以创新创业能力培养为导向的应用型高校本科生开放性实验教学研究与实践——以山东建筑大学为例

梁丽华，侯振华，唐 琳

(1.山东建筑大学 信息与电气工程学院，济南 250101；2.山东建筑大学 材料科学与工程学院，济南 250101)

随着新工科、应用型等高等教育新范式、新理念的提出，传统的实验教育体系及模式已不能满足新型人才培养要求，开放性实验已经成为高校实验教学改革中的一个重要方向，在学生创新创业能力培养上发挥着越来越重要的作用。

一、开放性实验教学是高水平应用型高校建设的重要内容

应用型高校要着力培养学生创新创业能力，应当在教学内容和教学形式上敢于创新、勇于突破，特别是在实践教学上要重视实验教学的特殊作用，使实验教学发挥延伸课堂、拓展知识的重要作用，成为应用型人才培养过程中的重要环节。

(一)做好开放性实验教学是高水平应用型高校建设的必然要求

山东省应用型高校建设标准中提出了推动应用型本科高校办学思路、人才培养定位、办学方式以及教育教学目标四个转变，四个转变都对学生素质能力提高提出了更高要求，其中在教学目标转变中明确提出促进学生实践动手能力和就业创业能力提升。落实四个转变要求高校在教育教学等各方面进行改革，开放性实验教学的课程特点很好地贯彻了四个转变的要求。开放性实验教学开辟了一条新的教育教学路径，形成一套完整的教育体系，实现了对学生创新创业能力的培养，受到越来越多高校的重视。各高校开放性实验教学在课程设置上实行项目化的运作，在经费和指导教师上做好保障工作，延伸了课堂教学，拓展了实验教学，推动了应用型高校建设的四个转变。

(二)开放性实验教学是高等工程教育理念的具体实践

随着新工科的发展，工程教育进入一个新的阶段，CDIO 工程教育理念成为应用型高校发展的重要指南。CDIO 工程教育理念实现了构思到设计、实现、运行的全链条教育过程，是开放性实验教学的重要理念。一是开放性实验教学在内容上实现了CDIO 工程教育模式专业知识的贯通。开放性实验在内容上更为宽泛，在形式上更为灵活，学生必须综合课内外各种知识才能完成实验任务。二是开放性实验教学在机制上实现了对学生主动性的激发和调动。探索性、趣味性是开放性实验的重要特点，这些特点增强了学生参与积极性和主动性，使开放性实验教学的成效更加显著，同时也为教育教学注入了持续动力，使学生的学习行为成为有源之水。三是注重知识学习和能力提升并重。开放性实验对个人的能力、团队的合作以及系统化的统筹能力等方面提供了锻炼的舞台，促进了大学生综合素质的提升。

二、开放性实验教学是应用型高校实验教学改革的重要方向

实验教学是应用型高校学生培养的重要环节，按照实验项目的类型划分，实验可以分为验证性实验、演示性实验、研究性实验、综合性实验、设计性实验和创新性实验等。工科专业实验课程的验证性、探索性、综合性、开放性等特点为开放性实验教学改革提供了驱动点，开放性实验延伸了课堂教学，实现了从知识学习衔接工程实践的跨越，逐渐成为应用型高校实验教学改革中的一个重要方向。

(一)传统实验教学的特点及局限性分析

地方高校实验室主要承担本科实验教学任务，兼顾科研及学生创新创业培养，实验室所开实验按照实验课程的类型又可以分为独立设课实验(含综合实验周)和非独立设课实验(课内实验)。在传统模式下，因实验场所、实验人员和实验经费等多方面的限制，除单独设课实验可以集中时间安排在正常工作日中，跟随理论课程进度的课内实验则可能分散安排在课堂内或课堂时间外进行。因实验室任务安排紧张，学生需要在规定的时间内完成相应的实验内容，往往没有更多时间进行多种实验方法验证，或因为实验任务过于集中，学生疲于应付从而被动接受，导致学生在实验实践教学活动中主动性不高、创新能力不足。

(二)开放性实验教学是传统实验教学的拓展

开放性实验是传统实验教学的有益补充，是传统实验教学在教学内容、教学方法、教学组织等各方面的转变与提升的重要方向。开放性实验教学实现了传统实验教学的拓展，主要表现在以下几个方面：一是在教学内容上的开放。开放性实验来源于课堂教学但不拘泥于课堂教学，更注重对学生兴趣的激发和引导，从而在内容上更加丰富，使实验教学更为“有趣”，对学生的吸引力更强。二是在思维上的开放。思维上的开放来源于开放性实验工程教育理念的贯彻实施，通过CDIO 工程教育模式的实施，使设计的不同带来运行的不同，也使不可能变成可能，这种开放性的理念必将给学生种下开放性思维的种子，提升学生的创新能力和创造能力。三是在组织形式上的开放。开放性实验通过项目化的运作模式，实现项目的立项、运行和验收，在项目的实施过程中注重经费、导师以及场地等条件的保障工作，使项目的实施更加顺畅。在场地上，既有实验室、研究室等校内资源，又可以利用校外实习实训基地等校外资源。在指导教师队伍上，可以协同专业教师、实验教师、校外导师等各行各业的专家，参与的学生团队实现不同年级不同专业的开放性组合，这些特点有效拓展了传统实验教学的深度与广度。

(三)立体化教学体系搭建是开放性实验教学建设的重要内容

应用型高校教学改革要立足产业需求侧为导向从而开展供给侧教育教学的改革，采取的教学方式方法应当适应应用型人才培养需求并有较强的指引性和推广性。根据应用型高校教学改革的要求，应当建立立体化的实验教学体系，注重教学过程的监控，实现对教学质量的保障。立体化实验教学体系包含了独立设课实验和非独立设课实验这些显性的实验内容，更应当涵盖实验教学的培养体系建设和运行机制建设。要调动各种有效的驱动要素形成协同机制，使开放性实验实现有效的保障供给，同时实现开放性实验的过程育人，从时间维度使教育过程拉长，将育人贯穿在每一个阶段。实现开放性实验的高质量发展，要在培养体系与运行机制建设的基础上，形成闭环的生态系统，使开放性实验教学实现学生素质培养的闭环。

三、构建以创新创业能力培养为导向的立体式教学体系是做好开放性实验教学的重要路径

围绕创新创业能力培养构建开放性实验教学体系，充分利用好现有师资和教学资源，在保证开出全部必做实验的基础上，积极创造条件推行单独设课实验，增开设计性、综合性、创新性和研究性实验，进而实现以学生为中心的实验室全过程、全方位开放。

(一)创新创业能力培养是开放性实验教学的重要目标

创新创业是应用型高校建设标准中学生发展指标的重要支撑点，创新创业能力培养与学生实践能力培养是相辅相成的。开放性实验教学要以提升学生创新创业能力为指引，设计实验题目、制定教学计划、落实实验项目的实施。一是通过开放性实验培养创新创业的精神，通过对基础知识的综合运用，实现对知识、技能的创新，使追求卓越成为一种习惯，为今后创新创业播下种子。二是通过开放性实验培养学生创新创业的能力。通过验证性、研究性、综合性、设计性和创新性实验实践教学的递进规律，构建递进式立体化的开放性实验教学体系，高质量地完成实验实践教学任务，提升学生创新创业能力。三是通过开放性实验提供创新创业的实践平台。从基础的验证实验开始到实现创新创业能力提升，最终一部分学生实现创业，开放性实验教学为学生提供了实践锻炼的广阔舞台。

(二)以创新创业能力培养为导向的立体式开放性实验教学模式搭建

从课堂知识巩固与拓展→工程技术实践应用→参加各类竞赛→学研结合→创新创业，构建时间维度开放性实验教学模型，模型结合开放性实验的教学过程，通过各阶段、各节点作用的发挥，实现大学生创新创业能力培养。立体式开放性实验教学模式实现了创新创业能力培养的递进，具备以下特点。一是培养模式注重扎实的基础和广泛的参与。从开放性实验的立项开始，紧密结合课堂知识设计项目，使更多的学生参与到开放性实验项目中去。二是教学目标围绕创新创业能力培养。从时间维度来研究大学生创新创业能力的培养过程中各阶段和节点的特点，厘清他们在创新创业教育过程中应当承担的作用。三是实现开放性实验的持续性发展。实验项目的完成只是完成了一个阶段性的工作，遴选优秀项目进一步进行打造，帮助项目逐渐完善成长，结合工程技术的实践参加创新创业类竞赛，在竞赛中实现研究和学习的提升，最终走到金字塔的顶端，也就是实现创新创业能力的培养。立体化的教学模式，延伸了开放性实验教学的功能，拓展了人才培养的成效。具体如图1 所示。

图1 立体式开放性实验教学模式模型

(三)以创新创业能力培养为导向的立体式开放性实验教学运行机制构建

按照立体式实验教学模型梳理开放性实验的教学流程，首先是进行实验项目的设计与申报，通过立项后实施实验计划，在校级开放性实验项目立项后，申请国家级(省级)大学生创新创业训练计划项目，通过国创项目的申报和实施，打磨成为创新创业竞赛项目，参加“互联网+”“挑战杯”等竞赛，通过竞赛的锻炼使学生创新创业能力得到进一步提升。参加学生竞赛又可以从参加大学生课外科技作品竞赛到创业计划大赛形成一个小的循环，也就是在立体式的开放性实验教学模式下，实现开放性实验项目→国创项目(省级)→大学生课外科技作品竞赛→大学生创业计划大赛→论文撰写、专利申请→创新创业型人才的生态体系。

从开放性实验教学流程分析中可以看出，驱动要素是构建立体式开放性实验教学运行机制的重要内容，其模型如图2 所示。一是要建立团队，学生的参与是开放性实验教学实施的基础，要吸引更多的学生在低年级开始组建团队参加开放性实验。二是要鼓励更多专业教师指导实验，也可以采取聘请校外创新创业导师的形式壮大导师队伍。导师是开放性实验教学的实施者，是教育教学成效的关键因素。三是要设计好合适的实验项目。实验项目既要紧扣课堂教学又要实现“开放”的目标，具有一定的成长性，这是使学生走向深入、走向金字塔尖的重要因素。四是要有实验场所和资金等保障。实验室、研究室等都可以作为创新创业的基地，同时高校也可以通过校企合作建立校外的创新创业基地。高校创客空间、大学生创业园等作为创新创业教育的主阵地，也是开放性实验教学的重要场地。

图2 立体式开放性实验教学运行机制模型

(四)以创新创业能力培养为导向的立体式开放性实验教学管理体系搭建

山东建筑大学信电学院围绕立体式开放性实验教学模式，进行了管理体系搭建工作，构建了安全、高效的管理保障体系，确保开放性实验教学的有序开展。一是制定全方位安全管理保障体系。在高校实验室中有不同的潜在安全风险，实验室各项工作、任务的开展都要以安全为前提。在保障安全的情况下，依据学校有关实验教学要求，结合不同专业实验室的具体情况，制定相应的实验教学管理制度，以规范实验教学，提高实验教学效果。二是制定实验教学准入制度。所有实验指导教师和实验管理人员都需要通过相应的实验室安全教育考试系统进行相关实验的安全操作和环境保护法律法规学习，考试合格、签订安全责任承诺书后方可安排下一步实验实践教学活动。首次上岗指导实验的教师或技术人员必须提前试讲试做，合格后方可指导实验。学生在考试合格、签订安全责任承诺书后还需要在进行实验之前，由实验指导教师或实验管理人员进行实验项目安全培训。三是完善实验教学管理制度。为提高实验教学质量，制定实验员岗位职责、学生实验守则等管理制度，对实验实践教学过程进行严格管理，健全和规范实验实践教学管理程序，使实验实践教学工作做到有章可循、有据可依。明确在实验教学各环节中指导教师、实验管理人员、学生应该遵守的行为规范。在实验实践教学活动开始前，实验指导教师和管理人员提前做好实验准备，保证设备运行状态良好，学生需明确实验内容和要求。实验教学活动过程中，以学生为主体，实验指导教师进行演示、巡视指导和答疑，培养学生独立观察分析及处理问题的能力。四是制定实验教学质量标准及监督制度。实验教学大纲是保证和检验实验实践教学质量的标准，其中明确规定实验教学内容、实验教学课时、实验指导书、实验报告等环节的质量标准。根据实验教学大纲，对所有实验课程主要实验教学环节制定实验教学质量监控与评价指标，用于评价实验实践教学活动环节的质量和效果。加强对实验教学质量的管理、督查与监控，制定进一步加强课堂教学质量的督导办法，检查实验教学执行过程和完成情况，保证整个实验教学的有序运行。通过各种制度的制定实施，保障了开放性实验教学的有序运行。

四、实施好教学组织和项目运行是开放性实验教学的关键环节

开放性实验以实践教学为载体，强调理论教学与实践教学相结合、科研与教学相结合、自主创新与地方经济建设相结合，注重对学生探索精神、科学思维、实践能力、创新能力的培养，重视科学研究向实验项目转化。山东建筑大学信息与电气工程学院推行以创新创业能力培养为导向的立体式开放性实验教学模式，在教学组织和项目运行上积极采取措施、总结经验、巩固成绩、解决问题，不断提高开放性实验教学质量，取得良好育人成效。

(一)夯实基础，开设多类型独立设课实验

根据培养方案和教学大纲，修订课程体系，针对低年级学生重点培养良好的实验习惯，端正科学态度，养成正确的实验价值观。针对CDIO 工程认证体系中的技能熟练程度、工科学生所应具备的职业素养等要求，主要开设了金工实习、电工实习、电路原理实验周、电子技术课程设计等独立设课实验实践环节。此类主要是验证性、演示性实验，主要夯实学生工程基础知识和专业基础知识的实践能力，养成科学严谨的实验习惯，初步具备工程技术人员应有的职业素养。

(二)分类指导，配备便携式“口袋实验室”

为进一步激发学生对参与实验的兴趣，启蒙大学生创新以及实践能力，对单片机类课程进行了教学改革实践，增设了单片机入门与实践实验项目，并为每一名学生配备了便携的“口袋实验室”。学生随时随地可以使用装备、测试工具进行组装和测试，打破了实验室的空间和时间限制，方便了老师对学生进行不同实验项目的指导，更是为学生的设计、创新工作提供了条件。鼓励有研究项目的教师在实验室建立开放的研究基地，为学生提供较完备的实践与创新开发环境。重视校企联合，广泛开展与IT 企业的合作，建设学生实习基地和联合培育实训基地，全面提高实验实践教学水平和教学质量，为培养适应信息产业人才培养需求的创新型、应用型人才提供保障。

(三)注重过程，实现开放性实验项目运行的全过程指导

2017 年，立木检测机器人项目立项学校实验室开放项目，建立了由资深教授和青年博士教师组成的指导教师团队，项目成员由研究生和本科生组成并且涵盖了高年级和低年级等不同级别。项目组于2018 年成功立项国家级大学生创新创业训练计划项目，先后组队参加“挑战杯”大学生课外科技作品竞赛、大学生创业计划大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛等，获得省级奖励6项；2018 年项目获得“创青春”全国铜奖；2019 年国创项目结项后入选第十三届大学生创新创业年会，获评“我最喜欢的项目”。项目负责人考取博士继续深造，参与的本科生实现高质量就业。立木检测机器人项目从立项到实施的整个过程，是项目运行全过程指导的具体实践，是立体式开放性实验教学模式应用的典型案例。