以学生科研为导向的开放性创新实验探索与实践

徐垚，胡艳

（浙江传媒学院,浙江 杭州）

一 引言

党的十九大召开以来，中国的教育改革进入了全新的发展阶段，同时，随着“新工科”建设的不断深入，高等学校对新时代卓越工程科技人才培养的要求和目标也不断提高。开放性创新实验作为传统实验教学的补充和延伸，是一种新型的实验教学环节，通过实验平台开发、实验项目设计、实验选题、实验时间、实验室和仪器设备开放、评价体系以及制度保障等多方面的实践创新，有助于提升学生的创新能力、科研能力以及工程实践能力[1-2]。

浙江传媒学院媒体工程学院作为学校唯一的工科学院，开设了数字媒体技术、软件工程、网络工程、广播电视工程、电子信息工程、电子科学与技术、通信工程等专业。学院结合国家“新工科”人才培养目标，顺应高等教育改革和发展的自身要求，满足学生的课外实验实践要求，开展了开放性创新实验的教学改革，探索了一套切实可行的工科类以学生科研、创新竞赛为导向开放性实验教学体系，并取得了一定的成效。

二 传统实验教学存在的问题

（一） 实验项目固化及单一

一般情况下，高校的实验教学都是严格按照已经制定好的教学大纲开展实施，实验项目，实验课时，实验时间段和实验内容都相对较为固定，而且实验项目也都以验证性类型为主，缺少创新性和综合性的实验项目，学生按照教师的讲解或者实验指导书就可以把实验内容按部就班地完成，重结果轻过程，实验课上只要得出正常范围内的实验结果，就算完成了实验项目，学生不需要太多思考，导致学生学习的主动性和积极性都不高，更别说培养学生在实验过程中的发现问题、分析问题以及解决问题的能力[3]。

（二） 实验教学手段单一，教学效果不理想

传统实验教学为了巩固和验证理论教学，教师根据实验需求准备实验方案，花大量的时间在讲解实验目的、实验原理、实验内容和操作方法上面，学生被动地根据实验步骤进行操作和实践，只是简单重复实验，这种教学以教师为主体，强调了教师的教，而忽视了学生的学，学生进行科学实验和的独立思考的能力没有得到有效锻炼和提高。

另外，传统的实验教学评价一般以实验报告为主要依据，结合上课考勤和实验考试，以实验结果的准确与否评定实验成绩，这种评价方式难以体现学生的实验基本素养，实验过程中分析问题及解决问题的能力，无法激发学生的实验兴趣，造成学生对实验环节不重视，出现抄袭实验报告，任意修改实验数据等问题，教学效果不理想。

（三） 实验室利用率较低

工科类的实验室建设不同于其他类别的实验室，往往资金投入大，设备专业性强，通用性低，大型仪器设备较多。电基础类和计算机类的实验室还好，能够满足多个工科专业的多门实验课程的实验教学，而其他专业性强的实验室，往往只能满足一个专业甚至一门课程的实验教学，而且很多时候是单学期开课，在没有安排实验课程的学期经常处于闲置状态。另外，作为学校唯一的工科学院，即使实验室全部开放共享，外学院的学生也没有足够的专业基础能力来申请使用，造成了实验室的利用率和仪器设备的使用率较低[4]。

三 开放性创新实验设计

开放性创新实验教学改革的初衷就是为了打破传统实验教学单纯以验证性为主的实验教学做法，从顶层进行统一教学规划、循序渐进、优化实验项目设计，根据实验内容将实验项目划分为“基础型、综合型、创新型”三个层次，构建多层次的实验教学体系[5]。其中，基础型开放实验以工科计算机类和电子信息类知识体系中理论性较强的基础实验项目为知识模块，旨在引导学生对所学专业内容有感性理解，主要针对大一学生设计；综合型开放实验以工科计算机类和电子信息类知识体系中综合性、设计性较强的扩展实验项目为知识模块，旨在培养学生分析问题、解决问题的综合实践能力，主要针对大二、大三学生设计；创新型开放实验以工科计算机类和电子信息类教师指定选题、学生自选题目为主，旨在培养学生的团队合作能力、科研创新能力，创业能力，主要针对大三、大四学生设计。

图1 开放性实验项目设计方案

四 开放性创新实验教学平台建设

（一） 实验室硬件平台建设

开放性创新实验教学平台的硬件设施以学院实验中心为主体，中心共有9 个实验大室，分别是广电工程实验室、广电通信及信息网络实验室、应用电子实验室、电基础实验室、大学物理实验室、数字媒体技术实验室、计算机网络应用技术实验室、软件开发实验室以及大学生科创中心，下设47 个实验分室，实验室总资产达6000 多万元，实验室总面积5000 平方米。同时，拥有3 个省级实验教学示范中心：“广电技术实验教学示范中心”“广电通信实验教学示范中心”以及“动画与数字技术实验教学示范中心”。

学院将上述实验室统一纳入开放性创新实验教学平台的管理中来，采取定期开放和预约开放的形式对外开展实验教学活动。基础类的实验室主要针对基础性、综合性的实验项目进行开放，专业类的实验室主要针对综合型、设计型的实验项目进行开放，此两类实验室以预约开放为主；科创类的实验室主要针对创新型、创业型的实验项目进行开放，此类实验室采取定期开放的模式，固定时间内一直保持开放，学生随时随刻可以进入实验室学习。这种分类开放的模式满足了不同层次学生对不同类型实验项目的开放需求。

（二） 项目管理软件平台建设

开放性创新实验项目管理平台是一个基于B/S架构的为开放性实验教学服务的管理系统，该系统前端以VUE2.0 为框架，后端使用SpringBoot 实现整体系统的开发，并通过MySQL 数据库实现数据互通和整体数据库统计和管理。用户通过web 浏览器即可访问该系统， 操作简单、使用方便、易于维护。其登录界面如图2 所示。

图2 开放性创新实验项目管理平台登录界面

平台根据项目管理需求将系统用户分为三种权限，分别为管理员、教师和学生，不同用户在注册完成之后通过用户名和密码登录后，进入各自管理权限的子系统。管理员负责整个系统后台的管理任务，包括发布项目、项目管理、用户管理、公告管理、成果管理、结题报告管理、奖项管理、设备管理以及实验室管理等功能权限。教师用户具有发布项目和成果查看等功能权限。学生用户具有项目申请、预算提交、成果提交、奖项申请、结题报告申请、资料下载等功能权限。开放性创新实验项目管理平台框架图如图3 所示。

图3 开放性创新实验项目管理平台框架图

开放性创新实验项目管理平台为开放性实验教学的日常管理工作提供了有效支持，满足了师生对实验项目内容设计、选题申报、实验室开放、仪器设备借用、实验成果管理等功能需求，提高实验室资源的利用率。所有开放性实验项目的实施都通过平台进行，无论是项目申请、过程管理还是项目结题都不需要纸质文档，全程网络化管理[6-7]。

（三） 运行和管理机制

开放性创新实验项目的申报针对全校学生开放，按照自由申请、择优资助的原则进行管理，申报项目的学生组建自己的项目团队，团队必须由3-5 名学生组成，鼓励团队成员由不同年级不同专业组成，所有要申报的团队都需要提前在开放性创新实验项目管理平台进行账号注册，然后由团队负责人统一在系统内添加团队成员，进行项目申报操作。项目申报的主要内容包括项目类型选择，项目来源选择，项目团队信息，项目指导教师，项目主要内容简介等。学生提交项目申请之后，由项目实施的负责老师组织相关专家进行审核，对符合要求的实验项目同意立项，并给予每个项目500~2000 元的直接经费资助，硬件类的主要资助学生购买耗材、电子元器件等，软件类的主要资助学生购买设计开发相关的素材、服务等。立项通过的团队可以通过开放性创新实验项目管理平台进行实验室开放和设备借用的预约申请，由对应的实验室管理人员审批通过后才可以进入实验室开展实践活动。

为了保障开放性实验项目安全有序地开展，学院要求学生进实验室之前，必须参加实验中心开展的安全教育和培训。通过培训使学生们对实验室安全、仪器设备操作规范、实验室管理制度等有较好的了解，使学生养成科学、良好的实验习惯，只有通过最终实验室准入考核的学生才允许进入实验室独立实践操作。另外，学院制定了《大学生开放性创新实验项目申报书》《大学生开放性创新实验项目结题报告》等管理文档，修订了原有的《媒体工程学院实验室开放管理办法》《媒体工程学院实验室仪器设备管理办法》等管理制度配合开放性实验教学项目的开展。

（四） 评估体系

开放性创新实验项目的考核不以实验结果准确性、实验报告质量、实验考试成绩等为依据，更重视学生的思路创新、技术创新、项目创新，更重视锻炼学生发现问题、分析问题及解决问题的科研能力[8]。对于项目立项的学生团队在实验室进行开放实验需达到一定的学时要求，对于申报立项的创新实验项目统一进行结题检查，以立项项目参加学科竞赛、高水平专业大赛获奖，国家级、省级创新项目立项为主要评价依据，以发表论文、申请发明专利、著作权等为次要评价依据，对项目获得突出成果的项目追加经费奖励以支持后续的课题研究。

五 项目实施效果

（一） 激发了学生的学习兴趣

开放性创新实验教学实施以来，强调以学生为中心，以问题为导向，以学生自主学习为主体，教师启发引导为辅助，设计了多层次多难度的实验项目，将学生基础实验教学、科研项目、竞赛活动、毕业设计、创业活动等各个环节有效地融合在一起，学生可结合自身基础选择完成相应的实验项目，也可根据自己的兴趣和研究方向自选题目，为不同学生量身打造不同的教学内容，学生在实践的过程中不断锻炼自己的实践能力，创新精神、科研素质和团队协作能力，充分调动和提高了学生参与实验活动的积极性，为后续的学生竞赛和毕业设计积累了丰富的经验[9]。

（二） 发挥了实验室的育人功能

开放性实验教学的开展需要对实验室资源统筹管理、合理安排、开放共享，有利于学院对实验室资源进行合理配置。自开放性创新实验项目实施开展以来，实验中心加大了实验室的开放力度，一是对实验室场所的全面开放，保证学院所有实验室在工作日和双休日都可以正常开放；二是对实验室仪器设备的全面开放，保证所有可出借的设备都可以正常开放借用。学生在课余时间可以随时进入实验室开展课题研究，提高了实验室及仪器设备的利用率，从而实现了实验室高效开放共享，发挥了实验室的育人功能[10]。

（三） 提高了学生的科研创新能力

在开放性创新实验教学模式下，实验项目层次逐渐提高，学生的各项能力也随之不断加强。依托于开放性实验教学项目，学生参加大学生电子设计竞赛、大学生多媒体作品设计竞赛、大学生电子商务竞赛、大学生服务外包创新应用竞赛、大学生数学建模竞赛、大学生网络与信息安全竞赛等省级以上学科竞赛获奖二十多项，获国家级大学生创新训练计划项目、浙江省新苗人才计划立项十多项，大大提升了我校的影响力和知名度，也提高了我校在全国高等学校学科竞赛排行榜的排名。

六 结语

开放性创新实验教学以新工科创新人才培养为目标，从实际出发，以学生为主体，满足了学生的个性化发展需求，增加了学生对实验实践课程的学习兴趣，提高了学生的分析解决问题能力，培养了学生的工程意识、科研素养和创新思维，增强了学生的就业核心竞争力，提高了实验教师队伍的业务水平，提高了师生团队的协作能力，实现了实验室资源共享，提高了仪器设备的利用率，促进了实验教学的改革。