基于大學生課外科技創新活動的開放實驗設計*

賀 瑩，馬 麗，周麗亞，劉冠華，姜艷軍

(河北工業大學化工學院，天津 300130)

創新是一個國家和一個民族發展的要求，也是其具有勃勃生機、始終保有強大活力的體現[1]。今天，培養大學生的科技創新能力已成為高等教育的一項重要任務。隨著科學技術的迅速發展，現代社會要求高等學校培養的理工科學生，不僅要有一定的科學技術知識和實踐動手能力，更應該有明確的科技創新意識、一定的創新能力和創新經驗[2]。

課外科技活動注重學思結合、知行統一、因材施教，因此對學生創新能力的培養有著重要的促進作用。同時在此過程中，學生獨立學習的能力得到增強，回到課堂學習時，也能夠更好的理解學習內容，實現知識的融會貫通，最終實現學生綜合能力的全面提升[3]。實驗教學是培養學生綜合實踐能力和創新能力的基礎，不僅可以加深和鞏固學生對理論知識的認識，鍛煉學生的基本實驗技能；而且通過綜合型和創新型實驗的開展，還可以進一步培養學生創新思維和綜合設計能力[4]。開放性實驗是高校實驗教學改革的一項重大措施，以學生為本，以能力培養為核心，通過合理化設計，可以拓寬學生的專業視野，增強學生學習的主動性和創造性，通過實驗的訓練提升學生的創新能力[5]。以生物工程專業開放實驗為例，旨在鍛煉生物工程專業本科生的基本實驗技能，同時對各種生化儀器的性質和使用進行了解。通過開放實驗的學習，加深和鞏固學生對生物工程相關理論知識的認識，進一步加強學生分析問題和解決問題的能力及設計和創新能力的培養，培養學生具備一定的科學研究能力和嚴謹的科學態度。

1 開放實驗教學模式

開放實驗設計應緊跟學科發展的新動向，密切聯系科研與實踐，及時引入新知識與新技術到教學活動中。實驗內容要由簡單的驗證型實驗向復雜的綜合型、設計型實驗轉變[6]。建立分層次的開放實驗教學體系，因材施教。根據學生年級的不同，所學理論知識的不同，能力水平和興趣愛好不同分層次開展實驗[7]。實驗主要分為三個層次：驗證型、綜合型、設計創新型。驗證型實驗是基礎，綜合型實驗是過渡，設計創新型實驗是核心。低年級學生因課堂教學為主要任務，可以開展驗證型為主的簡單實驗項目，既鞏固了他們所學的課堂知識，又鍛煉了實驗操作的基本技能，還學習到實驗設計的基本方法。高年級學生則開展綜合型、設計型等具有創新型的復雜實驗項目，這些實驗涉及到學科知識的綜合運用，同時要求學生能自己提出實驗方案，教師合理適當的加以指導，培養學生對知識綜合運用的能力，循序漸進的提高學生的動手能力和創新能力。

生物工程專業的培養目標是培養學生掌握生物工程研究的方法和手段，具備綜合運用基礎理論、專業知識、基本技能和現代工具等發現、提出、分析和解決本領域復雜工程問題的能力；并培養學生具有一定的創新意識和可持續發展理念，具有生物工程技術設計和開發的能力。因此我校生物工程開放實驗設計緊密聯系生產實際，引入本學科最新發展的成果，將分散的知識點系統化，使學生得到了綜合性訓練[8]。生物工程專業的開放實驗以酶制劑的產業化為視角進行目的產品全生命周期的設計訓練，如圖1所示，實驗內容綜合了生物產品上游的提取加工過程及下游的分離純化過程。實驗整體是由五部分組成的綜合創新型實驗，但其中也涵蓋了驗證型實驗環節，學生可自主設計選擇的實驗環節等，比如選擇不同的提取、分離、固定化方式，對實驗條件進行優化等。通過整個流程的訓練，使學生系統的掌握酶蛋白表達、純化以及固定化的思路、方法，運用生物化學、微生物學、發酵工程、生物反應工程、生物分離工程、分子生物學、基因工程和酶工程的基本理論和方法，進行具體實驗操作，提高學生利用理論知識指導實踐的能力，鍛煉學生的動手能力，以及在實際工作中解決問題的能力。

圖1 生物工程專業開放實驗設計

大學生思維活躍，很容易對傳統實驗方法和理論提出質疑，非常愿意做一些有自主思考價值的實驗。開放實驗的設計正是最大限度的滿足學生的這種需求。在開放實驗中可自主設計選擇的實驗環節，同學們可以充分展現個人才華，在好奇心的驅使下選擇自己的實驗方案，比如選取哪種酶的固定化方法，種類很多，各有利弊。這樣他們在自主選擇的實驗中經常會碰到大量的問題，有些可以根據之前課本所學知識解決，有些即使是指導老師可能也沒有碰到過，這時怎樣解決實驗中的這些“攔路虎”，對于培養學生獨立思考的能力就顯得非常關鍵。通常，指導老師不會直接告訴學生答案，而是引導他們去查閱相關書籍或文獻，鍛煉他們自己解決問題的能力，等他們找到合適的方法后再給予必要的修正。對于比較難的問題，指導老師也會給出建設性的意見，讓學生大膽提出自己的方案，然后共同去驗證。這樣的指導方式，在學生克服了一個個實驗難關之后，既使他們經歷了科研思維的訓練，也體驗了創新過程的喜悅與成就感，有效的激發了他們創新意識和創新熱情。

2 開放實驗運行模式

開放實驗的根本目的是為學生提供一個開放、寬松的實驗和研究環境，既包括實驗教學方式的開放，也包括實驗室管理模式的開放。通過開放實驗的訓練培養學生設計思維、開拓意識、創新能力、科學素養和動手能力，為國家培養創新型人才打下良好基礎[9]。

人才培養，關鍵在教師。培養具有創新能力和工程實踐能力的一流人才，師資隊伍建設尤為重要[10]。開放實驗往往涉及多門課程內容交叉，實驗過程出現的問題和困難也較多，因此要加強指導教師的科研業務水平和工程實踐能力。通過老教師“傳幫帶”作用、以及開展對外交流、培訓學習、合作研發等措施，使指導教師具備扎實的理論功底、豐富的實踐經驗以及創新思維驅動的鉆研能力。為調動青年教師的積極性，引導他們在學生創新能力培養活動中發揮更重要的作用，考慮到青年教師資源少的現實問題，學校積極聯系地方企業，通過走訪、合作的方式開展交流、實踐，及時了解企業需求，逐步調整實驗教學內容和模式，使每位青年教師都能獨立進行開放實驗指導，適應國家發展需求。此外，為了鼓勵更多高素質的教師都能參與學生課外科技創新活動的指導，出臺了具體的獎勵措施，如對參與競賽獲獎的開放實驗指導教師在課題申報、職稱評定等方面給予相應的優惠政策，同時根據獲獎級別給予相應的獎勵。

開放實驗選擇學生課外時間完成，這使得實驗室教師的工作壓力增大，實驗室日常管理更為復雜，故通過建立健全實驗室使用及安全等一系列管理規定，保障開放實驗的正常開展，保障實驗儀器設備的良好使用。

3 結 語

大學生課外科技創新活動是以學生為主體，以導師適當引導的方式來開展的。目的是通過具體科學問題的提出，尋找解決問題的方案，最終解決某一個在該領域尚未解決的問題，從而實現一定程度上的創新。開放實驗有效地利用了實驗室資源，充分發揮了學生的創造性思維，獨立思考能力，主動挑戰困難的能力，可全面提高學生的綜合素質，為我校生物工程專業創新型人才培養模式探索出一條有效途徑。