基于培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的開放實驗室管理研究

許永利　李小光　李富平

摘? 要：創(chuàng)新能力是高校大學生的培養(yǎng)目標之一，開放資源豐富的專業(yè)實驗室成為重要的手段。研究主要依據(jù)實驗室具備的資源條件，設(shè)置可開設(shè)的實驗類型、實驗內(nèi)容，設(shè)計實驗室開放的管理模式。特別對開放實驗室的功能、實驗室平臺建設(shè)、實驗室安全教育和管理模式等方面進行系統(tǒng)的設(shè)計。結(jié)果表明，系統(tǒng)的實驗室管理模式，可有效提高專業(yè)實驗室的資源利用率并且可以增加教學、科研成果產(chǎn)出，顯著提高大學生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：開放實驗室；管理模式；預(yù)約系統(tǒng)；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；平臺建設(shè)

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）14-0061-04

Abstract： Innovation ability is one of the training objectives of college students， and opening professional laboratories with rich resources has become an important means. The research is mainly designed the experimental types and contents and the open management mode based on the resource conditions of the professional laboratory. Especially， some items should be systematically designed as the function of open laboratory， laboratory platform construction， laboratory safety education， management mode and so on. The results showed that the systematic laboratory management mode effectively improved some aspects， such as the resource utilization rate of professional laboratories， the achievements of teaching and scientific research， and it significantly improved the innovation ability of college students.

Keywords： open laboratory; management mode; reservation system; cultivation of innovation ability; platform construction

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。創(chuàng)新能力一直是高校人才培養(yǎng)的目標之一。早在1989年就由共青團中央、中國科協(xié)、教育部和全國學聯(lián)、舉辦地人民政府共同舉辦全國大學生“挑戰(zhàn)杯”大賽，這是全國性的大學生課外學術(shù)實踐競賽，在較高層次上展示了我國各高校的育人成果，推動了高校與社會間的交流。各大高校也積極加入到挑戰(zhàn)杯的競賽中，每屆比賽都會積極組織、積極參賽。2014年開始，“中國夢，創(chuàng)業(yè)夢，我的夢”為主題的“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽出現(xiàn)，以增強大學生創(chuàng)新、創(chuàng)意、創(chuàng)造和創(chuàng)業(yè)的意識和能力為重點，以深化大學生創(chuàng)業(yè)實踐為導(dǎo)向。隨后，2015年5月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》，提出了完善人才培養(yǎng)質(zhì)量標準、創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制、健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系等一整套任務(wù)措施[1]。接著舉辦了“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，旨在深化高等教育綜合改革，激發(fā)大學生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)造就“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的生力軍，推動高校畢業(yè)生更高質(zhì)量創(chuàng)業(yè)就業(yè)?？梢?，國家在培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力方面做出了巨大的努力，希望學生真正具備獨立創(chuàng)新能力。高等院校則借助國家政策的東風，大力發(fā)掘大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑、新方法，讓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融入高等教育各個環(huán)節(jié)，融入人才培養(yǎng)的全過程。

高校一般除了正常的教學實驗室外，還有國家級、省級和校級重點科研或教學實驗室，實驗室一般配備大型、先進的專業(yè)儀器與設(shè)備，科研實驗室通常具有國家級、省級項目等資金支持，同時具有國家級、省級重點實驗室建設(shè)經(jīng)費的支持，可以作為開放實驗室，為大學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供教育基地。高校實驗室可從教學目的、內(nèi)容、方式、管理體制、時間和空間等方面進行開放管理[2]；同時開放大型儀器設(shè)備[3]并對設(shè)備進行信息化管理[4]。

華北理工大學礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建實驗室的硬件設(shè)施、師資配備和經(jīng)費支持均非常充足，完全具備作為開放實驗室對全校大學生開放。

一? 實驗室開放的意義

高校在教育過程中設(shè)置了一些教學環(huán)節(jié)提升學生的動手能力、實踐能力，如課程實驗、認識實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)設(shè)計/論文、課程設(shè)計和學科競賽等，均以提高學生的能力為目標。然而，這些環(huán)節(jié)受到課程時間限制、空間限制，并不能最大限度地發(fā)揮課程的功效，甚至對某些同學來說只是一種現(xiàn)場形式的課程，收獲僅限于感官，真正理論與實踐結(jié)合能力的培養(yǎng)效果甚微。大部分學生獨立思考能力、獨立動手能力著實欠缺，在做畢業(yè)設(shè)計或論文的過程中表現(xiàn)十分明顯，如對教師給定的設(shè)計或論文的題目，不知從何下手，甚至查閱文獻都不知怎么進行，更不用說獨立進行設(shè)計和實施了。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不是一朝一夕之事，需要不斷努力，給學生提供更多的鍛煉機會，將創(chuàng)新理念始終貫穿于教學的整個過程。于是更多高校開展以提高學生創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的實驗室開放模式，希望通過給學生提供開放實驗室的方式，開發(fā)學生的創(chuàng)新能力。實驗室除了完成科研任務(wù)外，還要承擔起培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的責任。實驗室開放后對于大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)意義重大，具體包括以下幾個方面。

首先，將會為大學生參加各種國家級賽事、省賽和校賽等提供一個平臺。讓那些有興趣但苦于無實驗室的同學可以大膽展開實驗，并安心準備賽事，這對于鍛煉學生的創(chuàng)新能力具有很大的幫助。以競賽為目的的開放實驗，需要學生獨立完成各個階段的實驗，從設(shè)計到實施均由學生獨立進行，切實鍛煉了學生的創(chuàng)新思維與動手能力。

其次，提升學生的科研興趣。開放實驗室會為學生提供一些教師科研項目的實驗，供學生鍛煉操作技能。這部分開放實驗，將主要以教師科研為主，對于相關(guān)專業(yè)的大學生通過跟隨教師科研活動，深入了解什么是科學研究，直觀感受科學研究的每個過程，甚至包括每種藥品的準備、溶液及試劑的配制，小型儀器設(shè)備的調(diào)試、準備及使用方法，這些細節(jié)操作幾乎在平時的教學實驗中很少涉及。因為教學實驗受到實驗學時的限制，一般的實驗試劑、小型的儀器設(shè)備的調(diào)試等工作均由上課教師完成，學生只是利用已準備好的各種設(shè)備、試劑等進行操作。所以，即使做完實驗學生并無深切感受，因為他們只是機械地完成操作步驟。進入實驗室則不同，每個階段學生都要參與，在實驗的準備過程和實施過程中，能夠切身體會實驗的不易，認真操作，減少失誤，提高實驗效率，才是科研中最重要的事情。

最后，獨立實驗的進行。此部分主要是一些對實驗感興趣的學生獨立進行實驗設(shè)計與實施。該實驗一般為小型實驗，設(shè)計與實施均由學生完成，后續(xù)涉及到數(shù)據(jù)的記錄、計算、歸納和整理，甚至數(shù)據(jù)作圖、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析等，這些工作對于學生的思維與動手能力都有很大的促進作用。將為學生今后進行畢業(yè)實驗或更大型的實驗奠定堅實的實踐基礎(chǔ)。

二? 開放實驗室的平臺建設(shè)

王見等[5]提出開放實驗室應(yīng)當建立對應(yīng)的管理系統(tǒng)，包含前臺和后臺，前臺為學生和教師及助教系統(tǒng)；后臺為管理人員，這樣便于開放實驗室的統(tǒng)一管理。王海等[6]則專為開放實驗室設(shè)計管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)教師和學生在線申請開放實驗室項目、實施開放項目、提交項目結(jié)題材料、統(tǒng)計分析項目成果及臨時預(yù)約使用實驗室等功能?？梢?，網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)必不可少，而且盡量功能清晰、全面和使用方便快捷。首先要進行開放實驗室平臺的建設(shè)。至少包含以下方面。

（一）? 實驗室功能介紹

開放實驗室平臺可以獨立建設(shè)網(wǎng)站，涉及的模塊如下。

1）各實驗室功能介紹。如土壤分析實驗室、植物分析實驗室、分子生物學實驗室、微生物培養(yǎng)實驗室和人工氣候室等能夠進行研究項目或者指標的分析。

2）研究方向。說明開放實驗室的主要研究方向，便于相關(guān)專業(yè)的學生選擇實驗。如實驗室的研究方向為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)、污染環(huán)境修復(fù)、微生物修復(fù)技術(shù)和植物環(huán)境修復(fù)等。因此，可以接收礦業(yè)相關(guān)專業(yè)、環(huán)境相關(guān)專業(yè)和生物相關(guān)專業(yè)等學生參與實驗。

3）研究人員。開放實驗室主要有常駐教師及客座研究人員，及其主要專業(yè)和從事的研究內(nèi)容。便于學生選擇實驗指導(dǎo)教師。

4）研究項目。發(fā)布開放實驗室教師在研的研究項目名稱、下達單位及經(jīng)費額度。同時介紹各研究項目的主要研究內(nèi)容，供學生參考，便于學生選擇科研課題。

5）主要的研究成果。展示開放實驗室近年來完成的主要項目及經(jīng)費額度。

6）開放的資源。實驗室能夠開放的儀器、設(shè)備名稱及數(shù)量，能夠進行的實驗類型等。

7）預(yù)約系統(tǒng)。學生可通過該系統(tǒng)預(yù)約進入實驗室，管理人員可以審核通過或拒絕申請。預(yù)約系統(tǒng)包括預(yù)計開始時間和預(yù)計結(jié)束時間，期間進入實驗室的人員名單。

8）安全教育。本部分包括一些常見的安全知識及防治策略。同時安裝網(wǎng)絡(luò)小程序，方便預(yù)約者進行下載學習。設(shè)置安全測試題，學生必須進行測試，測試至少90分以上方可進入實驗室。

9）聯(lián)系方式。提供開放實驗室的聯(lián)系方式，便于學生與實驗室及時溝通。

（二）? 開放實驗類型

開放實驗室的項目包括：教師科研項目的獨立實驗、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目和學生自選的感興趣的相關(guān)專業(yè)的實驗。

1? 教師科研項目的獨立實驗

主要是教師科研項目的一部分研究內(nèi)容，可以作為學生參與的實驗，并且，這些項目的參與者全程參與且形成實驗報告或總結(jié)，可以獲得相應(yīng)的創(chuàng)新學分。這樣的設(shè)置可以提高大部分學生參與實驗的積極性和主動性。一般主要由研究生或前期進入實驗室的老生帶領(lǐng)做實驗，此過程主要鍛煉動手能力和思考能力，獲得基本的實驗操作技能。以科研輔助教學，提高學生的創(chuàng)新能力。此開放形式讓學生切身感受科研是什么，科研要做些什么，什么是科研中更重要的，能夠提前感受研究人員的日常狀態(tài)。為將來從事科研工作奠定基礎(chǔ)。

2? 大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目

可以是國家級、省級和校級創(chuàng)新項目的形式。這種開放實驗項目必須有指導(dǎo)教師，負責學生實驗過程中的專業(yè)指導(dǎo)。此類項目要求學生必須提交完整的實驗方案，實驗預(yù)計完成的時間，實驗所需的藥品、儀器、設(shè)備、玻璃消耗品及其他必須用品。同時，這類實驗完成后必須提交作品，包括實驗過程的數(shù)據(jù)復(fù)印件、總結(jié)報告或者是獲獎證書（原版電子掃描件、紙質(zhì)復(fù)印件）等到實驗室存檔，以便作為后學驗收開放實驗室效果的支撐材料。

三? 開放實驗室管理模式

（一）? 預(yù)約系統(tǒng)

實驗室的管理必然涉及到預(yù)約制度，從而能夠掌握實驗室的在研人員，方便實驗室管理員進行預(yù)約安排。預(yù)約方式由高校采用二維碼預(yù)約形式，預(yù)約成功獲得二維碼作為門禁鑰匙，進入和離開均需掃描二維碼[7]。實驗室開發(fā)預(yù)約系統(tǒng)，并且不斷在使用中進行完善，保證實驗預(yù)約的高效運轉(zhuǎn)。

預(yù)約有兩種方式：網(wǎng)上預(yù)約和手機APP預(yù)約。預(yù)約需要填寫個人信息，身份選擇學生、教師或管理員。

學生主要是預(yù)約實驗。預(yù)約類型包括跟隨教師科研實驗或獨立進行實驗。獨立進行實驗的學生，需要上報實驗所需功能室及特殊藥品及器皿，進入實驗室的預(yù)計日期，完成日期，進入的人數(shù)及姓名等基本信息。同時，需要提交一份實驗方案讓管理員審核。以確保進入實驗室的同學能夠馬上進行實驗，進展順利。

教師的角色主要是科研項目負責教師。當學生預(yù)約跟隨某位教師做課題時，需要該教師確認后方有權(quán)進入實驗室。

管理員為實驗室的統(tǒng)一管理者。有權(quán)限根據(jù)實驗室在研人員的數(shù)量，決定是否允許學生進入實驗室。

預(yù)約成功后，系統(tǒng)會發(fā)放進入實驗室的號碼。持該號碼方可進入實驗室進行實驗，如果不能按時進入實驗室或者取消實驗累積三次，則成為黑名單用戶，一個月后方可再次申請。

（二）? 開放實驗室進行多種形式的安全教育

安全第一，這是實驗室開放的前提。同時要完善、建全相關(guān)開放實驗室管理制度[8]。開放實驗室的開放對象為全校本科學生，涉及諸多各學科及各年級的學生，甚至一些從未接觸過實驗的某些專業(yè)的學生也會進入實驗室。保證學生實驗安全自然就是非常重要的事項。要在學生進入實驗室之前進行安全教育，確保每個人都能夠熟練使用安全設(shè)施，能夠在危險時逃生。實驗室安全設(shè)施、急救藥品和急救器材等均已就位。那么，安全教育就是要保證進入實驗室的學生可以熟練使用這些安全設(shè)施、熟知急救藥品及器材的位置及使用方法。目前主要的安全教育方式可以采用現(xiàn)場、網(wǎng)絡(luò)及體驗式。

1? 現(xiàn)場安全教育

一般由學校保衛(wèi)處、實驗室管理員、實驗室安全負責人和科研教師等聯(lián)合進行教育。

保衛(wèi)處確保實驗室基本的安全問題學生可以自行解決，如滅火器的使用，不同材料火源的滅火器的選擇與使用方法。

實驗室管理員、安全負責人及科研教師等負責專業(yè)安全問題。如實驗中用到具有揮發(fā)性、毒性和腐蝕性的藥品時應(yīng)注意哪些問題？一旦不小心接觸到這些藥品如何快速處理？實驗過程中產(chǎn)生的有毒有害廢物如何處理？這些均需要專業(yè)教師在學生進入實驗室前，一一講解，并且完成測試卷，方可進入實驗室正式進行實驗。

實驗室已經(jīng)配備了實驗室操作規(guī)程、實驗室安全守則等宣傳手冊，進入實驗室的學生務(wù)必通讀操作規(guī)程和安全守則，了解實驗中用到的儀器設(shè)備的操作規(guī)程、基本的和特殊的實驗安全守則，保證實驗規(guī)范、安全的進行。

2? 網(wǎng)絡(luò)演練教育

已經(jīng)存在成熟的實驗室安全仿真演示與練習軟件，通過安全測試的學生方具備進入實驗室的資格。該軟件涉及到如何報警、逃生、選擇滅火器和使用滅火器等基本的安全逃生知識。網(wǎng)絡(luò)學習及演練可提升學生的視覺感受，增加學習的熱情。這些網(wǎng)絡(luò)測試軟件會有測試部分，成績必須合格方可進入實驗室。

3? 體驗式安全教育

顧興海等[9]提出體驗式安全教育，即讓學生由傾聽者變?yōu)閰⑴c者，給學生搭建一個可視、可聽和可感的教學情境。這是一種非常接近現(xiàn)場的體驗，感受更加接近實際，效果明顯。

多種方式相結(jié)合的安全教育，目標只有一個：保證實驗學生的人身安全，保證實驗室財產(chǎn)安全，保證學生順利完成實驗，真正為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力鋪平道路。

（三）? 開放實驗室開放的時間、內(nèi)容和容量

1? 開放時間

開放實驗室對外開放的時間應(yīng)當為全學年的白天，為了確保學生實驗安全，盡量避免夜晚開放。全年開放的時間段，注意避讓本科生的教學實驗時間段、研究生密集進行實驗的時間段，這樣不僅不會影響研究生的實驗，又可以確保本科生的實驗順利開展。

每天開放的時間為8：00—12：00、13：00—19：00。這期間必須安排值班老師負責學生的實驗，滿足學生實驗期間的儀器、藥品的領(lǐng)用及大型儀器設(shè)備的使用指導(dǎo)，并保證學生能夠規(guī)范操作，確保實驗過程的人身、財產(chǎn)等的安全。

2? 開放內(nèi)容及要求

開放實驗的內(nèi)容可以是平臺展示的項目，如教師科研項目、大學生自帶創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等，也可以是個人感興趣的實驗項目等。凡是在開放時段，均可以預(yù)約，成功后即可進入實驗室。

除了教師的科研項目外，其他學生為主體的項目必須提交實驗方案，由管理員或相關(guān)負責教師審核，方案合理、思路清晰，審核通過后可以預(yù)約。這樣，可以確保所有實驗室進行的實驗是有意義的，有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗期間，如果某個實驗半途而廢或者實驗者不按規(guī)定使用儀器、愛護實驗室，則取消該生或該組所有相關(guān)人員在實驗室實驗的資格。

3? 開放容量

實驗室的容量，除了預(yù)約的人數(shù)外，還要考慮實驗室在讀的研究生人數(shù)，控制開放實驗室的每間實驗室的每天最大容量，建議每天每間實驗室的總?cè)藬?shù)控制在6人次，以保證實驗用品及實驗空間的充足。

四? 結(jié)束語

開放后的實驗室，利用率大幅提升，幾乎無間斷利用。預(yù)約系統(tǒng)為實驗室的利用率奠定了基礎(chǔ)。實驗室每年接待本科畢業(yè)論文學生40人，其中優(yōu)秀畢業(yè)論文學生2人；支持各級大學生創(chuàng)新實驗競賽8～10項、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目5～8項。學生依托實驗室發(fā)表論文2～5篇。

實驗室的開放，為華北理工大學本科生鍛煉動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力搭建了一個良好、先進的平臺，讓學生可以接觸到相關(guān)學科最前沿的研究進展，了解學科的發(fā)展方向，從而建立正確的學習觀、價值觀，樹立遠大的科學理想。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，將為他們今后步入社會打下堅實的基礎(chǔ)。

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基金項目：河北省2019年科技計劃項目“采礦跡地生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)重建研究與示范”（19224204D）；華北理工大學2018年度教育教學改革與實踐項目“基于提升學生創(chuàng)新實踐能力的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)實驗室開放管理研究”（Y1831-04）

第一作者簡介：許永利（1974-），男，漢族，河北定州人，博士，副教授。研究方向為礦區(qū)植被恢復(fù)與重建研究及實驗室建設(shè)與管理。