地方本科院校分層次開放性實驗教學體系的構建與實踐

秦 杰，劉紅玲，劉恩岐，巫永華，陳尚龍，唐仕榮

（徐州工程學院 食品工程學院，江蘇 徐州 221008）

實驗教學是高校教學的重要組成部分，與理論教學相輔相成，是一種有計劃、有組織地把科學知識、思維能力、實驗方法、操作技能傳授給學生的實踐活動。通過實驗教學，不僅要培養學生的能力、啟發他們的創新精神和創新意識，更要培養他們嚴謹的科學態度和誠實的優良品質。傳統的實驗教學中，學生只是按照既定實驗方案按部就班地被動地完成實驗任務，教學過程只注重了學生共性的發展而忽視了個性的培養，缺乏學生的主動性和創新欲望，實驗效果一般[1]。隨著高校教學改革的推進，這種傳統的實驗教學模式已與培養具有創新精神人才的目標脫節，更不適應個性化人才培養的需要。

分層次開放性實驗教學是針對傳統實驗教學模式而提出的，它將傳統的實驗內容進行模塊化整合，在時間、內容和實驗室資源等方面對學生全面開放，以培養學生的創新能力為目標，采用教師或學生先提出實驗目標或創設問題情境，經學生自主學習探究，擬就實驗方案、擬定實驗步驟、選擇儀器設備，再獨立完成實驗，通過自主處理、分析實驗結果和實驗數據形成實驗結論[2]。實踐證明，開放實驗室和開放性實驗教學激發了學生的學習熱情，促進了學生的個性發展，實現了學生自主創新能力培養和綜合素質的提高[3]。因此，構建分層次的實驗教學體系、實施開放式實驗教學過程管理，是高校實驗教學改革與創新的必然選擇[4]。

徐州工程學院是地處蘇北的一所新建地方本科院校，緊密結合區域經濟和社會發展對應用型人才的培養需求，堅持錯位發展，突出服務地方，著力培養高素質應用型人才。食品科學與工程專業2011年入選教育部第二批“卓越工程師教育培養計劃”實施專業。圍繞學生工程實踐能力培養和“卓越工程師計劃”的深度實施，不斷探索并逐步形成了分層次開放性實驗教學模式并取得了較好的教學效果。

1 分層次實驗教學體系的構建

根據各專業實驗課程開設的實際情況，按照分層次、模塊化、漸次遞進的基本要求，建立了“基礎認知型實驗、綜合應用提高型實驗、研究創新型實驗”3個層次和“基本操作、技能培訓、工程實踐、科技創新訓練”4個環節有機結合的實驗教學體系。按照“專業基礎類、分析檢測類、專業綜合類、工程實踐類、創新訓練類”五大教學模塊優化整合實驗項目及內容，拓展經典實驗，加強新實驗技術和手段的引入，增加應用性較強的綜合性、設計性和創新性實驗項目比重，將科研成果轉化為實驗教學內容，從教師科研課題和生產實際面臨的問題中提煉出綜合設計性實驗項目，形成了完善的基礎－綜合、設計－創新3個層次的實驗教學體系。

基礎型實驗能反映專業的基本理論和基礎知識，訓練學生的基本操作技能，培養學生嚴謹求實的科學態度及良好的操作規范。綜合設計型實驗集成專業綜合知識訓練，結合教師科研成果設計不同的實驗項目，由教師引導、學生自主完成，進一步培養學生實驗的整體意識，提高學生對復雜問題的分析和處理能力。創新型實驗以科研訓練為導向，以學生自主設計為主、教師指導為輔，培養學生的創新思維與實踐能力[5]。

教學內容方面，修訂并完善實驗、實踐教學計劃、實驗教學大綱，從實驗教學的整體出發，明確實驗課程的任務和目標要求，調整實驗項目及內容，構建漸次遞進的實驗課程體系[6]。如儀器分析實驗等專業基礎課程實驗，以基礎認知型實驗為主，實驗項目涵蓋了電化學、分光光度計、紅外、原子吸收、氣相色譜儀、液相色譜儀等常見儀器分析的基本內容，通過教師主導下的學生實驗，使學生能夠規范、正確地掌握和熟練地進行基本實驗操作，重點培養學生的基本操作技能?，F代食品檢測技術實驗等專業（選修）課程實驗則以綜合性、設計性實驗為主，通過雙波長法同時測定樣品中的VC和VE、高效液相色譜法檢測常見的食品添加劑、食品中四環素殘留量的測定、食品中有機磷殘留量的測定等與生活實際密切相關的綜合性設計性實驗項目，培養學生運用理論指導并能獨立進行樣品的采集制備、預處理、儀器操作分析、數據處理、報告撰寫的綜合能力，提高學生分析問題和解決問題的能力以及實際動手能力，為今后應用儀器分析方法解決食品科學研究及其他相關的實際問題打下良好基礎。畢業設計（論文）以及大學生創新訓練、個性化培養等創新能力培養，以科研訓練為導向，以學生自主設計為主、教師指導為輔，培養學生的創新思維、創新能力。

2 分層次開放性實驗教學過程管理

分層次開放性實驗教學，通常根據學生特點和實驗課程屬性由淺入深、循序漸進地實施不同的開放形式。對低年級學生，以公共基礎和專業基礎課程實驗為主，重點訓練其基本實驗技能和動手能力，可采取實驗分批、學生自由選擇實驗時間的開放形式。對高年級學生，以專業綜合和創新訓練實驗為主，重在培養其分析、解決實際問題和創新實踐的能力，可根據教學需要采取實驗內容、教學方法、教學手段等全面開放。同時實驗室所有教學資源實行全天候開放，滿足學生科研實踐與創新訓練的需要。

2.1 實驗室全天候開放

開放性實驗教學的實施首先要求實驗室開放，即實驗室在時間、空間，以及儀器設備等教學資源方面全部對外開放。學生除了在規定的實驗時間內進行實驗外，還可以在課余時間預約進入實驗室開展課程實驗項目的再學習或者自行設計探究性實驗，真正給學生自主學習和研究性學習創造有利條件。實驗室的所有儀器設備，包括大型設備，只要是開放項目需要的，學生都可以在經過培訓掌握操作規程的前提下自由預約使用，這樣，既可提高學生的實踐操作技能，也能大幅提高設備的使用效率。

采用實驗室開放預約與儀器設備共享管理系統管理實驗室的全開放運行。開放管理系統包括智能門禁、儀器設備管理、大型儀器設備電源控制管理、視頻監控管理、學生預約與實驗教學管理等子系統，實現了實驗室的全面開放與管理規范化、流程化、信息化的有效統一[7]。

2.2 課內實驗開放

對于教學計劃內的實驗項目，可根據課程屬性采取不同的開放形式來完成[8]。對于生物化學實驗、微生物學實驗和儀器分析實驗等公共基礎和專業基礎課程，實驗項目以基礎實驗為主，對食品、生物、環境等專業開設，重點訓練學生的基本操作技能。由于學生人數多、實驗批次多，此類實驗采用分時間開放的形式，即實驗指導教師根據實驗要求、實驗室和學生情況確定實驗批次、每批時間安排，然后發布于實驗室開放管理系統，學生自由選擇，預約參加實驗。學生除了在預約的實驗時間內集中實驗訓練外，還可以在課余時間預約進入實驗室開展課程實驗項目的再學習。從學生入校開始實施開放式預約實驗教學模式，真正給學生自主學習和研究性學習創造有利條件，逐步提高學生自主訓練的能動性。

對于專業（選修）課程實驗，實驗項目以綜合設計型實驗為主，實驗項目涉及專業知識，大都利用專業儀器設備進行實驗，具有一定的操作難度，同時各專業開設的課程均不相同，選修人數一般50～100人，分批讓學生自由選擇的話會極大增加實驗教學運行與管理的難度。采取先集中時間指導，講解實驗項目目的、實驗思路及所涉及的有關儀器操作，之后學生再預約進行實驗。學生經過教師引導后，對實驗具有了較深的理解，再獨立自主地預約實驗操作，能進一步強化實驗的整體意識，提高對復雜問題的分析和處理能力。

選修實驗項目全部采用開放的形式組織教學。教師將課程實驗大綱、選修實驗項目名稱及選修要求公布在開放管理系統上，讓學生根據自己的學習時間和學習興趣自主選擇實驗項目，然后根據學生的選擇情況組織實驗教學，實施個性化培養。

2.3 實驗公選課程開放

結合專業實際，開設了“食品質量與安全檢測技術”等實驗公選課，主要使用紫外分光光度計、原子吸收分光光度計、液相色譜儀、氣相色譜儀等大型分析檢測設備，開展食品功能成分、食品添加劑、食品中微量元素分析、農藥殘留、獸藥殘留、重金屬等食品質量與有毒有害物質分析檢驗方面的實驗，面向食品、生物、化工和環境等專業對現代食品分析檢測技術非常感興趣的大二以上學生選修，使學生理解有關食品質量安全檢測技術的基本原理，掌握相關的實驗基礎知識和操作技能。對于公選課程開放項目，以興趣小組的形式開放式教學。實驗中心首先將公選課實驗大綱、學時要求及項目名稱等信息公布在開放管理系統上，學生自主選擇，每個小組4～6人。學生預約后根據選修情況組織實驗教學，經過教師指導后，學生獨立操作，對于一次沒有完成的實驗可以繼續預約，直到完成為止。最終的成績評定根據學生的技能操作、數據分析、實驗結果等綜合評定，強化學生的操作技能和團隊協作能力培養[9]。

2.4 課外項目開放

實驗室在實驗教學之余全天候面向學生開放，不受課時限制。課外項目開放可采取不同的形式，如教師發布的開放性實驗項目、大學生課外科技創新與實踐項目、教師科研項目等各種形式的實驗，以科研創新訓練為主，重在培養學生的創新思維與實踐能力。

（1）教師發布開放性實驗項目。指導教師定期發布教學計劃以外的綜合型、設計型實驗課題，或者是與實驗教學改革有關的開放研究課題，鼓勵學生進行創新設計實驗[10]。項目審核通過后，學生可自主選擇，指導教師根據學生興趣和特長選擇確定項目參與學生，則這些學生可以在項目指定的時間、空間范圍內通過門禁管理系統隨時進入實驗室開展實驗。

（2）學生自行設計開放性實驗項目。學生根據興趣自行組隊，在調研的基礎上確定實驗內容、設計實驗方案，然后通過討論、答辯從而完善實驗項目。對于一些產品開發類型的自選項目，要求學生結合市場需求，將項目按產品要求設計，盡可能將實驗成果轉變為產品開發。項目經實驗室審核通過后，指定開展該項目的開放性實驗室，同時為這些學生開通進入該實驗室的權限。在項目指定的時間空間范圍內，這些學生可以隨時進入該實驗室開展實驗。學生自行設計實驗，有利于培養學生的自學能力、科學思維能力、創新能力及綜合素質，掌握科學研究的基本程序和方法，為走上工作崗位打下堅實的基礎[11]。

（3）畢業設計（論文）開放。畢業設計（論文）是教學過程最后階段采用的一種總結性的實踐教學環節。為充分滿足學生畢業設計（論文）的開放需要，根據畢業設計（論文）工作安排，為學生指定開展畢業設計（論文）的實驗室并開通權限。畢業設計（論文）期間，學生可隨時進入該實驗室開展實驗。對于需要使用其他實驗室的儀器設備，則通過儀器設備預約管理系統預約使用。

（4）教師科研型開放項目。面向高年級學生，吸收部分優秀學生進入實驗室參與教師的科研活動[12]。教師發布部分科研項目，審核通過后，學生可自主選擇，教師根據學生興趣和特長選擇、確定學生。獲準參與的學生可以隨時進入相關實驗室開展實驗，進行科研訓練。

（5）大學生科技創新型開放項目。積極倡導和鼓勵大學生開展科技創新與創業活動，指導學生申報大學生創新與創業項目，切實提高學生的創新、創業能力和科研實踐能力。對立項的大學生創新項目，實驗室審核后，指定獨立的開放性實驗室用于開展該項目。

3 分層次開放性實驗教學模式的實施效果

實施分層次開放性實驗教學，構建以學生為中心、學生自我訓練為主的開放實驗教學模式，學生可通過網上預約確定實驗項目，自主進行實驗，給學生更多的自主學習空間，提高了學生學習的主動性和積極性，促進了學生知識、能力、素質的協調發展。實驗室開放預約運行1年來，開放效果明顯，實驗室工作量飽滿。實驗指導教師、實驗室管理人員、技術人員等開發的實驗室開放項目25項、立項學生自擬開放項目22項、省級大學生實踐創新項目14項、校級大學生實踐創新創業項目14項、教師科研型開放項目300余項等，實驗室課外開放時間超15萬小時／年，受益學生人數達1500人以上。學生實踐創新能力明顯提高，獲省大學生“挑戰杯”比賽銀獎1項，大學生創業計劃競賽獎8人次，省高校畢業生優秀論文2篇，省大學生創新論文大賽獎8篇，徐州市自然科學優秀論文二等獎10篇，學生第一作者發表學術論文30余篇，有22名學生考取江南大學、南京農業大學等高校的碩士研究生。

4 結束語

分層次開放性實驗教學突破原有的封閉狀態，把學生置于一種開放、主動、多元的學習環境，給學生提供了一個完善自我、表達自我的空間和舞臺，提高了學生學習的主動性和積極性，促進了學生的個性發展和創新精神的培養，對提高學生的實踐能力和綜合素質有顯著的作用。同時有利于最大限度地利用教學資源、促進產學研用的深入結合、提高實驗教學水平，促進了高校實驗室的快速發展。

（References）

[1]馬宏圖.開放實驗室促進創新人才培養[J].實驗科學與技術，2012，10（5）：135-136.

[2]張瑩，谷巍，李海濤，等.關于分層次開放性實驗教學的研究與探索[J].中國西部科技，2012，11（7）：82-83.

[3]陳愛華.愛因斯坦科學發展風險倫理觀及啟示：以培養科技創新人才為例[J].徐州工程學院學報：社會科學版，2012，27（2）：98-102.

[4]何優選.地方院校實驗室應實行分層次開放[J].實驗技術與管理，2011，28（7）：188-189.

[5]伍碩，呂寧，范英杰.創新思維的形成機理與特征研究[J].徐州工程學院學報：社會科學版，2012，27（6）：19-23.

[6]李玉玲.開放性實驗教學管理模式的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2011（17）：44-46.

[7]蔣海洋，可燕.開放性實驗室規范化管理的探索[J].實驗室研究與探索，2012，31（9）：156-159.

[8]楊曉蘭，胡雪原，趙旭東.探索教學研究型實驗室開放，培養創新型人才[J].實驗室研究與探索，2011，30（7）：371-373.

[9]高宏，郭文閣，賈振安.“綜合設計型物理實驗”公選課的實踐與體會[J].大學物理實驗，2010，23（2）：97-99.

[10]張黎明，王敏，戴玉杰.基于實驗室開放基金項目綜合性實驗的實施[J].藥學教育，2011，27（1）：52-55.

[11]張亦良，張偉，王晶.適合工程性開放實驗的綜合力學實驗平臺[J].實驗技術與管理，2012，29（3）：59-62.

[12]王軍良，蓋瑞雪，林春綿.以二級學院教學科研平臺為依托的實驗室開放體系構建與實踐[J].實驗室研究與探索，2012，31（4）：178-181.