开放性实验室建设的探索与思考

蒲保兴

开放性实验室建设的探索与思考

蒲保兴

(邵阳学院信息工程系，湖南 邵阳 422001)

实验教学是工程技术类高校培养方案的一个重要教学环节，是培养学生创新实践能力的必要手段，实验教学方法的改革是目前高校面临的一个重要课题。在剖析了传统实验教学模式存在的问题的基础上，给出了开放性实验室的功能定位，论述了开放性实验室建设的重要意义，指出了建设开放性实验室需要着重解决的问题和解决的措施。

开放性实验室；建设；探索

0 引言

实验教学是工程技术类高等学校培养方案的一个重要教学环节，是实现应用型人才培养目标的一个必不可少的教学进程。改革实验教学模式、加大实验教学力度、提高实验设备的利用率是目前工程技术类高校实践教学改革的一项重要内容。实行开放模式的实验教学是一种行之有效的改革措施，它有利于培养学生的自主学习能力，有利于学生运用有限的实验资源从事实践创新活动，有利于充分调动学生的主观能动性，培养其创新思维，提高其创新能力[1-2]。由于它是一种新型的教学模式，目前正处在尝试阶段，尚没有成熟的经验可借鉴，也没有现行的规则可遵循，无论从理论研究、还是实践研究均处在探索阶段，从而建设好开放性实验室将面临许多困难。有一些院校已在初步尝试实行开放模式的实验教学，但大都处于试验阶段[3-5]。本文剖析了传统的实验教学模式存在的缺陷，论述了开放式实验室的功能定位，阐明了建设开放式实验室的意义，提出了建设开放式实验室应着重解决的几个问题。

1 传统教学模式存在的缺点

在工程技术类高等院校的教学体系中，有理论教学、实践教学两大组成部分。实践教学包含了实验教学、课程设计、毕业设计和毕业实习等教学环节。其中实验教学在培养创新型、实践型人才方面具有极其重要的地位，它不仅能让学生验证、巩固、加深理解理论教学的知识点，同时也是培养学生的动手能力、创新能力的有效手段，是触发学生创新思维的重要源泉。在传统的教学模式下，开设一门课程的教学方式呈现如下：教师在课堂内讲授理论知识点，与之同步的是布置一定数量的课内作业和课外作业，并安排一定数量的实验。学生必须在规定的实验课时间和指定的实验室去完成实验，且开设的实验以验证型居多。教师在学生动手做实验前先布置实验任务，并通过课堂讲授或发放实验指导书的方式解析实验原理、操作步骤、注意事项等内容。这种方式不仅限制了学生接触实验仪器设备和熟悉实验环境的机会，而且学生在实验过程中一般根据实验指导书来按部就班进行操作，难以较好的理解和掌握所学的知识点，更谈不上创新能力的培养。一般来说，学生为了熟练掌握一门课程的内容，除完成教师规定的练习外，还需要不断地温习功课，通过完成大量的课外作业来巩固所学的知识内容。在传统的实验教学模式中，对于实验教学这一重要环节，由于其特殊性，必须要在实验室借助仪器设备才能完成，而培养计划规定的实验均是在实验课内完成，学生无法重复或反复地演练，也没有安排课外实验。而目前高校所开设的课程中，实验课时相对较少。因此，这种传统的教学模式不仅束缚了学生有效地掌握课程内容，也限制对学生的动手能力和创新能力的培养。

加大实验教学的力度，是增养学生实践能力、创新能力的有效手段。一方面需要增加课内实验项目和实验课时；另一方面，在学生完成课内实验的前提下，增加课外实验，尤其是综合性、设计性和研究性实验。这些实验的实验准备和实验过程需要较长的时间，放在实验课内完成不太现实，最好放在课外完成，适宜于采用开放式实验的形式。

2 开放性实验室的功能定位

开放式实验教学模式遵循建构主义教学的理论[6-8]，强调学生自主学习的重要性。开放式实验教学也是实施大工程教育的有效手段[9]。开放式实验教学模式是培养学生自主学习能力的有效途径，其目标是提高教学质量，在培养学生的过程中充分体现学生的“自我管理”、“自我成就”的特征，从而增强学生的自主学习能力，最大限度地培养学生的动手能力、创新实践能力。国家教育部门非常重视开放性实验在教学改革中的作用，已将其列入普通高等学校教育教学水平评估的指标体系。建设开放性实验室是实现开放实验教学的首要条件，开放性实验室的功能定位如下。

2.1开放性实验室应能承担普通实验的教学任务

有些高校是把开放性实验室与普通实验室区分开来进行建设，这在学校资金允许的条件下是可行的。但是，这样做可能会导致硬件资源的重复建设。一种有效的途径是在普通实验室的基础上，通过软、硬件资源的建设，使之成为开放性实验室。这样，一方面，实验室既具有普通实验室的功能，能承担课堂内的教学任务；另一方面，在没有课堂教学任务的情况下，对学生开放，承接开放性实验。其开放的时间包括正常工作时间内的无实验时段，以及晚上、节假日和寒暑假。这种方式既可节约成本，又能提高资源的利用率。

2.2以综合性、设计性和研究性实验项目为主要

开放内容

实验室开放不仅是延长实验时间，让学生随时使用实验仪器设备，而更为重要的是注重创建开放实验项目[10]。实验室的开放不单指的是时间上的开放，还应注重实验内容的开放。一方面，学生可以在开放时间内重温课内实验，补习在课内没有做到位实验项目。另一方面，应鼓励学生在开放时间内完成综合性、设计性和研究性的实验项目。在建设过程中，应注重构建教学资源，创建一定数量的综合性、设计性和研究性实验项目，以便于学生进行选择。应鼓励学生参与到教师的科研项目中去，在教师的指导下，创建研究性实验项目。还可以在学生掌握了一定的实验技能后，让学生自行设计实验项目。

2.3开放性实验室应具有科研和教研功能

在传统的教学模式下，教学用的实验室一般不方便接纳教师从事科研或教研工作。这是因为教师从事这类工作一般在课余时间，而在课余时间实验室是不开放的。而开放性实验室的一个重要任务是为教师进行科研和教研工作提供实践的场所。教师可以把自己的科研项目划分成多个子课题，以研究性实验项目的形式分配给学生，并加以指导，学生可以在开放时间内完成研究性实验项目。开放性实验室还应能为学生完成校级、省级或国家级的创新性和研究性的实验项目提供实验场所。随着开放模式的实施，要求教师构建一定数量的开放性实验项目或指导一定数量的开放性实验，将会促进了实验教学的教研工作的开展。首先，迫使教师拓宽自己的专业知识，熟练掌握各种实验仪器的操作，并根据各学生的特长设计出开放性实验项目的教学资源。并需要正确地引导学生选择开放性实验项目，在学生实验过程中正确的指导，使学生在教师的引领下自主地完成实验，从而大大地促进了教研工作的开展。

3 开放实验的重要意义

3.1有利于学生自主学习、创新能力、实践能力

的培养

采用开放实验室的模式，将能大大增加了学生的实验机会，学生可以根据自己的具体情况重做课堂内没有熟练掌握的实验，从而加强了学生基本功的训练。学生在开放时间内完成大量的设计性、综合性实验，可以更加深入地理解和掌握课程内容，培养学生的实践能力，并能实现对各门课程知识的融会贯通。通过完成创新型、研究型实验，可以培养学生的创新思维和创新能力，提高学习的学习兴趣，最大限度地发挥学生自主学习的潜能。方便教师运用多种教学方式，将教学过程从实验课堂内延伸到课外，将科研思想、科研方法、实验设计和科学技术的训练渗入教学过程。这种学用结合，全方位、开放型的教学模式不仅可以让学生的思维方式、学习能力和应用知识的能力得到充分发展，也能促进学生的创新品质和个性得到全面发展。

3.2有利于设备资源利用率的大幅度提高

由于传统的教学模式的限制，高校实验室的仪器设备的利用率普遍较低。在传统的教学模式下，学生的实验时间、实验管理员和实验教师的上班时间均为正常工作时间，而工作时间之外（晚上、节假日）实验室均不开放，从而造成了实验设备的闲置。而有些设备（特别是电子设备），由于换代频繁，其服役的周期较短，尽管仪器设备完好，还没有达到相应的额定运转工作时间，但由于设备过时，不得不淘汰。另一方面，有些专用实验室，仅为一个专业或一门课程设置，本身的实验任务就不重，连正常工作时间内均不需要运转，还有些专业实验室，一年只需开一个学期，且在一个学期内只需完成几个实验项目，从而造成了巨大的浪费。如采用开放模式，则可以把闲置的设备利用起来。

现对于一台设备的利用率进行如下估算，传统实验教学模式下，一年有两个学期，每个学期18周，每周5天，每天最多只能运转8个小时，在开放模式下，全年可以运转45周，每周有7天，每天运转12个小时，从而传统实验教学模式下一年内的设备的运转时间为：2学期×18周×5天×8小时=1440小时，而在开放实验教学模式下，一台实验设备全年的动转时间为，45周×7天×12小时=3780小时，可见开放实验教学模式的实验设备利用率是传输实验教学模式的的2.6倍。以上估算，还没有考虑传统实验教学模式下实验室没有安排实验课的情况。

3.3促进科研工作的开展

由于开放性实验室一方面可以承接教师的科研工作，还能为学生参与教师的科研课题研究创造了条件，从而促进了科研工作的开展。让学生参与教师科研课题的研究工作，不仅解决了教师科研工作人手少的问题，也能使学生尽早地得到科研训练。

3.4为实现“卓越工程师”培养计划了创造条件

“卓越工程师培养计划”是教育部为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》任务所制定的重大高等教育创新项目[11]。在培养目标上，它强调对学生创新能力和工程能力的培养。要求改革教学方法，文献[11]中提供采用“项目驱动教学法”，而开放式实验室是实现“项目驱动教学法的”提供了有效保证，从而为实现“卓越工程师”培养计划创造了条件。

4 开放性实验建设要解决的几个重要问题

4.1建立健全的开放制度

无论是开放性实验室的建设还是维持开放性实验室的可持续运行，均是一项系统工程，需要学校的各级管理部门齐心协力，协调管理，更需要教师和学生的共同配合，积极参与。首先要有一系列行之有效的管理制度，具体包括开放时间的管理、教学仪器设备的管理、实验耗材的管理、实验室环境卫生和实验室安全的管理。除此之外，还要有一套激励机制，确保教师积极投入到开放性实验教学中，学生积极参加开放性实验。

4.2重视教学资源的建设

开放性实验室的建设除硬件资源建设外，还必须大力开展软件资源的建设。不仅要有管理制度的建设，还需要进行教学资源的建设。需要调动教师的积极性，积极构建开放性实验项目，特别是设计性、综合性和研究性的实验项目。每一个实验项目均要有详尽的实验说明书，对实验仪器的工作原理，操作步骤和操作规程，应运用多种媒体的方式传递给实验者，可以采用文档、视频、课件等多种形式，要把所有的实现内容推送到校园网上，以方便学生学习。

4.3培养高水平的实验教学师资队伍

开放性实验教学与一般的课程实验教学相比，需要更高水平的实验教学队伍。不仅要求指导教师具有较高的理论水平和常用实验仪器设备的知识，还要刻苦学习和钻研，掌握最新的科研专业发展动态，及时更新知识，掌握更多更为先进的仪器操作技能，提高动手能力、分析问题和解决问题的能力，除此之处，还要具有创新精神和奉献精神，要能构建出新型的开放型实验项目，要有广博的知识体系，能及时解决学生在实验过程中碰到的问题，还要善于引导学生，激发学生的兴趣。

5 结束语

开放性实验方式可以弥补传统教学模式的不足，但建设好开放性实验性不是一件容易的事情，而且要使开放模式有效、持续的运转，需要学校各级部门的大力配合，除了出台有效的管理方案外，还与教师、学生的积极参与密不可分。如管理得当，方法有效，实行开放式实验教学模式将能大大地提高学生的实践力、创新能力，发扬学生的自我开拓精神，有效地培养成学生的自主学习能力。

[1] 张琪, 林向东. 高校“开放性实验室”的建设与探索[J]. 海南大学学报, 2010, 28(3): 279-284.

[2] 张曼, 宋桂珍. 高校开放性实验室的研究与探索[J]. 实验科学与技术, 2015, 13(1): 143-145.

[3] 曹艳萍, 马亚军, 霍文兰等. 实验室开放的探索与实践[J].榆林学院学报, 2010, 20(4): 87-90.

[4] 冯伟, 王华. 利用开放性实验室培养创新人才的探索与实践[J]. 实验室科学, 2009, (3): 179-181.

[5] 刘开茗, 王文莉, 王海. 计算机网络专业开放性实验室建设与实践研究[J]. 郑州铁路职业技术学院学报, 2015, 27(3): 44-47.

[6] 张建伟, 陈琦. 从认知主义到建构主义[J]. 北京师范大学学报, 1996, 50(4): 75-82.

[7] 罗礼进, 全宏瑞. 认知灵活性理论视野下的量子力学三层次教学模式探讨[J]. 牡丹江大学学报, 2009, 18(2): 105-107.

[8] 尹观海, 方燕红. 从认知主义到建构主义的知识观转烃与未来学习的变革[J]. 井冈山学院学报, 2005, 26(1): 117-119.

[9] 孙立民, 梁国业. 信息与计算科学专业实施大工程教育的理论与实践探索[J]. 软件, 2013, 34(5): 153-154.

[10] 耿新, 陈心浩, 姜臣林. 开放性实验室的建设与探索[J].实验室建设与科学管理, 2011, 30(12): 150-152.

[11] 李德才, 王俊. 关于培养“卓越工程师”的几点认识[J]. 研究生教育, 2011, 1(3): 53-57

Exploration and Consideration on Construction Open laboratory

PU Bao-xing
(Department of Information Engineering, Shaoyang College, Shaoyang 422001, China)

Experimental teaching is an important process of engineering and technical college training program, which is the necessary means to cultivate students' innovative practical ability. The reform of experimental teaching method is an important subject facing colleges and universities at present. This paper analyzes the problems existing in the traditional experimental teaching mode, gives the functional orientation of the open laboratory, expounds the significance of the open laboratory construction, and points out the problems that need to be solved in constructing the open laboratory.

Open laboratory; Construction; Exploration

TP311

: A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.02.002

湖南省普通高校教改项目“构建应用型人才培养的计算机中心实验教学平台研究与实践”

蒲保兴(1965-)，教授，博士，主要研究方向为网络编码和实验室教学改革。

蒲保兴(1965-)，教授，博士，主要研究方向为网络编码和实验室教学改革。

本文著录格式：蒲保兴. 开放性实验室建设的探索与思考[J]. 软件，2017，38（2）：06-09