应用型本科院校专业实验室开放管理模式探索与实践

郭 刚，张占东，张瑞平

（山西大同大学 机电工程学院，山西 大同 037003）

应用型人才培养目标定位：既要掌握基本的专业知识又具有一定工程实践能力，能将理论知识应用于生产实际的创新型人才。实验实践教学是提高学生理论联系实际、实践动手能力和创新能力的重要手段，也是应用型人才培养方案中的重要环节。实验室作为实践教学的重要场所，全面深度开放实验室对保证应用型人才培养起着非常关键的作用。健全的规章制度、信息化的管理手段和完备的安全设施是开放实验室的必备条件，有助于开放实验室规范有序的运行。

一、应用型本科高校实验教学的不足和问题

地方应用型本科院校在实验教学方面还远不能满足应用型人才培养目标的要求。以山西大同大学机电工程学院为例，大体存在以下几方面的问题。

（1）观念陈旧，认识不到位，重理论课轻实践课。专业人才培养方案没有体现实践教学的重要性。专业人才培养的质量高低仍然主要以考核学生掌握的理论知识为主，实践教学效果的好坏主要以考查为主。多数专业教师认为实践教学是理论教学的补充，实践教学的进行主要是为了巩固理论教学中所传授的知识。专业教师还没认识到实践教学在整体教学中的重要性。课程教学大纲规定的实验课时数少，相对于理论课时，只占到10%左右。教学大纲规定课内实验项目只有2～3 个，在课程教学过程中，这些实验也都做了，看似课程实验开出率达到了100%，但和实验设备可以开出的实验数比较，只占到20%左右。实验设备的利用率不高，实验教学的重视程度很低。

（2）实验教学内容较为陈旧，基本停留在理论验证阶段，传统典型实验较多，工程新技术应用的实验少，综合性、开发性实验很少或基本没有。实验教学体系较为单一，主要围绕固定的专业课程进行设计，缺乏跨学科的交叉融合。学生实践操作和动手能力没有得到更好地训练。实验内容不能满足应用型专业技术人才培养的要求，也无法满足企业对专业人才的需要。

（3）教学方法比较传统和刻板，大多是给定实验流程、实验材料，学生只需要机械地操作，缺少主动思考，创造性偏弱，达不到启发性教育的效果；对于实验教学的教学效果也并不重视，实验过程的要求不严，能做的学生操作设备，不会做的学生基本不做要求；实验课教学效果很差，没有达到训练学生动手能力的目标要求。

（4）实验室建设和管理滞后，实验设备更新换代周期太长，大部分实验设备陈旧，不能适应新工科的要求，新购置的实验设备数量少，实验组数少，大部分学生不能亲自动手操作。专业实验室开放程度很低，一般只在固定时间、地点承担固定内容的教学任务。实验教学教师队伍人员不足，且水平参差不齐；大部分专业教师缺乏工程实践能力，不能满足应用型人才培养的需求。

（5）专业实验室管理制度和实验室开放配套办法不健全。专业教师忙于理论授课任务的完成，没时间深入实验室，很少参与实验教学的全过程，对实验设备的原理、操作、性能及扩展等没有深入了解、学习，不能指导和开发综合性实验，专业教师的实践教学能力不足。教师投入实验教学的主动性和积极性不高，缺乏开发创新实验项目，研制实验设备及实验器材的积极性，影响了实验教学的创新性。学院实验教学相应的考核激励制度也不健全，教师的积极性没有调动起来，制约了实验教学的发展，不能满足应用型人才培养的要求。

二、应用型本科高校实验室开放模式的探索

实验教学作为培养学生创新能力、实践能力和综合能力的重要手段越来越受到应用型高校的重视。山西大同大学机电工程学院作为应用型本科院校，为了弥补传统实验教学中的不足，学院加大了各个专业实验室的开放力度，针对不同类型实验室进行不同程度的开放，提高了实验设备的利用率，一定程度加强了学生的实践动手能力训练和培养，也为后续进一步全面开放实验室积累了实验教学改革的经验。

实验室开放的总体思路：立足现有实验室资源，充分挖掘实验设备的教学潜力，提高实验设备的利用率，为学生提供尽量多的实践动手机会。

学院现有26 个实验室，实验室涵盖了电工电子、单片机、PLC 应用、自动控制、传感器应用、机械原理、机械创新设计、CAD/CAM、3D 打印及MATLAB 仿真等多种类型。因各个实验室类型不同，管理方式和学生需求均存在较大差异，故各个实验室依据各自特点进行了不同程度、不同类型的开放，如图1 所示。

图1 实验室开放总体框架图

（一）依托专业实验室开设实践类公选课

专业实验室能够开出的实验大约都有十几个。而我们理论课的课内实验，教学大纲规定的实验数，大约只有2～3个，实验设备的利用率不高。依托开放的实验室开设实践类公选课，在公选课教学中把专业实验室可以做的实验，全部做一遍，学生实践动手的机会增多，同时学生可以获得实践学分，调动了学生的积极性，也极大地提高了实验室实验设备的利用率。目前，学院有7 位老师分别依托电子实验室、PLC 应用实验室、自动控制实验室、机械原理实验室和机械创新设计实验室开设了实践类公选课。参与学生人数有299 人。教务处批准公选课的班容量为每班30人，学期课时数32 学时，开设时间为工作日的7、8 节课或9、10 节课。通过公选课把专业实验室原来从来没做过实验都做了。2021—2022 年第一学期公选课统计，见表1。

表1 2021—2022 年第一学期公选课统计

（二）推动“本科生导师制”，师生共同组建团队，开展第二课堂实践训练，探索大学生创新创业教育模式

学院择优选派相关教师参加创新创业教育培训，开阔眼界、拓展思路，倡导专业教师开展创新创业教育。以机电工程学院大学生创新社团“idea to action 社团”为管理平台，组织大二、大三学生以专业兴趣分为若干小组，每组6个学生，组成兴趣小组；专业教师选择兴趣相近的社团小组对接，开展大学生创新创业教育和创新创业活动。相关创新创业团队与相关实验教师对接，利用下午的课余时间深入实验室，开展第二课堂实践训练，开发综合性、学科交叉性实验项目。依据大学生各类学科竞赛要求，设计参赛作品，进行赛前训练。每学期参与第二课堂的学生有260 人左右。通过实践训练，激发大学生的创新思维，提炼大学生创新创业项目课题，在实践中学习。在培养大学生的创新能力和工程实践应用能力的同时不断提高教师的实践教学能力和水平。我们依托电工电子实训室、单片机实验室、机械创新设计实验室和3D 打印实训室，开展大学生机械创新设计大赛、大学生电子设计大赛等各类学科赛前训练，为参赛学生取得好成绩奠定了非常扎实的基础，学生参赛取得了国家级一等奖、省级一等奖、省级二等奖及省级三等奖等非常好的成绩。2020—2021 年通过第二课堂实践训练培训，学生竞赛获奖情况统计，见表2。通过第二课堂实践训练，近几年学院获批的校级大创项目数量从几个到现在的十几个，有了大幅度的增长，质量也有所提高，每年校级项目被推荐为省级项目的数量也增加了。2020—2021 年第二课堂实践训练培训学生本校大创项目获批情况，见表3。

表2 2020—2021 年第二课堂实践训练培训学生竞赛获奖情况

表3 2020—2021 年第二课堂实践训练培训学生本校大创项目获批情况

（三）依托专业实验室开展课程设计和毕业设计

依托采掘工作面实训室开展煤矿综采工作面三机配套设计、煤矿采掘工作面供电设计，学生可以在实训室，根据实训室真实的现场设备的实际布置状况，身临其境，按照设计要求，认真开展课程设计或毕业设计，设计效果比之前的设计有很大进步。依托供电继电保护实验室开展工厂供电设计，依托机械原理实验室开展机械创新设计，学生在学习专业实验室综合实验项目的同时，依据综合性实验项目，加以拓展就可以形成一个非常好的设计题目，并在设计过程中加以实验验证，学生在完成课程设计或毕业设计的过程中，也提高了实践动手操作能力。2022 年以来，有5 位老师的课程设计和毕业设计都是依托实验室的教学资源完成的，参与学生大约197 人，取得了较好的效果，也得到了一些很好的教学经验。2020—2021 年学生依托实验室课程设计、毕业设计情况，见表4。

表4 2020—2021 年学生依托实验室课程设计、毕业设计情况

（四）依托专业实验室开展专业硕士研究生课题研究

专业硕士研究生在校内导师的安排下，联系相关实验教师，深入专业实验室，开展课题研究实验活动。2021 年以来，资源与环境矿山机电方向的4 名专业硕士研究生，依托自动控制实验室，利用实验室电脑，应用组态软件和PLC、变频器、传感器和电动机等，开展了煤矿主排水系统智能远程控制应用研究；煤矿掘进工作面无人值守智能供电系统应用研究；煤矿主皮带运输系统远程集中控制应用研究；煤矿主通风机远程控制系统应用研究。研究项目取得了实质性进展，理论研究与实际应用进行了很好结合，形成了一些应用研究的课题案例。为实验室开放模式的探索，获得了很好的经验。

（五）教师依托专业实验室，开展教师大赛的赛前训练

由于学院目前没有科研实验室，专业实验室的仪器设备在满足学生的教学需求外也为学院教师科研活动和赛前训练提供支持。学院教师参加全国高等院校工程应用技术教师大赛和全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛，也要在相关开放实验室进行训练。近年来，学院教师参加了全国高等院校工程应用技术教师大赛的数控机床控制技术，可编程序控制系统设计及应用，电子技术创新设计与应用，过程装备及自动化技术，水环境监测与治理技术项目的竞赛，他们依托数控加工实训中心、PLC实验室、自动控制实验室和过程控制实验室，开展项目训练，取得了3 人次三等奖的好成绩。学院教师参加全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛，依托单片机实验室开发了TM32 单片机应用的实验教学仪器，实现了参与此类大赛的突破。学校为了鼓励教师参与此类大赛，设置了5 000 元以上的奖励。

三、开放实验室管理模式探索

实验室的开放是一个系统工程，在实验室开放的管理方面不能照搬照抄别人的模式和经验，必须探索适合自身实际情况的开放管理模式和运行机制。

（一）实验室安全管理

实验室开放运行后会带来各种各样安全方面的问题，例如实验项目多且分散，进入实验室的人员多且不集中，人员安全环保意识薄弱等。只有加强和规范实验室在开放模式下的安全管理，才能保证教学和科研活动的正常有序进行，才能保障师生生命和国家财产安全不受损害。为此学院要求凡是预约进入实验室进行实验活动的教师、学生均需接受安全准入。安全准入包括安全培训，学习掌握实验室的管理规范和规章制度，签署安全承诺书。安全准入环节极大地提高了教师、学生的安全意识，确保了实验室的运行安全。

（二）实验室开放时间

依托实验室开设的公选课按照教务处安排的上课时间进行开放，一般为工作日的7、8 节或9、10 节对应的时间。第二课堂实践训练、研究生课题研究训练、教师科研活动和赛前训练，实验室开放时间为工作日7、8 节；周六、日的1～4 节和5～8 节课对应的时间。

（三）实验室开放预约管理

实验室开放是在不影响正常实验教学的基础上开展。实验室开放需要提前预约，形成课表后按时实施。实验室开放预约要求教师学期末提出下学期预约实验室申请，学院统一安排、调配。实践类公选课按照教务处课表安排按时开放；开展第二课堂实践活动的教师，开展研究生课题研究训练的校内导师，开展科研研究活动的教师，提交实验室名称、仪器设备、实验项目和学生名单、开放时间。目前我们采用微信群进行预约管理。机电工程学院设置实验室开放管理微信群，学院所有老师都入群，学院实验室主任收集整理实验室开放预约申请，整理形成实验室开放课程表，学院分管领导批准后实施。

学院发布实验室安全准入培训资料，要求学院教师和学生认真学习领会，并严格执行。违反相关规定责令改正，损坏实验设备照价赔偿，造成不良影响的给予相应处分。开放实验室开放时要求教师、实验教师和参与学生签字，做好考勤记录。实验教师做好每次开放活动的实验项目、使用实验设备、设备使用情况和实验设备完好情况等记录。

（四）教师和实验教师的管理与激励

参与实验室开放的老师和实验教师，严格按照实验室开放课表执行，不得随意更改，要确保实验设备在完好的状态下开展实验活动。实践类公选课按照教务处规定按课时发放课时津贴，实践性第二课堂和研究生课题研究等，教师和实验教师的工作量，按课表统计，学院利用年终绩效给予奖励，并将其作为考核、评优和晋升的重要条件。目前教师和实验教师在学院鼓励政策的引导下，积极开展实践性教学改革，依托校内实践教学资源，充分挖掘实验、实训设备的潜力，在申报实践类公选课、开展实践性第二课堂及研究生课题研究等方面都有了非常大的进步，每学期参与学生的数量将近500 多人次，基本涵盖了大二、大三的学生，学生的实践动手能力和工程应用能力有所提高，学院的实验教学质量有了较大改善。

四、结束语

实验室开放是培养学生成为专业技术扎实、动手能力强的创新人才的必由之路。学院在开放实验室管理模式的探索中充分发挥了教师的引导作用和学生参与的主动性，取得了一定的成绩。随着开放程度的不断深入还将面临新的问题和新的挑战，学院将不断总结经验教训，积极探索适合我们自己的实验室开放新模式、新机制，不断提升应用型本科院校实践性教学水平，为地方经济建设培养合格的应用型技术人才。