要内容。在制定培养方案时，确保实验教学内容与国家课程标准相统一，将创新教学纳入其中。进一步优化实验教学中心运行机制，建立实验室管理平台以方便师生选课；对本科生开放部分实验室，充分利用实验室资源，提高实验室使用效率[5]。

2 开放实验室的措施

2.1 配套实验室开放资金

针对开放性实验教学项目，专门设立配套的实验资金，采取先申请后立项的形式，资金按时拨付，以利于项目的开展。项目由项目负责人全权负责，并带领学生参与，组织项目团队，确保开放性实验教学的顺利开展。

2.2 采取实验课预约制度

借助实验室教学管理平台，对本科生开放实验室，可以提前预约，鼓励学生利用课余时间进行实验探究，使他们能根据自己的情况合理安排时间，从而有助于学习专业理论知识，提高实践能力和创新能力。对于报名参加各类科技竞赛的学生，优先安排实验室，并指定专门教师辅导，充分利用实验室现有资源帮助他们备赛。

2.3 联合课题项目开放实验室

根据实验室的现状，梳理实验室的仪器设备，动员有兴趣、研究积极性高、专业理论扎实的大学生加入教师的课题组，让学生理论联系实际，提高理论应用和解决实际问题的能力。课题来源一般有两种，可以是实验室开放项目，也可以是教师的科学研究项目，指导教师和学生采用双方自由选择的方式。在项目研究过程中，发挥指导教师在项目推进中的主导作用，同时也发挥学生的主体作用，提高学生的实践能力，激发他们的创新意识，实现教学相长。

3 开放性实验教学的步骤

3.1 学生自拟题目

实验项目选题应当与社会生产实践结合起来，学生可参与教师的科研项目，根据教科研项目内容进行选题，选题要有新颖的思路，以解决实际问题为目的，同时具备一定的创新性和探索性。

3.2 学生自行设计实验方案

学生根据预定的实验题目分析实验的基本原理，查找、阅读相关文献和资料，教师引导学生提出设计思路，写出详细的实验方案。

3.3 教师审查方案并进行修订

教师仔细阅读学生的实验方案，对学生进行引导，对设计方案不完善或者不合理的地方，指出存在的问题，引导学生思考，分析原因，并帮助他们设计出新的方案，对设计较为完善的实验环节，教师给出肯定意见。教师与学生反复商讨后，确定可行的执行方案[3]，并指出实验环节中有危险的环节，确保实验安全。

3.4 学生开展实验

根据最后敲定的实验方案开展实验，确定所需的药品、仪器和设备，教师给予一定指导。在教师指导的前提下，学生自行配制溶液、安装实验装置、装配调试仪器，并做好原始数据的记录，观察实验现象并及时记录下来，充分激发学生的探索精神。

3.5 撰写实验报告

学生运用所学的专业理论知识分析在实验中获得的数据，结合所观察到的现象处理数据，完成一份详细的实验报告。

3.6 教师汇总结果

在开放性实验教学项目结束后，教师对实验中出现的问题进行总结，对不合理的地方提出改进意见。并从设计方案、综合实践技能、实验结果处理、参与度等方面给予一定的评价，考核学生的科学实验能力，总结经验，为学生下一步的科学研究工作打下基础。

4 教改效果

4.1 实验室开放力度加大

构建良好的实验室开放环境，从封闭式管理逐步走向开放式管理，把实验室的现有资源进行整合，提高实验室和设备的利用率。

4.2 把科研项目带进实验室

在应用型本科院校教学中，为了培养电化学方向专业的创新型人才，教师应当改变传统电化学专业实验的教学理念，推进开放性实验教学改革。因此，鼓励学生参与开放性实验教学，以加深他们对专业课程知识的理解，引导学生独立思考，培养学生的创新能力，为学生将来继续深造和从事相关研究工作积累经验[6]。例如，可以利用电化学工作站开展新型电极材料研究，学生创新能力得到提升，教师科研水平得到提升。

4.3 学生参加各类竞赛

开放实验室为学生提供了参与各类科技创新大赛的机会，成为学生备赛和自主实验的场所，学科竞赛被视为促进学生能力提升的重要载体，通过参与竞赛，促使他们主动学习和提高创新实践能力，这种方式提高了实验教学质量，有助于培养创新型人才。

5 深远意义

5.1 推进优质实验教学资源共享

通过研究地方院校开放性实验教学实践，将优质实验教学资源有效整合并利用网络进行共享，提高实验室和设备的利用率。

5.2 完善实验教学体系，深化实验教学改革

目前各高校实验教学中仍存在学生兴趣不高、资源配置不合理等问题，没有形成复合型人才培养的实验教学体系。建设开放实验室，把课内实验和开放性实验教学资源进行整合，可以完善实验教学体系，适应开放性实验教学改革和创新的需要。

5.3 提高创新能力，培养创新型人才

培养创新型人才是高等院校的重要任务。传统的课堂实验限制了学生创新性思维的培养，开放性实验教学为培养学生的创新能力提供了新的解决思路和方案。鼓励学生创新，引导学生从多维度思考问题，把理论知识与实际问题联系起来，提高创新能力[7]。

6 结束语

新工科建设背景下，潍坊科技学院化学工程与工艺专业充分发挥省级特色学科的优势，充分利用学校实验教学资源，以培养学生的创新能力和综合设计能力为目标，推动开放性实验教学改革。开放性实验教学改革经过教师不断的努力，取得了一定的教学成果，进一步缩小了与其他高校的差距，从教师队伍、开放内容、实验平台、管理制度以及评价体系等诸方面建立起适应新工科人才培养需求的体系。

实践表明，开放性实验教学在激发学生科研兴趣、提高实践操作能力、培养团队意识和创新能力方面取得了显著成效，主要体现在参与教师科研项目、参加国家级大学生创新大赛、发表论文、申请专利等方面。开放性实验教学可以与企业合作，将企业的实际问题引入实验室，推动产学研一体化。总之，开放性实验教学对于培养学生的综合素质、创新能力和实践技能具有重要作用，是高等学校实验教学改革的重要方向。应通过建立开放性实验教学改革试点，使开放性实验教学模式在应用型本科院校各专业逐步普及。

7 参考文献

[1] 吴懋亮，郎咸集，宋明，等.新工科背景下大学生创新能力培养途径和实践[J].创新创业理论研究与实践，2020，3（19）：147-148，151.

[2] 张望，白英，梁丽芳.面向新工科的高校创新型人才培养路径探究[J].高教学刊，2019（7）：4-7.

[3] 王海鸥，叶飞，程化，等.依托开放性综合实验培养创新型工科人才[J].中国现代教育装备，2020（7）：112-114.

[4] 何炎明，王宏斌，戚康标，等.以创新能力培养为核心实施开放式研究性实验教学[J].实验室研究与探索，2009，28（6）：201-203.

[5] 阳鹏飞，侯三英，颜雪明.新工科背景下化工专业深化人才培养模式改革的探索与实践[J].广东化工，2021，48（12）：227-228.

[6] 丁莉峰，程雪松，李松栋，等.应用型本科院校开放性实验的改革与探索：以电化学方向为例[J].实验室研究与探索，2018，37（4）：170-173.

[7] 张宁，王树臣，杨峰.应用型本科高校实验室开放途径、模式与运行机制研究[J].新课程研究，2015（11）：82-83.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0

*项目来源：潍坊科技学院2021年校级教学改革项目“新工科背景下化工类专业开放性实验教学改革与研究”（编号：202120）。

作者简介：刘金秀、孙晓丽，副教授；冯丽娟，教授。