开放物理教学实验室对创新人才培养的探索和思考

叶晓靖

(华南理工大学 物理教学实验中心，广东 广州 510640)

物理学是大部分工科学科的基础，而物理实验教学则是工程技术和基础物理理论的结合，是协助学生完成物理知识认知的途径。物理实验课程体系本身就是开放的：一方面它受益于现代工程技术的发展，在实验环境、实验设备等硬件上得以快速更新；另一方面可以推动教学水平和教学质量的提高，在实验内容、实验教学法等软件上形成良性互动。因此物理实验室的开放是符合物理实验课程发展规律的。

实验室开放，是给使用者提供一个灵活、方便的实验条件，通过实验室导师的指导或协助，让使用者创造性地完成实验研究，并使使用者和实验室都能从研究成果中互惠受益。

1 从创新人才培养看实验室开放的要求

与科研实验室不同，物理教学实验室是为物理实验课程服务的。现开设的物理实验课程是理工类本科生的必修课，是按学生的平均知识、能力水平设计的，既要照顾不同学科要求对物理知识掌握的程度，也要兼顾物理实验室能够大范围提供的实验教学环境，故未开放的物理实验室无法满足培养创新人才的需求。

现今的创新人才可以大致分为专业特长型、技术应用型和跨学科型，对创新人才的培养也要适应个人的特点而进行。

从专业特长型人才的培养角度出发，研究能力突出或者自我要求较高的学生是实验教学的开放对象，提供专业实验设备和实验室导师的指导对培养此类人才至关重要；从技术应用型人才培养的角度出发，实验室需要有针对性地、系统地提供与应用技术相关性较强的物理实验内容，并且实验的内容要涵盖基础性、综合性及设计性实验；从跨学科人才培养的角度出发，需要为实验室建立自主立项机制，鼓励实验室自主进行队伍建设、技术革新、设备引进与制作、行业交流、情报收集等方面的立项，引导建立可持续发展的实验室建设机制，使实验室走上特色建设之路。

基于以上分析，开放实验室应具有以下特点。

(1) 开放时间的灵活性。使用者可根据自己的实验计划到实验室预约登记，自主选择实验时间。

(2) 实验内容的不确定性。开放实验室为使用者提供功能强的实验仪器和良好的实验环境；在实验过程中，使用者可以根据实际情况作阶段性调整或修改实验方案；

(3) 实验室有偿对外开放服务性。实验室的资源在满足教学需求的前提下，对外开展有偿服务，可以解决实验消耗和值班人员的加班补贴问题。

(4) 实验室建设经费来源多样性。开放性实验室可以引入社会资源，减少学校投入，成为学生接触工程实践和学校对外合作的平台。

2 开放物理实验室对于创新人才培养的意义

2.1 实验室为学生提供课外科技创新活动的平台

华南理工大学自启动开放性实践教学改革以来，为支持学生课外学术科研项目的开展，每年拨出200万元作为“本科生参与课外科研实践训练计划”(SRP)的项目经费。学校通过设立国家级/省级创新创业实践训练项目、大学生课外学术科技作品竞赛、大学生创业计划竞赛、物理实验设计竞赛、电子设计竞赛等活动，检验学生的创新成果。在良好的学生课外科技创新氛围中，学生参加课外科技创新活动的热情高涨。

2006—2013年，我校物理教学实验中心实验教学团队年均承担校级SRP项目8项，每年直接受益的本科学生约30人。2006年至今，由实验教学团队成员指导本科生公开发表论文10篇。如果能将来自实验团队的指导和协助制度化，并通过对学生社团的帮带、催化作用，充分利用实验室平台辅助学生课外科技兴趣小组的活动，则受益的学生人数将会更多。

由此可见，学生开展课外科技创新活动对实验室开放有客观需求。通过为在校学生提供课外科技创新活动的平台，对创新型人才的培养有直接的作用。

2.2 实验室可作为学生备战科技竞赛的工作室

广东省大学生物理实验设计大赛，是为更好地激发学生学习物理学的兴趣，加强理论联系实践、提高学生的动手能力而举办的物理类实验竞赛。竞赛赛题在每年年初发布，本科生队伍需通过撰写论文、提交实验视频参赛。每年在全省高校的参赛作品中选择前30名的作品进入决赛，这30支队伍则在当年10月携带参赛作品参加答辩、现场测试等环节的激烈角逐，最终竞出一、二、三等奖和优胜奖。通过竞赛可以看出，参赛学生不仅具有扎实的物理基础知识，还具有良好的科学素质和创新能力。历届获奖作品都体现出参赛学生具有很强的对电子科学与技术、单片机技术、传感器技术等知识的综合运用能力。这对于本科生，尤其是许多二、三年级的学生，是非常难能可贵的。

2006—2013年，我校每年约有25支参加广东省物理实验设计大赛的本科生代表队接受物理教学实验中心团队的指导和协助。为了更好地提供参赛备战的条件，从2008年开始，物理教学实验中心利用实验教学条件为参赛队提供全面开放的集训工作室，我校也因此在后来各届物理实验设计大赛上获得4～6个奖项的优秀成绩，并连年被授予大赛“优秀组织奖”。

可见，要使一批能力突出的学生快速成长，关键是为他们提供超越基础物理实验层次的开放实验室。

2.3 开设物理实验通选课的尝试

现国内高校对通选课的划分主要参考北京大学“沟通论”的做法，即将课程划分为5个领域：数学与自然科学、社会科学、哲学、历史学、语言文学与艺术，主张理工科学生选修通选课程中经管、文、史、哲、艺类课程，而文科学生则选修通选课程中自然科学、工程技术类课程。实验类通选课现在主要在综合性大学中开设，目的是提供文科学生或者理工课基础薄弱学生相应的实践教学环节，仍然属于“沟通论”范畴[1-4]。

物理实验课是高等学校理工科类专业对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。按教学计划的设置，本科生在一、二年级完成公共基础课和专业基础课后，才能在高年级进入专业课的学习。而在我校多年的教学实践中，有部分能力突出的本科学生在低年级时，已经有获得规范的科研训练的需求。一些国家级、省级的学生课外科技创新项目也要求申报人必须是二年级以下的本科生。

因此，客观上就有对以开展系统的科研训练为目的、以讲授当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术和以沟通各门理工学科内容为目的的通选实验课的开设需求。我校计划在必修的物理实验课与学生课外学术科技活动中间，设立一个开放性、探索性的实践教学环节，讲授现代测量测试技术、实验室常用仪器使用、数据分析与处理方法等内容。从而为这些能力突出的理工类本科生在今后进入各项创新实践活动打下基础；而实现这个中间实践教学环节最合适的途径就是开设通选实验课。

另外，开设通选实验课，可以促进实验室全面深入开放，做到实验内容设置与实验室建设、实验师资队伍建设相结合，教学改革与科研、学科发展紧密结合，力求在培养学生创新能力的同时达到对学生进行个性化培养的目的。

2.4 在开放与对外合作中双赢

一个具有特色的教学实验室，更应该将自身的价值通过示范作用对外辐射，例如在实验仪器通过计量认证的前提下，承接企业质量检测任务[5-6]。这样，开放性实验室既可以作为第三方检测机构提供具有法律效力的检测数据，又可以在日常教学中引入产品质量检验的实际经验，更好地将学生的学习内容与社会需求挂钩，促进实验技术的发展。

此外，通过引入社会资源成立校企共建实验室，对实验室而言，既可以整合校企优势资源，促进科技成果的转化，又可以对外承担企业的开发业务和技术人员培训任务，还可以在较少投入的情况下实现实验室建设的一步到位。对企业而言，既节省了研发、培训的投入，又可以共享高校智力资源，还通过实验室对在校学生开放，锁定了适用的技术人才，一举多得[7]。

长期被看作基础教学部门的物理实验室如能在对外合作中走出一条属于自己的可持续发展道路，则能充分发挥实验室开放的优势，达到双赢的目的。

3 运行和管理开放性实验室待解决的问题

虽然开放高校的教学实验室对创新人才的培养、对实验室自身建设、对社会都有利，但以教学为目标的开放实验室与以科研为目标的开放实验室在管理模式上是不同的，涉及到诸如数量大而单价相对低的仪器设备的借用管理、实验室准入管理、实验室开放时间的安排、实验室内工作成果的汇总管理等问题[8-10]。

3.1 开放性实验室管理队伍的建设

一个好的实验室管理团队，在学生课外创新活动中的角色应该亦师亦友：师者，在知识、技能上能给予学生指导；友者，在研究探索中能密切协作、平等交流。考虑到开放实验室的受益主体是接受创新实践训练的学生，因此负责开放性实验室管理的人员，也应该具有热心教学、知识面广、技术过硬、合作精神、创新思维等特点。在此基础上，再组合为学历、职称结构合理的团队，才能更好地发挥实验室在创新人才培养上的作用。而管理团队人员的组成则可以多样化，无论教学科研工作者、实验技术人员、工勤技能人才、研究生助教、短期聘用人员、学生志愿者等均可以成为开放性实验室的管理队伍一员。

在管理队伍的团队组合上，以实验室自身的成长和建设为目标，通过项目化方式组建的实验室管理团队具有工作目标明确、组合机动性强、考核和管理相对简单的优势，可以在后续的工作中进行研究和探索。

3.2 将管理信息系统引入实验室日常管理

目前，大多数高校实验室采用纸质登记本进行用户使用登记，实验室仪器设备的借取和交还、耗材的准备和发放等也主要依赖实验室管理人员的分立管理。但在开放性实验室中，分立的实验室管理方法在实验设备的预约、耗材的申请和发放上均不能迅速响应用户的需求，甚至制约了实验室资源的全面开放。

此外，如果开放性实验室没有有效的管理信息系统，实验室管理员就不能方便地统计出实验室或仪器设备的使用情况，不能实时统计耗材库存情况；实验室管理部门更无法跨实验室进行联网管理以实现资源综合调配，无法高效地对实验室资源的总体规划提供决策支持。虽然国内已经有部分高校开始采用管理信息系统进行实验室管理，但已有的管理信息系统往往只适用于专业实验室或者一般教学实验室[11-12]。

普通高校为师生提供实验、实践创新活动或研究式教学活动使用的开放性实验室，其特点是用户数量较多且流动性大，可使用的仪器设备较简单但功能组合多样，实验室开放时间灵活。因此，在管理上也立足于用户、实验仪器设备、实验耗材和开放时间等4个方面，一般以使用“人时数/学年”为评价或考核实验室和仪器设备的开放指标：(1)在用户关系管理上，注重通过实验室资源实现目标，实验室也要能给出相应的实验技能评价；(2)在实验仪器设备的管理上，注重仪器设备的数量、性能是否满足用户的需求；(3)在耗材的管理上，注重其仓管能力和配送能力；(4)在开放时间管理上，则专注于能否按需开放。

3.3 实验室管理系统的设计要点

以用户的预约记录为内在联系，可分别建立开放物理实验室的用户、仪器设备和耗材三大数据库，形成中央管理信息系统。中央管理信息系统通过外部接口和硬件控制器，与门禁考勤系统、实验室内部网络管理系统、用户终端系统组成开放性实验室管理系统。用户在预约时间用身份卡(ID)可激活管理信息系统的预约记录，实验室则实现门禁开放、耗材自动发放、指定仪器设备通电运作等功能。这些功能还可以在某些场合实现无人值守的开放实验室智能管理。

对实验室用户而言，可通过此系统对实验室仪器设备进行查询、操作位预约、耗材预约、数据远程监测、浏览操作手册等。对实验室管理人员而言，可通过系统对用户权限进行管理、对实验室仪器设备和耗材的需求情况进行统计分析、实现对实验室运行情况的远程监控。此系统既方便学生有效地利用实验室的资源，也便于管理员和教师了解学生利用实验室的情况，以便更好地改进实验教学方法。实验室主管部门还可以通过对开放性实验室管理信息系统的数据分析，对实验室资源进行总体规划建设。

4 结束语

在大多数高校，公共教学实验室的建设投入都是优先保证的，这意味着学校对教学实验室的期望也是很高的。但若公共教学实验室的功能只是局限于为开设的教学课程服务，那么就谈不上实验室开放，更谈不上培养创新人才。华南理工大学物理教学实验中心已经实现了面向竞赛和学生课外科技活动的实验室开放，并取得了一些成果。今后，我们还需要在通选型的独立实验课和实验管理队伍建设、实验管理方法上进行更多的探索和研究，为教学实验室的全面深入开放打下基础。

[1] 北京大学老教授教学调研组,张翼星.北京大学通选课的现状、问题和建议[J].现代大学教育,2011(2):96-101.

[2] 陈向明.对通识教育有关概念的辨析[J].高等教育研究,2006(3):64-68.

[3] 甘阳.通识教育：美国与中国[J].复旦教育论坛,2007(5):22-29.

[4] 梁文耀,陈武喝.基于创新能力培养的自主性实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索,2012,31(8):289-291，296.

[5] 孙虹.浅谈高校实验室认证后的监督与管理工作[J].实验技术与管理,2007,24(3):140-141.

[6] 李景奇.大学开放实验室国家计量认证的实践与发展[J].实验技术与管理,2005,22(3):15-18.

[7] 张国玲,高建军,刘新,等.从工科毕业生现状及企业需求看工程教育改革的必要性[J].实验技术与管理,2007,24(8):112-114.

[8] 王松武,刘日起,王安平.以DIY理念建设DIY实验室[J].实验技术与管理，2009,26(4):15-17.

[9] 董俊,甘伟明,袁炎成,等.继承、创新，打造高水平实验课[J].实验技术与管理,2009,26(2):27-29.

[10] 邓洪波,万吉娜，郭礼华.提高实验中心建设经费使用效益的思考[J].实验技术与管理,2009,26(1):110-112.

[11] 张渭军,何宏星,徐慧莲.实验室管理信息系统的设计与开发[J].计算机与数字工程,2010(5)：147-150.

[12] 倪晟.基于Web的实验室教学信息管理系统的设计及实现[J].实验室研究与探索,2011,30(1)：160-163.