新工科背景下化工類專業開放性實驗教學改革與研究

摘 要 新工科建設背景下，結合地方高?；I人才培養要求，立足濰坊科技學院發展現狀，深化實驗教學模式改革，大力開展開放性實驗教學，引進優秀的實驗教學師資，構建完善的實驗教學體系。通過創新和改革，培養具備較強創新意識和實踐動手能力的新工科人才。

關鍵詞 新工科；開放性實驗；教學改革

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-00-03

0 引言

近年來，新工科建設成為我國高等教育的重要議題。2017年初，《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》發布，指出新工科是一種全新的工程教育理念，是工程教育改革的重要方向和重大舉措，它代表了工程教育發展的新趨勢，旨在應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，推動高校落實國家戰略和滿足經濟社會發展需求，加快培養一批符合產業升級和技術創新需要、具有國際競爭力的高水平人才。新工科要求學生應當具備扎實的學科理論知識，較強的創新能力，能夠將專業理論知識、創新實踐能力以及工程應用能力相互融合。

各高校應根據自身的特點和優勢，主動尋求突破口，積極推進符合自身定位和區域發展特色的實踐教學改革，幫助學生不斷提高實踐能力和創新能力[1]，以更好地適應經濟和產業的發展。

開放性實驗教學在國外許多高校得到開展與實施，20世紀60年代初美國首次提出開放性物理實驗教學改革的理念。例如，明尼蘇達大學機械工程系的項目設計課程和英國高校的實驗課程都體現出開放性實驗教學的特色，強調學生的自主實踐和創新能力培養。1979年，我國西安交通大學黃嘉豫教授率先提出了開展開放性實驗教學的倡議。開放性實驗教學是通過全面開放實驗室或者部分開放實驗室，培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生的創新意識與創新能力[2]。開放性實驗教學模式可以提高教學質量，是高校實驗教學改革的必然趨勢。筆者在開放性實驗教學方面進行了以下方面的探索。

1 提出合理的改革措施

1.1 提出具體的實驗教學改革方案

實驗教學是國家課程方案規定的重要內容，是培養創新人才的重要途徑。組建開放性實驗教學團隊，開發實驗教學信息化管理系統，修訂培養方案中的考核指標，提出合理的開放性實驗教學改革方案，完成從傳統實驗教學模式向開放性實驗教學模式的轉變。

1.2 建設開放性實驗室

開放性實驗教學需要場地，需要提升時間和空間上的自由度，所以在開展開放性實驗教學期間，實驗涉及的儀器、設備均全天開放預約使用，以便于學校合理安排時間[3]。實驗室的開放解決了實驗課的設備數不夠、學生人數多、動手機會少等一系列問題，推動實驗教學資源利用最大化。另外，在開放性實驗教學過程中，能夠發現實驗教學環節中不夠完善的地方，進一步補充實驗所需的儀器數量，推動實驗室的建設[4]。

1.3 建立一支理念先進、學術水平高的實驗教學隊伍

人才培養理念需從傳統工科向新工科轉變，濰坊科技學院通過制定一系列制度，加強實驗教學隊伍建設，鼓勵具有博士學位的教師加入實驗教學隊伍，讓他們擔任指導教師，形成一支教育思想先進、科研意識強、勇于改革創新、實驗經驗豐富的高水平師資隊伍。高水平師資隊伍可以引領實驗教學改革方向。

1.4 構建完善的開放性實驗教學體系

結合學校的實際，通過對開放性實驗教學進行探索和實踐，改進教育理念，將實驗教學改革作為教學改革的重要內容。在制定培養方案時，確保實驗教學內容與國家課程標準相統一，將創新教學納入其中。進一步優化實驗教學中心運行機制，建立實驗室管理平臺以方便師生選課；對本科生開放部分實驗室，充分利用實驗室資源，提高實驗室使用效率[5]。

2 開放實驗室的措施

2.1 配套實驗室開放資金

針對開放性實驗教學項目，專門設立配套的實驗資金，采取先申請后立項的形式，資金按時撥付，以利于項目的開展。項目由項目負責人全權負責，并帶領學生參與，組織項目團隊，確保開放性實驗教學的順利開展。

2.2 采取實驗課預約制度

借助實驗室教學管理平臺，對本科生開放實驗室，可以提前預約，鼓勵學生利用課余時間進行實驗探究，使他們能根據自己的情況合理安排時間，從而有助于學習專業理論知識，提高實踐能力和創新能力。對于報名參加各類科技競賽的學生，優先安排實驗室，并指定專門教師輔導，充分利用實驗室現有資源幫助他們備賽。

2.3 聯合課題項目開放實驗室

根據實驗室的現狀，梳理實驗室的儀器設備，動員有興趣、研究積極性高、專業理論扎實的大學生加入教師的課題組，讓學生理論聯系實際，提高理論應用和解決實際問題的能力。課題來源一般有兩種，可以是實驗室開放項目，也可以是教師的科學研究項目，指導教師和學生采用雙方自由選擇的方式。在項目研究過程中，發揮指導教師在項目推進中的主導作用，同時也發揮學生的主體作用，提高學生的實踐能力，激發他們的創新意識，實現教學相長。

3 開放性實驗教學的步驟

3.1 學生自擬題目

實驗項目選題應當與社會生產實踐結合起來，學生可參與教師的科研項目，根據教科研項目內容進行選題，選題要有新穎的思路，以解決實際問題為目的，同時具備一定的創新性和探索性。

3.2 學生自行設計實驗方案

學生根據預定的實驗題目分析實驗的基本原理，查找、閱讀相關文獻和資料，教師引導學生提出設計思路，寫出詳細的實驗方案。

3.3 教師審查方案并進行修訂

教師仔細閱讀學生的實驗方案，對學生進行引導，對設計方案不完善或者不合理的地方，指出存在的問題，引導學生思考，分析原因，并幫助他們設計出新的方案，對設計較為完善的實驗環節，教師給出肯定意見。教師與學生反復商討后，確定可行的執行方案[3]，并指出實驗環節中有危險的環節，確保實驗安全。

3.4 學生開展實驗

根據最后敲定的實驗方案開展實驗，確定所需的藥品、儀器和設備，教師給予一定指導。在教師指導的前提下，學生自行配制溶液、安裝實驗裝置、裝配調試儀器，并做好原始數據的記錄，觀察實驗現象并及時記錄下來，充分激發學生的探索精神。

3.5 撰寫實驗報告

學生運用所學的專業理論知識分析在實驗中獲得的數據，結合所觀察到的現象處理數據，完成一份詳細的實驗報告。

3.6 教師匯總結果

在開放性實驗教學項目結束后，教師對實驗中出現的問題進行總結，對不合理的地方提出改進意見。并從設計方案、綜合實踐技能、實驗結果處理、參與度等方面給予一定的評價，考核學生的科學實驗能力，總結經驗，為學生下一步的科學研究工作打下基礎。

4 教改效果

4.1 實驗室開放力度加大

構建良好的實驗室開放環境，從封閉式管理逐步走向開放式管理，把實驗室的現有資源進行整合，提高實驗室和設備的利用率。

4.2 把科研項目帶進實驗室

在應用型本科院校教學中，為了培養電化學方向專業的創新型人才，教師應當改變傳統電化學專業實驗的教學理念，推進開放性實驗教學改革。因此，鼓勵學生參與開放性實驗教學，以加深他們對專業課程知識的理解，引導學生獨立思考，培養學生的創新能力，為學生將來繼續深造和從事相關研究工作積累經驗[6]。例如，可以利用電化學工作站開展新型電極材料研究，學生創新能力得到提升，教師科研水平得到提升。

4.3 學生參加各類競賽

開放實驗室為學生提供了參與各類科技創新大賽的機會，成為學生備賽和自主實驗的場所，學科競賽被視為促進學生能力提升的重要載體，通過參與競賽，促使他們主動學習和提高創新實踐能力，這種方式提高了實驗教學質量，有助于培養創新型人才。

5 深遠意義

5.1 推進優質實驗教學資源共享

通過研究地方院校開放性實驗教學實踐，將優質實驗教學資源有效整合并利用網絡進行共享，提高實驗室和設備的利用率。

5.2 完善實驗教學體系，深化實驗教學改革

目前各高校實驗教學中仍存在學生興趣不高、資源配置不合理等問題，沒有形成復合型人才培養的實驗教學體系。建設開放實驗室，把課內實驗和開放性實驗教學資源進行整合，可以完善實驗教學體系，適應開放性實驗教學改革和創新的需要。

5.3 提高創新能力，培養創新型人才

培養創新型人才是高等院校的重要任務。傳統的課堂實驗限制了學生創新性思維的培養，開放性實驗教學為培養學生的創新能力提供了新的解決思路和方案。鼓勵學生創新，引導學生從多維度思考問題，把理論知識與實際問題聯系起來，提高創新能力[7]。

6 結束語

新工科建設背景下，濰坊科技學院化學工程與工藝專業充分發揮省級特色學科的優勢，充分利用學校實驗教學資源，以培養學生的創新能力和綜合設計能力為目標，推動開放性實驗教學改革。開放性實驗教學改革經過教師不斷的努力，取得了一定的教學成果，進一步縮小了與其他高校的差距，從教師隊伍、開放內容、實驗平臺、管理制度以及評價體系等諸方面建立起適應新工科人才培養需求的體系。

實踐表明，開放性實驗教學在激發學生科研興趣、提高實踐操作能力、培養團隊意識和創新能力方面取得了顯著成效，主要體現在參與教師科研項目、參加國家級大學生創新大賽、發表論文、申請專利等方面。開放性實驗教學可以與企業合作，將企業的實際問題引入實驗室，推動產學研一體化?？傊?，開放性實驗教學對于培養學生的綜合素質、創新能力和實踐技能具有重要作用，是高等學校實驗教學改革的重要方向。應通過建立開放性實驗教學改革試點，使開放性實驗教學模式在應用型本科院校各專業逐步普及。

7 參考文獻

[1] 吳懋亮，郎咸集，宋明，等.新工科背景下大學生創新能力培養途徑和實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2020，3（19）：147-148，151.

[2] 張望，白英，梁麗芳.面向新工科的高校創新型人才培養路徑探究[J].高教學刊，2019（7）：4-7.

[3] 王海鷗，葉飛，程化，等.依托開放性綜合實驗培養創新型工科人才[J].中國現代教育裝備，2020（7）：112-114.

[4] 何炎明，王宏斌，戚康標，等.以創新能力培養為核心實施開放式研究性實驗教學[J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：201-203.

[5] 陽鵬飛，侯三英，顏雪明.新工科背景下化工專業深化人才培養模式改革的探索與實踐[J].廣東化工，2021，48（12）：227-228.

[6] 丁莉峰，程雪松，李松棟，等.應用型本科院校開放性實驗的改革與探索：以電化學方向為例[J].實驗室研究與探索，2018，37（4）：170-173.

[7] 張寧，王樹臣，楊峰.應用型本科高校實驗室開放途徑、模式與運行機制研究[J].新課程研究，2015（11）：82-83.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0

*項目來源：濰坊科技學院2021年校級教學改革項目“新工科背景下化工類專業開放性實驗教學改革與研究”（編號：202120）。

作者簡介：劉金秀、孫曉麗，副教授；馮麗娟，教授。