地方本科院校分层次开放性实验教学体系的构建与实践

秦 杰，刘红玲，刘恩岐，巫永华，陈尚龙，唐仕荣

（徐州工程学院 食品工程学院，江苏 徐州 221008）

实验教学是高校教学的重要组成部分，与理论教学相辅相成，是一种有计划、有组织地把科学知识、思维能力、实验方法、操作技能传授给学生的实践活动。通过实验教学，不仅要培养学生的能力、启发他们的创新精神和创新意识，更要培养他们严谨的科学态度和诚实的优良品质。传统的实验教学中，学生只是按照既定实验方案按部就班地被动地完成实验任务，教学过程只注重了学生共性的发展而忽视了个性的培养，缺乏学生的主动性和创新欲望，实验效果一般[1]。随着高校教学改革的推进，这种传统的实验教学模式已与培养具有创新精神人才的目标脱节，更不适应个性化人才培养的需要。

分层次开放性实验教学是针对传统实验教学模式而提出的，它将传统的实验内容进行模块化整合，在时间、内容和实验室资源等方面对学生全面开放，以培养学生的创新能力为目标，采用教师或学生先提出实验目标或创设问题情境，经学生自主学习探究，拟就实验方案、拟定实验步骤、选择仪器设备，再独立完成实验，通过自主处理、分析实验结果和实验数据形成实验结论[2]。实践证明，开放实验室和开放性实验教学激发了学生的学习热情，促进了学生的个性发展，实现了学生自主创新能力培养和综合素质的提高[3]。因此，构建分层次的实验教学体系、实施开放式实验教学过程管理，是高校实验教学改革与创新的必然选择[4]。

徐州工程学院是地处苏北的一所新建地方本科院校，紧密结合区域经济和社会发展对应用型人才的培养需求，坚持错位发展，突出服务地方，着力培养高素质应用型人才。食品科学与工程专业2011年入选教育部第二批“卓越工程师教育培养计划”实施专业。围绕学生工程实践能力培养和“卓越工程师计划”的深度实施，不断探索并逐步形成了分层次开放性实验教学模式并取得了较好的教学效果。

1 分层次实验教学体系的构建

根据各专业实验课程开设的实际情况，按照分层次、模块化、渐次递进的基本要求，建立了“基础认知型实验、综合应用提高型实验、研究创新型实验”3个层次和“基本操作、技能培训、工程实践、科技创新训练”4个环节有机结合的实验教学体系。按照“专业基础类、分析检测类、专业综合类、工程实践类、创新训练类”五大教学模块优化整合实验项目及内容，拓展经典实验，加强新实验技术和手段的引入，增加应用性较强的综合性、设计性和创新性实验项目比重，将科研成果转化为实验教学内容，从教师科研课题和生产实际面临的问题中提炼出综合设计性实验项目，形成了完善的基础－综合、设计－创新3个层次的实验教学体系。

基础型实验能反映专业的基本理论和基础知识，训练学生的基本操作技能，培养学生严谨求实的科学态度及良好的操作规范。综合设计型实验集成专业综合知识训练，结合教师科研成果设计不同的实验项目，由教师引导、学生自主完成，进一步培养学生实验的整体意识，提高学生对复杂问题的分析和处理能力。创新型实验以科研训练为导向，以学生自主设计为主、教师指导为辅，培养学生的创新思维与实践能力[5]。

教学内容方面，修订并完善实验、实践教学计划、实验教学大纲，从实验教学的整体出发，明确实验课程的任务和目标要求，调整实验项目及内容，构建渐次递进的实验课程体系[6]。如仪器分析实验等专业基础课程实验，以基础认知型实验为主，实验项目涵盖了电化学、分光光度计、红外、原子吸收、气相色谱仪、液相色谱仪等常见仪器分析的基本内容，通过教师主导下的学生实验，使学生能够规范、正确地掌握和熟练地进行基本实验操作，重点培养学生的基本操作技能。现代食品检测技术实验等专业（选修）课程实验则以综合性、设计性实验为主，通过双波长法同时测定样品中的VC和VE、高效液相色谱法检测常见的食品添加剂、食品中四环素残留量的测定、食品中有机磷残留量的测定等与生活实际密切相关的综合性设计性实验项目，培养学生运用理论指导并能独立进行样品的采集制备、预处理、仪器操作分析、数据处理、报告撰写的综合能力，提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手能力，为今后应用仪器分析方法解决食品科学研究及其他相关的实际问题打下良好基础。毕业设计（论文）以及大学生创新训练、个性化培养等创新能力培养，以科研训练为导向，以学生自主设计为主、教师指导为辅，培养学生的创新思维、创新能力。

2 分层次开放性实验教学过程管理

分层次开放性实验教学，通常根据学生特点和实验课程属性由浅入深、循序渐进地实施不同的开放形式。对低年级学生，以公共基础和专业基础课程实验为主，重点训练其基本实验技能和动手能力，可采取实验分批、学生自由选择实验时间的开放形式。对高年级学生，以专业综合和创新训练实验为主，重在培养其分析、解决实际问题和创新实践的能力，可根据教学需要采取实验内容、教学方法、教学手段等全面开放。同时实验室所有教学资源实行全天候开放，满足学生科研实践与创新训练的需要。

2.1 实验室全天候开放

开放性实验教学的实施首先要求实验室开放，即实验室在时间、空间，以及仪器设备等教学资源方面全部对外开放。学生除了在规定的实验时间内进行实验外，还可以在课余时间预约进入实验室开展课程实验项目的再学习或者自行设计探究性实验，真正给学生自主学习和研究性学习创造有利条件。实验室的所有仪器设备，包括大型设备，只要是开放项目需要的，学生都可以在经过培训掌握操作规程的前提下自由预约使用，这样，既可提高学生的实践操作技能，也能大幅提高设备的使用效率。

采用实验室开放预约与仪器设备共享管理系统管理实验室的全开放运行。开放管理系统包括智能门禁、仪器设备管理、大型仪器设备电源控制管理、视频监控管理、学生预约与实验教学管理等子系统，实现了实验室的全面开放与管理规范化、流程化、信息化的有效统一[7]。

2.2 课内实验开放

对于教学计划内的实验项目，可根据课程属性采取不同的开放形式来完成[8]。对于生物化学实验、微生物学实验和仪器分析实验等公共基础和专业基础课程，实验项目以基础实验为主，对食品、生物、环境等专业开设，重点训练学生的基本操作技能。由于学生人数多、实验批次多，此类实验采用分时间开放的形式，即实验指导教师根据实验要求、实验室和学生情况确定实验批次、每批时间安排，然后发布于实验室开放管理系统，学生自由选择，预约参加实验。学生除了在预约的实验时间内集中实验训练外，还可以在课余时间预约进入实验室开展课程实验项目的再学习。从学生入校开始实施开放式预约实验教学模式，真正给学生自主学习和研究性学习创造有利条件，逐步提高学生自主训练的能动性。

对于专业（选修）课程实验，实验项目以综合设计型实验为主，实验项目涉及专业知识，大都利用专业仪器设备进行实验，具有一定的操作难度，同时各专业开设的课程均不相同，选修人数一般50～100人，分批让学生自由选择的话会极大增加实验教学运行与管理的难度。采取先集中时间指导，讲解实验项目目的、实验思路及所涉及的有关仪器操作，之后学生再预约进行实验。学生经过教师引导后，对实验具有了较深的理解，再独立自主地预约实验操作，能进一步强化实验的整体意识，提高对复杂问题的分析和处理能力。

选修实验项目全部采用开放的形式组织教学。教师将课程实验大纲、选修实验项目名称及选修要求公布在开放管理系统上，让学生根据自己的学习时间和学习兴趣自主选择实验项目，然后根据学生的选择情况组织实验教学，实施个性化培养。

2.3 实验公选课程开放

结合专业实际，开设了“食品质量与安全检测技术”等实验公选课，主要使用紫外分光光度计、原子吸收分光光度计、液相色谱仪、气相色谱仪等大型分析检测设备，开展食品功能成分、食品添加剂、食品中微量元素分析、农药残留、兽药残留、重金属等食品质量与有毒有害物质分析检验方面的实验，面向食品、生物、化工和环境等专业对现代食品分析检测技术非常感兴趣的大二以上学生选修，使学生理解有关食品质量安全检测技术的基本原理，掌握相关的实验基础知识和操作技能。对于公选课程开放项目，以兴趣小组的形式开放式教学。实验中心首先将公选课实验大纲、学时要求及项目名称等信息公布在开放管理系统上，学生自主选择，每个小组4～6人。学生预约后根据选修情况组织实验教学，经过教师指导后，学生独立操作，对于一次没有完成的实验可以继续预约，直到完成为止。最终的成绩评定根据学生的技能操作、数据分析、实验结果等综合评定，强化学生的操作技能和团队协作能力培养[9]。

2.4 课外项目开放

实验室在实验教学之余全天候面向学生开放，不受课时限制。课外项目开放可采取不同的形式，如教师发布的开放性实验项目、大学生课外科技创新与实践项目、教师科研项目等各种形式的实验，以科研创新训练为主，重在培养学生的创新思维与实践能力。

（1）教师发布开放性实验项目。指导教师定期发布教学计划以外的综合型、设计型实验课题，或者是与实验教学改革有关的开放研究课题，鼓励学生进行创新设计实验[10]。项目审核通过后，学生可自主选择，指导教师根据学生兴趣和特长选择确定项目参与学生，则这些学生可以在项目指定的时间、空间范围内通过门禁管理系统随时进入实验室开展实验。

（2）学生自行设计开放性实验项目。学生根据兴趣自行组队，在调研的基础上确定实验内容、设计实验方案，然后通过讨论、答辩从而完善实验项目。对于一些产品开发类型的自选项目，要求学生结合市场需求，将项目按产品要求设计，尽可能将实验成果转变为产品开发。项目经实验室审核通过后，指定开展该项目的开放性实验室，同时为这些学生开通进入该实验室的权限。在项目指定的时间空间范围内，这些学生可以随时进入该实验室开展实验。学生自行设计实验，有利于培养学生的自学能力、科学思维能力、创新能力及综合素质，掌握科学研究的基本程序和方法，为走上工作岗位打下坚实的基础[11]。

（3）毕业设计（论文）开放。毕业设计（论文）是教学过程最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。为充分满足学生毕业设计（论文）的开放需要，根据毕业设计（论文）工作安排，为学生指定开展毕业设计（论文）的实验室并开通权限。毕业设计（论文）期间，学生可随时进入该实验室开展实验。对于需要使用其他实验室的仪器设备，则通过仪器设备预约管理系统预约使用。

（4）教师科研型开放项目。面向高年级学生，吸收部分优秀学生进入实验室参与教师的科研活动[12]。教师发布部分科研项目，审核通过后，学生可自主选择，教师根据学生兴趣和特长选择、确定学生。获准参与的学生可以随时进入相关实验室开展实验，进行科研训练。

（5）大学生科技创新型开放项目。积极倡导和鼓励大学生开展科技创新与创业活动，指导学生申报大学生创新与创业项目，切实提高学生的创新、创业能力和科研实践能力。对立项的大学生创新项目，实验室审核后，指定独立的开放性实验室用于开展该项目。

3 分层次开放性实验教学模式的实施效果

实施分层次开放性实验教学，构建以学生为中心、学生自我训练为主的开放实验教学模式，学生可通过网上预约确定实验项目，自主进行实验，给学生更多的自主学习空间，提高了学生学习的主动性和积极性，促进了学生知识、能力、素质的协调发展。实验室开放预约运行1年来，开放效果明显，实验室工作量饱满。实验指导教师、实验室管理人员、技术人员等开发的实验室开放项目25项、立项学生自拟开放项目22项、省级大学生实践创新项目14项、校级大学生实践创新创业项目14项、教师科研型开放项目300余项等，实验室课外开放时间超15万小时／年，受益学生人数达1500人以上。学生实践创新能力明显提高，获省大学生“挑战杯”比赛银奖1项，大学生创业计划竞赛奖8人次，省高校毕业生优秀论文2篇，省大学生创新论文大赛奖8篇，徐州市自然科学优秀论文二等奖10篇，学生第一作者发表学术论文30余篇，有22名学生考取江南大学、南京农业大学等高校的硕士研究生。

4 结束语

分层次开放性实验教学突破原有的封闭状态，把学生置于一种开放、主动、多元的学习环境，给学生提供了一个完善自我、表达自我的空间和舞台，提高了学生学习的主动性和积极性，促进了学生的个性发展和创新精神的培养，对提高学生的实践能力和综合素质有显著的作用。同时有利于最大限度地利用教学资源、促进产学研用的深入结合、提高实验教学水平，促进了高校实验室的快速发展。

（References）

[1]马宏图.开放实验室促进创新人才培养[J].实验科学与技术，2012，10（5）：135-136.

[2]张莹，谷巍，李海涛，等.关于分层次开放性实验教学的研究与探索[J].中国西部科技，2012，11（7）：82-83.

[3]陈爱华.爱因斯坦科学发展风险伦理观及启示：以培养科技创新人才为例[J].徐州工程学院学报：社会科学版，2012，27（2）：98-102.

[4]何优选.地方院校实验室应实行分层次开放[J].实验技术与管理，2011，28（7）：188-189.

[5]伍硕，吕宁，范英杰.创新思维的形成机理与特征研究[J].徐州工程学院学报：社会科学版，2012，27（6）：19-23.

[6]李玉玲.开放性实验教学管理模式的探索与实践[J].中国现代教育装备，2011（17）：44-46.

[7]蒋海洋，可燕.开放性实验室规范化管理的探索[J].实验室研究与探索，2012，31（9）：156-159.

[8]杨晓兰，胡雪原，赵旭东.探索教学研究型实验室开放，培养创新型人才[J].实验室研究与探索，2011，30（7）：371-373.

[9]高宏，郭文阁，贾振安.“综合设计型物理实验”公选课的实践与体会[J].大学物理实验，2010，23（2）：97-99.

[10]张黎明，王敏，戴玉杰.基于实验室开放基金项目综合性实验的实施[J].药学教育，2011，27（1）：52-55.

[11]张亦良，张伟，王晶.适合工程性开放实验的综合力学实验平台[J].实验技术与管理，2012，29（3）：59-62.

[12]王军良，盖瑞雪，林春绵.以二级学院教学科研平台为依托的实验室开放体系构建与实践[J].实验室研究与探索，2012，31（4）：178-181.