创新型开放实验教学模式与管理体制之构建探索与实践

2022-09-10

随着科学技术的不断发展, 面向应用领域的创新型人才成为社会和企业的新需要, 这为高校人才的培养指明了方向。在新时期高等教育中, 实验教学在培养学生工程实践能力、应用能力、创新能力等方面具有举足轻重的作用。如何充分利用实验场所和实验教学手段提高学生工程能力、创新能力, 成为工科实验教学改革的新课题。

目前, 高等院校的实验室大部分是封闭式的, 学生只能在安排好的固定时间到实验室做规定的实验项目, 这种“抱着走”的实验教学方法, 不能充分发挥学生对实验的积极性和主动性, 不利于培养学生的动手能力和创造精神, 不利于学生综合素质的提高。为此, 教育部在2001年以1号文件颁发了《关于加强本科教学工作的若干意见》, 正式提出要在高校中建设开放式实验室, 并在本科教育评估体系中将开放式实验室作为一个评估指标。开放式实验室就是要对传统的实验教学模式进行改革。开放式实验室是指学校正式建制的各级各类实验室, 在完成正常教学、科研任务的前提下, 利用现有师资、仪器设备、环境条件等资源, 面对大学生、研究生开放使用的实验室[1]。

开放式实验室适应了高等教育深化改革的要求, 是促进学生创新精神培养, 提高实验室整体效益的有效途径。首先, 实验室开放不仅对学生技能训练, 而且对培养学生创新意识、创新精神和开拓能力具有重要作用。其次, 实验室对学生进行开放, 提高实验室设备的利用率, 能最大限度地发挥实验教学资源[2]。第三, 开放实验室, 与专业研究接轨, 能缩短教与学、教学科研与当代最新科学技术之间的距离, 打造一个师生进行科学研究的平台, 促进科研能力的提升。目前, 国内外已有许多大学正在做这方面的改革与尝试, 如英国的牛津大学、美国的麻省理工学院, 他们早在80年代就采取开放实验室的方法对人才进行培养, 让学生自行选择实验项目进行学习、研究, 取得了很好的效果。90年代末期, 中国科技大学, 北京大学, 华中理工大学在“改革实验教学方法和手段, 培养学生自主实验能力”方面的研究开始起步, 一系列开放性实验室的成立, 极大提高学生的自主创造能力和创造热情, 课余时间去实验室成为了理工科学生的时尚, 为大学实验教学开辟了一条新道路。面对国内外同类学校开放实验室的蓬勃发展的现状, 在切实加强素质教育的具体实施过程中, 如何充分利用实验室这个最具直观性、实践性的教学场所, 来迅速提高学生的能力和素质的问题, 已经摆在我们的面前。

1 实验室现状及存在的问题

随着高校实验教学投入不断加强, 大批先进的实验教学仪器的引进, 大大改善了实验室的硬件条件。但与之相对应的实验室教学体制并没有多大变化, 主要表现有以下几点。

1.1 实验课程教学内容普遍为验证性实验。

实验项目课时数少, 教学内容单一, 完全是对理论知识的验证。如模拟电路实验, 教学安排2 4个课时, 分为1 2个实验项目, 实验项目有射极跟随器、负反馈放大器等基本都是理论基本知识点。实验教学内容僵化、枯燥, 不利于学生创新、设计能力的培养。

1.2 实验教学存在重理论, 轻实验的观念

实验教学活动主要采用传授——接受的教学模式。教师通过语言传授和示范操作使学生接受、掌握系统的知识和技能。重视知识传授而轻能力与素质培养, 重视理论教学而轻实践环节, 重视传统的继承而轻视创新能力的培养。学生的实验技能、实验动手能力普遍反映较差, 有相当部分学生到四年级做毕业论文时, 碰到不同型号的信号发生器和示波器就不会操作。

1.3 实验室管理体制滞后于教学需要

现在高校大多实验室管理完全照搬理论教学体系, 即按照相应的教研室来组建实验室, 按照实验学科划分实验分室, 实验教学体系完全按照理论课程教学体系进行编排, 实验室存在上课时间多则实验室忙, 上课时间少则实验室闲的现状。人员管理方面每个实验室分派若干个实验员, 平摊实验分室管理工作, 忙时大家一起上, 闲时实验室全关闭。这种固定分工, 被动式实验室管理严重制约了实验室教学的进步。

现有的实验教学体制, 只是被动的对学生理论知识进行基础性的检验, 完全忽略了对学生实践能力和创新能力的培养。学生的跨学科综合能力极为薄弱, 项目工程能力基本没有。因此, 我们认为必须改革现有实验教学体制, 开放实验室, 打造学生的设计和创新能力培养体系, 提高学生面向工程的综合素质。

2 推进实验教学改革, 建立实验室开放与创新教学模式

要进行开放式的实验教学, 需要对传统的灌输性教学体系进行改革, 打破现有的封闭式实验教学一统天下的局面, 建立一套适用于开放性实验的新型教学模式, 为此我们做了如下改革。

2.1 整合实验课程, 改革实验项目

把实验课程分成基础实验项目和开放性实验项目两类。前者采用传统的封闭式教学, 后者进行开放式教学。对已存实验课程进行调整, 砍掉、合并一部分实验课程。如物理学类的基本仪器和大学物理实验两门实验课程合并为物理实验, 只需要在物理实验中增加一部分实验内容。实验项目的整合在满足对学生基础知识的培养的前提下, 适当减少项目数量, 增加单个项目的内容, 同时引用实验免考制度。项目调整采用X+Y模式, X为基础实验个数, Y为开放性实验项目, 基本由综合性实验和设计性实验构成。如模拟电路实验, 实验项目由十二个合并为八个, 前六个为基础性实验, 后面两个为综合设计性实验。第七个实验普修, (4~6) 课时完成;第八个实验选修, (6~1 0) 课时完成。第八个实验要自己独立完成并撰写设计报告。独立完成第八个实验的学生可以在模拟实验考试中免考。甚至, 可以跨课程进行项目的选修, 如模拟电路和数字电路实验项目均为八个, 第八个实验项目选修可以是数字电路和模拟电路跨学科综合实验, 完成项目者两门实验均可免考。

2.2 实验选修课制度的建立

面向全校开设电子设计基础等实验型课程, 电子E D A/D S P产品设计等应用设计型课程。课程采用两级教学模式, 前级为课程基础学习, 后级为自主选题完成设计任务, 经指导教师考核后即可拿到选修学分。

2.3 设立学生第二课堂

目前, 以开放实验室为中心开展的多项活动正在进行当中, 其中有开放实验室主导的面向计算机应用为主的VBC工作室和面向电子应用为主的电子科技协会两个学生社团。工作室以是VBC开放实验室组织的学生为主的以电脑技术应用为核心的面向市场的一个窗口, 它承担起系部乃至全校的电脑维护、网络搭建、网页论坛制作、电子信息等多方面的内容。电子科技协会是开放实验室组织并领导的面向全系学生的以电子技术应用为核心的学习交流机构, 它承担起开放实验室日常管理、开展各种电子科技活动、工程应用人才选材等多方面的内容。

3 打破传统管理模式, 建立开放式实验室管理体制

为了配合开放式实验教学需要, 我们对传统的实验管理体制进行改革, 建立一套符合需要的新型实验管理体制。

3.1 按照功能重新划分实验室。

实验室按照开放时间进行划分, 实验室管理人员轮班管理, 建立流水线式管理体制。根据改革后的新型实验教学体系, 把现有的实验室分编为封闭性, 限制性开放实验室, 开放实验室和综合开放实验室四大类[3]。

封闭性实验室:一般为工作量大的基础学科实验教学, 如大学物理实验室等。主要承担传统的基础性实验教学工作, 作为对学生理论知识的检验和基础性实验教学的需要保留下来。

限制性开放实验室:实验室每星期在一定时间内开放, 学生在实验课时不太明白或没做完的实验等都可在这类开放实验室中继续完成。主要是对单学科的实验教学的有益补充。

开放实验室:在该实验室既可做虚拟实验, 又可完成实际操作性实验。在实验时间、内容、教学形式等方面对学生全天开放, 学生可以自选实验题目, 自己安排时间, 独立或在教师的指导下完成实验。学生可在该实验室完成自行设计的工程项目、小制作、小发明等, 是创新能力培养的孵化器。

综合开放实验室:主要承担X+Y模式中的Y类实验和课程设计、毕业设计、师生科研等涉及面广, 难度高的大型综合性实践项目。

3.2 实验室管理体系的建立

开放实验室日常管理作为开放实验教学体系的重要部分, 成功与否关系到整个改革的成败。为此, 我们进行了以下改革。

(1) 我们在人员管理上采取主管领导—实验员—实验教师三级管理模式, 责任到人。实行实验主管领导负责制, 全面监管实验室的开放管理工作, 实验室运行优劣直接与其成绩挂钩。实验员负责实验室开放、仪器、物品等的管理, 开放实验室的安全、卫生工作, 耗材的管理及供应。实验专职教师负责实验开放项目审查, 实验记录的管理, 实验课题资料库的电子档案整理, 工作计划总结及实验室建设。任课教师负责实验课题立项, 实验课题进行中的指导与论文验收工作。

(2) 制定相应的规章制度, 完善管理考核办法。我们针对开放实验室的管理工作建立了一系列的规章制度。主要有《实验室安全管理规定》, 《实验室仪器设备管理及使用方法》, 《开放实验室的考核办法》, 《事故责任与损坏、丢失赔偿制度》, 《开放实验室学日常制管理办法》《综合开放实验室选题与考核办法》等。制度涵盖日常管理、人员职责、安全卫生等各个方面, 它们的实施, 保证了实验室开放体系的正常有序运行。

(3) 实行科学化, 信息化管理。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样性等复杂情况, 不仅加大了实验室的工作量, 也对实验室的科学化管理提出了更高要求。这就要求我们从实验内容确定, 到实验进行, 再到实验完成的考核整个过程建立一套完备的管理体系。为此, 我们建立了全套信息化管理系统, 从学生选题、实验, 到成果验收、保存全部为计算机操作。

4 大力推进导师制实践教学制, 引导学生自主选题实验

在保证基础实验教学的前提下, 我们大力发展创新型、设计型实验。教学模式采用导师制, 教师主要的教学任务是为学生提供实验课题, 检查进度以及答疑, 学生自由进入实验室完成课题。进行开放实验室实验时, 按图1流程进行实验。

4.1 开放题目申请的程序

实验人员先填好实验室开放实验申请表, 由实验专职教师核查后交实验室审批, 签署实验安全协议, 方可进入实验室。开放实验题目由专职老师负责审查并安排进入实验室的具体时间。实验指导老师对开放人员进行所需仪器设备使用培训和实验室管理、安全教育, 发放仪器使用证后方可进行实验。

4.2 开放题目和开放人员管理

开放题目必须由实验室专职教师审批后备案。开放题目可在实验室开放指南内选择, 也可自行设计项目, 经专职教师审查批准方可进行。开放题目的实验记录要由实验室存档备档。开放题目人员及实行计算机管理。

4.3 项目检查和验收

每个开放项目实验结束后, 实验室均要组织一次实验总结报告或者论文答辩。开放人员每次离开实验室前, 要把所有仪器、物品等恢复原状, 填写仪器使用登记表, 整个实验结束后填写好仪器使用情况和物品消耗情况清单, 交实验数据、结果和实验总结报告或者论文, 由实验室主管人员检查后方可离开实验室。期间人为损坏的仪器设备照价赔偿。

5 结语

我系的开放式实验室经过一年多的实践, 已初显成效。一共缩减了4门实验课程, 实验项目由原来的252个缩减为178个, 缩减了29.4%, 在12门重要的专业基础实验课程中增开综合性实验和课程设计。实验室开放方面, 近一半的实验室限制性对学生进行开放, 并组建了三个专用的开放实验室和一个综合开放实验室。实验教学中综合性设计性实验的比例达到了4 2%, 学生进行自主选题实验的人数占到总人数的2 8%。但是, 实验室开放也存在一些问题和不足。实验经费不够、设备维护难度加大、实验指导教师人手缺乏等, 实验室开放的建设与管理工作还任重道远, 需要不断地探索和创新。我们将继续推动实验室开放工作, 在原有的开放时间长、层次多、覆盖面广的基础上, 重点抓好实验室开放项目的数量与质量, 更好地培养学生的实践能力和创新精神, 促进优良学风养成, 努力培养高素质的应用型人才。

摘要:本文通过对新生本科院校实验教学的现状分析, 构建了实验教学由基础性实验向综合性设计性实验自然过渡的教学模式和开放式实验室管理体制, 并加以实践, 收到了良好的教学效果和管理效益。

关键词:实验教学,开放实验室,创新体系,实践

参考文献

[1] 孟乐, 黄宽.关于教学实验室开放的探讨[J].沈阳建筑大学学报, 2006, 8 (3) :279~281.

[2] 梅光泉.探索新型的实验室管理体制与开放模式[J].分析实验室, 2006, 25 (2) :106~109.

[3] 艾剑峰, 任才贵.大学物理实验分级开放教学改革与实践[J].大学物理, 2007, 26 (12) :36~40.