面向IT类新工科人才培养需求的高校开放实验室管理

田 萍， 徐志刚， 张立成， 左 龙

（长安大学信息工程学院，西安710064）

0 引 言

随着全球经济与科学技术的发展，我国目前正处于经济结构调整、转型升级的关键时期，迫切需要利用“新技术、新产业、新模式”为国家经济发展提供强大支撑。2017 年2 月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”［1］。并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设［2］。培养创新能力强、实践能力强、具备跨界整合能力和国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才已经助力国家发展已成为各高校教育工作的新亮点。“新工科”人才不仅要在某一学科上研究精深，还应具有学科交叉融合的特征，同时懂得经济和管理知识，兼具良好的人文素养［3］。培养创新型复合新工科人才，离不开新工科实验室开放的支撑［4］。新工科实验室作为本科院校培养人才的重要场所，既是高校进行科学研究、知识创新的重要基地，又是高校对外进行社会服务的重要基础［5］。

实验教学作为高校教学的重要组成部分，是以学生为主体，教师为主导的教学和动手紧密配合的实践活动。教师在实验教学过程中必须做到传授知识与培养能力相结合，在实验教学中培养学生的创新能力，就是培养学生勤于思考、主动探索、求异创新的能力［6］。长期以来，实验教学是高校素质教育的核心，实验室的管理与发展对创新型人才培养有着重大的意义［7］。然而当前大多数高校仍然按照传统按部就班式的实验教学方式进行新工科人才培养，显然已经不再适应当前“新工科”人才培养模式的新趋势和教学新体制的建立［8］。当前新工科实验教学存在的主要问题如下：

（1）安全是实验室开放的第一前提，当前高校师生在主观意识上没有完全认识到安全在实验教学与实验室建设重要性。广大师生缺乏相关安全教育和之配套的安全设施，实验室负责人落实不到位。近年来，我国高校实验室安全事故频发，暴露出实验室开放中存在的管理问题，为实验室开放敲响了警钟［9］。

（2）当前高校实验技术人员通常被列为教辅人员，存在着重课时，轻培养的管理问题，无法满足新工科人才实验教学的需要。学校对实验技术人员缺乏系统的培养计划，导致工作任务重，难以得到系统的专业实验技术培训与学历进修，导致实验技术人员业务素质或知识更新水平不足。加之实验室教师普遍收入偏低，缺乏竞争和激励机制，进而导致广大师生实验积极性不高。

（3）国内大学的教学与科研环境相对封闭，不利于信息开放互通，这一现象已经影响到实验室的开放共享［10］。当前高校各学科实验室设置分散，难以为大规模培养新工科人才提供保障。实验室缺乏信息公开和预约的网络管理平台，导致资源利用率较低［11］。实验室开放过程中涉及经费、安全、管理等诸多因素，高校很难形成系统、可靠、高效的实验室设备开放共享机制。

（4）当前高校实验室的设备管理制度不完善，实验设备较为陈旧，设备维护保养经费不足［12］。实验室缺乏信息化管理方法和软件平台，难以满足当今新工科人才培养的需求。

开放实验室不仅有利于提高试验设备的利用率，同时有利于促进实验教育的进一步完善［13］。实验室开放，可分为实验时间开放、实验空间开放、实验内容开放和实验对象的开放4 个方面。以实验时间开放为前提，实验空间开放作保障，实验内容开放为核心，实验对象开放为手段。在欧美国家，如美国的MIT，实验教学是理论教学的重要组成部分，实验室面向全体在校生开放，学生有充分的自由在实验室完成自己的想法和思路。日本JAIST 的实验室开放实行完全预约制，并配有专门的实验导师和安全员保障实验顺利进行。清华大学在实验室开放方面有很多值得学习的经验，如设立实验室开放基金，基金有力地支持学校的教学和科研工作，充分调动了机组人员的工作积极性，促进了仪器设备的开放共享［14］。

高校实验室的建设及管理直接影响到高校产、学、研一体化的实现［15］。开放实验室是高校实验室发展的必然趋势，科研实验场地与仪器的共享观念已深入人心，为了更好地服务教学科研、培养创新人才、提升竞赛成绩，信息工程学院针对“新工科”建设背景下本专业的实验室开放的管理模式进行了深入探索和改革。结合开放实验室构建“车联网与智能汽车”新工科集群专业人才培养标准体系，监控培养质量，制订切实可行的新工科专业具有行业优势和特色的人才培养计划，形成体现多学科交叉融合特征的工程人才培养模式。本文探讨了一种基于实验室开放管理的创新模式，结合国内外大学实验室管理的异同，提出开放实验室构建要素，力求借鉴国内外大学实验室管理的成功经验，完善实验室教育制度［16］。创新管理模式不同，从实验室开放的安全管理、人员制度管理、预约制管理和设备管理4 个方面给出了介绍。

1 开放实验室的建设方案

学院的开放实验室紧密围绕培养新工科学生创新精神和实践能力为目标，构建多层次、分模块、多学科的相互支撑、相互融合、依次递进、服务科研与竞赛的实验开放体系。图1 是开放实验室方案，在统一思想和规划的基础上，形成了专业基础实验室、交叉学科创新实验室和创客空间为主体的三大实验场地。同时采用多种鼓励与奖励办法，鼓励教师和学生参与实验室开放，将开放实验纳入学生实践教学环节。

1.1 专业基础类实验室

专业基础类实验室是进行计算机基础教学和实践的重要场所，致力于强化实践与理论，面向师生提供先进的软件和硬件实验设备与环境，其在计算机科学技术的普及方面，有着不可替代的作用。除了基础知识教学外，专业基础类实验室还承担着上机实践、自主学习、学科竞赛等基本任务。目标培养具有扎实理论基础和动手能力的学生，服务科研与竞赛。

1.2 交叉学科创新

科学技术的发展，不再是单一学科可以独大的时代，交叉学科人才培养需适应社会发展的需求。交叉学科创新旨在为新工科学生提供指导，以问题驱动为导向，学生可以基于项目完成相关实验，实验室可灵活提供实验所需的仪器设备以及相关辅导，充分满足学生和老师在创新和学科交叉融合的需求。交叉学科创新为学生投身各类竞赛如“挑战杯”大学生创业计划竞赛、全国无人车大赛取得优异成绩提供了充分保障。同时也提供毕业设计辅导，满足学生多元化发展的需求。

1.3 创客空间

学院在“大众创业，万众创新”背景下，以创客空间为切入点，研究开放实验室服务的创新机制。创客空间是一个开放创新的共享空间，承载着提供创新创意实现与转化功能，是创客能够充分发挥，将创意转变为现实的地方。创客空间为新工科大学生提供全方位的创业训练与指导，定期引进专家开展讲座并进行辅导，并且提供微型企业孵化器，为大学生创建小微企业提供技术支持。在培养学生兴趣的同时，可以促进学生思维能力的提升和人文素养的养成。在未来的时间里，实验室将创客空间的优势在实践中最大限度发挥出来，进一步提升教师教学质量和学生创新素养。

2 开放实验室管理

信息工程学院成立了专门的实验室开放活动指导小组负责实验室的日常管理和学生指导。实验室开放实行教师和学生双层管理模式，同时采用多种鼓励与奖励办法，激励教师和学生参与实验室开放，将开放实验纳入学生实践教学环节。在全校范围内，开展实验室完全开放政策的宣传活动，完善实验室网络预约平台。同时建立实验室信息化管理制度，仪器设备的使用和维修的登记制度。相关责任人掌握设备、工具、教学、科研的教学情况，以便统计实验设备的实验频率和实验情况。推行实验设备和耗材计算机网络化管理，加大实验室维修经费的投入［17］。

2.1 安全管理

安全是正常开展实验活动的前提，学院把安全放在实验室建设首位，定期对技术人员、实验指导教师以及学生进行培训，强化安全教育。每个实验室配备一名实验安全技术人员，指导技术安全操作；实行24 h全面监控。各实验室根据实验教学工作的特点，建立了安全规程，防火、防盗制度，明确职责，落实到人［18］。确保安全硬件设施经费投入和各项安全管理制度有效落实；学院定期开展安全知识教育活动，如消防演练、安全知识竞赛。通过公众号和宣传活动等多种渠道开展安全知识的普及，广大在校师生形成了较为系统的安全防范意识。

2.2 人员管理

（1）学生管理。实验室开放实行学生的自我管理，由校科协学生干部值班保障实验室正常运行。进入实验室时要签字确认，遵守实验室的各项规章制度，自觉维护设备，损坏仪器设备要按学校有关规定处理。学生在完成实验项目后，应及时提交论文或实验报告等实验结果。对表现突出或完成具有独创性成果的学生，经指导教师考核和推荐，可申请创新性实验奖励学分，鼓励和支持产生创新性实验成果。通过学生实验取得成绩的项目，可以申报各种评奖和参加比赛。

（2）教师管理。指导教师必须按时进入岗位，提前与实验安全技术人员安排实验内容，做好实验准备工作，确定实验计划。指导教师须耐心引导学生认真观察、分析，激发学生兴趣，培养学生创新意识和能力，同时维护实验室的安全卫生和实验秩序，按时批改学生实验报告。动态跟踪、检查学生竞赛项目或创新实验完成的情况，及时引导学生解决实验中存在的问题。学院鼓励与支持实验人员和教师加入开放实验室，对取得成果的实验人员和教师，在职称评定、教师年终考核中按规定给予奖励，并根据核准工作量发放课时补贴和根据教学成果发放奖金，由实验室负责人具体分配。

2.3 网络化预约管理

随着计算机技术的发展，国内高校无论是教室还是实验室的预约工作管理大多采用网络在线预约管理系统来改变人工申请预约、手工登记管理方式。图2所示为实验室预约数据流程图，教师与学生可通过个人账号访问预约系统，查看实验室的当前使用状态、实验小组容纳量、实验设备台套数、课程安排、是否可开放预约等信息［19］。同时，实验室管理员对学校的实验课程进行管理和对预约进行审批。系统将预约信息及时反馈给学生和教师。为了提高实验室设备和仪器的使用效率，实验室管理员会对实验室开放的具体时间灵活调整，实行9：00 ～20：00 开放政策。在有重要的国际和国家竞赛的准备期间，为了保障实验研究的连续性以及创新实验的完善性，实行24 h 全程开放。实现对教师、学生、时间、课程的综合管理。

图2 实验室预约数据流程图

2.4 设备与耗材管理

学院拥有先进的设备管理系统，对实验室所有的仪器与设备均采用电子化记录。采用现代信息技术，把实验室设备和仪器的各种信息，包括型号、价格、使用周期、使用说明、归属类别都输入计算机进行流程管理，把购买、招标、交付、验收、登记、使用、检查、报损、处置等信息及时录入计算机进行跟踪管理，准确把握仪器设备的使用情况。

针对开放实验室的管理需求，专门开发了一套基于WebService的开放实验室管理软件平台。该平台不仅具有合同、设备、借还管理等信息化管理功能，同时通过调用高拍仪控件和身份证扫描控件实现了设备的可视化管理。可视化控件的应用使得设备管理工作更加形象有趣，同时丰富了信息量，降低出错率，提高工作效率［20］。图3 所示为平台的功能结构图。

图3 系统功能模块图

系统采用3 层B ／ S 结构，自顶向下分为表示层、业务逻辑层和数据层。其结构见图4，表现层不处理业务逻辑和数据访问，专用于处理用户交互，系统采用HTML5 设计网络表现层，终端用户一般通过Web 浏览器访问表现层，即用户可以通过IE ／ Google Chrome或Mozilla Firefox 等浏览器解释并渲染表现层。同时表现层支持移动APP访问，用于接收终端用户的响应和显示业务逻辑返回的数据；逻辑层采用jsp 和servlet，定义业务处理规则，不涉及用户体验，通过Webservice、AMF 等技术访问本地数据库或第三方动态链接库；数据层主要完成对数据库的操作，如增、删、查、改等，通过Webservice 接口对外开放，实现表现层的多平台访问。学院设立有“实验室设备专项”专项基金，对实验室设备软件平台的建设和管理工作给予专项支持。

图4 系统采用的三层结构

3 成效与反思

3.1 取得的成果

学院在落实新工科人才培养实行开放实验室以来，打破固有学科领域界限，紧密围绕交通行业创新产业链，建立新工科专业人才培养标准体系，监控培养质量，制订切实可行的新工科专业具有行业优势和特色人才培养计划。

自2014 年开展实验室开放以来，逐年加大开放力度，取得了诸多较好的科研和竞赛成果。以“挑战杯”和“全国电子设计大赛”为代表的国家级大学生科技竞赛吸引了大量学生参与科技活动，发现和培养了一批又一批在学术科技上有潜力、有作为的优秀人才，营造了良好的学术氛围。实验室教师也在实验室开放中得到锻炼和成长，获得高级职称的人数不断增加。同时，在创新创业领域，也涌现出一批优秀的创业青年，创业人数逐年递增。表1 展示了学院开展实验室开放的近5 年取得的成果。

表1 实验室开放取得的成果

近5 年来，信息工程学院加快实验教育改革与创新，结合学院办学特色，培养造就一批多样化、创新型新工科人才，创新出多种实验室管理模式和培养方案。实验室开放政策和实验设备的共享理念在学校取得了广泛认同，创造各种条件为全体师生提供必要的支持，充分利用各系、部、室、所的师资、场地、设备等现有教育教学资源，为学生开展科学研究创造良好的环境，形成良性的管理机制。

3.2 反 思

当前大学教育需进行改革才能适应社会变革的步伐。对广大青年学子而言，兴趣是最好的老师，坚持做自己喜欢的事情更容易出创新性成果，微软公司的创始人比尔·盖茨和甲骨文软件公司创始人劳伦斯埃里森，他们都有一个相同点，那就是如苹果公司创始人乔布斯所说的“遵从自己的内心”。乔布斯等人的经历给中国大学教育带来了诸多启示。摒弃“重理论，轻实践”的思维模式，引导学生找到他们真正感兴趣和擅长的方向，从而更深层次挖掘学生的潜力。适当修改学分制度，加大实践课程学分比重，建立创新学分制度，扩大选修课的范围，促进学生个性化发展，调动学生参与学科竞赛、科研创新、创业训练与实践的积极性，培养和提高学生创业意识和综合素质。开放实验室正是为了满足这方面的需求应运而生，由此可见传统的实验模式急需改革。

针对传统实验室管理和实验室开放存在的问题，总结出以下几点对策：

（1）完善实验室开放安全管理制度。安全是教学实验室在开放管理工作中的一项重要内容。针对开放过程中可能存在的安全隐患和原因，结合实验室安全管理工作的实践与经验，制定突发事件应急预案。同时加强实验室安全标准化建设，在实验室设计、管理、运行中，应依据相关法律法规及标准，规范实验室管理与使用行为，推动实验室标准化建设。

（2）加强实验室人员建设。实验技术人员和管理人员的专业素质是保障高校实验室得以有效开放的前提，但从高校的实验技术人员和管理人员的数量上看，其难以满足多层次开放的要求，特别是富有技术经验和管理经验的人员离岗退休后，可能会让实验室管理举步维艰。因此，高校要进一步充实实验室的师资队伍：①通过社会公开招聘的方式引进高素质的专业化人才；②通过返聘的形式挽留优秀的实验技术人员和管理人员，或者选拔业务水平过硬的任课老师分担实验教学工作，以更好满足广大学生对实验室开放需求。实行有效的激励制度，鼓励更多的教师参与实验室的开放管理与维护。

（3）健全网络预约制管理。实验室信息化预约平台使实验室的建设与管理在时间和空间上得到延展，在加强实验室的业务调度、资源整合、开放共享的同时，使实验室成为管理制度化、科学化、现代化的实验室，从而提高实验教学效果，推动素质教育水平的提高。设立网络维护人员和专项经费，确保预约平台高效运行。顺应当前发展趋势，开发微信小程序或者APP以方便广大师生随时随地预约实验室。

（4）加大资金投入完善设备管理。仪器是科研实验室的重要组成部分，它直接决定了实验室开放的质量。随着实验室开放项目的增多，实验设备仪器的使用频率大大增加，材料耗损也会随之增加。要对仪器设备管理的各个环节进行合理规划，以具备明确可行的架构、清晰准确的流程、细致规范的手续，并注重各个环节之间的衔接。设立仪器设备购买和维护投入的专项经费，逐步建立智能化实验室仪器管理系统，规范实验室管理信息平台，构建促进实验资源开放共享的服务体系，实现高校仪器设备的科研价值、经济效益和社会效益同步提高。

4 结 语

实验室开放教学是目前我国高校实验教学的必由之路，也是培养创新应用型人才的主要途径之一。人性化的实验室开放对培养创新型“新工科”人才的发展起到重要的支撑和推动作用，同时对加强学生实践动手能力、培养创新意识具有不可代替的作用。在高校人才培养的过程中，广大教育工作者要摒弃传统的思想观念，加大实验室开放的经费投入，实行有效的激励制度，不断探索高校实验室的开放模式，充分发挥学校的各项资源和办学优势，让高校实验室真正为培养高质量的创新人才服务。