建立开放式专业实验室 培养学生创新实践能力

潘太军, 贺云翔, 汪 涛, 胡 静

(常州大学 材料科学与工程学院，江苏 常州 213164)



建立开放式专业实验室 培养学生创新实践能力

潘太军, 贺云翔, 汪 涛, 胡 静

(常州大学 材料科学与工程学院，江苏 常州 213164)

专业实验室是高校实验室重要组成部分，在提高专业实验教学质量，加强学生能力培养等方面起着举足轻重的作用。现以建设腐蚀与防护专业实验室为案例，探讨开放式专业实验室建设并进行相应实践分析，阐述了开放式专业实验室在实践教学过程中针对不同实际情况所采取的分层次开放模式，提出基础实验指导式、专业实验分散式、创新项目自由式开放及适度对外开放，鼓励学生创新和实验室与企业双赢，并论述了实验室建设中所面临的专职实验技术队伍建立与完善以及信息化管理实验室开放平台等关键问题及其解决方案和途径。

腐蚀与防护； 专业实验室； 开放模式； 管理系统

0 引 言

专业实验室是高等教育阶段高校实验室重要组成部分，在提高专业实验教学质量，加强学生能力培养等方面起着举足轻重的作用。专业实验室的建设、管理和实际运作水平不仅是高等教育办学实力的重要标志，而且也是高校教学水平、科研水平和管理水平的重要体现。开放式专业实验室正逐步成为各高校新兴实验室建设热点[1-3]；通过对专业实验室的开放，有利于学生的创新开发能力和工程实践能力的培养，从而更有效地提高人才培养的效率[4]。

1 专业实验室现状

腐蚀与防护是目前常州大学金属材料工程专业的主要研究方向之一。由于腐蚀与防护是一门涉及电化学、高分子材料、无机非金属材料、复合材料、表面处理等学科的综合性与实用性都很强的交叉应用学科[5]，该研究领域要求学生的知识面广，动手能力强。在教学过程中强化学生对金属腐蚀原理及各种防护方法理论基础知识理解的同时，充分发挥实践教学的作用，在培养和加强学生创新能力和工程实践能力方面就显得格外重要。在专业实验室建设的大背景、大前提下，腐蚀与防护研究所的建设依然存在着一些问题，有待解决和完善[6-7]。

(1) 专业实验室建设与实验教学体系不相适应。工科学生的创新能力和工程能力的培养与不断地接受实验技能培训是分不开的，通过实践才能培养学生的积极性、主动性和创新性思维[8]。然而在传统的腐蚀与防护教学中，理论教学往往凌驾于实验教学之上，绝大部分专业实验皆严重依附于理论教学的进度，造成学生在实验过程中常常处于被动状态，很难激起学习兴趣。此外，已设立的实验课程内容以基础性验证实验为主，缺乏相应的综合性、设计性和创新性实验。这种实验教学体系易割裂各个实验间的整体性、系统性和有机关联性，造成学生实验知识面狭窄、实验效果不理想，极大限制了学生独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，也不利于学生工程素质的培养，特别不利于开发学生创新性思维和实践能力。

(2) 对实验教学重视不够。传统的教学思维存在较为严重的重理论轻实验的思想，造成实验室教师在职称评定、待遇等方面往往处于不利的角色。一些专任教师片面强调理论教学的重要性，对实践教学不够重视，甚至有可能直接忽略了实践教学环节，未将实践教学摆放在和理论教学同等重要的位置，而且在实验教学改革意识、现代实验技术的运用能力等方面不能跟上专业实验室建设的需要，造成专业实验建设模式多年来无变化。

(3) 实验室资源配置不合理。各实验室之间缺乏协调性，一方面教学和科研急需添置仪器设备，而另一方面许多大型实验仪器设备分散闲置，不能形成科研整体优势。实验室设备维护不合理，老化严重，设备自动化程度较低，与现代互联网及物联网的时代要求不相符。此外，腐蚀与防护研究所目前仅对金属材料专业学生开放，没有面向整个材料、石化专业的学生，不能满足学生综合能力的发展要求，实验室难以成为各学科、科研思想交汇渗透的场所，不利于交叉学科、边缘学科的形成和发展，不能有效发挥专业实验室促进教学科研水平提高的有利优势，不利于实验资源共享和实验室仪器设备利用率的提高。

2 开放式腐蚀与防护专业实验室的建设

常州大学腐蚀与防护研究所始建于2010年，主要针对石油、化工、煤炭、海洋开发、交通、环境保护、航空航天等行业的腐蚀与防护问题，其重点研究方向为表面技术在装备腐蚀与防护中的应用。腐蚀与防护研究所从创建开始经过不断的完善和发展，目前承担着多项国家级和省部级科研基金项目，在教学和科研工作中发挥着巨大的作用，同时还承担着大学生创业基金等学生创新性项目的实验工作，为材料学院创新人才输出及常州大学素质教育实施提供了至关重要的保障。因此为了进一步完善和发展专业实验室，更好地解决专业实验室在发展过程中存在的上述问题。

2.1 采用分层次开放模式

开放式专业实验室正逐渐成为高校实验室建设的热点，也是新形势下实验室建设的重要发展方向。在专业实验室开放建设过程中，要始终坚持以学生素质培养为建设之根本，注重培养学生实践能力和思维创新能力。由于设立的专业实验性质、种类不同，师生对专业实验室的需求存在差异，因此开放模式也不尽相同，在实践教学过程中可采取分层次的开放模式。

(1) 基础实验项目的指导式开放。基础实验项目主要面向刚入学的学生，其目的在于提高学生实验基本技能，以演示性和基础性实验为主，如试样的抛光、金相观察等。由于学生个体之间实验基础和实验能力参差不齐，因此基础性实验项目采取指导式开放模式。实践过程中在实验教师的指导下，着重培养学生对基本实验方法和理论的掌握以及实验仪器的使用，逐渐熟悉实践教学的主要过程与基本方法。同时也应该注重加强对学生实验技能的训练，培养学生工程实践能力，为此专业实验室允许学生在闲暇时间内进行实验技能的培训，尽快弥补实验能力欠缺的不足，为以后创新精神和工程实际能力的培养奠定良好的基础。

(2) 专业实验项目的分散式开放。专业实验项目面向的学生已掌握一定的实验技能和方法，具备独立完成实验的能力，因此专业实验项目可采用分散式开放模式。专业实验项目是一个巩固专业知识以及实验技能的综合过程，具有实验技能综合性、实验操作独立性、实验过程可思考性等特点[9]，如电化学基础实验，表面工程前处理实验，腐蚀电位测量实验等。学生根据实验的具体要求以及实验室的条件写出详细的实验目的、方法和步骤后提出申请。经实验教师审查认为合理可行后，学生可独立在实验室完成专业实验，实验教师仅做个别的启发式和引导式辅导。分散式开放专业实验室侧重点在于提高学生运用实验技能分析解决问题，促进学生掌握科学的研究思维方式，培养学生初步科研能力和创新精神，进一步提高学生的实验技能和动手能力。

(3) 创新项目的自由式开放。对于高年级的学生，经过长时间的学习已经掌握了大量理论知识和实验技能，基础性和专业实验已经不能满足现状，设计性、综合性强的实验项目成为新的需求[10]，专业实验室对这类的实验项目采取自由式开放模式。创新项目是以专业实验室实验条件为基础，结合学科的发展前沿方向，检验学生运用理论知识和实验基本技能解决实际问题的最佳方式之一，其目的在于培养学生综合分析能力、思维创新能力、工程实践能力以及严谨而且细致的科研作风。譬如腐蚀与防护研究所设立的导电聚合物涂层对不锈钢、铜等金属的防护性能研究等课题，学生可自由进入实验室进行查阅文献、设计实验方案、开展实验并处理实验数据等实践，通过这些实践可有效提高学生对学科发展方向和科学研究的认识。对于兴趣广泛、学习成绩优秀且具有一定科研能力的学生，专业实验室为其参加的校内外创新科技大赛、发明比赛以及申请创新课题等提供有利场所。专业实验室同时也将教师的科研项目向学生开放[11]，积极吸引学生参与到科研项目中来，让学生较早接触科研项目，从中体会科学研究工作的内涵，掌握科学研究的一般方法，从而培养学生工程素质。

(4) 适度对外开放。专业实验室不仅是理论知识验证和科技创新的重要场所，也是服务社会、服务生产的窗口，所以专业实验室可适度对外开放。充分利用自身资源为企业举办专业技能培训，与生产、科研部门建立横向联系，合作科研项目，开发新产品等等。将更多的科研成果应用于生产，为企业技术改造和科技创新提供技术支持。专业实验室在适度对外开放的过程中分充分利用社会和企业的教育资源，大力开发产学研结合的实践教学基地，从而使学生基本实践能力与操作技能、专业技术应用能力、综合实践能力与创新能力得到有机的结合。在不断的对外开放中，专业实验室与企业共同发展实现双赢，同时也给学生和教师更多开阔眼界的机遇。

2.2 建立和完善创新型实验技术队伍

教师的素质直接影响到人才培养的质量，开放式专业实验室对实验教师本身也提出了更高的要求。实验教师所面对的是学生在实验过程中提出的动态问题，为解决这些动态问题，实验教师需要具备扎实的理

论功底和面对新问题所具备的灵活应变能力。因此，实验室技术管理指导队伍建设成为开放式专业实验室建设的关键。

实验技术队伍要不断更新观念，以全面提高教师的整体素质为核心，培养造就一支具有较高理论素质、较强动手能力、既熟悉实验设备性能，又能熟练操作这些实验设备、能适应学科和专业发展需要、具备实施培养具有显著工程实践能力的创新人才的高素质实验队伍。对实验教师定期进行业务培训也成为必要，以提高其理论水平和业务水平。此外也鼓励具有丰富理论水平的理论教师参与到实践教学[12]，允许其根据自身理论课程设计相关专业实验，鼓励多学科交叉融合，打破传统的过于简单化或程式化的验证实验和演示实验的实验模式。让专业实验室更好的为学生创新能力和工程实践能力培养服务。

2.3 建立信息化开放平台

信息化专业实验室开放平台是专业实验室开放建设中最有效的方式，可较好地解决实验室的开放时间、实验课程、实验项目和实验研究课题相互冲突问题，能够提高专业实验室的工作效率和设备利用率，实现资源共享、发挥专业实验室作用满足不同层次学生实践教学需求、保证实验室内部安全减少不必要的器材损耗、提高实验教学质量，培养学生工程实践能力、创新能力及团队协作精神。

计算机技术的发展为信息化专业实验室开放平台的建立提供了有力保障[13-15]，信息化专业实验室开放平台除了一般信息管理系统基本功能外，还具备门禁[16]系统、监控系统及实验设备控制系统等功能。其中门禁系统负责对进出实验室的人员进行身份识别以及进出情况的记录；监控系统负责对实验室的活动情况进行监控；实验设备控制系统负责为使用者提供指定的实验设备。所有这些系统整合在一起，就构成了全新的高校信息化专业实验室开放平台。

图1为信息化腐蚀与防护研究所专业实验室开放平台流程图。如图所示，实验开始前学生和教师等校内用户可根据自己的实际情况，在网上预约实验时间和实验项目，校外用户亦可通过有偿的方式向专业实验室申请使用权限。这样不仅能够提高实验仪器的安全保障，且能够使设备资源得到充分利用；管理员可根据申请人的实验技能水平将实验室使用权限下放；门禁系统对申请人身份合法性进行确认后，设备管理系统会根据设备使用情况分配申请者需要使用的仪器设备；监控系统会全程监控实验进程以及实验设备使用情况。从而达到专业实验室开放式管理的目的，提高实验室利用率的同时，又充分维护实验室的安全。

图1 信息化专业实验室开放平台流程图

3 结 语

专业实验室的开放是实施素质教育, 培养学生创新精神和工程实践能力的重要途径，也是顺应高校实验室建设改革的必然趋势。腐蚀与防护研究所结合学科实验教学体系、内容、方法、手段等构建分层次科学合理的开放模式，推动培养学生的创新思维能力和工程实践能力, 全面提高教学质量和实施素质教育的教育目的。开放式专业实验室建设是一项系统工程,还涉及实验室资源的配置、实验队伍建设、科学规范的管理制度建设等,建设专职的实验技术队伍和信息化专业实验室开放平台是实验室开放的必要保障。在高素质腐蚀与防护人才需求激增的形势下，如何发挥开放式专业实验室的职能，培养合格的具有显著工程实践

能力的创新人才，教学改革和实验室建设任重道远。

[1] 刘向阳, 郑海务. 专业实验室建设与改革实践[J]. 实验室研究与探索, 2010, 27(2): 145-148.

[2] 苗艳丽．关于提高学生创新精神和实践能力的对策研究[J]．实验技术与管理, 2003, 23(2): 8-10.

[3] 高冬梅, 张民生, 洪 波．环境微生物综合实验教学的改革和实践[J]．实验室科学, 2011, 14(3): 53-55.

[4] 钱小明. 高校实验室开放管理机制的探索与实践[J]. 实验技术与管理, 2013, 30(11): 40-42, 49.

[5] 董玉华. 《腐蚀与防护》专业课教改探讨[J]. 中国科技信息, 2009(6): 210,214.

[6] 汪冬梅, 凤 仪, 刘家琴. 金属材料工程专业实验教学改革探讨[J]. 合肥工业大学学报(社会科学版), 2009, 23(1): 26-29.

[7] 吴海江, 刘龙飞, 唐果宁，等. 金属材料工程专业综合创新实验教学改革研究[J]. 当代教育理论与实践, 2013, 5(7): 109-111.

[8] 赵士杰, 赵庆海．论工科大学生科技创新能力的培养[J]．高等教育研究, 2008(15): 145.

[9] 徐洪珍, 李茂兰．大学生科技创新能力培养的探索与实践[J]．东华理工大学学报, 2009, 28(3): 294-297.

[10] 施鼎方, 徐竟成, 朱毓秀. 开设综合性实验项目，促进创新能力培养[J]. 实验室研究与探索, 2012, 31(8): 85-87.

[11] 张润锋, 李运涛, 陈 亮，等. 从科研训练和科研立项内容开发综合性实验教学项目[J]. 实验技术与管理, 2013, 30(11): 37-39.

[12] 卢立红. 论专业实验室教师的素质教育[J]. 实验室研究与探索, 2007, 26(6): 130-132.

[13] 吴能表，田 红，黄 麟，等. 加强本科实验教学的探索与实践[J]. 实验室研究与探索，2005，24(11)：74-76.

[14] 卢 娜. 高校实验室信息化管理[J]. 实验技术与管理, 2007, 24(10): 377-378, 384.

[15] 许 丹. 智能化实验室教学管理模式[J]. 武夷学院学报, 2011, 30(6): 81-84.

[16] 宋大雷, 彭利军, 王明泉, 等. 教学开放实验室建设的探索与实践[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(3): 338-341.

把促进公平作为国家基本教育政策。教育公平是社会公平的重要基础。教育公平的关键是机会公平，基本要求是保障公民依法享有受教育的权利，重点是促进义务教育均衡发展和扶持困难群体，根本措施是合理配置教育资源，向农村地区、边远贫困地区和民族地区倾斜，加快缩小教育差距。教育公平的主要责任在政府，全社会要共同促进教育公平。

——摘自《国家中长期教育改革和发展规划纲要》

Set-up Specialized Laboratory to Cultivate Student’s Innovation and Practice Ability

PANTai-jun,HEYun-xiang，WANGTao,HUJing

(School of Material Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China)

In view of the present problems of college laboratory construction that theory teaching outweighs experiment teaching, the experimental classes focus on basic verification and lack of comprehensive operation, laboratory resource allocation is in lack of coordination, the experiment teaching reform consciousness and modern experimental technique applying ability of the experiment technical group cannot keep up with the need of specialized laboratory construction, etc., this paper takes the establishment of corrosion and protection specialized laboratory as an example, the open construction of specialized laboratory are practically discussed and analyzed. This paper also provides some open models at different levels for different practicable laboratory conditions during the elaborated practical teaching process. It contains instructive model for basic experiment, distributed model for professional experiment, free model for innovative program which should properly open up towards enterprises, encourage students’ innovation, and it achieves win-win of laboratory and enterprise. Finally, these practical problems such as the establishment and improvement of professional experimental teams and the informatization opening platform of laboratory management and so on, are regarded as key issues, and corresponding approaches are given for the construction of specialized laboratory. Actual practice indicates that these countermeasures are effective in improvement of quality of scientific research and cultivation of students’ innovative spirit and practical ability.

corrosion and protection; specialized laboratory; opening model; management system

2014-07-22

潘太军(1977-)，男，江苏泰州人，博士，教授，研究方向主要从事金属腐蚀与防护理论教学和实践教学研究。

Tel. ：0519-86330095；E-mail：tjpan2005@gmail.com

G 482

A

1006-7167(2015)05-0238-04