新工科背景下高校開放實驗室建設研究

摘要：在新工科背景下，高校開放實驗室建設至關重要。以賀州學院人工智能學院為例，鑒于開放實驗室建設中存在傳統教學難以因材施教、預約管理效率低、學生內動力不足和安全管理隱患等問題，提出了加強開放實驗室建設的對策，其中包括建立預約管理系統、實行自助式開放管理、校企合作推動大數據實驗室建設、構建安全管理教育體系等措施，以解決當前面臨的挑戰，推動高校開放實驗室的建設與發展。

關鍵詞：高校；開放實驗室；問題；對策

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）01-0171-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

在 2017 年 2 月 18 日，教育部于復旦大學召開高等工程教育發展戰略研討會。此次會議深入研討了新工科（Emerging Engineering Education） 的內涵、特質、未來建設與發展的路徑規劃等事宜，并先后形成了“復旦共識”“天大行動”以及“北京指南”[1-3]。新工科內涵乃是以應對變化、塑造未來等新理念為基準，以培養未來呈多元化、創新型的卓越工程為全新要求，以“繼承與創新、交叉與融合、協調與共享”新途徑為依托。并且，新工科的特征為戰略性、創新性、系統性以及開放性等顯著特性[4]。

新工科建設實質是學科建設與高等工程教育改革的協同共進。由此，新工科的內涵特征對高校開放實驗室建設提出了諸多全新要求，學科交叉融合的需求進一步促使高校實驗室教學實效的提升、實驗資源開放性以及實驗器材共享性的增強，以實現更多師生及科研人員對實驗室的高效利用。在新工科建設大背景下，本文以賀州學院人工智能學院為例，對開放實驗室的教學與管理模式展開了積極探索與改革，旨在通過提升實驗室的開放性、交互性以及跨學科合作性，全力推動學科建設與高等工程教育改革的雙向促進，積極契合教育現代化的總體要求。

1 開放實驗室的內涵特征及建設意義

1.1 開放實驗室的內涵特征

開放實驗室是指針對廣大師生和研究者開放的實驗室，其旨在推動資源共享、加強互動交流與合作，從而為多方開展共同研究提供便捷條件。高校開放實驗室的開放受眾通常涵蓋教師、學生以及其他研究人員[5]。實驗室向學生開放的具體形式分為學生實驗補充型、學生科技競賽活動型、自選實驗課題型等，采用的是以學生為主體、教師予以啟發指導的實驗教學模式。

開放實驗室具備開放性、共享性、參與性和靈活性等四大特點。比如營造開放式學術情境，推動設施資源運用，促進學術交流合作；踐行資源共享理念，實現設備知識經驗融合，提升資源利用與成果共享成效；激發師生參與熱情，營造參與式學習與研究氛圍，激發學習主動性與創新能力；彰顯靈活性特征，支撐多樣化學術活動開展與實驗實施，滿足不同研究需求，助力創新教學實踐推進。

因此，開放實驗室是實現資源共享和促進科研合作的重要平臺，也是落實創新人才培養、強化學科交叉融合的關鍵舉措。

1.2 開放實驗室的建設意義

開放實驗室的建設有助于提高教育教學質量。通過開放實驗室，教師可以設計更多貼近實際、具有探索性和創新性的實驗課程，使學生能夠在實踐中學習和應用理論知識，增強解決實際問題的能力。

開放實驗室的建設助于提升高校的科研影響力和社會服務能力。通過資源共享，高校可以吸引更多的企業、研究機構參與科研項目中來，共同開發新技術、新產品，推動科技成果轉化。

開放實驗室的建設有助于高校資源整合與優化配置，推動管理體系及機制創新。于教師而言，其為學術交流平臺可分享研究成果，進行學術探討，也是作為教學場域指導學生實驗教學。于學生而言，是培養科研興趣、參與實驗研究、競賽的便捷場域。對學校來說，同院不同專業實驗室之間的開放益處多，如儀器設備廣泛使用，降低資源浪費，節約經費用于改善環境條件和設備更新，以優化教育教學資源配備。例如賀州學院人工智能學院的通信工程、機械設計制造及其自動化和物聯網工程3個專業因互通性而彼此開放，實現開放、共享和參與。

2 開放實驗室建設的現狀與問題剖析過程中面臨的問題

國外高校中，實驗課是司空見慣的，實驗教學與理論教學相輔相成變得極為重要[6]。德國大學多無專門設置實驗室管理機構，即便有也僅 1～2 人且不涉管理事務[7]。英國高校常有彈性開放實驗室，以學生為中心，提供多元教學法，幫助學生自主學習以培養終身學習能力[8]。南澳大學重視學生自主學習，課程成績由平時作業、期末考試、實驗作業等多方面的加權平均成績組成，學生作業可獨立完成，困難時可交流[9]。國外大學開放實驗室一般24小時開放，學生憑卡出入實驗室[10]。國內高校開放實驗室的建設規模隨著新工科的提出而不斷擴大，但面臨諸多問題，如師生安全意識薄弱[11]、開放實驗室隊伍薄弱、經費短缺、學生自主創新能力不足[12]、實驗室空間配置失衡[13]、管理機制不完善[14]等。賀州學院人工智能學院開放實驗室目前存在實驗室教學難以因材施教、預約管理效率低、學生內動力不足和安全隱患等問題，故而需借鑒國外經驗，改進自身不足，推動發展。

2.1 開放實驗室預約和資源管理效率欠佳

首先，煩瑣的預約流程導致教師和學生在申請使用特定設備時面臨困境，尤其是在資源有限時，這種狀況愈發明顯。其次，預約系統的人工審核機制延長了審核周期，用戶往往需要歷經較長時間才可確認預約結果，如此便降低了實驗室的使用效率和用戶滿意度。此外，部分實驗室的預約系統在穩定性方面存有缺陷，如易發生系統崩潰之類的狀況，同時缺少實時監控功能，這不僅會對預約流程的順暢性形成干擾，有時還使得取消預約變得困難。

2.2 傳統實驗室教學難以實現因材施教

傳統的實驗教學存在一些問題：一是與理論課程銜接不足致實驗內容與理論脫離，學生僅簡單操作，對原理知識缺乏深入理解；二是課時量不足，其僅占課程時間小部分，致學生實驗時間有限，難以深入實踐探索；三是實驗資源存在浪費，教學班次與時間因素致設備材料浪費，且設備更新慢難適應新需求。基于此，傳統實驗教學未形成完整系統實驗課程體系，致創新型人才培養滯后[15]。

2.3 學生內在動力不足，對開放實驗室的參與度不高

內在動力是指個體內部驅動力，促其行為與目標一致。但學生內在動力不足或因多方面引起：缺乏自我效能感致使學生對實驗室參與成效產生懷疑；對實驗室的興趣不足也可能使參與度下降，外部獎勵體系的缺失可能致使學生內在動力削弱，若學生感覺未能獲得認可或回報，則減少對實驗室的投入。同時，學生對實驗學習缺乏熱情和主動性，影響其創新能力和實踐能力的培養。

2.4 開放實驗室存在安全管理隱患

校級和院級雖有相關安全管理制度，然執行時不力，監管與執行力度欠缺導致制度落實欠佳；其次，安全教育體系雖已建立，實效卻不佳，師生的安全意識未能顯著提高，安全培訓和演練缺乏針對性，未能有力增強師生應急反應能力；最后，日常監管和維護力度不足，導致潛在的安全風險未能得到及時發現或有效處理。

3 加強高校開放性實驗室建設的對策

3.1 建立基于釘釘小程序的開放實驗室預約管理系統

針對當前開放實驗室預約和資源管理效率低的問題，考慮預約系統的穩定性，結合學院實際情況，賀州學院試圖設計并開發一套基于釘釘小程序的開放實驗室在線預約管理系統。

釘釘小程序的作為媒介具備的功能（審批、釘公告、釘盤、釘聊、免費電話和視頻會議以及簽到） 與開放實驗室的預約管理在功能上有一定的重合度[16]。具體而言，釘釘審批功能可為開放實驗室預約申請審批流程提供靈活自定義審批模式；釘公告功能可滿足開放實驗室預約管理中相關通知及規定發布傳達給師生之需，確保預約師生獲得通知；釘盤可作開放實驗室預約管理數據及實驗室相關文檔資料的云存儲；釘聊提供即時交流途徑，可解師生疑問或線上提供技術支持；免費電話和視頻會議功能可供實驗員、教師與學生遠程交流及指導；釘釘簽到功能可用于實驗室用戶簽到記錄與考勤管理。

釘釘小程序的開放實驗室預約系統有多種功能。師生可查詢實驗室信息并申請預約，查看開放實驗室和工位使用情況后選擇空閑空間。實驗管理員或導師能審批申請，管理員可操作預約管理，系統會向申請用戶發送通知和提醒，用戶還可反饋與評價等。通過這些功能，該預約系統可為用戶（師生） 提供便捷的實驗室預約服務。

3.2 實行實驗室自助式開放管理

基于釘釘小程序的開放實驗室在線預約管理系統為人工智能學院實驗中心24 h開放具備現實可行性，但亦會伴生潛在運行風險。學院為確保開放實驗室安全高效運轉，設置并執行了“三級管理責任層制度體系”。如圖1所示，“三級管理責任層制度體系”由分工明確的責任層級，將實驗室管理細分為不同職能領域，且各責任層均配置有相應負責人員履行相應職責實施管理。區域管理層負責整體管理政策和區域監督；房間管理層負責特定房間管理和實驗活動安排；設備管理層負責設備采購、維護和安全職責。這樣實現了全人員、全設備、全實驗場所的覆蓋，既確保了實驗室設施設備的正常運行，又強化了對安全和教學質量的把控。

針對開放實驗室的高使用頻數多與重科研競賽任務實際情況，學院執行“指導教師制下的開放式實驗室使用制度”，即把開放實驗室在線預約管理系統的部分預約權限賦予指導教師，由指導教師承擔科研指導、監督和協調資源確保科研和教學順利，預約完成后還負責學生教育和實踐指導工作。同時設置助理崗位，招聘助管學生以助力自助式開放管理制度順利實施，進一步提高實驗室運行的利用率與安全實效。

3.3 校企合作賦能大數據開放實驗室建設

教育部鼓勵高校對現有教室進行多功能技術改造，而人工智能學院現有機房設備及實驗場所閑置可充分利用進行大數據開放實驗室建設。學院積極尋求校企合作的創新突破，建設開放實驗室大數據教學平臺和科研平臺，為教師和同學提供多方位的教學服務。建設方案如下：

建設開放實驗室大數據教學平臺。依不同專業與年級設置實驗項目學習方案，整合課程基礎至高級，調節教學比重，構建遞進式獨立實驗課程體系，為各學期實驗項目提供指導手冊、視頻資源、范例代碼等，讓學生經多維度實踐理解掌握課程。以軟件工程專業為例，新教學模式下開放式實驗教學課程體系分學科基礎、專業基礎、專業擴展三大子系統，各由同門同類課程元素構成。學科基礎實驗含電路分析等，培養編程與基礎知識理解能力；專業基礎實驗含電工電子技能訓練等，教會軟件工程理論方法；專業擴展實驗含項目開發等實踐，使學生深入項目應用知識。將完整體系與理論課程互補結合，增強學生學習動力與實踐能力，提升教學質量與創新人才培養。通過系統課程學習，學生可在開放環境中有機學習實踐，夯實基礎并提升能力，課程設置會據實際調整優化。

建設開放實驗室大數據科研平臺。針對開放實驗室大數據教學平臺的實驗項目學習內容，以科研平臺為載體，學習科研平臺的開源開發工具，其中包括技術科研（數據源與SQL引擎、數據采集、機器學習算法和搜索引擎） 、自然語言處理（詞法、語法、文本和情感分析） 和數據可視化等開發工具，讓師生充分利用線載體工具，線下輔助實驗項目操作，全面提升教學與科研實效。

依托開放實驗室大數據教學平臺和科研平臺，能夠強化大學生創新創業項目并支持學生競賽。其一，實驗室可通過提供先進技術設備和資源，鼓勵學生基于大數據科研平臺進行創新研究和項目開發。其二，組織各種創新創業競賽，例如數據挖掘競賽、人工智能應用創新大賽等，引導學生利用大數據科研平臺開展相關項目。其三，依托開放實驗室大數據科研平臺，與校內外企業、科研機構建立合作關系，使學生的項目成果與實際應用場景結合，促進科研成果轉化與產業化。

3.4 構建與實施開放實驗室安全管理教育體系

針對當前開放實驗室存在安全管理隱患問題，學校健全校級和院級管理制度。校級層面：確立校級實驗室工作規程的實驗室安全管理等制度；院級層面：賀州學院人工智能學院結合實驗室管理情況，制定一系列相關實驗室安全管理規章制度并深入執行，如圖2所示。

層層遞進的實驗室安全教育體系是保證開放實驗室順利、安全運行的重要前提。校級的開放實驗室公共安全意識和培訓包括開展定期的安全培訓課程和知識競賽活動、組織實驗室安全意識教育活動和演習、提供實時安全提示和更新安全知識。院系專業開放實驗室安全主題教育在于進行基礎安全知識培訓，學習實驗室安全管理制度和規章制度；掌握基本的安全標識和緊急處理方法；理解實驗室中常見的安全風險。開放實驗室現場安全指導需要定期組織演練和模擬實驗室事故，培養師生正確的應急反應和逃生技能，為師生提供實驗室安全操作指導。同時，要加大開放實驗室日常監管和維護力度，全面落實實驗室安全檢查。通過設立監管機構或崗位，制定監管制度和規范，加強日常巡查和檢查，強化實驗室教育和培訓，推進實驗室安全文化建設，以確保實驗室的安全管理工作得以有效實施和持續改進。

4 結論

在地方應用型本科院校中，引入專業開放實驗室教學和管理模式，對培育學生的創新能力、提升教育質量頗具效用。在新工科背景下，開放實驗課程體系的建立，有力推動教師教學質量與學生專業成長。唯有持續精進開放實驗室的管理模式，方能更好地推動開放式實驗教學的發展，更好地發揮地方院校專業實驗室的效用，有力促進教育現代化的進程。

參考文獻：

[1]“ 新工科” 建設復旦共識[J].復旦教育論壇，2017，15（2）：27-28.

[2]“ 新工科” 建設行動路線“（ 天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[3] 新工科建設指南“（ 北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[4] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[5] 李春琳，侯非凡，郝燕燕.開放、共享、參與的實驗室管理新模式[J].實驗科學與技術，2017，15（3）：155-157.

[6] 朱昌平，王智，朱陳松.澳大利亞南澳大學科研與教學考察報告[J].實驗技術與管理，2008，25（9）：183-186.

[7] 朱玉華.德國大學實驗室考察的啟示[J].實驗室研究與探索，2007，26（12）：129-132.

[8] 江捷.感悟英國高校多元化的教學方法[J].實驗技術與管理，2009，26（2）：175-177.

[9] ROVAI A P，PONTON M K，DERRICK M G，et al.Student evalu?ation of teaching in the virtual and traditional classrooms：a com?parative analysis[J].The Internet and Higher Education，2006，9（1）：23-35.

[10] 竇春升.由日本香川大學的實驗教學談物理開放實驗教學的改革[J].實驗室研究與探索，2008，27（12）：138-140.

[11] 劉振亞，楊桂臻，張王斌.高校本科開放式實驗室制度建設探索[J].輕工科技，2024，40（2）：181-183.

[12] 葉婉星.創新人才培養視角下的開放實驗室管理模式探究[J].中國設備工程，2024（7）：75-77.

[13] 王偉，王曉東.高校開放式柔性教學實驗室建設思路與探索[J].哈爾濱職業技術學院學報，2024（1）：105-107.

[14] 于平，栗惠中“. 互聯網+” 環境下地方本科院校實驗室開放管理模式研究[J].保定學院學報，2023，36（3）：119-122，128.

[15] 王斌，宋旭霞，錢冬萌，等.基礎醫學實驗教學改革的研究和探索[J].實驗室研究與探索，2014，33（4）：168-170，183.

[16] 孫良斌.釘釘在傳媒類開放實驗室管理中的應用與探索[J]. 實驗室研究與探索，2018，37（6）：243-247.

【通聯編輯：王 力】

基金項目：廣西教育科學“十四五”規劃 2023 年度高校創新創業教育專項課題“數智時代下創新創業教育服務地方經濟文化發展模式研究”（2023ZIY1424） ；2022 年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于新工科的‘機電計’交叉融合現代產業學院應用型人才培養模式探索與實踐”（2022JGA352） ；2023 年度賀州學院校級本科教學改革工程項目“基于學生實踐創新能力培養的開放實驗室管理的實踐與探索”（hzxyybjg202315） ；2024 年度廣西人力資源社會保障課題“數字化賦能地方高校大學生高質量就業創業路徑研究”（GXRS-2024-179）