建設開放性實驗室 培養學生工程意識

張建云 谷立坤 河南工程學院資源與環境工程系 451191

建設開放性實驗室 培養學生工程意識

張建云 谷立坤 河南工程學院資源與環境工程系 451191

實驗教學是培養學生實踐和創新能力的重要環節。實驗室的開放是完成教學新目標的有效措施，是培養工科院校大學生工程意識的必要途徑。探討了在開放性實驗室準備工作、具體措施等方面的問題，并提出一系列的改革建議，以期建立可行的開放實驗教學體系。

開放實驗室；實踐能力；工程意識

工程意識，是人腦對事物、經濟環境、自然環境這個“大工程”的能動反應，就是在充分掌握自然規律的基礎上，要有能夠尊重自然、保護自然，合理合法地開發利用自然條件，去完成某項工程，創造出新的物質財富的意念。工程意識是工程師最重要、最基本的素質之一。如何培養既能綜合應用現代科學理論和技術手段，又具備現代工程意識的工程技術人才，是高等院校特別是高等工科院校急需研究解決的現實問題。工科教育側重于解決工程中遇到的實際問題，這些實際問題的解決要求大學生必須具有豐富的實踐能力。當前的大學教育是以理論基礎知識為主的教育模式，如何將實踐能力的培養真正融入到大學教育中具有非常重要的意義。

實驗室是高等教育教學體系的組成部分，高校實驗室在創新性人才的培養中，主要是通過促進大學生實踐能力和創新性的發展，形成大學生創新性能力素質而體現的。實驗教學對于激發學生的創新意識、拓展學生的創新思維、增長學生的創新技能能、涵養學生的創新品格方面的作用，是其他任何教學形式所不能替代的。開放實驗室，是指在教學中實驗資源向學生開放，讓學生成為實驗的主體的一種新型教學模式。與傳統實驗相比，開放實驗在時間與實驗項目的選題上有較大的自由度，可以使教與學有機地結合起來，在更大程度上激發學生的思維和動手潛力，提高學生的綜合素質與科研創新能力。

1 開放實驗室的準備工作

1.1 建立完備的實驗規章制度

要搞好開放實驗室工作，必須改變原有的實驗模式，建立一整套新的實驗流程體系。首先列出本實驗室提供的實驗條件、項目范圍、實驗室管理制度以及學生的工作職責，在實驗室老師和專業課任課教師的共同牽頭下，在生物技術專業學生中公開報名，經考核選中的學生可以參與實驗教學的準備、實驗室的日常維護、輔助有科研任務的教師進行項目的研究，這類情況要求學生踏實、肯干、能夠長期在實驗室工作。同時學生也可以提出申請，寫出欲做實驗的內容、具體的實驗方案，需要的儀器和材料等，然后由老師審查其實驗方案可行性，審批合格者可以與實驗室老師預約時間，最后在開放實驗室完成相關實驗，這類開放主要是針對某些學生在實驗課程中沒有做好實驗或補做實驗的情況。實驗室由一到兩位老師專門負責，每一位同學要登記姓名及進入和離開實驗室的時間，嚴格遵守實驗室的相關規章制度。

1.2 加強對開放實驗室學生的管理培訓

對于進入開放實驗室的學生，除了要學習實驗室的相關規章制度和管理條例，還必須熟悉各種常規儀器的使用和維護方法，讓學生知道如何愛護儀器設備， 減少人為損壞。有些貴重的測量儀器，在實驗前由學生登記領取，學生完成實驗以后要求全部儀器和試劑送還準備室或放到原處，將所用器械、玻璃器皿等洗刷干凈，清點數量后，離開實驗室。對于長期在實驗室工作的學生，挑選部分責任心比較強的學生參與實驗室的日常管理，包括實驗準備、藥品登記、新近實驗室人員的培訓。在專業方面，給實驗室配制了一批必需的實驗指導書和專業補充教材，讓學生參與一些課題項目的調研材料的搜集工作，抽時間給學生講授基本的科研思路，包括如何查找外文資料、設計實驗方案、統計分析實驗結果、學術論文撰寫技巧等，以培養學生的科研思維能力。

1.3 實驗項目與實驗設備的更新

在實驗內容上，我們注重對原有實驗內容進行調整和更新，開設了一些綜合性和應用性較強的實驗項目，比如淀粉酶生產菌的選育、乳酸菌的分離、純化及發酵試驗、蛋清中溶菌酶的提取、純化及活性測定、糖化酶生產菌的發酵生產及孢子數和發芽率的測定等、活性污泥中微生物的富集培養、不同環境中微生物含量測定等實驗，學生可以自由選擇。指導教師指導學生的具體實驗操作，并解答學生的各種問題，鼓勵學生獨立思考和設計實驗， 發揮他們學習的主動性。教師在實驗過程中給學生講授在實驗設備方面，增加了顯微測微尺、電子天平、電泳儀、生化分析儀等設備，以全力保證開放實驗工作的順利進行。

1.4 開放實驗中重點培養學生的綜合實驗能力和創新能力

實驗教學是訓練學生科研思維能力的重要途徑之一，實驗室的開放，使學生不但能認識到科學研究的重要價值，而且能參與到科研中。事實表明，如果一個學生具有較強的觀察能力，就有更多的機會獲取知識，就更能從觀察對象上發現事物的本質特征。在開放實驗中，每 3～4個同學為一組，保爭取實驗的每一個環節都要學生自己動手，人人都有實驗操作的機會，以提高學生的動手能力。在實驗中，既要鼓勵他們大膽進行操作，又要嚴格要求，進行科學指導，如在淀粉酶活性測定中，不是讓學生按照實驗步驟簡單去機械地重復，而是讓他們自己通過設計實驗來確定原酶液的最佳稀釋倍數，同時通過不同溫度、不同pH條件下酶活性的比較，讓他們更加深入地理解了影響酶測定結果的主要因素及意義，提高了他們的分析能力和科研素質。在酶的固定化實驗中，設計了不同海藻酸鈉濃度、不同氯化鈣濃度對固定化酶效果和偶聯率的影響，提高了學生設計實驗和分析問題的能力。在黑曲霉分離培養實驗中，曲霉在普通的查氏培養基中菌絲生長速度非常緩慢，就讓學生自己查資料，并通過比較實驗找出曲霉生長的最適培養基，不但提高了學生解決問題的能力，而且在實驗中學生的團隊協作精神也得到了加強。

參與教師的科研項目是提高學生科研思維能力的另一重要途徑，讓專業知識扎實的學生直接參與到老師的課題中，不僅為教師減輕了科研負擔，而且學生自身的科研素質和創新能力也得到了較大的提高。

1.4 開放實驗室中取得的實際效果

廣義的“開放實驗室”的概念是指在教學中實驗資源向學生開放，讓學生成為實驗的主體，實驗性質由驗證型向設計型、綜合型過渡。通過開放實驗，取得了比較理想的效果，使學生這處于教學的中心地位，利于調動學生的積極性，激發學生的學習興趣，培養學生分析問題和解決問題的能力。我們的開放性實驗室正處于探索階段，尚未形成一個固定的模式?？偨Y我們多年經驗，我們的實驗室開放主要有兩種手段：1）、改變傳統實驗教學模式，將專業課中的驗證性、重復性實驗過渡為設計性、綜合性實驗，以發揮學生實驗的主體地位，這種形式適用于生物技術專業的全體學生；2）、積極引導學生以志愿者的形式進入實驗室，輔助實驗室老師進行日常管理、實驗準備，同時幫助有科研項目的老師做課題，在經費允許的情況下，也可以自己設計、選做感興趣的課題。由于實驗室條件和經費的限制，這種形式只適合部分學生參與。

在開放性實驗室建設的實踐探索中，我們也收到了良好的實驗效果。03生物技術的志愿者以農作物下腳料—花生殼為輔料，探索了花生殼制醬油的工藝條件，所制醬油經測定符合“二級醬油標準”，該研究成果發表在《江蘇調味品》雜志上，04級的實驗室志愿者研究了不同激素濃度對白靈菇發育的影響，通過課題研究，不但掌握白靈菇的栽培技術，而且實驗數據也受到了項目提供方—省農科院相關工作人員的好評。05級的實驗室志愿者利用9k培養基從煤場廢水中分離出幾株能夠脫硫的氧化亞鐵硫桿菌，我們以此為基礎先后申請了關于脫硫微生物的院青年基金和教育廳的自然科學基金，現在07級和08級的學生也在逐步開展一些關于功能性微生物的篩選工作?？梢哉f，通過開放性實驗室建設，不但提高了學生的科研和創新能力，也有效的促進了教師科研工作的開展。同時，從我們實驗室走出來的學生，能夠很快地適應工作崗位，現在多數都成為所在部門的技術骨干。

在實驗教學中，由于開放性實驗的引入，也極大的提高了學生學習的積極性。通過不同環境中微生物含量的測定，學生發現“宿舍中微生物的含量要遠遠多于衛生間”，“人呼出的氣體中竟然也含有微生物”，通過這些實驗，使環境中的微生物一下子直觀地顯現在學生的面前，極大的喚起了他們的好奇心和興趣。在“蛋清中溶菌酶提取”實驗中，通過實驗條件的改善，最終得到的溶菌酶的活力和得率都得到了較大的提高，學生們也通過實驗明白“做實驗要有耐心和細心，稍微大意，就會使自己的實驗結果跟別人有較大差距”，也由一開始覺得實驗麻煩到最后變得愿意主動地去做實驗。雖然綜合性實驗可能要花的時間要遠遠超過傳統的驗證性實驗。但學生做實驗的熱情和積極性得到了極大的提高，而且通過對實驗結果的討論和改進，也培養了他們分析問題和解決問題的能力，這些都鼓舞了我們今后加倍努力去做這項工作。

實驗室通過多年來的實踐與摸索，已取得了一定的經驗，但是仍存在一些不足之處，比如實驗室資金方面投入不足，我們只能選擇一些花費較低，技術含量不高去做；此外，在實驗教學中開展綜合性實驗，花費的時間和精力要遠遠多于常規的驗證性實驗，占用了專業老師大量的課外時間；實驗室志愿者是一種比較有效的提供學生實踐能力的途徑，但由于空間和設備的局限，只有少部分學生能進入實驗室；另外，開放實驗室該如何有效管理，如何制定對學生的考核標準等， 這將成為各高校普遍面臨的問題。

2 改革建議

對于目前開放實驗室存在的一些問題，根據我們在形態學開放實驗室實踐中總結的經驗，提出以下建議。

2.1 精選實驗內容，增加設計性和研究性實驗 在當今高等教育中，素質教育對學生的創新能力和綜合素質提出較高的要求。傳統上的實驗多是驗證性實驗， 簡單重復，缺少創造性，因此在選擇開放性實驗內容時，設計一系列綜合性和研究性實驗，這樣可以開發學生思維，激發學生探索未知領域的精神。

2.2 加大開放實驗室資金方面的投入雖然學校的擴招已經給本科教學帶來了巨大的壓力，與此相比，實驗與教學資源顯得非常緊張，但是為了滿足學生對于開放實驗的需要，學校還是應該在實驗室資金投入方面加大一些力度，購置相應的實驗設備，并增加設備維護費用，確保開放實驗工作的有效進行，因為培養出理論、實踐、創新能力較強，適應社會并且就業率高的學生是學校綜合實力的評價標準之一。

2.3 完善指導教師的繼續教育制度 由于開放實驗教學中更注重創新性和學生運用知識解決實際問題的能力，因此對教師的知識儲備和實驗技能也就 提出了更高的要求，指導教師要付出更多的勞動。教師只有通過學習不斷地提高自身的水平和能力，才能較好地完成此項工作；同時學校應積極為指導教師提供培訓和進修的機會，提高業務素質，從而為學生能力的培養創造更好的條件?？傊_放實驗是深化校實驗教學改革，培養學生工程意識的要求和必然趨勢。開放實驗從本質上更接近于科研工作，讓學生真正成為實驗的主人， 教師處于指導和參與的位置，學生主動探求、發現和體驗，培養了學生的創新能力和科研素質。學生在感受科研氛圍的同時，使自身也得到鍛煉與成長。

3 結束語

實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要環節，這兩種能力是形成“工程意識”的重要組成部分。傳統的實驗教學模式單一，多采用驗證式、 灌輸式教學模式，不利于提高學生的能動性和實踐能力。開放實驗室能夠使學生成為實驗的主體，實驗性質由驗證型向設計型、綜合型過渡，使學生處于教學的中心地位，調動了學生的學習積極性，培養學生分析問題和解決問題的能力。目前，開放實驗室建設已經在一些“211”“985”等重點高校悄然興起。這些重點高校的老師承擔著大量的來自國家、省級和企業的科研項目，科研項目的開展需要大量的人力去完成，讓部分本科生參與到項目中。既可以使科研項目節省人力成本，又可以讓學生參與到一項系統的研究工作中，得以使個人的實踐能力和創新能力得到提升，形成良性的教學科研模式。

但是多數普通本科院校整體的科研實力還比較薄弱，科研經費有限。而單純性的建立開放性實驗室必須考慮到教學成本、實驗室管理和學生安全等多方面的問題。因此，在當前形勢下，如何建設開放性實驗室，并解決相應的管理、資金、安全等方面的問題，如何將開放實驗室建設與學生工程意識的培養有機結合起來，做到教學與科研結合，理論與實踐結合，知識與能力的結合，將成為普通高等院校開放性實驗室建設中亟待解決的問題。

[1]王貴和,呂建國.工科大學生工程意識的內涵與培養途徑[J].中國地質教育.2006 (4):62-64.

[2]沈秀，龔方紅.高校教學實驗室開放的實踐與思考[J].江蘇工業學院學報. 2007,8(2):62-64.

[3]何寶燕，尹華，葉錦韶，秦華明，王立立.創新實驗教學體系促進實踐能力培養-環境微生物學實驗教學改革[J].微生物學通報.2008，35(10):1655-1658.

[4]姚貴敏，郭春艷. 創建開放式實驗環境，培養創新型人才[J].中國成人教育.2008，23：138-138.

[5]彭菊香,劉向紅.工程教育創新人才培養的研究與實踐[J].現代企業教育.2007 (24):8-9.

[6]李紅軍.醫學院形態學開放實驗室的作用與體會[J].山西醫科大學學報,基礎醫學教育版.2007,9(2):180-182.

[7]李順興,鄧南圣. 環境科學本科專業人才培養模式探討[J]. 漳州師范學院學報( 自然科學版). 2002,15(4):92- 96.

[8]曾令初，孫連鵬，張再利. 環境工程專業實驗教學改革的探索[J].實驗室研究與探索. 2008，27(3)：89-92.

[9]何寶燕，尹華，葉錦韶，秦華明，王立立.創新實驗教學體系促進實踐能力培養-環境微生物學實驗教學改革[J].微生物學通報.2008，35(10):1655-1658.

[10]姚貴敏，郭春艷. 創建開放式實驗環境，培養創新型人才[J].中國成人教育.2008，23：138-138.

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.143

河南工程學院工程教育教學研究資助項目（gcxyjy0918）

河南工程學院工程技術研究中心建設項目資助（2009ETRCHNIE02）

張建云（1979—），河南南召人，講師，博士，研究方向為應用微生物技術。