开放实验室培养具有工程实践能力的创新人才

许弟建，施金良

开放实验室培养具有工程实践能力的创新人才

许弟建，施金良

阐述开放实验室的涵义，分析如何利用开放实验室进行开放性实践教学，论述开放实验室实施的关键问题即实验室管理问题及开放实验室教师队伍建设，认为提高实验室的开放程度，加强实验室的管理，提高实验设备的利用效率，对培养具有工程实践能力的创新人才有重要的现实意义。

开放实验室；工程实践能力；创新人才

随着我国国民经济的快速发展和经济结构的战略性调整，对新世纪的人才标准提出了新的要求。新世纪的人才标准不仅仅取决于学生对专业知识的掌握，更取决于学生面对一项工程时所具有的工程实践能力和创新能力。理工科学校的教学，不论是理论教学还是实践教学，都要以培养学生的工程实践能力、创新开发能力为目标。建设开放实验室正是实现这一目标，提高人才培养效率的重要措施。因此，积极探索符合国情和校情的实践教学新路子，培养出具有显著工程实践能力的创新人才，将具有十分重要的现实意义［1］。

一、开放性实验室的涵义

传统的班级授课、实验教学大部分是封闭的，学生只能在安排好的固定时间到实验室作规定的实验项目，这种实验教学方法不利于学生积极性和主动性的充分发挥，不利于培养学生的动手能力和创造精神。开放实验室是指在实验教学中，将所有的实验资源向学生开放，让学生成为实验的主体［2］。一方面，实验时间开放。学生可以选择适合自己的时间去实验。另一方面，实验方式开放。实验性质由验证性向设计型综合型过渡，教师只给出题目和任务要求，学生自拟实验方案、查阅有关文献和参考资料，提出设计思路和实验步骤进行实验。同时，实验内容也对学生开放。学生在实验项目、实验设备、实验方式方法和实验难度上有充分的自主权，可以根据个人的实验基础、专业特点和兴趣爱好选择相应的实验内容，充分发挥自己的想象力和创造力。开放实验室对调动学生的学习积极性和主动性，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的动手能力和综合素质，培养学生的创新精神具有十分重要的作用。

二、传统实践教学环节的不足

传统的实验教学目标不适应培养具有显著工程实践能力的创新人才的要求。传统的实验教学目标强调的是对已知结论的验证，重视的是培养学生的动手能力，培养学生多学科的实验技能；而创新人才的实验教学目标应该是对学生动手能力、思维能力和创新能力的共同培养。

传统的实验教学内容不适应培养具有显著工程实践能力的创新人才的要求。为完成计划实验学时，实验室一般是选一些经典的实验，或安排一些已经构建好的实验内容，含有综合性和设计性实验的课程很少；实验的项目和内容也相对陈旧，且许多实验安排在理论教学之后，这样的教学安排在很大程度上已使实验成为理论教学的辅助手段，学生在实验过程中常常处于被动状态，因而难以激发他们的学习兴趣。

传统的教学方法和教学手段不适应培养具有显著工程实践能力的创新人才的要求。相当部分实验的教学方法和实验手段比较落后，相当部分教师的实验教学改革意识、运用现代教育技术的能力和编制实验教学辅助软件的能力不能适应教学改革的需要，能够运用现代教学技术进行实验教学的课程相对较少。传统的实验教学程序通常是学生按规定时间进入实验室，待教师讲解后再按规定的步骤操作，进而得出实验结果。很明显，传统的实验教学程序难以发挥学生的主观能动性，更谈不上开展创新教育和个性化教育。

实验仪器和实验设备相对不足，不能很好满足集中实验在硬件方面的要求。各高校近几年都进行了扩招，大部分高校在实验设施方面的资金投入相对不足，很多学生集中在一起进行实验，很难保证每个同学所需的实验设备。实验教学的效果难以达到。

学生对待实验课的态度对实验效果也有影响。在传统的实验教学中，大部分学生是到实验室后才翻阅实验指导书或听实验教师讲解实验方法，然后再进行实验，这必然导致其动手操作时间的不足，更谈不上进行实验设计和实践探索。另外，传统实验教学方式导致部分同学对实验不够重视，缺乏严肃认真的科学实验态度，致使实验课走过场，收效甚微。

三、开放实验室进行开放性实践教学

笔者认为，从广义上讲，高校的开放性实践教学基本结构应包括：基础实验、设计性综合性实验、课程设计和毕业设计、科技竞赛、教师科研参与、工业中心实验实习、工业现场实习等。切实做好上述各方面的实践教学改革工作，对于培养具有显著工程实践能力的创新人才具有重要的作用。以电学实验为例，进行开放性实践教学可从如下一些方面作相应改革：

第一，充分利用开放实验室资源，进行基础实验开放性实践教学改革。要求学生进入实验室前先预习实验指导书，让学生自己制定一个实验方案，并进行一些相关参数的计算。这样，便于学生有的放矢，带着问题走进实验室，按照他们所定的预习方案进行，并通过实验验证预习方案。为了检查实验效果，实验室对实验课的学生逐一登记，对每个学生的实验情况做记录，以引起学生对实验课的重视。在实验报告评阅时，如果只有实验报告而实验记录有问题的学生，就会在成绩上体现出来。

第二，充分利用开放实验室资源，开设综合型、设计型实验［3］。实验室在实验教学计划中安排课外实验内容，实验指导书中只给出实验的要求和电路框图，要求学生运用所学知识至少完成一个综合性、设计性的实验。具体可如下实施：实验任务提前下达，让学生有一个准备过程。教师安排一段时间答疑，将实验的关键、实验仪器的使用等要领和注意事项，及实验在实际中的应用讲给学生。学生自己选择时间来实验室进行实验，根据实验设计连接电路和调试电路，正确读取数据和分析处理数据，写出实验报告或小论文。对于好的论文，实验室应帮助其完善并投到有关的杂志发表。

第三，充分利用开放实验室资源，进行学生课程设计和毕业设计开放性实践教学改革。理工科学生的课程设计和毕业设计有相当部分内容都需要通过实验验证和实现，开放实验室可为之提供良好的实验场所。

第四，充分利用开放实验室资源，举办学生电子设计大赛。电子设计大赛对培养学生的工程实践能力和创新精神作用巨大。学院可通过定期组织电子设计大赛，以浓厚的知识性和趣味性吸引学生，激发学生的实践积极性。学生平时可以充分利用开放实验室资源，到实验室里参加科技活动，为参赛做充分准备。

第五，充分利用开放实验室资源，吸收一批学生参加教师的课题研究。教师的课题研究有相当部分内容需要实验验证，开放相应的实验设备，安排学生针对课题有的放矢地进行实验，给予学生研究、分析的机会，有利于学生积极性、主动性、创造性的发挥和科学思维方法的形成，从而培养和提高学生从事科研工作的能力。

第六，开放式实验教学不应仅仅局限于学校的实验室，还包含更为广阔的空间范畴。各高校应根据人才培养目标要求，大力建立固定的实践教学基地或工程训练中心。一方面，依靠自身力量建立校内实训中心。校内实训中心可按专业大类设置，并请企业参与设计和建设，确保实训的仿真模拟性。校内实训中心可为学生提供实现自主设计和创造的物质技术条件，使其成为培养学生动手实践能力和创新能力的新型教学平台。另一方面，大力开发校外实习实训基地。学校应充分利用社会和企业的教育资源，大力开发校外实习实训基地，特别是产学研结合的实践教学基地，从而使学生的基本实践能力与操作技能、专业技术应用能力与专业技能、综合实践能力与综合技能得到有机的结合。校外实习基地的建设要注意统筹规划，资源共享，避免低水平重复；要把基地建设的重点放在主干专业上，以保证实践教学基地的高水平和高质量。

综上，开放实验室为学生高质量地完成综合性、设计性实验以及课程设计、毕业设计，准备电子竞赛、参与教师课题研究和实训实习提供了广阔的实践空间。有计划地进行开放性实验是行之有效的教学手段，是对课堂教学的延续、扩展和加深，也是改变传统教学模式、提高实验教学质量、培养学生独立操作能力和创造性思维的必由之路。开放实验室是高校进行教学实践和开展科学研究的重要基地，是对学生实施素质教育、人才培养和科技创新的重要课堂。

四、建立信息化开放式实验教学管理平台,解决实验室管理问题

由于开放性实验室存在实验人员和开放时间的不确定性以及项目多变等复杂情况，实施开放式实验教学，要解决的核心问题是实验室管理问题。通过建立信息化开放实验教学平台的方式可较好地实现开放式实验教学。

利用计算机网络组建信息化开放实验教学平台应具备如下一些主要功能：(1)学生能在局域网上动态的地了解各实验室及实验项目信息，可根据自己的实际情况，在网上预约实验时间和实验项目；可通过网上资料库查询以及质疑、答疑等方式进行实验预习；实验时通过实验平台采集波形，记录实验数据和现象，实验完毕网上提交实验报告。(2)实验教师可以了解每个学生实验预约情况，安排好学生的实验时间，可对学生进行网上答疑，可在网上批阅实验报告。(3)主管部门可以详细了解各实验室开放情况，从宏观上指导各实验室开放。

开放式实验教学管理的好坏直接影响最终的教学效果，因此应建立实验教学质量的监控和评估机制，强化开放实验教学的组织与管理，确保开放实验教学质量。在开放实验教学过程中，既要坚持“以学生为本，自主学习”，满足学生课内外的要求，又要及时给学生提供正确的引导。对于课程内规定完成的实验，要采用提前集中授课的方式，让学生完成预习后，在网上预约实验时间。计算机管理系统及时为学生排位，根据学生的实验记录各种相关信息，供教师和学生查询。开放实验后，一些学生可能有抄袭实验数据、实验报告等问题，学校应采取一些切实有效的措施加强管理。

五、加强开放性实验教学教师队伍的建设

人才培养的质量与教师的素质密切相关，开放实验室对教师本身也提出了更高的要求。相对传统教学而言，进行开放性实验指导的教师所面对的问题不再仅仅是传统实验教学中实验教材内的相对固定的问题，而是面对众多学生提出并待解决的动态问题，这就需要教师具备扎实的理论知识和面对新问题所具备的灵活应变、快速反应并通过实验得以解决的能力。没有一支具有较深理论功底、较强社会实践能力的师资队伍，就不可能培养高质量的人才。因此，学校要以全面提高教师整体素质为核心，坚持引进与培养并重，建立促进教师资源合理配置和优秀人才脱颖而出的有效机制，培养造就一支教学和学术水平较高、师德高尚、能适应学科和专业发展需要、具有实施培养具有显著工程实践能力的创新人才的高素质教师队伍。就实践教学来说，要特别向“双专”与“双师”目标努力。“双专”即是指“专职化”和“专业化”。“专职化”的实验教师队伍专门从事实验教学活动，研究实验教学规律，并对实验教学质量全面负责。“专业化”的实验教师队伍必须高度重视综合性、设计性和创新性实验的研究，要在重视基础课实验教学的同时，重视专业课实验教学。

而要造就一批具有较高技能的“双师型”实践教学师资队伍，途径有二：让学历高的青年教师到相应专业的企业挂职锻炼，以提高其实际工程实践能力；密切与企事业单位联系和合作，积极吸纳校外专家为兼职教师。

六、结论

我国著名物理学家冯端院士曾说过［4］，“实验室的重要性，再强调也不过分。”为培养出适应新世纪要求的具有显著工程实践能力的创新人才，开放实验室就显得更为重要。开放实验室对学生的工程设计能力、创新能力、实践能力的提高效果是明显的，也是顺应了高校实验教学改革的必然趋势。在社会主义经济发展与市场经济的形势下，如何充分发挥好高校实验室的职能，培养合格的具有显著工程实践能力的创新人才，教学改革任重道远。

[1]高林.应用性本科教育导论[M].北京:科学出版社，2006.

[2]李俊林，等.加强开放性实验室建设锻炼学生创造性思维[J].河北工业大学学报，2003(1).

[3]陈灵，曾美琴.提高实验室开放性加强实践能力培养[J].实验室研究与探索，2007（12）.

[4]冯端.实验室是大学的心脏[J].实验室研究与探索,2000(5).

G642.423

A

1673-1999（2010）02-0167-03

许弟建（1974-），男，重庆奉节人，硕士，重庆科技学院电子信息工程学院教师，研究方向为信号的检测和处理、集成电路的参数测试和嵌入式设计开发。

教育部”春晖计划”科研合作项目:数控机床节能性提升技术研究（项目编号：Z2007-1-63015）。

2009-07-20