基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的開放實驗教學(xué)模式改革探索與實踐

王京港，張翠平，馮曉慧

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 機(jī)械工程分院，江蘇 南京 210023）

0 引言

在高素質(zhì)的應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)中，實驗實踐教學(xué)是高等院校理工學(xué)科的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過實驗實踐教學(xué)不僅能夠使學(xué)生掌握實驗的基本技能，提高實際動手操作能力，而且在實驗過程中能培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識，分析問題、解決問題能力，同時可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)求實的精神、嚴(yán)謹(jǐn)周密的工作作風(fēng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，以便引導(dǎo)學(xué)生自覺進(jìn)入探索知識和培養(yǎng)能力的角色[1-3]。課題立足于獨立學(xué)院的辦學(xué)特征及應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，探索開放實驗教學(xué)模式以及開放實驗教學(xué)方法的改革，以期培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，更好的提高實驗教學(xué)效果，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動型，提高學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)適合獨立院校教育培養(yǎng)目標(biāo)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的不足

目前國內(nèi)許多高校在教學(xué)過程中仍存在過分重視理論教學(xué)環(huán)節(jié)，而忽視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，重視知識傳授，忽視能力培養(yǎng)的傾向[1]。實驗教學(xué)大部分是封閉式實驗，學(xué)生只能按照教學(xué)安排的時間進(jìn)入實驗室，其他時間實驗室不對學(xué)生開放，使實驗教學(xué)受理論教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)進(jìn)程的約束。測控技術(shù)與儀器專業(yè)有些課程如“測控電路”、“數(shù)字化測量”、“單片機(jī)原理”、“智能儀器設(shè)計”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”等工程實踐性強(qiáng)，實驗教學(xué)具有突出的地位，但由于實驗課時有限，實驗內(nèi)容主要以驗證型實驗為主，設(shè)計型、綜合型實驗等比例低，科研訓(xùn)練少，學(xué)生自主進(jìn)行實踐的時間和項目很少，造成許多實驗課教學(xué)方式是教師跟著實驗指導(dǎo)書走，而學(xué)生跟著實驗指導(dǎo)教師走，不利于學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的主要問題：（1）教學(xué)內(nèi)容簡單陳舊，且大多數(shù)是以驗證性實驗為主，缺少綜合性、設(shè)計性、研究創(chuàng)新性等實驗項目；（2）教學(xué)手段單一，教學(xué)方法落后，實驗教學(xué)效果不理想。傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法是按照制定的教學(xué)計劃在規(guī)定的學(xué)時內(nèi)按照自然班在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗。指導(dǎo)教師花大部分時間詳細(xì)講解實驗?zāi)康摹嶒炘怼⒉僮鞣椒ê妥⒁馐马棧瑢W(xué)生則根據(jù)實驗指導(dǎo)教師的要求按部就班地完成實驗。整個實驗過程中，學(xué)生不需要思考，限制了學(xué)生的思維，不利于學(xué)生分析問題解決問題能力與創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)；（3）實驗教學(xué)成績評定方法單一，缺乏客觀性。傳統(tǒng)實驗考核方式的主要依據(jù)是實驗報告，以實驗結(jié)果的準(zhǔn)確與否評定實驗成績，忽略了在實驗過程中是否嘗試使用新方法，是否通過學(xué)生自己獨立分析解決問題的考核。這種考核方式難以激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，造成學(xué)生對實驗課程不重視，互相抄襲實驗報告，任意修改實驗數(shù)據(jù)等問題。

近年來，各高校都在不斷積極探索和改進(jìn)實驗教學(xué)模式，以尋求最適合本校辦學(xué)特色的實驗教學(xué)方法。開放式實驗教學(xué)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力，成為應(yīng)用型本科高校的一種新的實驗教學(xué)模式，也是高校實驗教學(xué)模式改革的熱點[1-8]。

2 開放實驗教學(xué)實驗平臺的搭建

開放式實驗教學(xué)，是指高校實驗室在時間、空間、內(nèi)容和教學(xué)方法等方面對學(xué)生全面開放，讓學(xué)生自主選擇實驗項目并進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)和研究的教學(xué)方式，能為學(xué)生的主動學(xué)習(xí)提供一個良好的環(huán)境。實驗室開放教學(xué)是一個系統(tǒng)工程，要做到真正的全方位的完全開放，需要較大的各方面的投入，為此，我們根據(jù)學(xué)生以及實驗教學(xué)的不同的需求建設(shè)了兩個開放實驗教學(xué)平臺，一是學(xué)生基礎(chǔ)實驗開放教學(xué)平臺，二是學(xué)生科研、實踐創(chuàng)新中心開放實驗平臺，兩個開放實驗平臺相互支撐，對不同層次、不同類型的實驗項目、以及不同需求的學(xué)生給予實驗平臺開放支持。

2.1 學(xué)生基礎(chǔ)實驗開放教學(xué)平臺

立足于本科學(xué)生實驗教學(xué)，針對相關(guān)專業(yè)課程中的基礎(chǔ)實驗的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，建成測試與控制實驗室、過程控制綜合實驗室、傳感器綜合實驗室、儀器儀表綜合實驗室、單片機(jī)與嵌入式開發(fā)實驗室。上述各實驗室統(tǒng)一納入基礎(chǔ)實驗開放教學(xué)平臺的管理中來，教學(xué)平臺各實驗室采取定期開放和預(yù)約開放的形式開展實驗教學(xué)活動。該基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺主要針對各專業(yè)課程中基礎(chǔ)型實驗、綜合型、設(shè)計型等實驗進(jìn)行開放，滿足學(xué)生相關(guān)專業(yè)課程中的實驗項目的開放實驗實踐教學(xué)要求。

2.2 學(xué)生科創(chuàng)中心開放實驗平臺

學(xué)生科研、實踐創(chuàng)新平臺是課堂教學(xué)的延伸，是理論與實踐、知識與能力的融合，能全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。構(gòu)建開放實驗教學(xué)的學(xué)生科創(chuàng)平臺，建立實驗、科研、創(chuàng)新開發(fā)于一體的實驗室或工作室，使學(xué)生有從事科技創(chuàng)新的場所，使自己從科學(xué)知識型向科學(xué)創(chuàng)新型轉(zhuǎn)換。建立了一個全方位開放的測控產(chǎn)學(xué)研實驗實踐中心，主要面向大學(xué)生科技創(chuàng)新項目、大學(xué)生科技競賽、畢業(yè)設(shè)計課題，第二課堂課題，校企合作課題等實踐項目的開展，以鼓勵和支持學(xué)生充分利用實驗室的相關(guān)設(shè)備資源參加各類大學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)活動以及科技競賽活動。創(chuàng)新實踐平臺全天候開放，在時間和空間上全面開放給學(xué)生，使得學(xué)生在課余時間有開展實踐的場所。該實驗中心按照工程實際的需要配備各種設(shè)施及相關(guān)的儀器設(shè)備，滿足設(shè)計、開發(fā)、制作、生產(chǎn)的需求，滿足學(xué)生對能力提升、科學(xué)創(chuàng)新能力提升的開放實驗需求，如圖1所示。

圖1 學(xué)生科研、實踐創(chuàng)新實驗室

3 開放實驗教學(xué)模式的實施

構(gòu)建以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)體系，根據(jù)實際的不同實驗教學(xué)要求，按照專業(yè)課程不同的實驗功能和教學(xué)目標(biāo)，更新相關(guān)實驗內(nèi)容，開設(shè)基礎(chǔ)理論與操作型實驗、綜合型、設(shè)計型實驗、創(chuàng)新型實驗三個層次的實驗教學(xué)體系，把實驗教學(xué)作為學(xué)生應(yīng)用技術(shù)能力和實踐綜合能力培養(yǎng)的課程體系來建設(shè)。

3.1 針對不同的開放實驗平臺，提供不同的開放模式

基礎(chǔ)實驗開放教學(xué)平臺下所屬實驗室提供預(yù)約開放登記制度和定期開放制度。實驗室管理教師在每學(xué)期會提前給出各實驗室可以提供開放的時間段，學(xué)生可以根據(jù)各自的課程進(jìn)展以及課余時間進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約，實驗室管理老師根據(jù)學(xué)生的預(yù)約情況進(jìn)行實驗安排和實驗設(shè)備的準(zhǔn)備，每位學(xué)生必須至少完成該課程實驗教學(xué)大綱規(guī)定的學(xué)時。同時，為了更好的吸引學(xué)生進(jìn)入實驗室進(jìn)行自主項目的開發(fā)設(shè)計，基礎(chǔ)實驗開放教學(xué)平臺下的所屬實驗室每周提供固定的開放時間，開放給學(xué)生，給學(xué)生提供動手實踐的場所。學(xué)生科研、創(chuàng)新中心開放實驗平臺采取全方位的開放，在時間和空間上全面開放給學(xué)生，使得學(xué)生在課余時間有開展實踐的場所。

3.2 開放實驗教學(xué)內(nèi)容建設(shè)和教學(xué)方式改革

實驗內(nèi)容和教學(xué)方法的開放，是開放實驗教學(xué)的本質(zhì)要求[4]。要打破原有的實驗實踐教學(xué)從屬，依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，改變實驗內(nèi)容零散、重復(fù)的現(xiàn)狀、優(yōu)化實驗課程體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)專業(yè)課程需求和社會應(yīng)用需求，不斷改革和創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容，融入科技創(chuàng)新和科研項目，更新實驗大綱和實驗內(nèi)容，構(gòu)建實踐環(huán)節(jié)各實驗的三層次實驗項目即基礎(chǔ)型實驗項目、應(yīng)用型、綜合型實驗項目、創(chuàng)新型、研究型實驗項目。改變傳統(tǒng)的實驗指導(dǎo)書，傳統(tǒng)實驗指導(dǎo)書大多是指導(dǎo)式，對學(xué)生在實驗過程中每一步的操作都有詳細(xì)的描述，使得學(xué)生只知道按照指導(dǎo)書接接線、拔拔線，對實驗原理、實驗方法都缺少認(rèn)知，不能真正體現(xiàn)學(xué)生的動手實踐能力，主體作用。改設(shè)實驗任務(wù)書、項目任務(wù)書，通過布置實驗任務(wù)，讓學(xué)生結(jié)合理論課程內(nèi)容，查找資料，認(rèn)知原理、搭建電路、進(jìn)行調(diào)試，得出結(jié)果，提高學(xué)生的文獻(xiàn)檢索能力，獨立思考問題、解決問題能力，動手實踐能力以及團(tuán)隊合作能力等。課題組對測控專業(yè)“測控電路”、“數(shù)字化測量”、“單片機(jī)原理”、“智能儀器設(shè)計”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”等課程的實驗進(jìn)行了開放實驗教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)調(diào)整，構(gòu)建了三層次實驗項目，取得了較好的實驗效果，受到學(xué)生的歡迎。教學(xué)方法上，要適應(yīng)開放實驗項目的需求，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師轉(zhuǎn)變角色，教師在實驗過程中成為真正的引導(dǎo)者，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，與學(xué)生一起探討、解決實驗過程中出現(xiàn)的實際問題，在學(xué)生實驗的過程中發(fā)揮引導(dǎo)、督查作用。

3.3 改進(jìn)實驗成績考核制度

實驗成績考核指標(biāo)，除了實驗報告和考勤登記外，還應(yīng)包括實際操作能力、分析問題和解決問題能力，使實驗成績更能科學(xué)的反映學(xué)生的真實水平。針對不同性質(zhì)的實驗項目（如基礎(chǔ)驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗、研究性實驗，科研課題的實驗等）建立相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)，從而既能有效考核學(xué)生的實踐動手能力，又能在一定的程度上激發(fā)學(xué)生積極主動的參與到實驗教學(xué)的活動中來，更加注重實驗實踐過程中間環(huán)節(jié)的考核。

3.4 建立完整的開放實驗室管理制度

在學(xué)院原有的實驗室管理規(guī)章制度下，進(jìn)一步建立完整的開放實驗室管理制度，使開放實驗教學(xué)工作能夠落到實處，順利開展。利用信息化資源建立規(guī)范的實驗室管理人員崗位工作日志，開放實驗開展工作日志，實驗儀器及設(shè)備使用登記日志、開放安全規(guī)則等日常管理規(guī)范，從而增強(qiáng)師生的責(zé)任意識。建立服務(wù)型的師資管理隊伍，結(jié)合現(xiàn)代實驗教學(xué)信息化管理，完善開放式資源共享的實驗設(shè)備與實驗室環(huán)境。與此同時，實驗室開放學(xué)生輔助負(fù)責(zé)制，選拔優(yōu)秀的專業(yè)學(xué)生進(jìn)入實驗室并給予實驗室輔助管理的相關(guān)工作，讓學(xué)生參與開放實驗教學(xué)的日常管理和指導(dǎo)工作，包括實驗室器材的使用記錄、設(shè)備的維護(hù)管理、學(xué)生的開放管理等，既能提高學(xué)生的綜合能力和科學(xué)素質(zhì)，又能服務(wù)幫助其他學(xué)生，實踐證明是一種有效的開放實驗室實驗教學(xué)管理方式。

4 開放實驗教學(xué)實施結(jié)果

開放式實驗教學(xué)的開展，有效地促進(jìn)了實驗教學(xué)改革的深入，通過建立的兩個開放實驗教學(xué)平臺，提高了實驗室和實驗儀器設(shè)備的利用率，同時也有效的將專業(yè)教師融入到實驗教學(xué)與管理中來，符合獨立院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方向，符合我校大力推進(jìn)教學(xué)改革及應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實踐教學(xué)體系和創(chuàng)新教學(xué)體系的方向，促進(jìn)了專業(yè)實踐課程教學(xué)質(zhì)量的提升。

將學(xué)生基礎(chǔ)實驗教學(xué)、科研項目、競賽活動、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等各個環(huán)節(jié)通過開放實驗教學(xué)平臺有效融合到一起，充分調(diào)動和提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，參與的學(xué)生從大一新生到大四學(xué)生，覆蓋了專業(yè)內(nèi)各個年級的學(xué)生，全面有效利用了各專業(yè)實驗室資源。依托開放實驗教學(xué)，學(xué)生參加中國教育機(jī)器人大賽、西門子自動化杯大學(xué)生科技競賽、江蘇省交通應(yīng)用技術(shù)大賽等各類競賽獲得特等獎、一等獎、二等獎等多項；畢業(yè)設(shè)計課題制作實物率達(dá)85%以上，同時學(xué)生積極申報校級大學(xué)生創(chuàng)新項目多項；申報江蘇省大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目多項；同時還參與教師企業(yè)課題如氣體檢測控制器、機(jī)車用頻率信號轉(zhuǎn)換器、工業(yè)用多路繼電器控制器等多項企業(yè)課題的開發(fā)與設(shè)計工作。通過開放實驗教學(xué)使學(xué)生增加了對實驗實踐課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實踐動手能力、分析問題、解決問題的能力，從而培養(yǎng)更多的優(yōu)秀的應(yīng)用型人才，增強(qiáng)了就業(yè)核心競爭力。

5 結(jié)語

實驗室是高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的重要的基地，是理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合的主要載體，是衡量高等院校人才培養(yǎng)質(zhì)量和辦學(xué)實力的重要標(biāo)志。開放實驗教學(xué)模式對促進(jìn)課堂教學(xué)改革，提高實踐教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量有著積極的意義，是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的一種創(chuàng)新，是應(yīng)用型本科高校提升辦學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生就業(yè)競爭力的有效教學(xué)模式。實踐表明開放實驗教學(xué)使學(xué)生走進(jìn)實驗室進(jìn)行動手實踐，從而對實驗室和實驗教學(xué)的認(rèn)識得到進(jìn)一步提高，更加主動地參與實驗，進(jìn)一步思考實驗的目的和意義，提高學(xué)生的動手實踐能力、分析問題、解決問題的能力，從而培養(yǎng)更多優(yōu)秀的人才。