实虚结合推进跨学科公共基础实验教学平台的建设实践

库夭梅，陈建军，陈志民，羊海军，劳媚媚

（华南农业大学 公共基础课实验教学中心，广东 广州 510642）

农科基础实验教学是培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”农科创新人才的入门关键环节，直接影响学校人才培养质量和办学层次[1-4]。我校是广东省高水平大学重点建设高校，人才培养目标是培养基本理论扎实、创新精神和实践能力强的高素质人才，现有95个本科专业，全日制在校本科生达4万余人。特定的校情和特殊的使命，对基础课实验教学改革提出了新要求、新高度。2004年学校在东区建设了独立的基础课实验教学大楼（东区实验大楼），面积 1.68万m2，实验用房178间。将数学、物理、化学、生化、生理、植物、遗传学基础、计算机基础、网络室、语音室、电脑制图等实验室整合优化统一管理，从行政上组建正处级实体教学单位“公共基础课实验教学中心”。以此为基础，2015年又设置 “通识管理训练中心”，实现一套配置支撑 2个校级实验实训中心大平台，并持续进行平台的功能深化与机制创新。本文将就中心“实虚结合”的改革与实践进行总结分析。

1 改革总体思路

成立公共基础课实验教学中心的宗旨是，夯实基础课实验教学质量，优化资源配置，提高办学效益。其定位是，成为立足农林生产实际、培养应用型人才的主体教学平台。核心目标是提升实验教学质量、培养学生创新实践能力、拓展实验室安全教育与对外服务。如图1所示，中心成立后采取了“五统一”的运行机制，即学校统一规划，教务处统一排课，实验中心统一调配人员、统一管理资源、统一开放实验室。管理导向上，实行教学与创新并重，全方位立体化运用信息技术等现代化手段管理实验室。如图2所示，围绕培养学生创新能力的核心目标，从搭建创新教育平台、建立创新教育内容体系、建立创新教育保证措施3方面整体推进“实虚结合”的创新创业实验教学平台建设，为学生个性化的自主学习创设一种开放的、主动的学习环境，并实现资源辐射共享。

图1 跨学科公共基础实验教学大平台体系

图2 “实虚结合”的创新创业实验教学平台体系

2 “实虚结合”搭建创新教育平台

中心组建以后，在实验室综合业务管理系统、实验室开放预约系统、课程网站、校园植物专题网站、生物虚拟显微实验室等 6类信息化项目方面进行建设。之后随着职能拓展及技术发展，相继开展了实验室安全与环保培训及虚拟仿真实验中心、实验室智能化管理、ERP等专类功能实验室建设，实现了业务数据内部共享和教学资源开放共享，提升了中心业务处置能力，提高了教学资源的开放共享效率，形成了以信息化推动实验教学与管理快速发展的鲜明特色。

2.1 研制实验室开放预约系统，提高实验室开放效率

受实验资源、时间条件、资讯信息等限制，实验室在开放使用过程中经常会出现某时段借用人多而应接不暇，某时段借用人少而资源闲置等问题，因此建立实验室开放预约和信息发布系统尤为必要，学生可以通过该系统详细了解所需实验室当前使用状况，合理调整自己的实验计划和安排[5-8]。

实验室开放预约系统自上而下是面向用户的表现层、功能层、支撑层、数据层与网络硬件基础设施层，采用 Browser/Server（浏览器/服务器）3层体系结构和采用SQL Server 2000数据库，用ASP技术实现。这种体系结构的实时交互性、异步性、信息广泛性等优势明显，学生可在任意网络终端打开预约信息填写界面，并将所填内容包括预约信息提交至服务器端的数据库，生成数据记录，永久保存。实验室人员会及时查询预约记录，并进行受理。

2.2 运用仪器设备网络管理系统

运用仪器设备在线管理系统对教学设备和物品进行分类管理、借还操作。自动完成所有设备明细帐、技术装备的统计管理；将自身的现有装备情况与配备标准进行比对，根据比对结果，按需要向上级主管部门提出购置申请；对于上级主管部门下发的仪器设备，自动接收下拨清单并自动验收记账。大大减轻了教师的工作强度，提高了工作效率。系统中各类设备拥有量统计、使用情况库存列表、尚缺清单情况、增减清单情况等均可随时上报，以便相关部门随时了解设备位置变迁、检修、运行状态等信息，提高了教师的办公效率、科研工作效率及对设备的管理水平和效率。

2.3 设立国家级实验教学示范中心“植物生物学基础实验教学中心”网站及实验室管理系统

中心建立了国家级实验教学示范中心“植物生物学基础实验教学中心”网站，用以及时对外发布相关信息，还可链接中心各实验课在线学习网站。中心建设的实验室管理系统的主要栏目包括“教学队伍情况”“教学条件情况”“开放实验室资源”“主要仪器”“实验室空间与布局”“教学内容”“实验大纲”“实验项目简介”“实验课程介绍”“教学方法与手段”“实验设计组织”“实验教学改革”“成果及论文”“在线学习”等，实现了设备管理、开放实验室资源管理、教学队伍及教学内容发布、教师与学生互动等功能。

2.4 建设“农林植物学虚拟仿真实验教学中心”及其丰富的网络实验教学资源

2012年中心遵循“虚实结合，互为促进，集成发展”的建设理念，依托植物生物学基础国家级实验教学示范中心，建设了“农林植物学虚拟仿真实验教学中心”（见图 3）。与相关高校和信息技术公司接洽合作，采用虚拟仿真技术手段，将我校优势学科的科研成果打造成独具特色的虚拟仿真实验教学项目。整合植物学、植物生理学、生物化学、遗传学等4个实验室现有的虚拟仿真教学资源及其网络教学平台，建成基础实验、综合实验和特色实验等不同层次、互为协调的虚拟仿真实验教学体系，包括植物学形态结构、野外植物实习、植物生长发育、仪器设备使用等4大平台，包括 9个子系统、30个实验项目（含子类），可为农林植物学基础课程实验教学提供虚拟仿真教学服务。

图3 农林植物学虚拟仿真实验教学中心结构

在网络实验教学资源方面，中心结合学校各级别精品课程建设，动员和组织各教研室的专业教师联合我校现代教育技术中心的技术力量，基于课程教材和实验指导书，收集和创建了大量文字、图片、动画、视频等信息元素，建成国家级精品课程“遗传学”、省级精品课程“植物学”“生物化学”等课程网站，并将教学大纲、教学进程、通知公告、课件讲义、课堂教学视频等转化为网络信息资源，极大地丰富和拓展了教学资源的内容，为学生开展自主学习提供了便利。

2.5 建立实验室安全与环保知识网络学习考核系统

近年来，高校实验室安全事故时有发生，严重影响了正常的教学、科研秩序，危害了国家和广大师生员工的生命财产安全，不利于高校教学科研的可持续发展[9-10]。实验室安全开放体系的建立与安全保障是保证实验室高效运行的关键，保障实验室人身财产安全是加大实验室开放力度、提高实验设备利用率的前提。因此要在强化意识、提高认识、健全制度和加强领导的基础上，建立和完善实验室安全运行保障机制和安全应急机制[11]。

为了引导我校实验室安全与环保工作健康发展，中心组织汇编了实验室安全与环保知识题库，目前约有1700道试题，内容涵盖防火防爆、食品安全、电气安全与防护、计算机信息安全、危险化学品安全使用及防护、实验室生物安全与防护、放射性安全与防护、实验室事故紧急处理与救援、机械建筑类安全与防护等。中心建立了网络化在线教育和考核平台，准备进入实验室的学生必须通过平台学习实验室安全与环保知识，再通过考核后才允许进入。通过这项措施，学生普遍提高了实验室安全环保意识，了解了实验室操作规范，增强了自我保护能力和社会责任感。

为了进一步促进实验室安全与环保工作的有效开展，建立和完善了实验室安全与环保管理的各项规章制度，构建了涵盖学校、中心、实验室、实验技术人员、实验者的管理网络体系，使实验室安全环保管理横向到边，纵向到底，一层抓一层，一环连一环，层层相促，环环相扣。加强了制度的落实与执行力度，以人为本，把安全管理落到实处，签订了实验室安全承诺书[12-13]；中心在走廊、过道等处张贴各项实验室安全规章制度，在重要仪器旁张贴安全操作说明书；还设置了有毒回收箱，实行严格的有毒实验药剂领取制度，营造了实验室安全文化氛围。同时加大了对实验室安全的投入，使我校实验室安全与环保进入良性发展阶段。

学校设备处、公共基础课实验教学中心牵头筹办，会同广东教育厅、广东省高教学会实验室管理专业委员会，组织筹办广东省首届高校学生实验室安全与环保知识竞赛，共有来自53所本科院校的44157名学生报名参赛，其中27606人正式参与了网上初赛，有来自44所高校的7761人参加了决赛，最终共有1000名学生获奖，我校获得优秀组织奖。竞赛的成功举办，为推动全省实验室安全与环保工作起到良好作用。

3 “以实为主”建立创新教育内容体系

创新教育是根据科技发展、社会进步和现代化建设需求对人才培养提出的新要求，旨在培养全面发展的具有创新思维、创新技能、创新人格的高素质人才[14-15]。如图2所示，中心以建设适应培养创新创业人才要求的实验教学平台为目标，以系统观理论为指导，注重平台创新与实践的整体性、层次性和先进性，构建“以实为主”的创新教育内容体系，使学生在基本实验知识与实验技能训练及在综合实验技术、实验素质培养和创新意识启迪等方面得到由浅至深、由低至高的提升，从实验教学入手努力造就勤奋、求实、科学、创新的人才。

3.1 创新实践教学模式

实践教学内容包括基本操作技能、专业实践技能和综合运用技能3个层次，中心构建了兼顾基础技能培养与个性化发展相结合的逐级提高的“递进式”教学模式。如遗传学实验课，构建了“多层次”（基本实验—综合实验—设计实验—研究实验）“多方法”（模拟演示—多媒体课件—网络课件—微机数据处理）“多反馈”（综合问卷—跟踪调查—网上反馈—师生座谈）的创新实践教学模式。

3.2 将实践教学内容和实验室布局层次化

在实践教学内容方面，有普通实验—综合实验—设计实验—研究实验—毕业论文，层层提升。与此相应的实验室布局方面，由实施教学实验室—公共仪器设备平台分室—学科开放实验室—学科创新实验室—虚拟仿真实验中心—云平台，层层扩展。

3.3 注重不同层次及学科实践教学内容的深度融合

注重实验教学与理论教学相结合，实验内容与科研及实际应用相结合，基础实验与创新实验、实训相结合，基础实验与个性化发展相结合，不同学科之间实践教学内容、技术和方案的集成综合，实现学科交叉渗透和互补。如基于PCR技术的分子遗传及育种实验，可使学生掌握植物组织中 DNA分离纯化的基本技术、DNA琼脂糖凝胶电泳技术和PCR的基本技术等，目的是训练学生的实验动手能力，使学生掌握分子生物学的基本实验技能及植物生物学的新知识、新技术、新方法，激发学生对植物生物学实验的兴趣。再如，在植物遗传学实验中开设的“水稻四倍体的诱导、鉴定及遗传效应分析实验”，要求学生自由组合、自选题目、自行设计，小组成员共同完成，教师全程指导，取得了良好的教学效果。

3.4 注重实践教学内容的时效性

将实验教学内容与科研、工程和社会应用实践紧密结合，以开放研究实验室和实验技术平台为抓手，鼓励和支持学生积极参加学校大学生科技创新项目研究，并利用我中心教师的科研优势，吸收学生参与教师科研课题研究。中心始终围绕社会需求及学生创新能力、综合素质培养需求，不断创新教学内容体系，兼顾公共基础、通识训练、专业特色、个性发展等多方面。用系统观构建的“以实为主”的创新教学内容体系，横向拓展了覆盖面，纵向贯通了人才培养全过程。

4 “实虚结合”建立创新教育保证措施

根据公共基础实验教学平台工作“环节多、专业跨度大、服务与管理并重”的3大特点，以及具有“技术含量高、实践性强、课程量大、特殊性多”的4大工作特征，实施实虚结合，既体现在平台的硬件资源与虚拟软件资源的结合上，也体现在平台实体教育教学功能与网络教育的结合上，还体现在对实验教学资源及平台的管理方法手段上。

4.1 管理“五位一体”

管理上“学校、教务处、学院、中心、实验室”五位一体。学校统一规划和推进实验教学的整体改革和实验室建设，教务处统一排课，中心统一调配实验员、统一管理实验室及仪器设备、统一组织实验室开放机制，使平台人员、场地和设备的利用率显著提高。建立“学院—教务处—中心”3方协同的课程实施监管体系，由学院提交课程计划，教务处与中心协同排课，中心全面部署教学进程计划与教学平台安排，保质保量地完成年度实验教学工作。建立“中心—教学部—实验室”3层联动的运行管理体系，将涵盖基础生物学、计算机、数学、物理、化学、语音、绘画制图、管理训练等8大学科门类的基础实验课程，合理安排到生物、计算机、理化、管训4个教学部，形成中心全面统筹管理、教学部协调分工、实验室专业执行的运行管理体系，使得100多门实验实训课程有序运行，大量开放与创新活动有序开展。

4.2 智能化泛在式管理

通过智能化实验环境、数字化实验资源、网络化管理技术等，支撑“智能化、泛在式”开放实验教学。定制研发的实验室智能管理系统，采用师生、管理人员、系统管理员等多用户解决方案，涵盖教学管理、开放预约、远程指导、安全监控等功能。依托虚拟云技术建设云平台室，扩展资源空间，提高开放效率。还开发了上网行为管理系统、实验教学问卷调查系统、FTP学生作业存储系统等系列管理系统及课程资源库。

4.3 教师保障与激励机制

第一，将招聘实验技术系列人员的学历条件提高到硕士及以上，建立教师岗、技术岗、行政岗流动机制，固定编制和流动编制相结合，打通教师系列、工程技术系列、实验技术系列；第二，建立人员间的交流、合作机制，各实验平台人员相对固定，但由中心统一调配，平台内部人员在承担教学任务、实验室日常管理、大型仪器管理、功能开发和应用、实验室规划建设、申请项目等项工作中分工合作，发挥中青年理论优势和中老年实践经验优势；第三，构建学习型平台队伍，根据人员结构、个人发展与工作需要，对高学历人员提供留学访问国外实验室机会，对其他人员提供在岗在职提高学历和参加各类技能培训机会，建立传、帮、带、扶制度。

在激励措施方面，中心安排有丰富教学和科研经验的教授担任各实验课程建设负责人，鼓励和支持教师将科研成果引入到实验教学中去，鼓励实验教师参与实验教学研究，设立中心级实验教学专项研究课题。将教学成果与科研成果同等对待，将公共基础课实验教学中心津贴和奖金发放按学校机关部门统筹对待，将实验技术人员与教师在职称评定及进修培训等方面同等待遇。

4.4 经费保障

在实验室优化整合方面，投入1500万元各类建设经费，按学科基础和实验技术特征将功能相近的仪器和实验室加以整合，合并成立新的功能室（如ERP实训室、智慧开放实验室），以保证实验室功能不重叠、仪器设备不重购。充分开发现有仪器的使用功能，开设应用范围更广、专业技术水平更高的实验项目，改善分析性实验和设计性实验的实验条件。为保证正常教学运行，学校每年固定划拨180多万元用于实验耗材和试剂购买。

5 建设成效

实虚结合推进实验教学平台建设的创新，解决了经费紧张问题，提高了教学效率，同时还促进了学科融合，提高了平台综合实力。

学生创新能力显著提升。近5年实验教学直接受益学生达到50000余人，实验室开放人次120多万，开放项目520多项，由学生设计和完成的科技创新项目 88项（包括国家级 10项、挑战杯 2项、省级 21项）。学生得到从预约申报、选题开题、中期交流、结题验收、成果申报等全方位的系统训练，获得国际奖励1项、国家级奖励6项、省级奖励16项、校级奖励33项。

实验平台整体实力大幅提升。创建了1个省级虚拟仿真实验教学中心和7个智慧创新实验室。直接服务来自22个学院88个专业约4万名本科生，承担100多门实验实训课程，年均完成实验教学120万人时。实验教学师资结构不断优化，高级职称人员占30%，硕士以上学位人员占70%。专业水平特别是运用信息化技术进行教学、管理与服务的水平大幅提升。

安全、环保意识大大增强。近5年有43776人参加了安全环保学习，考核通过率达95%。实验室安全责任制、检查制、台账制、开展消防演练等作法多次受到主管部门表彰。编写了全国高等农林院校“十三五”规划纸质教材及数字化教材“高校实验室安全与环保教育通识题库”。

对外开放教学与交流取得成效。先后接受来自加拿大、巴基斯坦、多哥等国的访问学者和留学生进行实验学习，遗传学创新实验室定期接受东盟农业技术培训班实验教学培训。近5年，近40所高校的领导和教师来访交流，产生了较好的社会影响。