基于应用型人才培养的开放实验教学模式改革探索与实践

王京港，张翠平，冯晓慧

（南京理工大学紫金学院 机械工程分院，江苏 南京 210023）

0 引言

在高素质的应用型专业人才培养中，实验实践教学是高等院校理工学科的关键环节，通过实验实践教学不仅能够使学生掌握实验的基本技能，提高实际动手操作能力，而且在实验过程中能培养学生实践能力和创新意识，分析问题、解决问题能力，同时可以培养学生科学求实的精神、严谨周密的工作作风和团结协作的精神，以便引导学生自觉进入探索知识和培养能力的角色[1-3]。课题立足于独立学院的办学特征及应用型人才培养目标，探索开放实验教学模式以及开放实验教学方法的改革，以期培养学生的实践创新能力，更好的提高实验教学效果，调动学生的学习积极性和主动型，提高学生实践能力，培养适合独立院校教育培养目标的应用型创新人才。

1 传统实验教学模式的不足

目前国内许多高校在教学过程中仍存在过分重视理论教学环节，而忽视实践教学环节，重视知识传授，忽视能力培养的倾向[1]。实验教学大部分是封闭式实验，学生只能按照教学安排的时间进入实验室，其他时间实验室不对学生开放，使实验教学受理论教学内容及教学进程的约束。测控技术与仪器专业有些课程如“测控电路”、“数字化测量”、“单片机原理”、“智能仪器设计”、“嵌入式系统设计”等工程实践性强，实验教学具有突出的地位，但由于实验课时有限，实验内容主要以验证型实验为主，设计型、综合型实验等比例低，科研训练少，学生自主进行实践的时间和项目很少，造成许多实验课教学方式是教师跟着实验指导书走，而学生跟着实验指导教师走，不利于学生创新精神和实践能力的培养。传统实验教学中存在的主要问题：（1）教学内容简单陈旧，且大多数是以验证性实验为主，缺少综合性、设计性、研究创新性等实验项目；（2）教学手段单一，教学方法落后，实验教学效果不理想。传统实验教学方法是按照制定的教学计划在规定的学时内按照自然班在规定的时间内完成实验。指导教师花大部分时间详细讲解实验目的、实验原理、操作方法和注意事项，学生则根据实验指导教师的要求按部就班地完成实验。整个实验过程中，学生不需要思考，限制了学生的思维，不利于学生分析问题解决问题能力与创新思维能力的培养；（3）实验教学成绩评定方法单一，缺乏客观性。传统实验考核方式的主要依据是实验报告，以实验结果的准确与否评定实验成绩，忽略了在实验过程中是否尝试使用新方法，是否通过学生自己独立分析解决问题的考核。这种考核方式难以激发学生的实验兴趣，造成学生对实验课程不重视，互相抄袭实验报告，任意修改实验数据等问题。

近年来，各高校都在不断积极探索和改进实验教学模式，以寻求最适合本校办学特色的实验教学方法。开放式实验教学能激发学生的学习兴趣，提高学生的实践动手能力和创新能力，成为应用型本科高校的一种新的实验教学模式，也是高校实验教学模式改革的热点[1-8]。

2 开放实验教学实验平台的搭建

开放式实验教学，是指高校实验室在时间、空间、内容和教学方法等方面对学生全面开放，让学生自主选择实验项目并进行实验学习和研究的教学方式，能为学生的主动学习提供一个良好的环境。实验室开放教学是一个系统工程，要做到真正的全方位的完全开放，需要较大的各方面的投入，为此，我们根据学生以及实验教学的不同的需求建设了两个开放实验教学平台，一是学生基础实验开放教学平台，二是学生科研、实践创新中心开放实验平台，两个开放实验平台相互支撑，对不同层次、不同类型的实验项目、以及不同需求的学生给予实验平台开放支持。

2.1 学生基础实验开放教学平台

立足于本科学生实验教学，针对相关专业课程中的基础实验的实践教学环节，建成测试与控制实验室、过程控制综合实验室、传感器综合实验室、仪器仪表综合实验室、单片机与嵌入式开发实验室。上述各实验室统一纳入基础实验开放教学平台的管理中来，教学平台各实验室采取定期开放和预约开放的形式开展实验教学活动。该基础实验教学平台主要针对各专业课程中基础型实验、综合型、设计型等实验进行开放，满足学生相关专业课程中的实验项目的开放实验实践教学要求。

2.2 学生科创中心开放实验平台

学生科研、实践创新平台是课堂教学的延伸，是理论与实践、知识与能力的融合，能全面培养学生的创新意识和创新精神。构建开放实验教学的学生科创平台，建立实验、科研、创新开发于一体的实验室或工作室，使学生有从事科技创新的场所，使自己从科学知识型向科学创新型转换。建立了一个全方位开放的测控产学研实验实践中心，主要面向大学生科技创新项目、大学生科技竞赛、毕业设计课题，第二课堂课题，校企合作课题等实践项目的开展，以鼓励和支持学生充分利用实验室的相关设备资源参加各类大学生创新、创业活动以及科技竞赛活动。创新实践平台全天候开放，在时间和空间上全面开放给学生，使得学生在课余时间有开展实践的场所。该实验中心按照工程实际的需要配备各种设施及相关的仪器设备，满足设计、开发、制作、生产的需求，满足学生对能力提升、科学创新能力提升的开放实验需求，如图1所示。

图1 学生科研、实践创新实验室

3 开放实验教学模式的实施

构建以应用型人才培养为核心的实验教学体系，根据实际的不同实验教学要求，按照专业课程不同的实验功能和教学目标，更新相关实验内容，开设基础理论与操作型实验、综合型、设计型实验、创新型实验三个层次的实验教学体系，把实验教学作为学生应用技术能力和实践综合能力培养的课程体系来建设。

3.1 针对不同的开放实验平台，提供不同的开放模式

基础实验开放教学平台下所属实验室提供预约开放登记制度和定期开放制度。实验室管理教师在每学期会提前给出各实验室可以提供开放的时间段，学生可以根据各自的课程进展以及课余时间进行网上预约，实验室管理老师根据学生的预约情况进行实验安排和实验设备的准备，每位学生必须至少完成该课程实验教学大纲规定的学时。同时，为了更好的吸引学生进入实验室进行自主项目的开发设计，基础实验开放教学平台下的所属实验室每周提供固定的开放时间，开放给学生，给学生提供动手实践的场所。学生科研、创新中心开放实验平台采取全方位的开放，在时间和空间上全面开放给学生，使得学生在课余时间有开展实践的场所。

3.2 开放实验教学内容建设和教学方式改革

实验内容和教学方法的开放，是开放实验教学的本质要求[4]。要打破原有的实验实践教学从属，依附于理论教学的传统实验教学模式，改变实验内容零散、重复的现状、优化实验课程体系结构。根据专业课程需求和社会应用需求，不断改革和创新实验教学内容，融入科技创新和科研项目，更新实验大纲和实验内容，构建实践环节各实验的三层次实验项目即基础型实验项目、应用型、综合型实验项目、创新型、研究型实验项目。改变传统的实验指导书，传统实验指导书大多是指导式，对学生在实验过程中每一步的操作都有详细的描述，使得学生只知道按照指导书接接线、拔拔线，对实验原理、实验方法都缺少认知，不能真正体现学生的动手实践能力，主体作用。改设实验任务书、项目任务书，通过布置实验任务，让学生结合理论课程内容，查找资料，认知原理、搭建电路、进行调试，得出结果，提高学生的文献检索能力，独立思考问题、解决问题能力，动手实践能力以及团队合作能力等。课题组对测控专业“测控电路”、“数字化测量”、“单片机原理”、“智能仪器设计”、“嵌入式系统设计”等课程的实验进行了开放实验教学内容的建设调整，构建了三层次实验项目，取得了较好的实验效果，受到学生的欢迎。教学方法上，要适应开放实验项目的需求，发挥学生的主体作用，教师转变角色，教师在实验过程中成为真正的引导者，启发学生进行思考，与学生一起探讨、解决实验过程中出现的实际问题，在学生实验的过程中发挥引导、督查作用。

3.3 改进实验成绩考核制度

实验成绩考核指标，除了实验报告和考勤登记外，还应包括实际操作能力、分析问题和解决问题能力，使实验成绩更能科学的反映学生的真实水平。针对不同性质的实验项目（如基础验证性实验、综合设计性实验、研究性实验，科研课题的实验等）建立相应的评价标准，从而既能有效考核学生的实践动手能力，又能在一定的程度上激发学生积极主动的参与到实验教学的活动中来，更加注重实验实践过程中间环节的考核。

3.4 建立完整的开放实验室管理制度

在学院原有的实验室管理规章制度下，进一步建立完整的开放实验室管理制度，使开放实验教学工作能够落到实处，顺利开展。利用信息化资源建立规范的实验室管理人员岗位工作日志，开放实验开展工作日志，实验仪器及设备使用登记日志、开放安全规则等日常管理规范，从而增强师生的责任意识。建立服务型的师资管理队伍，结合现代实验教学信息化管理，完善开放式资源共享的实验设备与实验室环境。与此同时，实验室开放学生辅助负责制，选拔优秀的专业学生进入实验室并给予实验室辅助管理的相关工作，让学生参与开放实验教学的日常管理和指导工作，包括实验室器材的使用记录、设备的维护管理、学生的开放管理等，既能提高学生的综合能力和科学素质，又能服务帮助其他学生，实践证明是一种有效的开放实验室实验教学管理方式。

4 开放实验教学实施结果

开放式实验教学的开展，有效地促进了实验教学改革的深入，通过建立的两个开放实验教学平台，提高了实验室和实验仪器设备的利用率，同时也有效的将专业教师融入到实验教学与管理中来，符合独立院校应用型人才培养的方向，符合我校大力推进教学改革及应用型人才培养目标的实践教学体系和创新教学体系的方向，促进了专业实践课程教学质量的提升。

将学生基础实验教学、科研项目、竞赛活动、课程设计、毕业设计等各个环节通过开放实验教学平台有效融合到一起，充分调动和提高了学生学习的积极性，参与的学生从大一新生到大四学生，覆盖了专业内各个年级的学生，全面有效利用了各专业实验室资源。依托开放实验教学，学生参加中国教育机器人大赛、西门子自动化杯大学生科技竞赛、江苏省交通应用技术大赛等各类竞赛获得特等奖、一等奖、二等奖等多项；毕业设计课题制作实物率达85%以上，同时学生积极申报校级大学生创新项目多项；申报江苏省大学生实践创新项目多项；同时还参与教师企业课题如气体检测控制器、机车用频率信号转换器、工业用多路继电器控制器等多项企业课题的开发与设计工作。通过开放实验教学使学生增加了对实验实践课程的学习兴趣，提高了学生的实践动手能力、分析问题、解决问题的能力，从而培养更多的优秀的应用型人才，增强了就业核心竞争力。

5 结语

实验室是高等院校培养高素质、应用型、创新型人才的重要的基地，是理论教学与实践教学相结合的主要载体，是衡量高等院校人才培养质量和办学实力的重要标志。开放实验教学模式对促进课堂教学改革，提高实践教学环节质量有着积极的意义，是对传统实验教学的一种创新，是应用型本科高校提升办学质量、提升学生就业竞争力的有效教学模式。实践表明开放实验教学使学生走进实验室进行动手实践，从而对实验室和实验教学的认识得到进一步提高，更加主动地参与实验，进一步思考实验的目的和意义，提高学生的动手实践能力、分析问题、解决问题的能力，从而培养更多优秀的人才。