基于创新开放实验室的开放式教学研究

2022-08-20桑海峰孙芙蓉李书阁邢燕好

高教学刊 2022年24期

桑海峰，孙芙蓉，李书阁，邢燕好

（沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳 110780）

受古代孔子思想与西方赫尔巴特和凯洛夫教育思想的影响，当今我国的教育模式逐渐形成了以教材作为获取知识的源头、以教师作为讲解知识的媒介、以教室作为传播知识的场地的传统教学形式。尽管传统教学的知识吸收速度高于开放式教学，却忽略了另外一个群体——学生主体的重要性。因此，传统教学日趋百弊丛生：教师一味灌输，学生却表现出“学而不思”的常态。据社会统计调查结果显示，人类思维最敏捷的年龄段是在20 岁左右，因此激发学生创新思维的最佳时间段应设立在中学至大学的“黄金时期”。开放式教学与传统型教学方式相比，自主性是其最大的特点，它弥补了许多传统教学不可弥补的弊端，多数时间以学生为中心，形成空间开放、时间自由、资源共享三大优势，教师在各项环节中主要发挥引导与纠正的作用。不过以目前形势来看，开放式教学模式应用于自主能力较强且理论知识掌握较好的学生才有可能达到理想的效果，但这样的学生毕竟居少数，因此单纯地实施开放式教学模式也无法直接替代原有的传统教学模式，最理想的教学方式是将上述两种模式酌盈剂虚、合二为一。

本文将以创新开放实验室作为依托与实例，探讨开放式教学与传统教学之间的一种新型解决方案，总结创新型开放实验室教学如何能够更有效地辅佐传统教学并充分提高教学质量。

一、“第一课堂”与“第二课堂”的内涵及关系

（一）第一课堂

第一课堂即我们熟知的理论讲授式课堂，主要形式为以教师为责任主体，在课堂上向学生“一对多”传授知识点，培养学生打好理论基础的意识，注重基础知识的积累。在专业培养方案中，除理论课堂外还有实践教学部分，包括对应课程的课程设计、技能实习、工程训练等，时间协调性较差的传统型实验室主要服务于第一课堂实践教学，引导学生通过使用实验设备进行实践操作、功能设计、最终原理得到验证。本文统称培养方案内的理论或实践课程计划安排为第一课堂范畴。

（二）第二课堂

随着第二课堂在培养一流人才中的重要地位逐渐得到提高，校印发的《“第二课堂成绩单”制度实施办法》文件中提到：第二课堂是育人质量的评估与督导，目的是培养学生综合素养。“第二课堂成绩单”将学生在校期间参与的第二课堂各类校内外教育实践活动均按照一定的认定办法转化成对应的实践学时与学分。第二课堂下设思想道德、文化健康、社会实践、创新创业等六大类别，从教学手段上看，它源于第一课堂，却优于第一课堂，其原因在于第二课堂的主体为学生本身，第二课堂开展的形式多样：可以由教师开展前沿讲座；也可以鼓励学生自主组建团队，参与课外学术类活动，丰富大学生活。其中创新创业类别成绩单是学生学术研究能力得到快速提升的保证，主要记载学生参与的课外学术类讲座和竞赛获奖情况、论文与专利发表情况等。学生参加课外学术类竞赛所获成果与所得奖励即为衡量开放式教学成果的一项重要指标。

（三）第一课堂与第二课堂之间的关系

1.第二课堂是第一课堂的延拓。没有理论指导的实践是盲目的实践、没有实践的应用是空洞的应用。第一课堂注重理论知识培养，工学讲究灵活运用理论知识解决实际问题，产学研用结合是优秀工程技术人员的必由之路，第二课堂培养的正是综合实践能力，针对工科学生定向培养工程创新能力，引导其合理利用第一课堂所学知识，符合实际地设计、调试功能。

2.第一课堂与第二课堂相辅相成。第一课堂与第二课堂既要相互配合，又要彼此互补。课题理论知识应用于工程实践中，需要一个较为缓慢的过渡过程，在此过程中，创新开放实验室发挥着不可或缺的作用，可提供实际场地与可操作硬件，在实验室中所学知识又能得到一定程度上的巩固，培养学生的问题意识是课堂教学的最高境界，在实验室中，学生可以对课堂所学提出问题，并用实践验证其正确性，有利于学生巩固课本知识，树立实践意识。

二、创新开放实验室实例研究

为探索一种高教学质量的开放式教学形式，并争取将第二课堂最大化融入第一课堂，将创新开放实验室作为实施第二课堂制度的载体，下文将以创新开放实验室作为实施案例阐述本文论点。

（一）实验室性质

创新开放实验室是一个非课程计划安排内的实验场所，目标是建设成为校级创新创业成果转化基地与“产学研用基地”。硬件条件需满足拥有成型的设备以及多套用于开发的基础设备，同时需要拥有全套的可供学生自主学习的资料，激发学生自主学习能力。管理条件需满足开放时间灵活、可适应本专业需求量、拥有配套完整的管理体系、专业的管理人员等。开设目的需实现涉猎专业领域广泛、各项技术贴合前沿、实现设备资源共享、各类竞赛消息灵通、为师生之间建立沟通的桥梁，从而有效达到培养学生科研素养、提高学生自主研发能力、激发学生自主学习能力与创造力的目的，为国家培养更多的创新型工科人才。

（二）实验室用途

相比于传统型实验室，开放型实验室具有更多优点：开放时间灵活，管理形式多样，使用方式可变等。理论基础较强的学生可以自主设计功能，参加各类创新创业竞赛。就全国电子设计大赛来说，对于优秀的学生来说是一个理论联系实际的能力锻炼平台，为参赛学生提供场地与硬件条件，设备越齐全，越能满足学生的好奇心，从而使得学生更愿意花费课余时间在实验室研究，逐渐提高科研层次。对于理论基础较弱的学生，更多的是能够借助实验室顺利完成第一课堂的任务安排，实验室除了拥有可使用的硬件资源，还会提供与高年级学生联系的平台，彼此之间互通有无、相辅相成，彻底打通年级之间、班级之间的信息壁垒与关系壁垒，有效促进学生提前开阔视野，有助于人才跨层次培养。

（三）实验室管理体系的成立

1.落实学生需求

基于前期广泛宣传，并鼓励引导各年级同学自主进入实验室做实验的前提下设计调查问卷，对本科生四个年级进行抽样调查。调查显示，100%的学生经历过课内课程设计安排，但仅有27.2%的同学参加过国家级、省级、校级组织过的创新竞赛，获奖人数更是少之又少，也仅有这些同学能够达到第二课堂毕业要求的学分。由数据可知，学生参加竞赛没有得到积极引导的情况下，主要使用方向是学生完成课程设计，这对于学生巩固第一课堂所学知识是非常有帮助的，但仅限于第一课堂，未拓展到第二课堂，相应的创新创业学分需通过此途径获得，因此积极引导学生参加竞赛成为创新开放实验室首要工作。为达到实验室提供消息灵通的目的，调查中设有一题“你希望创新开放实验室可以为你带来哪些信息获取方面的帮助？”调查数据如图1 所示。由图1 总结出学生比较希望得到的帮助主要有：（1）组织可积累第二课堂创新创业类别学时的活动；（2）提供与本专业教师沟通交流的机会；（3）通过线上平台提供竞赛报名信息；（4）提供与其他年级学生沟通的平台。

图1 调查数据统计

2.确定管理机制

（1）确定开放时间。公共开放时间需满足覆盖普遍学生50%以上的课余时间，提供更便利、更灵活的可预约时间；选择性开放时间为双向预约，即需要借用实验室的学生与实验室管理人员互相协调时间，可在法定节假日等时期为需要使用创新开放实验室的学生提供服务。

（2）确定预约流程。实验室预约方式是必不可少的管理机制之一，“云预约”也是当前最便捷的预约方式之一，使用微信预约小程序，同时小程序终端需要有“核验”功能，当学生使用实验室时，需出示相关证件（例如学生证）用来核验使用者身份信息，记录来往人员信息，在一定程度上确保了实验室正常运营的安全性。

（3）确定外借手续。实验室设备可供实验室使用者使用，在寒暑假时期也可为学生提供外借服务，为减少实验室设备故意人为损坏率，需与外借学生签订《承诺书》。

（4）确定管理人员。确定优秀专业教师作为管理指导教师，选拔优秀学生工作者进行实验室管理，并通过教师对管理者的培训，提高管理人员对实验室设备的使用方法熟知度，加强设备维护。除了日常的管理工作，管理人员需通过网络平台对实验室进行宣传。

（5）确定实验室规章制度。为确保使用者不会发生故意破坏实验室设备，故意将设备带离实验室，不文明使用实验室等行为，应确定实验室使用规章制度，用来约束使用者行为。学生、管理员进入实验室流程如图2、图3 所示。

图2 学生使用实验室流程

图3 管理员使用实验室流程

（6）确定学生信誉积分制。一旦预约使用实验室，不应随意空缺使用资格，尤其在使用高峰期，实验室无法承受多人使用时，需限制名额。因此可以建立信誉积分制，当学生按照规定使用实验室一次，可进行适当积分；当学生出现“预约却未使用”“借用设备未按时归还”等行为，进行积分扣除。若积分达到某一规定值，需要对该生进行预约限制惩罚，以此来实现资源合理共享。

3.合理利用信息化平台

创新开放实验室的宣传是必不可少的，为打造良好的风貌，可以选择开设微信公众号等信息网络平台，对实验室进行包装宣传，吸引优秀指导教师、优秀学生前往实验室，可为实验室增添可用人才。同时将预约小程序、信誉积分系统与信息网络平台实现对接，使用者使用起来更加便捷。为做到各类消息灵通、建立师生桥梁，微信公众平台为最佳选择，管理员通过搜集竞赛主办方发布的信息，整理到微信公众号推文中，及时发布报名信息，同时提供指导教师信息，积极引导学生报名参加，激发学生科研兴趣，培养竞争意识，有效发挥第二课堂在学生科研素养提升方面的积极作用。

（四）实验室教学成果体现

1.组织培训活动。借助网络平台广泛宣传实验室机器人等成型设备及机器人大赛比赛概况，录制机器人操作视频，以此来激发学生兴趣。随后开展机器人培训讲座，培训人员为研究方向是机器人的本专业教师及对机器人有了解的高年级学生。最终引起几十名本科生对中国高校智能机器人大赛的兴趣，并乐意投身对机器人的研究中。

2.组织实验小比拼。实验室中多项成型设备配套多个基础小实验及网络学习资料，有些较为复杂的小实验，可以分配团队共同完成。规定一段时间并为参加活动的学生分配任务，对于完成较快的个人或团队给予第二课堂学分作为激励。在组织了多周实验小比拼后，实验室周均使用人次稳定在200～260 次，覆盖整个本科生总数约二分之一。

3.项目孵化计划。实施项目孵化计划，目的在于鼓励学生积极投身大学生创新创业训练计划并争取更高级别的立项，依托项目参加“互联网+”大学生创新创业大赛等全国性比赛。先面向学生举办培训讲座，使其了解行业现状，熟悉行业前沿的各项技术；再结合现状提出问题，引导学生做一些小发明小创造；最后将提出的问题工程化，建立中心思想，最终立项。随着计划的实施，前期阶段表现出的效果是立项人数大幅度增加，达到大二年级和大三年级专业总人数的65%，但立项省级以上项目的人数仅为专业总立项人数的9%。究其原因，学生眼界无法打开，缺少接触国际前沿技术的机会，无法立足于更高层次。随后积极调整方案，引入教授、副教授级别教师对部分优秀队伍进行亲自指导，中期阶段国家级、省级项目立项人数占专业总立项人数的35%以上，超越其他专业省级以上立项人数。

三、开放式教学模式探讨与总结

（一）创新开放实验室的重要连接作用

创新开放实验室在传统教学与开放式教学中发挥了重要的连接作用，创新开放实验室需与专业前沿紧密结合，适合专业发展方向，紧贴社会发展，管理人员要加强对科技创新竞赛的重视，指导教师要积极引导学生将理论转化为实践。

1.科技竞赛引导方面：科技竞赛讲座达到全覆盖，各项竞赛参赛率大大提高。大创立项人数由原先的23%提高到65%，电子设计大赛参赛率提高到25%，集成电路创新创业大赛也逐渐崭露头角，数学建模大赛参赛率由原先的39%提高到58%。其中大创立项国家级省级队伍有明显的质量提升，数学建模大赛获奖人数也由原先的8%左右的比率上升到28%。（比率算法：比率=参赛/获奖人数÷本科生大二、大三年级专业总人数×100%）

2.科研素养培养方面：到目前为止，借助创新开放实验室立项的队伍，其中有3 支团队发表发明型、实用新型专利，7 支队伍发表学术论文，15 支队伍拥有校级、省级、国家级比赛的获奖成绩。创新开放实验室保留了传统实验室前瞻性，又新增了创新性，实验室可以共享资源，资源达到了高效利用，学生的科研素养得到了提高，以此证明了创新开放实验室在传统教学与开放式教学之间存在的必要性。