儀器平臺智能開放管理下的學生自主實踐模式的研究

李彭+方勇+劉琴+裴斐+周劍敏

摘 要：實行大型儀器設備的開放共享已成為許多高校進行教學改革的選擇之一，但是在開放過程中仍存在一些問題。該文論述了構建儀器設備開放式智能管理模式和學生自主實踐模式的必要性；介紹了開放實驗室管理的具體實施過程及可能出現的問題及解決方法；為高校完善大型儀器設備管理制度，培養高質量、高素質復合型食品專業人才提供了一定的參考價值。

關鍵詞：儀器平臺；開放管理；人才培養

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）13-0168-04

高等院校是人才培養與科技創新的重要場所，為實現這兩個目標，高校需要以先進的教學實踐平臺作為支撐[1]。高校科研環境的改善、高技能人才的培養和高科技的發展都依托于大型儀器設備資源。我國的高等教育事業不斷發展，國家對高校建設的投資力度也不斷增大。同時，高校自身對優勢學科建設、研究領域拓展、以及高素質人才培養等方面都存在需求。近些年，高校購置的儀器設備數量呈現不斷增長的趨勢，購置金額也不斷增大，特別是在添置大型儀器設備上投入了大量資金，為高校創造了良好的實驗條件和科研環境。

提高大型儀器設備的擁有率已成為改善高校辦學條件和科研環境的重要舉措。然而，這些大型儀器的管理和使用仍存在許多問題。據報道，很多高校在擁有的所有儀器設備中，10萬元以上大型儀器設備占了50%，一些國家重點高校和重點實驗室的大型高精尖設備甚至占總量的60%～70%。然而，儀器利用率卻平均達不到25%，甚至個別設備存在零機時的情況，這不僅是對優質資源的浪費，也不利于大型儀器保持良好的運行狀態。在美國，一些高校和科研院所都開設了很多開放共享實驗室，結合互聯網技術對公眾開放，有需求者只要提前預約，就能夠在一定時間內使用儀器設備，這樣的方式使科學儀器設備得到了充分的利用，利用率高達80%[2]。因而，如何利用好高端精密儀器設備這個支撐平臺，如何優化配置儀器資源、實現物盡其用，對于提高人才培養質量具有重要意義。

理論知識的研究不足以滿足當代大學生職業技能的掌握和深化，實踐是檢驗真理的唯一標準，是最豐富的教科書。實驗室是施行素質教育、豐富實踐生活、造就創新人才的重要基地[3]。南京財經大學食品科學與工程學院具有食品科學與工程，食品質量與安全，糧食工程，生物工程，應用化學5大專業。此外還建有國家糧食局糧油質量檢測工程技術研究中心、江蘇省糧油品質控制及深加工技術重點實驗室，這也是我院實驗儀器設備主要集中的實驗室，它擁有大量的進口儀器，如光譜、色譜、質譜、物理分析、分離和純化、微生物學和基因工程等大型設備，承擔著我院人才培養和科研發展的重任。雖然我院的理論教學水平、實驗室硬件資源都基本與國際接軌，但實踐教學還是不能滿足需求，與理論教學相距甚遠。食品院系的教學普遍存在“重理論、輕實踐”的問題，這樣的教學管理思想導致本專業學生對食品產業缺乏一定了解，不利于學生的全方位發展[4]；同時也導致教學實踐平臺的整體儀器設備使用率較低，沒有最大限度地發揮實驗儀器設備在學校實驗教學改革與科研中的積極作用，學生的實驗課程實用價值較低[5]，這與當今社會發展所需的食品專業人才需求相脫節。

為切實提高儀器設備的使用率，改善投資效益[2]，更好地為食品學科教學和科研服務，培養全面優質的食品專業人才，我院應當推行大型儀器設備開放共享平臺建設。本文針對學院特點，結合學院自身的優勢（如優秀的理論教學背景、出色的教師團隊、高精尖的儀器設備等），闡述了儀器平臺智能開放管理下學生自主實踐模式建設的必要性，并介紹了開放性實驗室管理的具體實施內容，對可能出現的問題進行分析，提出解決辦法。該系統的運行，為實驗室實現科學化、規范化的管理提供了保障，提高了儀器設備的使用效率，降低了實驗室的能耗，從而達到效能最大化[6]。為高校完善大型儀器設備管理制度，培養高質量、高素質復合型食品專業人才提供了一定的參考價值。

1 儀器平臺智能開放管理下的學生自主實踐模式建立的必要性

絕大多數理工科各專業是以實驗實踐為基礎的學科，實驗實踐能力是理工科從業人員的看家本領，因而實踐教學環節在理工科學生教育教學過程中占有特殊的地位，對學生創新思維的培養和綜合素質的提高都具有重要的意義。

我院建有食品科學與工程一級學科碩士學位授權點，本科專業包涵食品科學與工程、食品質量與安全、糧食工程、生物工程和應用化學，其中食品科學與工程、食品質量與安全這兩個專業分別是國家和江蘇省特色專業。近年來，在國家政策和資金大力支持下，學院十分重視對實驗室的建設和管理，投入大量資金完善實驗設施和設備，改善辦學硬件條件，并集中力量建設實習基地，加強專業實踐環節的實施，更好地為學生畢業后的發展做好鋪墊。這一系列舉措極大提高了我院的教學質量和教學水平。目前我院實驗儀器設備主要集中在糧油品質控制及深加工技術實驗室，這是學院為全校師生打造的開放共享儀器平臺，這個平臺不僅作為本科生食品科學、農產品加工與儲藏工程等研究方向的實驗實踐場所，同時也擔負著培養優秀食品專業碩士生的重任。因此，開放共享儀器平臺是我院培養創新型人才、發展科研創新的重要支撐。

盡管我院在提高理論教學水平和擴展實驗實踐資源兩大方面都加大了力度，但由于理論教學與實踐教學未能很好地結合，實際很難提高學生的創新能力。在傳統的管理方式下，實驗室只能為實驗課程服務，并不能滿足學生利用課外時間進行科研訓練的需求，使得實驗室資源得不到充分發揮，實驗設備利用率低。學生對實驗室的儀器設備操作不熟悉，創新實踐的機會少，開展自主性實驗的積極性得不到充分發揮。即便學生在實驗課期間有機會進入實驗室，也因為條件有限，只能完成一定的驗證性實驗，很少有機會開展創新實驗實踐，這不利于學生創新能力的培養[7]，不能滿足食品專業學生理論知識與實踐能力全面發展的需求。學生在面臨很多實際問題的時候，也感到創意的缺失，似乎學到的知識并不能轉化為解決辦法。究其原因，主要是兩方面：一方面，實驗室儀器設備開放力度不夠，硬件條件不充分，傳統的管理方式無法滿足學生課外創新實踐的需求，實驗設備利用率低；另一方面，實驗課的創新內容缺乏，使得優秀學生豐富的想象力與創新力得不到充分激活，學生創新能力的培養受到了很大限制。雖然學生的創新能力與自身天賦有一定關系，但通過實驗、討論和學生自己思考等方式都能對創新能力的培養有所幫助，再結合院校開展的各類活動，更能提高學生的知識集成能力[8]。為了給學生創造良好的實踐條件，提供更多的鍛煉機會，更好地培養學生的創新思維和動手能力，很多高校將推行實驗室開放管理作為改革的方向之一[7]。

因此，想要提高學生的思維能力、創新能力和社會適應能力，就必須結合學院的專業特點，引入互聯網的開放特點，整合實驗室儀器設備、實踐教育資源，實現硬件與軟件兩方面智能開放共享；同時也應基于課程教學內容、當下社會熱點問題、企業人才技能需求及前沿科學問題，制訂系列開放式實踐專題，構建創新實踐教學體系。綜上，建立儀器平臺智能開放管理以及培養學生自主實踐模式顯得尤為重要。

2 構建智能開放儀器平臺和實踐教學體系

作為培養人才的重要基地，實驗室的開放水平是提高學生創新能力及實踐能力的重要因素，因此推廣開放式實驗教學勢在必行。實驗室開放可以為學生進行創新型實驗提供設備和場地。構建開放儀器平臺和實踐教學體系應當從學院的專業特點出發，引入互聯網的開放特點，將實驗室儀器設備、實踐教育資源進行整合優化，實現硬件與軟件兩方面智能開放共享；同時深入了解并研究實踐環節中的各項相關因素，結合人才培養需求和實質性成效，構建智能開放的儀器平臺和以學生為主體的實踐模式。

2.1 改變傳統人工管理的方式 實驗室開放并不只是時間和空間的簡單開放，也不是教學內容的簡單呈現，而是對眾多資源的高度整合。首先，要確保實驗室開放的安全，需要貫徹先進的管理理念、確保管理制度作保障。在傳統的人工管理方式下，實驗室只能為實驗課程提供開放服務，課余時間并不對學生開放，導致實驗設備利用率低，學生的科研積極性得不到充分發揮，這限制了學生創新能力的培養，不利于學生綜合能力的提高。因此，傳統人工管理的方式不再適用于開放型實驗室，而是應當對其實施信息化管理。信息化管理系統具有各方面優勢，不僅能進行實驗課程的預約、儀器設備使用預約、實驗設備的借用和歸還情況查詢、開放上機登記，還能對實驗項目的申報和審批、教師指導情況記錄、實驗室相關文檔的管理等內容進行查詢。通過對信息化管理系統進行不同授權，加強實驗室的開放管理[10]，使得實驗室開放工作更加深入和全面[8]，并節約人力成本，有效提高實驗室運行效率。建立大型設備共享管理平臺離不開現代信息技術和網絡技術[3]，校園網和校園一卡通等計算機軟件技術、智能卡技術和網絡技術對儀器開放共享平臺的構建起著重要作用。同時，實驗室的開放運作也應融入先進的管理理念[7]，從而實現全過程管理的開放設備，優化各種資源分配、規劃以及協調，以實現實驗室的高效統籌規劃，提高資源利用率。

2.2 改革按課程分配和管理實驗室資源的舊模式 食品科學與工程專業是一個面向社會實踐和應用的專業，因此需要專業人才具有較高的實踐應用能力和創新能力。隨著現代科技的飛速發展，許多生產過程中新原理、新技術、新工藝、新手段不斷出現[9]。食品專業培養應注重復合型、應用型人才創新能力的培養，使學生畢業后成為能從事食品加工、食品分析檢驗、食品質量控制管理、企業管理和科學研究并熟悉國際食品質量安全體系和標準的專業人才，并且能掌握營養學、化學、生物學、食品工程和食品貯藏加工知識等多學科專業背景知識[4]。傳統按課程分配和管理實驗室資源的舊模式無法滿足培養綜合性人才的需求，實驗室往往形成規模小、效率低的格局，導致資源無法共享。所以，必須改革按課程分配和管理實驗室資源的舊模式，統合實驗資源，實行實驗教學以及學生創新科研活動中的平臺式共享，增加學生鍛煉創新能力的機會。

2.3 改變實驗教學由單一課程組和學生班級為單位的組織形式 食品科學與工程是一門實踐性很強的學科，它要求學生不僅要學好理論，更重要的是能夠用學到的知識運用到實際生產加工和檢測中[9]，根據學生興趣和就業期望培養學生的創新意識和學術研究能力。因此學院要形成跨類型教學團隊和學生學習興趣型團隊，通過配置導師、組建創新團隊參與理論研究、科研項目和創新競賽活動等方式，充分發揮學生的主動性和創造性，提高實驗教學在培養學生實驗技能、科學思維與方法、創新意識與能力中的地位，培養學生科研實踐能力、創新能力、應用能力，提高學生的競爭力。

2.4 轉變傳統專業實驗課程設置依附于理論課體系的橫向模式 傳統專業實驗課程設置依附于理論課體系，對學生的創新能力培養效果甚微。專業教學內容應超越單門課程的范圍，建立實驗課程之間的系統聯系，設計接近生活實際、知識交叉的實驗內容，使實踐內容具有系統性、科學性和全面性，推進課程體系、教學內容、教學方法和教學模式的改革，實現教學內容與教學目標的一致性。在教學方法上，教師必須轉變傳統的“填鴨式”講授方式，轉向“啟發式”教學，樹立以學生為“教與學”主體的教育觀念。教師不妨根據學生的培養目標，給出一系列開放性實驗課題供學生選擇。開放性實驗的主要目的是培養學生的實踐能力和綜合設計能力，因此讓更多的學生參加，盡可能地培養出更多的人才。所以，教師在設計實驗項目的時候，應盡量選取難度適中、與實際結合緊密的題目，充分論證學生提出的自擬題目可行性，安排好實驗進度，給予學生一定的指導，盡可能地調動學生對科研創新的積極性。

2.5 加強實踐環節的組織和團隊指導 開放平臺需要組織專門的指導團隊，團隊應主要由各專業課老師、專職實驗教師、合作實訓基地技術人員組成，由學院教學和科研骨干教師擔任團隊負責人，全權負責平臺的運作。學生進行分組后配備專業導師，導師要加強對本組學生的管理，要求學生進入實驗室前做好準備，查閱相關資料，并制訂實驗實施方案，提高實驗效率[7]。讓學生通過實踐訓練，鍛煉掌握各類儀器設備技能，為走出校園做好充分準備。

3 解決構建過程中可能出現的問題

實驗室在課外時間對學生開放，為學生創造更多的實踐機會，提高學生理論與實踐結合的能力，是教育教學改革的重要內容，開放性實驗室是實驗教學改革中重要的改革內容。在構建和運行開放儀器平臺和實踐教學體系的過程中，解決好可能出現的儀器開放平臺安全問題、實踐教學中科學選題問題、指導團隊的組織和協調問題等，顯得尤為重要。

3.1 儀器開放過程中的安全問題 要成功建立大型儀器設備共享平臺，并保障實驗的順利進行和儀器設備的安全，維持開放式實驗室的持續穩定運行，必須制定一套健全和完善安全管理制度。科學的管理制度能夠最大程度保證開放實驗室的正常進行。安全管理的規章制度應涵蓋實驗教室的管理、實驗儀器設備清單、實驗設備預約和使用制度、課外實驗課程預約安排制度、實驗軟件安裝制度、實驗項目申報和審批制度等諸多方面，并根據實際運行過程中的需求不斷完善管理制度，嚴格按照管理制度執行。良好的管理制度是儀器設備共享平臺正常開放、安全運轉的保障。理工科實驗室的安全問題涉及水、電、氣、試劑藥品、儀器等。因此需加強學生的安全意識和行為習慣的培養，以及實驗技能、科學素養等方面的培訓，確保學生能獨立使用儀器設備后再對其開放權限，并在授予權限初期根據學生預約記錄通過現場檢查、遠程視頻監測、實時運行狀態監測等手段進行跟蹤管理，以消除安全隱患。在實驗室開放的情況下，還應采取一些必要的安全措施預防安全事故的發生：（1）對學生進行安全教育和培訓，增強學生的安全防范意識和責任意識，確保學生遵守管理制度；（2）建設和完善實驗室各類安全設施，在實驗室內部要有完善的安全管理責任制度，同時提高值班教師的責任心；（3）實行區域管理，分區確定負責人，做到定期檢查實驗室安全和儀器設備狀態，如有安全隱患要及時處理；（4）加大對儀器設備的維護保養，在擁有高尖端設備或開展高危險性實驗的實驗室內配制視頻監控和防盜報警系統等，以保障設備和技術的安全。

3.2 實踐教學中科學選題的問題 學生是學習的主體，教師是學習的組織者、引領者與合作者[10]；學生不應該被動地接受信息，而應該主動參與信息獲取的全過程，教師應鼓勵學生思考、參與討論。提出開放性實驗課題的主要目的在于培養和提高學生的綜合設計能力和動手能力，所以實踐教學中實驗項目的確定，應符合學生的能力，盡量選擇難度適中、與實際結合緊密的題目，鼓勵更多學生參與到實驗項目，盡可能地調動學生對科研創新的積極性，以培養更多的人才。因此，實踐教學體系中的選題，需要教師多花心思，所選的系列實驗題目要新穎、有趣，緊密結合當下社會熱點問題、企業人才技能需求及前沿科學問題進行展開。教師要充分做好素材準備，滿足不同層次學生的需求，控制好實驗進度，并提供學生相應的指導，激發學生對創新實踐的熱情，調動學生課余時間主動學習的積極性。

3.3 正確指導團隊的組織和協調 開放性平臺與開放性實踐課題需要多方共同參與，包括學生、實驗員、教師及校外企業負責人等。傳統的實驗實踐訓練，教師、實驗員及校外實訓基地等已提前為學生準備好相關條件，學生的很多問題都能在現場得到解決。但是開放性實踐很多問題都發生在課下，因此需要組織協調好各方人員，如有必須需制訂相關的績效考評制度，為學生自主實踐提供硬件與軟件的保障。

4 結語

高校的教學和科研活動都離不開完善的硬件設施。當今高校的大型儀器擁有量不斷提高，實驗室開放程度不斷擴大。隨著社會對高技能人才的要求日益提高，高校更加重視對學生創新精神和實踐能力的培養。開放性實驗室已經成為各大高校進行教學改革的重要環節，學生創新精神和實踐能力的培養是開放性實驗教學的主要目的，也為社會培養高層次、綜合性人才提供了重要的保障。我院應利用現有優勢資源，構建智能開放的儀器平臺及智能開放的實踐教學體系，充分調動學生學習的自主性，大力培養學生創新能力、應用能力，全面提高專業教學質量。

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（責編：徐煥斗）