基于創新開放實驗室的開放式教學研究

桑海峰，孫芙蓉，李書閣，邢燕好

（沈陽工業大學 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽 110780）

受古代孔子思想與西方赫爾巴特和凱洛夫教育思想的影響，當今我國的教育模式逐漸形成了以教材作為獲取知識的源頭、以教師作為講解知識的媒介、以教室作為傳播知識的場地的傳統教學形式。盡管傳統教學的知識吸收速度高于開放式教學，卻忽略了另外一個群體——學生主體的重要性。因此，傳統教學日趨百弊叢生：教師一味灌輸，學生卻表現出“學而不思”的常態。據社會統計調查結果顯示，人類思維最敏捷的年齡段是在20 歲左右，因此激發學生創新思維的最佳時間段應設立在中學至大學的“黃金時期”。開放式教學與傳統型教學方式相比，自主性是其最大的特點，它彌補了許多傳統教學不可彌補的弊端，多數時間以學生為中心，形成空間開放、時間自由、資源共享三大優勢，教師在各項環節中主要發揮引導與糾正的作用。不過以目前形勢來看，開放式教學模式應用于自主能力較強且理論知識掌握較好的學生才有可能達到理想的效果，但這樣的學生畢竟居少數，因此單純地實施開放式教學模式也無法直接替代原有的傳統教學模式，最理想的教學方式是將上述兩種模式酌盈劑虛、合二為一。

本文將以創新開放實驗室作為依托與實例，探討開放式教學與傳統教學之間的一種新型解決方案，總結創新型開放實驗室教學如何能夠更有效地輔佐傳統教學并充分提高教學質量。

一、“第一課堂”與“第二課堂”的內涵及關系

（一）第一課堂

第一課堂即我們熟知的理論講授式課堂，主要形式為以教師為責任主體，在課堂上向學生“一對多”傳授知識點，培養學生打好理論基礎的意識，注重基礎知識的積累。在專業培養方案中，除理論課堂外還有實踐教學部分，包括對應課程的課程設計、技能實習、工程訓練等，時間協調性較差的傳統型實驗室主要服務于第一課堂實踐教學，引導學生通過使用實驗設備進行實踐操作、功能設計、最終原理得到驗證。本文統稱培養方案內的理論或實踐課程計劃安排為第一課堂范疇。

（二）第二課堂

隨著第二課堂在培養一流人才中的重要地位逐漸得到提高，校印發的《“第二課堂成績單”制度實施辦法》文件中提到：第二課堂是育人質量的評估與督導，目的是培養學生綜合素養。“第二課堂成績單”將學生在校期間參與的第二課堂各類校內外教育實踐活動均按照一定的認定辦法轉化成對應的實踐學時與學分。第二課堂下設思想道德、文化健康、社會實踐、創新創業等六大類別，從教學手段上看，它源于第一課堂，卻優于第一課堂，其原因在于第二課堂的主體為學生本身，第二課堂開展的形式多樣：可以由教師開展前沿講座；也可以鼓勵學生自主組建團隊，參與課外學術類活動，豐富大學生活。其中創新創業類別成績單是學生學術研究能力得到快速提升的保證，主要記載學生參與的課外學術類講座和競賽獲獎情況、論文與專利發表情況等。學生參加課外學術類競賽所獲成果與所得獎勵即為衡量開放式教學成果的一項重要指標。

（三）第一課堂與第二課堂之間的關系

1.第二課堂是第一課堂的延拓。沒有理論指導的實踐是盲目的實踐、沒有實踐的應用是空洞的應用。第一課堂注重理論知識培養，工學講究靈活運用理論知識解決實際問題，產學研用結合是優秀工程技術人員的必由之路，第二課堂培養的正是綜合實踐能力，針對工科學生定向培養工程創新能力，引導其合理利用第一課堂所學知識，符合實際地設計、調試功能。

2.第一課堂與第二課堂相輔相成。第一課堂與第二課堂既要相互配合，又要彼此互補。課題理論知識應用于工程實踐中，需要一個較為緩慢的過渡過程，在此過程中，創新開放實驗室發揮著不可或缺的作用，可提供實際場地與可操作硬件，在實驗室中所學知識又能得到一定程度上的鞏固，培養學生的問題意識是課堂教學的最高境界，在實驗室中，學生可以對課堂所學提出問題，并用實踐驗證其正確性，有利于學生鞏固課本知識，樹立實踐意識。

二、創新開放實驗室實例研究

為探索一種高教學質量的開放式教學形式，并爭取將第二課堂最大化融入第一課堂，將創新開放實驗室作為實施第二課堂制度的載體，下文將以創新開放實驗室作為實施案例闡述本文論點。

（一）實驗室性質

創新開放實驗室是一個非課程計劃安排內的實驗場所，目標是建設成為校級創新創業成果轉化基地與“產學研用基地”。硬件條件需滿足擁有成型的設備以及多套用于開發的基礎設備，同時需要擁有全套的可供學生自主學習的資料，激發學生自主學習能力。管理條件需滿足開放時間靈活、可適應本專業需求量、擁有配套完整的管理體系、專業的管理人員等。開設目的需實現涉獵專業領域廣泛、各項技術貼合前沿、實現設備資源共享、各類競賽消息靈通、為師生之間建立溝通的橋梁，從而有效達到培養學生科研素養、提高學生自主研發能力、激發學生自主學習能力與創造力的目的，為國家培養更多的創新型工科人才。

（二）實驗室用途

相比于傳統型實驗室，開放型實驗室具有更多優點：開放時間靈活，管理形式多樣，使用方式可變等。理論基礎較強的學生可以自主設計功能，參加各類創新創業競賽。就全國電子設計大賽來說，對于優秀的學生來說是一個理論聯系實際的能力鍛煉平臺，為參賽學生提供場地與硬件條件，設備越齊全，越能滿足學生的好奇心，從而使得學生更愿意花費課余時間在實驗室研究，逐漸提高科研層次。對于理論基礎較弱的學生，更多的是能夠借助實驗室順利完成第一課堂的任務安排，實驗室除了擁有可使用的硬件資源，還會提供與高年級學生聯系的平臺，彼此之間互通有無、相輔相成，徹底打通年級之間、班級之間的信息壁壘與關系壁壘，有效促進學生提前開闊視野，有助于人才跨層次培養。

（三）實驗室管理體系的成立

1.落實學生需求

基于前期廣泛宣傳，并鼓勵引導各年級同學自主進入實驗室做實驗的前提下設計調查問卷，對本科生四個年級進行抽樣調查。調查顯示，100%的學生經歷過課內課程設計安排，但僅有27.2%的同學參加過國家級、省級、校級組織過的創新競賽，獲獎人數更是少之又少，也僅有這些同學能夠達到第二課堂畢業要求的學分。由數據可知，學生參加競賽沒有得到積極引導的情況下，主要使用方向是學生完成課程設計，這對于學生鞏固第一課堂所學知識是非常有幫助的，但僅限于第一課堂，未拓展到第二課堂，相應的創新創業學分需通過此途徑獲得，因此積極引導學生參加競賽成為創新開放實驗室首要工作。為達到實驗室提供消息靈通的目的，調查中設有一題“你希望創新開放實驗室可以為你帶來哪些信息獲取方面的幫助？”調查數據如圖1 所示。由圖1 總結出學生比較希望得到的幫助主要有：（1）組織可積累第二課堂創新創業類別學時的活動；（2）提供與本專業教師溝通交流的機會；（3）通過線上平臺提供競賽報名信息；（4）提供與其他年級學生溝通的平臺。

圖1 調查數據統計

2.確定管理機制

（1）確定開放時間。公共開放時間需滿足覆蓋普遍學生50%以上的課余時間，提供更便利、更靈活的可預約時間；選擇性開放時間為雙向預約，即需要借用實驗室的學生與實驗室管理人員互相協調時間，可在法定節假日等時期為需要使用創新開放實驗室的學生提供服務。

（2）確定預約流程。實驗室預約方式是必不可少的管理機制之一，“云預約”也是當前最便捷的預約方式之一，使用微信預約小程序，同時小程序終端需要有“核驗”功能，當學生使用實驗室時，需出示相關證件（例如學生證）用來核驗使用者身份信息，記錄來往人員信息，在一定程度上確保了實驗室正常運營的安全性。

（3）確定外借手續。實驗室設備可供實驗室使用者使用，在寒暑假時期也可為學生提供外借服務，為減少實驗室設備故意人為損壞率，需與外借學生簽訂《承諾書》。

（4）確定管理人員。確定優秀專業教師作為管理指導教師，選拔優秀學生工作者進行實驗室管理，并通過教師對管理者的培訓，提高管理人員對實驗室設備的使用方法熟知度，加強設備維護。除了日常的管理工作，管理人員需通過網絡平臺對實驗室進行宣傳。

（5）確定實驗室規章制度。為確保使用者不會發生故意破壞實驗室設備，故意將設備帶離實驗室，不文明使用實驗室等行為，應確定實驗室使用規章制度，用來約束使用者行為。學生、管理員進入實驗室流程如圖2、圖3 所示。

圖2 學生使用實驗室流程

圖3 管理員使用實驗室流程

（6）確定學生信譽積分制。一旦預約使用實驗室，不應隨意空缺使用資格，尤其在使用高峰期，實驗室無法承受多人使用時，需限制名額。因此可以建立信譽積分制，當學生按照規定使用實驗室一次，可進行適當積分；當學生出現“預約卻未使用”“借用設備未按時歸還”等行為，進行積分扣除。若積分達到某一規定值，需要對該生進行預約限制懲罰，以此來實現資源合理共享。

3.合理利用信息化平臺

創新開放實驗室的宣傳是必不可少的，為打造良好的風貌，可以選擇開設微信公眾號等信息網絡平臺，對實驗室進行包裝宣傳，吸引優秀指導教師、優秀學生前往實驗室，可為實驗室增添可用人才。同時將預約小程序、信譽積分系統與信息網絡平臺實現對接，使用者使用起來更加便捷。為做到各類消息靈通、建立師生橋梁，微信公眾平臺為最佳選擇，管理員通過搜集競賽主辦方發布的信息，整理到微信公眾號推文中，及時發布報名信息，同時提供指導教師信息，積極引導學生報名參加，激發學生科研興趣，培養競爭意識，有效發揮第二課堂在學生科研素養提升方面的積極作用。

（四）實驗室教學成果體現

1.組織培訓活動。借助網絡平臺廣泛宣傳實驗室機器人等成型設備及機器人大賽比賽概況，錄制機器人操作視頻，以此來激發學生興趣。隨后開展機器人培訓講座，培訓人員為研究方向是機器人的本專業教師及對機器人有了解的高年級學生。最終引起幾十名本科生對中國高校智能機器人大賽的興趣，并樂意投身對機器人的研究中。

2.組織實驗小比拼。實驗室中多項成型設備配套多個基礎小實驗及網絡學習資料，有些較為復雜的小實驗，可以分配團隊共同完成。規定一段時間并為參加活動的學生分配任務，對于完成較快的個人或團隊給予第二課堂學分作為激勵。在組織了多周實驗小比拼后，實驗室周均使用人次穩定在200～260 次，覆蓋整個本科生總數約二分之一。

3.項目孵化計劃。實施項目孵化計劃，目的在于鼓勵學生積極投身大學生創新創業訓練計劃并爭取更高級別的立項，依托項目參加“互聯網+”大學生創新創業大賽等全國性比賽。先面向學生舉辦培訓講座，使其了解行業現狀，熟悉行業前沿的各項技術；再結合現狀提出問題，引導學生做一些小發明小創造；最后將提出的問題工程化，建立中心思想，最終立項。隨著計劃的實施，前期階段表現出的效果是立項人數大幅度增加，達到大二年級和大三年級專業總人數的65%，但立項省級以上項目的人數僅為專業總立項人數的9%。究其原因，學生眼界無法打開，缺少接觸國際前沿技術的機會，無法立足于更高層次。隨后積極調整方案，引入教授、副教授級別教師對部分優秀隊伍進行親自指導，中期階段國家級、省級項目立項人數占專業總立項人數的35%以上，超越其他專業省級以上立項人數。

三、開放式教學模式探討與總結

（一）創新開放實驗室的重要連接作用

創新開放實驗室在傳統教學與開放式教學中發揮了重要的連接作用，創新開放實驗室需與專業前沿緊密結合，適合專業發展方向，緊貼社會發展，管理人員要加強對科技創新競賽的重視，指導教師要積極引導學生將理論轉化為實踐。

1.科技競賽引導方面：科技競賽講座達到全覆蓋，各項競賽參賽率大大提高。大創立項人數由原先的23%提高到65%，電子設計大賽參賽率提高到25%，集成電路創新創業大賽也逐漸嶄露頭角，數學建模大賽參賽率由原先的39%提高到58%。其中大創立項國家級省級隊伍有明顯的質量提升，數學建模大賽獲獎人數也由原先的8%左右的比率上升到28%。（比率算法：比率=參賽/獲獎人數÷本科生大二、大三年級專業總人數×100%）

2.科研素養培養方面：到目前為止，借助創新開放實驗室立項的隊伍，其中有3 支團隊發表發明型、實用新型專利，7 支隊伍發表學術論文，15 支隊伍擁有校級、省級、國家級比賽的獲獎成績。創新開放實驗室保留了傳統實驗室前瞻性，又新增了創新性，實驗室可以共享資源，資源達到了高效利用，學生的科研素養得到了提高，以此證明了創新開放實驗室在傳統教學與開放式教學之間存在的必要性。

（二）基于創新開放實驗室的開放式教學總結

1.創新開放實驗室是開放式教學的有效措施之一，在第一課堂理論教學足夠充分的前提下，學生在這里能夠有效提高實踐操作能力。

2.開放式教學的目的與第二課堂育人體系核心目標密不可分，加強高年級學生與低年級學生之間的溝通，保持一定的便捷性與引導性，并利用創新創業類第二課堂成績單培養學生這一領域的綜合素質。

3.開放式教學形式多樣，但成熟的手段少之又少，國家大力提倡創新強國，但創新總是避免不了資源浪費，因此在開放式教學過程中，提倡各高校有效利用資源，多實施資源共享方案，盡量減少資源浪費。

4.建立創新創業基地，應保證其在學生群體中的高端性。利用科研資金的流轉加大對設備、技術的投入。信息時代千瞬萬變，科技更要跟得上前沿技術。

四、結束語

開放式教學模式已成為高校主流教學方式之一，不同于傳統教學，它時間自由、空間自由，但開放式教學仍然存在諸多問題亟待解決，如優秀教師資源分配不均、學生積極性難以調動等問題，針對問題提出解決方案，在探索開放式教學模式的道路上要及時發現問題、調整方案、解決問題，萬事不可心急，切記欲速則不達。