開放的教學實驗平臺建設與創新性人才培養

劉 燕， 李曉波

(上海交通大學藥學院實驗教學與創新實踐發展中心，上海 200240)

0 引言

在高等學校中，實驗室是開發學生智力，啟迪學生思維，培養學生實踐能力，應用能力和創新能力的綜合平臺。高校實驗教學作為高校教學工作中的重要組成部分，在培養學生分析問題、解決問題及動手能力等方面具有不可替代的作用。但是實驗室要成為推動素質教育，培養創新精神、實踐能力和科學態度的主陣地，必須突破傳統的教育觀念和教育模式，健全開放實驗室管理體系，探索不同層次、多樣化的開放教育模式和教學方法。

1 開放教學實驗室的意義

目前高等院校的大多數教學實驗室是封閉的，即學生只能在安排好的固定時間到實驗室做規定的實驗項目，學生按照確定的實驗步驟，機械地完成實驗課程。這樣的教學模式極大地限制了學生發揮創新思維的空間，不利于培養學生的思維能力、動手能力、創新精神和綜合素質。開放教學實驗室就是針對這種傳統的實驗教學模式而改革的。開放教學實驗室，是指在實驗教學中所有實驗資源向學生開放，讓學生成為實驗的主體［1-2］。學生自擬實驗方案、查閱相關文獻和參考資料，結合教師的專業指導，提出設計思路和實驗步驟，這就有利于培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。這種強調學生自主式、開放式、合作式、研究式為主的實驗教學方式可以全方位促進學生的個性化培養。因而開放教學實驗室對于培養大學生的實驗能力和創新能力十分重要。

2 建立開放的教學實驗平臺

2.1 時間、空間、設備開放

首先，教學實驗平臺主要對本院系及全校相關專業學生開放;對特別優秀同時對藥學感興趣的中學生也可適當開放。同時，開放實驗室在時間空間上的開放是教學實驗室開放的必要條件。要盡可能延長教學實驗室開放時間，鼓勵和支持教學實驗室利用寒暑假、雙休日向學生開放，以拓寬實驗時間和空間。可建立相應的門禁監控制度，由實驗室管理人員根據情況向相應的教師、學生進行授權管理。實驗室開放后，可明顯提高實驗室設備的利用率。教學計劃中的實驗教學任務相對有限，難以使這些設備充分發揮作用。只有盡可能開放教學平臺，讓更多的學生進入實驗室參與實驗活動，特別是開展課外的綜合性、設計性、創新性實驗，才能更好地發揮儀器設備的效能［3］。

2.2 實驗內容開放

實驗內容的開放是教學實驗室開放的重要保障。加強對開放實驗室實驗內容的科學安排，對學生實行分層次開放實驗。

(1)第一層次為基本教學儀器設備層次。對一、二年級的學生開放。如各專業實驗需要用到的基礎儀器，可以讓學生利用課余及雙休日時間進行學習。在做開放實驗前，每個學生需經教師考核合格，方可操作使用相關儀器。以藥學專業為例，比如藥劑實驗需要用到的:壓片機、溶出儀、藥物穩定儀、片劑四用儀等;藥物化學實驗:顯微熔點儀、紫外分光光度儀、旋轉蒸發儀等;學生提早熟悉了這些儀器的使用，在真正上實驗課的時候就可以將大量學習儀器使用的時間節約出來，全身心的投入到實驗本身的思路、設計上，達到培養學生分析問題、解決問題及創新思維的能力。

(2)第二層次為基礎教學實驗層次。主要以驗證型、設計型實驗為主。對二、三年級的學生開放。按照實驗大綱和實驗進度，分段列出實驗。有些實驗內容可以設計得比基礎教學實驗要求稍高，操作要求也高;有些可以與基礎教學實驗內容接近，但又不是簡單重復，以供不同層次學生選擇。比如藥物化學、藥劑學、生藥學、藥物分析等實驗，可以根據培養方案將開放的實驗課排在相應理論課之后，老師將可選的時間段掛在網上，學生按自己的時間自由選擇到實驗室完成相關實驗課。

(3)第三層次為綜合教學實驗層次。對高年級學生開放，主要以設計型和研究型實驗為主，在藥學院主要是對大三小學期開設的“藥物研發實驗”。這是一個綜合的設計型實驗。該課程主要內容由中藥、化學藥和生物藥三大類藥物的制備組成。涉及內容廣(藥化、中藥、藥劑、藥理、藥分等)，全面覆蓋了藥學各個學科領域的知識點，學時多(119學時)，教師多(5位教師)，助教多(5位助教)。具體實驗內容:① 總體情況介紹、中藥實驗討論、中藥設計與化藥設計分組確定;② 膠囊的制備: 細粉制備; 粗粉制備; 粗粉提取; 制劑成型;③ 膠囊的質量控制;④ 中藥設計性實驗匯報;⑤ 熱板法、醋酸扭體法測試藥理;⑥化藥研究介紹、實驗討論、設計性實驗布置，化合物合成純化;⑦原料分析;⑧ 化藥設計性實驗匯報;⑨ 藥物注射液制備;⑩藥物的藥理實驗。該課程為綜合性實驗，學生根據自己的興趣和優勢從中藥、化學藥和生物藥中選擇一種藥物進行系統制備。實驗內容、路線、方案全部由學生根據自己特點自主選擇，學生參與度極高，主動性強，普遍反映良好。切實做到了以學生為實驗主體、教師輔助指導的教學方法，極大提高了學生的主觀能動性和參與度。全面培養和提升了學生的實踐能力和創新思維能力。

(4)第四層次為研究實驗層次。上海交大在全校本科生中啟動了本科生研究計劃(PRP)、各級(校級、市級、國家級)大學生創新計劃及暑期科研見習崗。學生大一到大三期間都可以選擇自己感興趣的項目立項，并取得學校一定經費資助，從而進入實驗室，創造性地綜合運用自己所學知識，在教師的輔助指導下自由地設計實驗，完成自己早期的科研夢想。整個實驗過程完全以學生為主，教師為輔。教師盡量以啟發的方式與學生討論，引導學生自己去提出和解決問題。為全方位培養學生創新能力打下基礎。藥學院的學生在大學期間基本上全部都參與到該類研究計劃中。近年來在SCI及核心雜志上發表了數十篇文章，并多次在上海市級和國家級的大學生創新活動中取得佳績。

按四個層次開放教學實驗室，并將有關實驗內容綜合到各層次實驗教學中，逐步提高學生的實驗操作規范、技能，及對實驗現象的觀察、分析、總結能力。有益于開拓學生的思路，加深對理論知識的理解，提高學生綜合運用知識的能力。

2.3 建立實驗教學綜合管理信息系統

實行網絡化系統管理，建立實驗教學綜合管理信息系統，提高開放實驗室管理效率。該系統主要由三部分組成，實驗室管理人員系統，實驗教師管理系統，學生預約系統，滿足開放實驗的實驗教學管理需要，提高實驗平臺各種資源的綜合利用度。

(1)實驗教學管理系統。實驗中心管理人員將開放實驗的各種信息公布于網站上，系統管理各開放時間、設備、實驗安排等環節。具體內容可包括:綜合信息發布、教學資源管理、課程體系管理、實驗過程管理、儀器設備管理、系統安全管理、教師教學考核等功能。學生可以登錄該系統預約實驗，實驗指導教師可以通過該系統了解實驗預約情況，以安排實驗的各種準備工作。

(2)實驗教師管理系統。實驗教師提前登錄系統制定本學期相關實驗開放計劃，開放日期，并上傳相關的實驗課件。實驗前登錄教師管理系統，點擊開放實驗申請，指導教師可以了解相關開放實驗的申請情況，根據學生人數向實驗中心申請實驗耗材，準備實驗，實驗后登錄系統進行學生實驗考核、錄入實驗成績。

(3)學生預約系統。建立學生實驗門戶，選課學生輸入學號和個人密碼，通過Web界面登錄系統，即可瀏覽本學期所有開放的實驗教學內容，進行實驗預約，查詢個人預約情況，下載實驗課件、實驗設備說明、提前預習實驗、上傳實驗報告、與教師互動等［4-7］。

2.4 實驗師資人員的開放管理

實驗師資人員的開放管理是教學實驗室開放的有效保障。高校實驗師資隊伍包括實驗課老師、實驗技術人員和實驗室管理人員。教學實驗室開放需要做好實驗內容的科學安排和實驗室的科學管理。也就是說，實驗師資隊伍建設是教學實驗室開放的有效保障，是開展創新教育成功的保障。但是目前的實驗教師隊伍人數有限，實驗室開放后，實驗室工作人員工作量大增，工作時間延長，設備管理和維護力量不足［8］。可從以下幾方面解決:

(1)除基本教學實驗需固定指導教師外，其他可選實驗的指導教師要實行開放式管理，只要具有博士學位的相關專業老師都可報名指導。如藥劑學實驗中壓片機的使用，只要是用過該類儀器的教師名字，都可以出現在可選教師里，教師自己定下可選時間，學生網上自由選擇。這樣既減輕了部分實驗教師工作量，又增加了學生的選擇面，提高了教師對教學實驗的參與度。

(2)對開放教學實驗室工作，學校(學院)給予一定經費上的支持和保證。專門設立開放教學實驗室補助費，對在晚上、雙休日和節假日從事開放實驗室工作的人員所付出的勞動給予尊重和工作量的認可，并給予一定補貼，以保護實驗室工作人員的工作積極性。同時要提供多種形式的二次培訓、交流機會，不斷提高開放實驗室管理水平。

(3)為了解決實驗教學管理隊伍人員不足問題，在開放管理上可以實施研究生實驗助教管理模式。具體做法是學生先提出申請或由相關專業研究生導師推薦，經審查面試合格后，由專業教師對其進行培訓，考核合格后，作為實驗助教加入實驗教師團隊，參與開放實驗室管理及部分實驗指導工作。學院可為實驗助理提供相應學分、助教費用及免費使用教學儀器的機會。

4 加強對開放實驗室的管理

(1)對開放的教學實驗室從人員、實驗計劃、儀器設備、經費實行一條龍管理，合理安排使用儀器設備和實驗室，避免多個同學同時選用某臺儀器設備。這樣，學生的實驗場所相對擴大，同時提高了儀器設備的使用率，最大限度開放實驗室。

(2)開放形式可采取定時開放或預約開放。定時開放即由實驗室固定開放時間，進行教學大綱規定必做的或有關自選儀器學習、實驗小課題等。預約開放即由學生預先向實驗室提出書面申請，講明要做實驗的內容。學生在進入開放實驗室之前可在網上預約可用的開放時間及儀器、教室。

(3)實驗室助教、指導老師根據學生人數多少和實驗內容做好準備工作。

(4)學生進入開放實驗室前須做好有關準備，查閱有關實驗內容資料，并制定實驗方案，網上提交并由指導教師審核。

(5)學生完成實驗項目后應向實驗室提交實驗報告或小論文，實驗室定期匯總、總結并可推薦優秀論文到有關刊物發表。

(6)開放教學實驗室可根據開放時間、內容、學生人數，向學校實驗室管理職能部門申請開放實驗補助費。

(7)學校在辦學經費分配上逐漸加大向基礎教學實驗室建設傾斜力度。上海交大藥學院在“985三期”建設中獲得了學校170余萬元的支持，添置了大量教學儀器設備，使教學實驗室設施得到了很大的改善和提高［9-15］。

4 結語

開放的教學實驗室構建了一個可以激發學生主觀能動性的大平臺，調動了學生參與實踐活動的積極性，提高了實驗教學質量。通過合理統籌安排實驗教學和自由開放時間，實驗室及相關的教學儀器設備利用率得到顯著提高。通過參加各級實驗課題，極大提高了學生獨立思考、解決問題和科研創新能力。總言之，實驗室的開放對培養學生創新意識和創新能力發揮著重要作用。

開放實驗室不僅僅是簡單的時間和空間開放，而是一種科學的管理模式，涉及到實驗室各種資源的綜合配置和利用、實驗師資隊伍的優化以及相關管理制度的配套建設等多個問題［16-17］。教學實驗室的開放，最大限度地放寬了大學生進行各種實驗活動、科技創新的時間和空間，既增加了學生進入實驗室的自由度，使學生能夠更靈活地選擇合理的活動時間和空間，也全面提升了學生的自主學習、主動創新能力。這種開放式的實驗教學強調以學生為中心，在實驗項目、實驗內容、實驗設備、實驗方法、實驗時間和實驗難度等方面給予學生充分的自主權，可以使學生能夠根據個人的實驗基礎和興趣愛好選擇相應的實驗內容，充分發揮了學生的想象力和創造力，調動了大學生參與科技創新的積極性，全面培養了學生的創新精神和實踐能力。

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