面向IT類新工科人才培養需求的高校開放實驗室管理

田 萍， 徐志剛， 張立成， 左 龍

（長安大學信息工程學院，西安710064）

0 引 言

隨著全球經濟與科學技術的發展，我國目前正處于經濟結構調整、轉型升級的關鍵時期，迫切需要利用“新技術、新產業、新模式”為國家經濟發展提供強大支撐。2017 年2 月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”［1］。并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設［2］。培養創新能力強、實踐能力強、具備跨界整合能力和國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才已經助力國家發展已成為各高校教育工作的新亮點?！靶鹿た啤比瞬挪粌H要在某一學科上研究精深，還應具有學科交叉融合的特征，同時懂得經濟和管理知識，兼具良好的人文素養［3］。培養創新型復合新工科人才，離不開新工科實驗室開放的支撐［4］。新工科實驗室作為本科院校培養人才的重要場所，既是高校進行科學研究、知識創新的重要基地，又是高校對外進行社會服務的重要基礎［5］。

實驗教學作為高校教學的重要組成部分，是以學生為主體，教師為主導的教學和動手緊密配合的實踐活動。教師在實驗教學過程中必須做到傳授知識與培養能力相結合，在實驗教學中培養學生的創新能力，就是培養學生勤于思考、主動探索、求異創新的能力［6］。長期以來，實驗教學是高校素質教育的核心，實驗室的管理與發展對創新型人才培養有著重大的意義［7］。然而當前大多數高校仍然按照傳統按部就班式的實驗教學方式進行新工科人才培養，顯然已經不再適應當前“新工科”人才培養模式的新趨勢和教學新體制的建立［8］。當前新工科實驗教學存在的主要問題如下：

（1）安全是實驗室開放的第一前提，當前高校師生在主觀意識上沒有完全認識到安全在實驗教學與實驗室建設重要性。廣大師生缺乏相關安全教育和之配套的安全設施，實驗室負責人落實不到位。近年來，我國高校實驗室安全事故頻發，暴露出實驗室開放中存在的管理問題，為實驗室開放敲響了警鐘［9］。

（2）當前高校實驗技術人員通常被列為教輔人員，存在著重課時，輕培養的管理問題，無法滿足新工科人才實驗教學的需要。學校對實驗技術人員缺乏系統的培養計劃，導致工作任務重，難以得到系統的專業實驗技術培訓與學歷進修，導致實驗技術人員業務素質或知識更新水平不足。加之實驗室教師普遍收入偏低，缺乏競爭和激勵機制，進而導致廣大師生實驗積極性不高。

（3）國內大學的教學與科研環境相對封閉，不利于信息開放互通，這一現象已經影響到實驗室的開放共享［10］。當前高校各學科實驗室設置分散，難以為大規模培養新工科人才提供保障。實驗室缺乏信息公開和預約的網絡管理平臺，導致資源利用率較低［11］。實驗室開放過程中涉及經費、安全、管理等諸多因素，高校很難形成系統、可靠、高效的實驗室設備開放共享機制。

（4）當前高校實驗室的設備管理制度不完善，實驗設備較為陳舊，設備維護保養經費不足［12］。實驗室缺乏信息化管理方法和軟件平臺，難以滿足當今新工科人才培養的需求。

開放實驗室不僅有利于提高試驗設備的利用率，同時有利于促進實驗教育的進一步完善［13］。實驗室開放，可分為實驗時間開放、實驗空間開放、實驗內容開放和實驗對象的開放4 個方面。以實驗時間開放為前提，實驗空間開放作保障，實驗內容開放為核心，實驗對象開放為手段。在歐美國家，如美國的MIT，實驗教學是理論教學的重要組成部分，實驗室面向全體在校生開放，學生有充分的自由在實驗室完成自己的想法和思路。日本JAIST 的實驗室開放實行完全預約制，并配有專門的實驗導師和安全員保障實驗順利進行。清華大學在實驗室開放方面有很多值得學習的經驗，如設立實驗室開放基金，基金有力地支持學校的教學和科研工作，充分調動了機組人員的工作積極性，促進了儀器設備的開放共享［14］。

高校實驗室的建設及管理直接影響到高校產、學、研一體化的實現［15］。開放實驗室是高校實驗室發展的必然趨勢，科研實驗場地與儀器的共享觀念已深入人心，為了更好地服務教學科研、培養創新人才、提升競賽成績，信息工程學院針對“新工科”建設背景下本專業的實驗室開放的管理模式進行了深入探索和改革。結合開放實驗室構建“車聯網與智能汽車”新工科集群專業人才培養標準體系，監控培養質量，制訂切實可行的新工科專業具有行業優勢和特色的人才培養計劃，形成體現多學科交叉融合特征的工程人才培養模式。本文探討了一種基于實驗室開放管理的創新模式，結合國內外大學實驗室管理的異同，提出開放實驗室構建要素，力求借鑒國內外大學實驗室管理的成功經驗，完善實驗室教育制度［16］。創新管理模式不同，從實驗室開放的安全管理、人員制度管理、預約制管理和設備管理4 個方面給出了介紹。

1 開放實驗室的建設方案

學院的開放實驗室緊密圍繞培養新工科學生創新精神和實踐能力為目標，構建多層次、分模塊、多學科的相互支撐、相互融合、依次遞進、服務科研與競賽的實驗開放體系。圖1 是開放實驗室方案，在統一思想和規劃的基礎上，形成了專業基礎實驗室、交叉學科創新實驗室和創客空間為主體的三大實驗場地。同時采用多種鼓勵與獎勵辦法，鼓勵教師和學生參與實驗室開放，將開放實驗納入學生實踐教學環節。

1.1 專業基礎類實驗室

專業基礎類實驗室是進行計算機基礎教學和實踐的重要場所，致力于強化實踐與理論，面向師生提供先進的軟件和硬件實驗設備與環境，其在計算機科學技術的普及方面，有著不可替代的作用。除了基礎知識教學外，專業基礎類實驗室還承擔著上機實踐、自主學習、學科競賽等基本任務。目標培養具有扎實理論基礎和動手能力的學生，服務科研與競賽。

1.2 交叉學科創新

科學技術的發展，不再是單一學科可以獨大的時代，交叉學科人才培養需適應社會發展的需求。交叉學科創新旨在為新工科學生提供指導，以問題驅動為導向，學生可以基于項目完成相關實驗，實驗室可靈活提供實驗所需的儀器設備以及相關輔導，充分滿足學生和老師在創新和學科交叉融合的需求。交叉學科創新為學生投身各類競賽如“挑戰杯”大學生創業計劃競賽、全國無人車大賽取得優異成績提供了充分保障。同時也提供畢業設計輔導，滿足學生多元化發展的需求。

1.3 創客空間

學院在“大眾創業，萬眾創新”背景下，以創客空間為切入點，研究開放實驗室服務的創新機制。創客空間是一個開放創新的共享空間，承載著提供創新創意實現與轉化功能，是創客能夠充分發揮，將創意轉變為現實的地方。創客空間為新工科大學生提供全方位的創業訓練與指導，定期引進專家開展講座并進行輔導，并且提供微型企業孵化器，為大學生創建小微企業提供技術支持。在培養學生興趣的同時，可以促進學生思維能力的提升和人文素養的養成。在未來的時間里，實驗室將創客空間的優勢在實踐中最大限度發揮出來，進一步提升教師教學質量和學生創新素養。

2 開放實驗室管理

信息工程學院成立了專門的實驗室開放活動指導小組負責實驗室的日常管理和學生指導。實驗室開放實行教師和學生雙層管理模式，同時采用多種鼓勵與獎勵辦法，激勵教師和學生參與實驗室開放，將開放實驗納入學生實踐教學環節。在全校范圍內，開展實驗室完全開放政策的宣傳活動，完善實驗室網絡預約平臺。同時建立實驗室信息化管理制度，儀器設備的使用和維修的登記制度。相關責任人掌握設備、工具、教學、科研的教學情況，以便統計實驗設備的實驗頻率和實驗情況。推行實驗設備和耗材計算機網絡化管理，加大實驗室維修經費的投入［17］。

2.1 安全管理

安全是正常開展實驗活動的前提，學院把安全放在實驗室建設首位，定期對技術人員、實驗指導教師以及學生進行培訓，強化安全教育。每個實驗室配備一名實驗安全技術人員，指導技術安全操作；實行24 h全面監控。各實驗室根據實驗教學工作的特點，建立了安全規程，防火、防盜制度，明確職責，落實到人［18］。確保安全硬件設施經費投入和各項安全管理制度有效落實；學院定期開展安全知識教育活動，如消防演練、安全知識競賽。通過公眾號和宣傳活動等多種渠道開展安全知識的普及，廣大在校師生形成了較為系統的安全防范意識。

2.2 人員管理

（1）學生管理。實驗室開放實行學生的自我管理，由?？茀f學生干部值班保障實驗室正常運行。進入實驗室時要簽字確認，遵守實驗室的各項規章制度，自覺維護設備，損壞儀器設備要按學校有關規定處理。學生在完成實驗項目后，應及時提交論文或實驗報告等實驗結果。對表現突出或完成具有獨創性成果的學生，經指導教師考核和推薦，可申請創新性實驗獎勵學分，鼓勵和支持產生創新性實驗成果。通過學生實驗取得成績的項目，可以申報各種評獎和參加比賽。

（2）教師管理。指導教師必須按時進入崗位，提前與實驗安全技術人員安排實驗內容，做好實驗準備工作，確定實驗計劃。指導教師須耐心引導學生認真觀察、分析，激發學生興趣，培養學生創新意識和能力，同時維護實驗室的安全衛生和實驗秩序，按時批改學生實驗報告。動態跟蹤、檢查學生競賽項目或創新實驗完成的情況，及時引導學生解決實驗中存在的問題。學院鼓勵與支持實驗人員和教師加入開放實驗室，對取得成果的實驗人員和教師，在職稱評定、教師年終考核中按規定給予獎勵，并根據核準工作量發放課時補貼和根據教學成果發放獎金，由實驗室負責人具體分配。

2.3 網絡化預約管理

隨著計算機技術的發展，國內高校無論是教室還是實驗室的預約工作管理大多采用網絡在線預約管理系統來改變人工申請預約、手工登記管理方式。圖2所示為實驗室預約數據流程圖，教師與學生可通過個人賬號訪問預約系統，查看實驗室的當前使用狀態、實驗小組容納量、實驗設備臺套數、課程安排、是否可開放預約等信息［19］。同時，實驗室管理員對學校的實驗課程進行管理和對預約進行審批。系統將預約信息及時反饋給學生和教師。為了提高實驗室設備和儀器的使用效率，實驗室管理員會對實驗室開放的具體時間靈活調整，實行9：00 ～20：00 開放政策。在有重要的國際和國家競賽的準備期間，為了保障實驗研究的連續性以及創新實驗的完善性，實行24 h 全程開放。實現對教師、學生、時間、課程的綜合管理。

圖2 實驗室預約數據流程圖

2.4 設備與耗材管理

學院擁有先進的設備管理系統，對實驗室所有的儀器與設備均采用電子化記錄。采用現代信息技術，把實驗室設備和儀器的各種信息，包括型號、價格、使用周期、使用說明、歸屬類別都輸入計算機進行流程管理，把購買、招標、交付、驗收、登記、使用、檢查、報損、處置等信息及時錄入計算機進行跟蹤管理，準確把握儀器設備的使用情況。

針對開放實驗室的管理需求，專門開發了一套基于WebService的開放實驗室管理軟件平臺。該平臺不僅具有合同、設備、借還管理等信息化管理功能，同時通過調用高拍儀控件和身份證掃描控件實現了設備的可視化管理?？梢暬丶膽檬沟迷O備管理工作更加形象有趣，同時豐富了信息量，降低出錯率，提高工作效率［20］。圖3 所示為平臺的功能結構圖。

圖3 系統功能模塊圖

系統采用3 層B ／ S 結構，自頂向下分為表示層、業務邏輯層和數據層。其結構見圖4，表現層不處理業務邏輯和數據訪問，專用于處理用戶交互，系統采用HTML5 設計網絡表現層，終端用戶一般通過Web 瀏覽器訪問表現層，即用戶可以通過IE ／ Google Chrome或Mozilla Firefox 等瀏覽器解釋并渲染表現層。同時表現層支持移動APP訪問，用于接收終端用戶的響應和顯示業務邏輯返回的數據；邏輯層采用jsp 和servlet，定義業務處理規則，不涉及用戶體驗，通過Webservice、AMF 等技術訪問本地數據庫或第三方動態鏈接庫；數據層主要完成對數據庫的操作，如增、刪、查、改等，通過Webservice 接口對外開放，實現表現層的多平臺訪問。學院設立有“實驗室設備專項”專項基金，對實驗室設備軟件平臺的建設和管理工作給予專項支持。

圖4 系統采用的三層結構

3 成效與反思

3.1 取得的成果

學院在落實新工科人才培養實行開放實驗室以來，打破固有學科領域界限，緊密圍繞交通行業創新產業鏈，建立新工科專業人才培養標準體系，監控培養質量，制訂切實可行的新工科專業具有行業優勢和特色人才培養計劃。

自2014 年開展實驗室開放以來，逐年加大開放力度，取得了諸多較好的科研和競賽成果。以“挑戰杯”和“全國電子設計大賽”為代表的國家級大學生科技競賽吸引了大量學生參與科技活動，發現和培養了一批又一批在學術科技上有潛力、有作為的優秀人才，營造了良好的學術氛圍。實驗室教師也在實驗室開放中得到鍛煉和成長，獲得高級職稱的人數不斷增加。同時，在創新創業領域，也涌現出一批優秀的創業青年，創業人數逐年遞增。表1 展示了學院開展實驗室開放的近5 年取得的成果。

表1 實驗室開放取得的成果

近5 年來，信息工程學院加快實驗教育改革與創新，結合學院辦學特色，培養造就一批多樣化、創新型新工科人才，創新出多種實驗室管理模式和培養方案。實驗室開放政策和實驗設備的共享理念在學校取得了廣泛認同，創造各種條件為全體師生提供必要的支持，充分利用各系、部、室、所的師資、場地、設備等現有教育教學資源，為學生開展科學研究創造良好的環境，形成良性的管理機制。

3.2 反 思

當前大學教育需進行改革才能適應社會變革的步伐。對廣大青年學子而言，興趣是最好的老師，堅持做自己喜歡的事情更容易出創新性成果，微軟公司的創始人比爾·蓋茨和甲骨文軟件公司創始人勞倫斯埃里森，他們都有一個相同點，那就是如蘋果公司創始人喬布斯所說的“遵從自己的內心”。喬布斯等人的經歷給中國大學教育帶來了諸多啟示。摒棄“重理論，輕實踐”的思維模式，引導學生找到他們真正感興趣和擅長的方向，從而更深層次挖掘學生的潛力。適當修改學分制度，加大實踐課程學分比重，建立創新學分制度，擴大選修課的范圍，促進學生個性化發展，調動學生參與學科競賽、科研創新、創業訓練與實踐的積極性，培養和提高學生創業意識和綜合素質。開放實驗室正是為了滿足這方面的需求應運而生，由此可見傳統的實驗模式急需改革。

針對傳統實驗室管理和實驗室開放存在的問題，總結出以下幾點對策：

（1）完善實驗室開放安全管理制度。安全是教學實驗室在開放管理工作中的一項重要內容。針對開放過程中可能存在的安全隱患和原因，結合實驗室安全管理工作的實踐與經驗，制定突發事件應急預案。同時加強實驗室安全標準化建設，在實驗室設計、管理、運行中，應依據相關法律法規及標準，規范實驗室管理與使用行為，推動實驗室標準化建設。

（2）加強實驗室人員建設。實驗技術人員和管理人員的專業素質是保障高校實驗室得以有效開放的前提，但從高校的實驗技術人員和管理人員的數量上看，其難以滿足多層次開放的要求，特別是富有技術經驗和管理經驗的人員離崗退休后，可能會讓實驗室管理舉步維艱。因此，高校要進一步充實實驗室的師資隊伍：①通過社會公開招聘的方式引進高素質的專業化人才；②通過返聘的形式挽留優秀的實驗技術人員和管理人員，或者選拔業務水平過硬的任課老師分擔實驗教學工作，以更好滿足廣大學生對實驗室開放需求。實行有效的激勵制度，鼓勵更多的教師參與實驗室的開放管理與維護。

（3）健全網絡預約制管理。實驗室信息化預約平臺使實驗室的建設與管理在時間和空間上得到延展，在加強實驗室的業務調度、資源整合、開放共享的同時，使實驗室成為管理制度化、科學化、現代化的實驗室，從而提高實驗教學效果，推動素質教育水平的提高。設立網絡維護人員和專項經費，確保預約平臺高效運行。順應當前發展趨勢，開發微信小程序或者APP以方便廣大師生隨時隨地預約實驗室。

（4）加大資金投入完善設備管理。儀器是科研實驗室的重要組成部分，它直接決定了實驗室開放的質量。隨著實驗室開放項目的增多，實驗設備儀器的使用頻率大大增加，材料耗損也會隨之增加。要對儀器設備管理的各個環節進行合理規劃，以具備明確可行的架構、清晰準確的流程、細致規范的手續，并注重各個環節之間的銜接。設立儀器設備購買和維護投入的專項經費，逐步建立智能化實驗室儀器管理系統，規范實驗室管理信息平臺，構建促進實驗資源開放共享的服務體系，實現高校儀器設備的科研價值、經濟效益和社會效益同步提高。

4 結 語

實驗室開放教學是目前我國高校實驗教學的必由之路，也是培養創新應用型人才的主要途徑之一。人性化的實驗室開放對培養創新型“新工科”人才的發展起到重要的支撐和推動作用，同時對加強學生實踐動手能力、培養創新意識具有不可代替的作用。在高校人才培養的過程中，廣大教育工作者要摒棄傳統的思想觀念，加大實驗室開放的經費投入，實行有效的激勵制度，不斷探索高校實驗室的開放模式，充分發揮學校的各項資源和辦學優勢，讓高校實驗室真正為培養高質量的創新人才服務。