基于創新能力培養的工科開放式實驗教學平臺構建

張克宏

(安徽農業大學 輕紡工程與藝術學院，合肥 230036)

經濟的快速高質量發展需要創新型人才的支撐，創新型人才的培養已成為國家戰略的重要組成部分，是實施“一帶一路”和“中國制造2025”的保障[1]。隨著企業對創新型人才需求的不斷提高，如何培養創新能力高、綜合素質好的人才業已成為我國高等教育改革的核心問題[2]。近年來，人們逐漸認識到實驗教學在培養創新能力上的重要作用；與理論教學相比，實驗教學在深化知識理解、培養學生創新思維與創新精神上作用顯著[3]。傳統的實驗教學依附于理論課程，沒有形成完整的實驗課程體系，課程間銜接不暢，課時量少，浪費了實驗教學資源，導致創新型人才培養的滯后[4—5]。因此，深入理解人才創新能力培養的內涵，分析其與實驗教學間的內在關聯，構建開放式實驗教學平臺，制定完善的平臺運行體制，有助于更好地提升實驗教學質量與創新型人才培養水平。

一、大學生創新能力培養的內涵

創新是人類社會進步和發展的動力，人類的生存和發展與創新息息相關。創新能力可以理解為，基于自身認知在創新活動中所表現出來的積極心理取向，是個體與社會文化環境互動的結果，集新穎性與實用性于一體。工科專業人才的培養是促進地方經濟發展的重要保障，其創新能力是提升社會經濟發展質量的關鍵[6]；從工科專業的應用性特征來看，大學生的創新能力可以概括為探知能力、集成能力、宏思維能力和反思能力，其形成是內在因素(知識和心理)與外部環境相互作用的產物，涉及學生個體、教師和學校三個方面[7]；對于大學生創新能力培養來說，教師的創新素質是關鍵，學校的教學條件是外因，學生個體的智力因素是基礎，非智力因素是動力。

二、開放式實驗教學的內涵

美國的“自由式”物理實驗教學改革被視作開放實驗的源頭，實踐不斷表明，開放式實驗教學是提高教學質量和人才培養質量的有效方法，近年來為國內各高校所關注。開放式實驗教學模式是一種創新實踐能力與思維能力培養的實驗教學新模式，其核心是培養學生在創新方面的意識、精神與能力[8]；從實驗教學實施的過程來看，開放式實驗教學模式的內涵體現在課程模塊化、項目遞進化、內容課程化，在教學的目標、主體、方式、內容與資源上實現開放；作為實驗的主角，學生可以依規自主開展實驗[9]；實驗教學與學生創新能力的培養呈現如圖1所示的內在關聯性。為了提升實驗教學在創新能力培養上的作用，高校紛紛加大了對實驗室建設的投入，開展開放式實驗教學模式改革[10]。

三、開放式實驗教學平臺的構建

在高校，實驗室是開展實驗教學的場所和進行科研的基地，為學生開展課程實驗和培養創新能力提供了保障[11]；傳統的實驗教學模式已不能滿足創新型人才培養的需要，不論從實驗的內容、體系、教學方法，還是從考核方式、實驗室管理與經費投入上傳統實驗教學方法顯得極為落伍。因此，基于社會發展對人才創新能力的要求，構建與創新能力培養相適應的開放式實驗教學平臺，對于最大限度發揮實驗室在創新人才培養、資源利用、儀器設備使用效益上具有重要的意義。

(一)開放式實驗教學平臺構建的目標與思路

實驗平臺是進行實驗教學與科技創新的重要場所，立足創新人才培養，以學生為主導，優化實驗室資源布局，形成集教學與科研于一體，方便開展實驗教學的新環境，重塑實驗教學理念，科學設計實驗教學體系、內容、方法和手段，以更好的條件和資源為學生提供動手和創新平臺，引導學生形成創新意識和勇于探索的精神，鍛煉學生的創新能力，實現創新型高素質人才的培養[12]。構建的基本思路：深入分析當前社會對工科人才創新能力的要求及其與實驗教學間的對應關系，認真研究當前實驗教學模式、內容等方面存在的缺陷，開展實驗教學改革，合理布局實驗室硬件，制定相應的規章制度與激勵考核機制，確保平臺的高效運行[13]。

(二)實施實驗課程教改，提升實驗教學水平

作為實踐教學形式之一，實驗教學中既有理論講解又有需要深入思考的動手實踐，能夠很好地深化和拓展學生對知識的理解，既能夠鍛煉動手能力，也能通過設計性實驗培養學生的分析問題和解決問題的創新能力，不是單純的理論教學的延伸，而是培養人才知識和能力的重要過程，具有理論教學不可比擬的重要性。傳統的實驗教學是依附理論課程來進行，實驗項目相互分隔，不成體系，不利于創新能力的體系化培養，且很多時候實驗教學都流于形式，為完成教學而教學，因此加大實驗課程教改力度成為高校工科專業提升人才創新能力的重要舉措[14]。從專業人才培養目標的總體要求出發，以學生為中心，統籌安排實驗教學環節，提升實驗教學的比重，整合專業實驗教學項目與內容，形成一個呈遞進式的獨立體系，并能與理論教學內容有機統一，及時地將與專業緊密相關的科研成果編成實驗納入到專業實驗教學體系中，降低驗證性實驗尤其是內容比較陳舊的實驗項目在實驗教學中的比重，增設有助于創新能力培養的設計性實驗，形成如圖2所示的基礎厚實、內容創新的專業實驗課程體系，形成專門的實驗課模塊，與理論課程具有關聯性但又不依附于理論課，實驗項目的內容可以同時涉及多門同類課程。例如，包裝存儲過程中食品質量的監控與評價實驗，既涉及食品化學方面的知識，也涉及包裝材料與貯藏環境方面的知識。實驗過程中教師要放手讓學生自己做，實驗方案的制定、實驗的實施由學生自己進行，教師只需評估實驗方案的可行性，做好監督即可。

(三)加大經費投入力度，增強設備購置的科學性

近年來，高校辦學經費迅速增加，實驗教學上的投入也大幅提升，而擴招與社會對人才創新能力要求的提高使得現有實驗條件遠遠不能滿足創新型人才培養，需要進一步加大對實驗教學軟硬件環境建設的投入，根據人才培養計劃和創新能力培養要求，從實驗環境、實驗材料供給、實驗設備購置、實驗教學改革、實驗項目內容的更新與質量提升、實驗室運行機制與保障等多個方面增加投入[15]。加快老舊實驗設備的更新換代，做好實驗設備購置規劃，科學驗證，根據創新能力的培養和實驗室組建需要，針對設備應滿足的功能制定詳細的要求，設備間要能夠形成體系，在功能上要做到最大公約數，發揮最大效益。

(四)合理架構實驗室，強化創新能力培養意識

因為課程歸屬不同，高校實驗室構成較混亂，物理、化學這類公共基礎課實驗室歸屬于公共課程部；專業實驗室歸屬于專業所在學院，其中包括學院基礎實驗室和專業課程實驗室。近些年來，為吸引人才，高校又紛紛給引進的人才搭建了教師個人實驗室。這些實驗室相互獨立，自成一體，造成了設備購置的重復和資源的浪費。因此，基于人才創新能力的培養，應該從學院層面成立實驗中心，對學院所屬各專業的實驗室布局進行統籌規劃，解決學院層面的實驗室相互割裂問題，整合原有的實驗教學和科研設備資源，與校級公共實驗室平臺對接，構建布局合理、層次分明、教學科研互動的實驗教學環境；整個開放式實驗教學平臺是由學校層面的公共基礎課類實驗室、學院層面的專業基礎課類實驗室、專業課實驗室和專業創新實驗室構成，其中學院層面的實驗室為平臺主體，破除過去實驗室依賴課程而建的局面，實現基本實驗技能、專業實驗技能、專業創新能力的培養。加強實驗室運行配套環境的建設，通過增加實驗課程學分、設置專業創新學分、申報大學生科技創新項目與參加專業實驗比賽等方式，鼓勵學生走進實驗室，在教師指導下自主選擇實驗主題，設計實驗方案，開展實驗內容研究，撰寫最終的實驗報告；教師也應積極吸納學生參與自己主持的科研項目，培養和提升學生的創新意識。

(五)強化現代技術與教學的結合，豐富實驗教學模式

計算機和互聯網的應用既方便了教學的開展，也提升了教學質量，而將現代化、信息化技術融入到實驗教學中以提高實驗教學質量是我們需要深入思考的問題。營造規范、互動、真實的實驗環境，推動實驗課程的數字化，鼓勵教師開發仿真實驗教學系統和軟件，既能方便教學的開展，也能使實驗教學有趣易懂，提升個性化互動教學水平，促進學生對實驗機理的理解，降低實驗成本，為學生進行創新性實驗設計提供支撐。不斷探索實驗教學模式，合理安排實驗分組，教學過程中融入多媒體教學，逐步實現實驗教學的多元化，加強與學生的互動，教師有意識地引導學生進行思考，培養學生發現問題、分析問題與解決問題的能力。

四、開放式實驗教學平臺的運行管理與考核方式構建

(一)建立多樣化的管理模式，規范實驗室運行

隨著實驗教學改革的深入與實驗室建設的完善，傳統的實驗室管理模式已不能滿足需要，效率低下、信息交流不暢，無法適應新形勢下人才培養的需要。為此，高校應當正視網絡時代的新機遇，強化信息化技術在實驗室管理中的應用，通過建立教學實驗室綜合管理信息平臺、健全開放式實驗教學平臺制度，提升實驗室管理效率[16]。細化開放實驗項目類別，吸收高水平、責任心強的教師與部分學生參與實驗室管理，構建完全開放式、部分開放式、科研課題開放式和實驗設備開放式實驗室管理模式，在管理理念、管理模式、管理技術手段和管理制度上不斷推陳出新，以實現開放式實驗教學平臺的管理目標。

(二)制定科學的考核制度，激發師生良性互動

對于多數高校來說，開放式實驗教學平臺是個新事物，在開放過程中，失敗與成功是并存的，鼓勵創新也包容失敗，因此，從注重培養學生創新思維能力和分析問題能力的角度出發，根據專業的人才培養目標，建立科學的、指標明確的開放式實驗考核體系，將考核融入到實驗教學的全過程中，提高實驗中涉及創新能力部分的考核比重，強化對學生創新精神和實踐能力的培養。

五、結束語

創新能力培養是當前高校人才培養的核心，對創建創新型社會、創新型國家具有重要的意義，能夠有效提升國家經濟發展質量。通過對大學生創新能力培養和開放式實驗教學內涵的分析，提出了開放式實驗教學平臺構建的目標與思路，開展相應的實驗教學教改，強化現代技術在實驗教學中的運用，提出了平臺的構成與運行管理機制，以激勵創新能力的培養。