材料科學(xué)與工程專業(yè)開放實驗室管理的創(chuàng)新

何奧平，曾建民，胡治流

(廣西大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

廣西大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)是“廣西高等學(xué)校特色專業(yè)及課程一體化建設(shè)急需專業(yè)”和“本科卓越計劃”的建設(shè)主體。開放實驗室，開展綜合性、設(shè)計性的實驗，使學(xué)生積極主動地獲取知識，是有效提高實驗教學(xué)質(zhì)量、適應(yīng)高等教育深化改革、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與綜合分析能力的有的效途徑[1]；抓好基礎(chǔ)實驗課和實驗室管理是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的前提。為此，筆者結(jié)合材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗課程，探討如何管理和擴(kuò)大實驗室開放，開展綜合性、設(shè)計性實驗，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的實驗室管理模式。

1 開放實驗室發(fā)展模式現(xiàn)狀

要提高儀器設(shè)備的利用率，就必須建設(shè)開放性實驗室，盡可能為學(xué)生提供使用儀器設(shè)備的條件和機(jī)會。實驗室的開放也為學(xué)生創(chuàng)造了自主實驗、個性化學(xué)習(xí)的環(huán)境和空間，能有效提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力[2-3]。

目前，我國大多數(shù)高校開放實驗室的建設(shè)不僅注重實驗室硬件設(shè)施的完善，而且也在學(xué)校的科研體系、學(xué)術(shù)氛圍和學(xué)術(shù)理念等軟環(huán)境方面形成自己的特色，從實驗技術(shù)咨詢與指導(dǎo)、預(yù)約式有償技術(shù)服務(wù)、分層次開放服務(wù)、全方位綜合服務(wù)、強(qiáng)化實驗室科學(xué)管理等5個方面著手，構(gòu)建全方位、多層次、立體式開放服務(wù)體系，使實驗室實現(xiàn)可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，更好地服務(wù)于教學(xué)、科研，發(fā)揮其在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要作用[4-5]。

2 綜合性、設(shè)計性實驗現(xiàn)狀

綜合性、設(shè)計性實驗不但要求學(xué)生綜合多學(xué)科知識和多種實驗原理來設(shè)計實驗方案，還要求學(xué)生能運用已有知識去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題[6]。因此，綜合性、設(shè)計性實驗高于驗證性實驗，對實驗內(nèi)涵與效果也提出了更高的要求。

在提倡素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的今天，各高校、各學(xué)科幾乎都在探討如何開設(shè)好學(xué)科基礎(chǔ)實驗課，從單純驗證性實驗向驗證性、綜合性、設(shè)計性相結(jié)合的實驗轉(zhuǎn)變。綜合性、設(shè)計性實驗的目標(biāo)應(yīng)明確，難度不宜過大，但要有較強(qiáng)的可操作性，要求學(xué)生綜合所學(xué)過的知識和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，經(jīng)過自身努力達(dá)到實驗研究的目的。通過實驗，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，全面擴(kuò)展學(xué)生的認(rèn)知水平，讓學(xué)生在富有探索性的學(xué)習(xí)中發(fā)揮其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，使學(xué)生體驗這種科學(xué)研究的過程，培養(yǎng)科學(xué)研究習(xí)慣和探究精神，并使其極富成就感，起到良性的學(xué)習(xí)推動力作用[7-9]。

3 開放實驗室與開展綜合設(shè)計性實驗相結(jié)合的發(fā)展模式

3.1 研究方法和內(nèi)容

3.1.1 開放材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗室

開放時間為每年的下半年(避開本科畢業(yè)論文實驗和研究生論文實驗的高峰期)，學(xué)生的課余時間，固定周次。開放對象主要是大三、大四的本科生。

開放對象一：自愿參與綜合性、設(shè)計性實驗的大三本科生，人數(shù)不限。這部分學(xué)生在當(dāng)年上半年修完“材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗”課程，對實驗中的基本專業(yè)知識和實驗技能還不能很好地掌握，沒有進(jìn)行過綜合性實驗，渴望多進(jìn)入實驗室，有更多動手實踐的機(jī)會。

開放對象二：大四本科生，約10人。要求已經(jīng)有材料科學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗經(jīng)驗的學(xué)生。這部分學(xué)生將作為實驗室開放的管理人員，以及大三本科生開展綜合性、設(shè)計性實驗的主要指導(dǎo)人員。

3.1.2 開展綜合性、設(shè)計性實驗

第一階段：在查閱大量文獻(xiàn)和綜合所學(xué)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，大四學(xué)生(或者大三學(xué)生和大四學(xué)生共同合作)在盡可能多地應(yīng)用“材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗”中10個單獨實驗(見表1)，設(shè)計5～10個綜合性、設(shè)計性實驗方案(見表2)，并進(jìn)行材料準(zhǔn)備等前期活動。

表1 材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗中的10個單獨實驗

表2 創(chuàng)新實驗方案舉例

第二階段：大三學(xué)生以小組為單位，每組3～5人，根據(jù)已經(jīng)設(shè)計好的5～10個綜合性、設(shè)計性實驗方案，任意選取1個或多個實驗項目，利用課余時間，在大四學(xué)生的指導(dǎo)下應(yīng)用所學(xué)的多種實驗方法共同合作完成實驗，撰寫實驗分析報告。

第三階段：大四學(xué)生收集整理大三本科生的實驗報告。教師、實驗員和高低年級本科生召開座談會，分析討論此次實驗室開放和開展綜合性與設(shè)計性創(chuàng)新實驗的經(jīng)驗和教訓(xùn)，重點是大四學(xué)生將自己的管理和指導(dǎo)經(jīng)驗傳授給大三學(xué)生，讓他們成為下一次實驗室開放和創(chuàng)新實驗的優(yōu)秀管理者和帶教“導(dǎo)師”。

3.2 關(guān)于開放實驗室創(chuàng)新的效果與問題

廣西大學(xué)將材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗室的開放與綜合設(shè)計創(chuàng)新實驗很好地融合，為材料基礎(chǔ)實驗室的擴(kuò)大開放找到了比較好的運行機(jī)制，即由高年級本科生帶教低年級本科生，而教師和實驗員做好實驗室開放安全和綜合設(shè)計創(chuàng)新實驗的質(zhì)量監(jiān)督工作。開展綜合性、設(shè)計性實驗可以彌補(bǔ)低年級本科生修完“材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗”后知識技能的不足，有助于提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

3.2.1 增進(jìn)師生間和高低年級學(xué)生間的交流

由于實驗室的開放大多是利用課余時間，所以教師和學(xué)生、高年級學(xué)生和低年級學(xué)生間有了更多的交流時間和更輕松的交流氛圍。高年級學(xué)生帶教低年級學(xué)生的形式，可改變導(dǎo)師在學(xué)生心目中的權(quán)威地位，營造了民主、平等、和諧的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生更易暢所欲言，積極思考，在材料學(xué)專業(yè)知識、學(xué)習(xí)方法、人際交往等諸多方面有所收獲。尤其是最后階段召開的總結(jié)實驗座談會，學(xué)生積極發(fā)言，將經(jīng)驗和得失一吐為快，更激起了他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)材料科學(xué)知識的強(qiáng)烈欲望。

3.2.2 強(qiáng)化自主創(chuàng)新意識

對于大三的學(xué)生，由于已學(xué)完兩年的基礎(chǔ)課程，初步涉及到一些材料學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，所以非常渴望多動手做實驗，在實踐中去學(xué)習(xí)和拓展專業(yè)知識，探索某些專業(yè)問題。這時正是培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力的最佳時間。如果說驗證性實驗會在某些方面束縛學(xué)生的自主性，那么綜合性、設(shè)計性實驗就是滿足他們求知欲的鑰匙[10]。

在創(chuàng)新實驗過程中，學(xué)生自己選題、自主確定實驗方案、自己準(zhǔn)備實驗用品，團(tuán)隊合作完成實驗。實驗中的每一個環(huán)節(jié)都給學(xué)生充足的自主設(shè)計、自主創(chuàng)新的空間[11-12]，讓他們的自主學(xué)習(xí)和探索的精神得到充分發(fā)揚(yáng)。

3.2.3 加強(qiáng)常規(guī)實驗技能和動手能力

材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗室的綜合性、設(shè)計性實驗主要是在材料科學(xué)的10個獨立驗證性實驗的基礎(chǔ)上開設(shè)的，故能強(qiáng)化和鞏固課上所學(xué)的基礎(chǔ)實驗技能，也有機(jī)會掌握一些其他儀器設(shè)備的應(yīng)用原理和使用方法，提高了學(xué)生動手操作的能力，拓展了學(xué)生的實驗技能范圍，為進(jìn)一步專業(yè)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

3.2.4 文獻(xiàn)檢索和綜合知識能力的提升

開展綜合性、設(shè)計性實驗，要求學(xué)生自己選題，能促使學(xué)生充分利用文獻(xiàn)檢索獲得資料、提取信息，或從所學(xué)的材料專業(yè)知識著手，綜合專業(yè)知識提出實驗方案，從而培養(yǎng)了學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、科技期刊和專著等提取信息的能力。

3.2.5 高年級本科生帶教的優(yōu)點

實驗室開放的管理人員和綜合性、設(shè)計性實驗的帶教“導(dǎo)師”均為曾參加過創(chuàng)新性實驗的高年級本科生，他們對于參加創(chuàng)新實驗有著一定的經(jīng)驗，能夠以學(xué)生易于接受的思維方式指導(dǎo)低年級學(xué)生完成實驗。對于帶教過程，高年級本科生也自認(rèn)為是一次挑戰(zhàn)機(jī)會，因為他們要不斷思考和回答學(xué)弟學(xué)妹提出來的問題，并要能夠很好解釋實驗過程中的現(xiàn)象，排除實驗儀器的故障和修改完善實驗方案。同時，他們還要向?qū)嶒瀱T和教師學(xué)習(xí)實驗室的常規(guī)管理知識，并將它們用于實際，幫助低年級學(xué)生順利完成實驗。因此，在帶教實驗中，他們在創(chuàng)新能力和組織管理能力等方面都得到了提升。

3.2.6 經(jīng)驗和不足

由教師和實驗員監(jiān)督、高年級本科生管理和帶教低年級本科生的材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗室擴(kuò)大開放運行中，與綜合性、設(shè)計性實驗相結(jié)合的創(chuàng)新發(fā)展模式具有較強(qiáng)的可操作性。學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性顯著提高，創(chuàng)新能力、動手能力、實驗報告撰寫能力等都得到了很好的鍛煉，并從中獲得了學(xué)習(xí)的樂趣和成就感，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)習(xí)和探究的積極性。

然而，由于高年級本科生的專業(yè)知識水平和管理水平的不足，以及上課時間與實驗時間的沖突，在開放實驗中還存在一些問題，例如實驗方案設(shè)計簡單、可實施性差等。由于實驗時間安排在課余，需高低年級本科生都有時間，所以一個原本只需1天就能完成的實驗往往需要花3～4天的時間才能完成，使實驗連貫性較差，甚至影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，儀器設(shè)備的損壞情況較課內(nèi)嚴(yán)重，給實驗的順利開展造成一定程度的不便。因此，教師和實驗員的指導(dǎo)和監(jiān)督力度需要加大。

4 結(jié)束語

實驗室開放和開展綜合性、設(shè)計性實驗?zāi)苁箤W(xué)生積極、主動地獲取知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與綜合分析能力。由教師和實驗員監(jiān)督、高年級本科生管理和帶教低年級本科生的擴(kuò)大實驗室開放，與開展綜合性、設(shè)計性實驗相結(jié)合的創(chuàng)新發(fā)展模式不僅使高年級和低年級本科生都受益，也有效提高了實驗教學(xué)質(zhì)量和實驗室利用率，符合高等教育深化改革的目標(biāo)。

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